树木纬向分布限界形成的生理基础及其环境驱动机制—以栓皮栎为例

The modern vegetation distribution pattern is the result of long-term adaptation of the vegetation on the climate. Temperature, the main controlling factor on plant latitudinal distribution, will exhibit significant impacts on plant distribution range under the currently rapid global warming background. At present, more studies were focused on the formation of alpine forest line and its physiological mechanisms. There still exist distinct gaps in knowledge on the formation mechanism of plant latitudinal distribution range. Therefore, to understand the physiological basis of widely distributed plant species across latitude gradient, one of the most widely distributed species in East-Asia, Quercus variabilis Blume will be selected as a case study. The variations of carbon allocation pattern, nutrient distribution strategy and life history strategy of different latitudinal populations will be studied by integrating local environmental factors. Two common garden experiments will also be arranged at its northern and southern limits to further discriminate the main factors contributed to variations of these traits. This study will be cross-cutting-edge innovation for both plant geography and plant physiological ecology, and can help us understand and predict the response of forest plant community structure, function and dynamics under global climate change. It also will have important scientific value and practical significance in global change research.

现代植被分布格局是植被对气候长期适应的结果。温度作为决定植物纬向分布的主要控制因子，在全球快速暖化背景下，将对植物的现时分布限界产生显著影响。目前对于植物限界形成的研究多集中于海拔梯度上，而对植物纬向限界形成的生理基础及其环境驱动机制却缺少研究。因此，本研究以广布种栓皮栎为研究对象，通过比较其分布区不同种群的碳分配格局、养分分配策略和生活史对策，结合土壤及气候因子，综合探讨树木纬向分布限界形成的生理机理；同时，结合南北种源试验，进一步探讨不同种群生理性状差异的来源和环境作用机制。本研究既是植物地理学与植物生理生态学交叉的前沿创新领域，亦可以帮助我们理解和预测森林植物群落结构、功能和动态对全球气候变化的响应，在全球气候变化研究中具有重要的科学价值和实践意义。

现代植被分布格局是植被对气候长期适应的结果。温度作为决定植物纬向分布的主要控制因子，在全球快速暖化背景下，将对植物的现时分布限界产生显著影响。目前对于植物限界形成的研究多集中于海拔梯度上，且形成了多种假说，如碳限制和生长限制假说；而对植物纬向限界形成的生理基础及其环境驱动机制却缺少研究。因此，本研究以广布种栓皮栎为研究对象，通过比较其分布区不同种群的碳分配格局、养分分配策略和生活史对策，结合土壤及气候因子，综合探讨树木纬向分布限界形成的生理机理。研究发现，栓皮栎树体内可利用资源的多寡不足以诠释栓皮栎北方分布限界的形成。在生长季和非生长季，幼树和成年树不同器官的非结构性碳水化合物及氮磷浓度并未随着纬度的增加而降低，进而不支持的碳限制或养分限制假说。同时，L-H-S性状纬向趋势不明显，表明对于高大乔木而言，其资源的分配与利用主要受到遗传因素的影响。在低纬度地区，栓皮栎遭受更大的植食压力（特别是幼树），并且表现出更新潜力不足，这可能是栓皮栎向南扩展的主要限制因子。本研究首次在较大地理尺度上（～14°）探索树木分布限界的驱动因子，对于理解和预测森林植物群落结构、功能和动态对全球气候变化的响应，在全球气候变化研究中具有重要的科学价值和实践意义。