东部亚热带北缘常绿阔叶林海拔分布的低温限制机理

Evergreen broad-leaved forest (EBLF) is a unique forest developed under the humid subtropical climate, the leading edge of which is primarily determined by low temperature. However, there are few researches about the limiting of low temperature to carbon balance and population regeneration for the evergreen broad-leaved dominant species at the leading edge of EBLF. Therefore, Mt. Tiantangzhai, locating in the northern subtropics of eastern China, will be chosen as study regions. We will survey the vegetation and monitor the habitats along the latitudinal gradient to show the descending tendency of EBLF with decreasing temperature and determine the upper limits of EBLF. Then, carbon limitation hypothesis and growth limitation hypothesis will be tested to unravel the physiological processes of low temperature, by combining the variations along altitudinal gradient with the responses to debudding and defoliation of non-structure carbon and growth rate of dominated evergreen broad-leaved species. Moreover, the relationship between age structure and historical low temperature events will be analyzed to reveal the effects of low temperature on the regeneration of dominated evergreen broad-leaved species at the upper limit of EBLF. This study aims to get further insight to the causes of the leading edge of EBLF and will be helpful to conservation and restoration of EBLF under global climate changes in the northern subtropics of China.

常绿阔叶林是湿润亚热带气候条件下发育的独特森林类型，低温限制是其分布前缘的主要成因。但有关常绿阔叶林分布前缘低温如何限制常绿阔叶优势物种的碳生理途径及其种群更新动态的研究比较缺乏。本项目拟选择地处我国东部亚热带北缘的天堂寨为研究区域，通过调查和监测海拔梯度上群落学特征与生境的变化趋势，分析常绿阔叶林随海拔增加而温度降低导致的消退格局，并确定其海拔分布上限。在此基础上，通过测定常绿阔叶优势物种非结构性碳水化合物与生长速率随海拔梯度的变化，并结合测定截芽、脱叶实验处理后非结构性碳水化合物与生长速率的变化，揭示低温对常绿阔叶优势物种的生理限制途径是碳限制还是生长限制。最后，通过解析种群年龄结构与历史低温事件的关联，阐明常绿阔叶林海拔上限低温对常绿优势物种种群更新的影响。本研究旨在深化对常绿阔叶林分布前缘成因的理解，也可为在全球气候变化背景下亚热带北缘常绿阔叶林的保育和恢复提供理论基础。

常绿阔叶林是湿润亚热带气候条件下发育的独特森林类型，低温限制是其分布前缘的主要成因。但有关常绿阔叶林分布前缘低温如何限制常绿阔叶优势物种的碳生理途径及其种群更新动态的机理尚不明确。本项目选择地处我国东部亚热带北缘的安徽天马国家级自然保护区为研究区域，设置了2条海拔监测样带（740 m - 1266 m），调查和监测了海拔梯度上群落学特征与生境的变化趋势，分析了常绿阔叶林随海拔增加而温度降低导致的消退格局，并确定了其海拔分布上限。在此基础上，测定了常绿阔叶优势树种小叶青冈(Cyclobalanopsis gracilis)非结构性碳水化合物（NSC）与生长速率随海拔梯度的变化，并针对其幼苗开展了截芽、脱叶实验，综合分析低温对小叶青冈的生理限制途径是碳限制还是生长限制。研究结果表明：1）小叶青冈种群密度和幼苗密度随海拔升高逐渐降低，其中种群密度与最冷月均温呈显著正相关，幼苗密度与12月空气相对湿度、最冷月均温和土壤总磷含量呈正相关关系，总体上小叶青冈种群呈现出随海拔升高后继更新不足的格局；2）4个季节小叶青冈各器官NSC含量随海拔升高均无降低趋势，其中部分呈显著增加趋势，表明4个季节小叶青冈海拔分布上限碳供应充足；3）脱叶截芽处理对小叶青冈幼苗当年生叶片、老枝NSC含量影响不显著，而脱叶处理显著降低小枝NSC含量；4）脱叶截芽处理对小叶青冈幼苗基茎生长量和高度生长量均无显著影响。综合来看，本研究结果不支持碳限制假说，倾向于支持生长限制假说。本研究结果有助于深化对常绿阔叶林分布前缘成因的理解，可为在全球气候变化背景下亚热带北缘常绿阔叶林的保育和恢复提供理论基础。