西藏色季拉山林线过渡带植物种子更新对环境变化的响应

Early developmental stages of plants are expected to be more sensitive to climate change than adult stages, and as such, represent a critical ecological process to effect composition, dynamics, and maintenance of the community. Tibet Plateau is one of the regions that have experienced the most rapid temperature increase in the world, climatic alterations with other environmental changes will undoubtedly largely impact the population dynamics of species by influencing seed regeneration via seed mass or seed germination or via seedling establishment. In this study, focusing on dominant plant species in timberline ecotone in the Sergymler Mountains in southeast Tibet Plateau, through controlled indoor and field experimentation, we will evaluate the following four scientific matters: 1) responses of seed production to environmental changes; 2) light and temperature requirement or plasticity of seed dormancy release and germination; 3) responses of seed bank longevity and dormancy dynamics, seed germination, and seedling establishment to environmental changes; and 4) probable population migration, community composition and dynamics induced by environmental changes. The objectives are to more fully comprehend the responses traits, intensity of seed regeneration to environmental changes, and possible tendency of the dominant species in the highest timberline ecotone of the world, and provide useful basic data for exploring plant responses/plasticity, promoting biodiversity conservation, and predicting the community dynamics within the framework of climate change.

植物生活史早期的更新阶段对环境变化更为敏感，是影响群落组成和动态、维持群落稳定的一个重要生态过程。青藏高原作为我国气候变化的启动区，快速变暖伴随着雪线退缩、降水和雪埋格局改变等环境变化，必将对该地区植物更新产生不可忽视的影响，进而影响区域植物种群和群落动态。本项目拟以藏东南色季拉山林线过渡带不同生活型优势植物为研究对象，通过室内和野外控制实验，重点研究：1）植物结实质量（适合度）对环境变化的响应；2）植物种子休眠释放与萌发所需光、温等条件及对高寒环境的适应；3）种子库寿命和动态、种子萌发和幼苗建成对环境变化的响应；4）种群对气候变化的可能迁移响应及对林线过渡带群落动态的影响。旨在阐明全球最高海拔林线地区优势植物的种子更新对环境变化的响应特征、强度及可能趋势，为开展全球变化背景下高寒林线生态过渡带植物的响应与适应研究以及群落的动态预测和保护提供基础资料。

植物生活史早期的幼苗更新阶段是影响个体存活、种群维持的关键阶段。青藏高原作为我国气候变化的“启动区”，研究该区域林线植物种子和幼苗阶段对环境变化的响应，对认识全球变化背景下高山生态系统的群落结构和物种多样性变化具有重要意义。本项目在藏东南色季拉山林线建成15000平米野外种子更新与环境变化模拟实验场，研究了藏东南色季拉山林线过渡带几种优势植物的结实格局、种子休眠与萌发以及幼苗建成等对环境变化的响应，我们发现：1）林线地区海拔（温度）和水分条件是影响杜鹃等植物结实数量和质量的关键环境因子；2）大部分林线植物的种子具有休眠特性，低温层积是打破高山植物种子生理休眠的有效途径，打破休眠的种子可以在低温条件下大量萌发；3）生理休眠调控林线植物种子库随季节变化表现出休眠和无休眠的动态循环，从而延长种子寿命同时准确调控高山植物种子在最适季节（春季）萌发，以适应低温、短生长季的高山环境；4）模拟气候变暖促进了出苗物候的提前，促进或抑制不同植物幼苗的生长，降低幼苗的存活率；延迟融雪一定程度上能缓和全球变暖的影响，但会加剧对个别物种幼苗生长的抑制。总之，全球变化的不同要素将通过影响林线植物的种群更新进而影响种群动态和群落结构，以上结果为开展全球变化背景下高寒林线生态过渡带植物群落的动态预测和保护提供重要的基础资料。