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Science Bulletin封面论文:树木形成层活动的低温阈值是冷湿环境下高山树线形成的关键生理机制
2017-06-12

  高山树线作为树木分布的最高海拔界限,对气候变化具有潜在的敏感性,在全球变化研究中日益受到关注。然而,历经近一个世纪的争论,学者们对高山树线形成机制仍存在广泛争议。

  以冷湿气候为特征的藏东南分布有北半球最高海拔的高山树线,且受人为活动干扰少,是开展高山树线形成机制研究的理想材料。以中科院藏东南高山环境综合观测研究站为依托,中科院青藏高原地球科学卓越创新中心、高寒生态学与生物多样性重点实验室梁尔源研究员课题组(论文第一作者为李晓霞博士)及其合作者,以藏东南色季拉山天然急尖长苞冷杉树线为研究对象(图1), 在2个树线样点开展了连续3-4个生长季的形成层活动和微气象的同步监测研究。研究发现,大气最低温是影响木质部生长的主要气候因素,而且存在限制木质部分化开始的最低温阈值(0.7±0.4℃)(图2),远低于以往温带和寒温带森林木质部分化研究中所报道的最低温阈值(4-5℃)。

  基于0.7℃最低温阈值,树木生理过程模型所模拟的树轮宽度指数与实测数据呈现较高的一致性,然而基于5℃温度阈值的模拟结果与实测值相差较大,进一步证明了这一低温阈值的树木生理意义(图3)。高山树线树木形成层活动最低温阈值是对极端环境的适应策略,确保了高山树线上的树木能有足够的时间完成形成层细胞分裂、木质部细胞生长、分化和成熟过程,保障了树木生理生态过程所必要的生长季长度(3个月以上),为湿润气候区高山树线形成机制提供了树木生理方面的解释。另外,如果以形成层活动的5℃最低温阈值来推算,树线树木木质部分化时间平均仅为79天,难以满足更新、生长和木质部分化等生理生态过程需求,从而进一步揭示了高山树线树木形成层活动低温阈值是维持树线形成的关键生理机制。

  此研究揭示,藏东南冷湿环境下,大气最低温阈值通过调节木质部分化开始与结束的时间从而控制着生长季长度和高山树线的形成,为理解高山树线形成机制提供了新视角。

  此研究受到国家杰出青年基金等的资助,相关研究成果以封面文章发表于Science Bulletin杂志2017年第62卷11期上(图1): Li X, Liang E*, Griĉar J, Rossi S, Čufar K, Ellison AM. 2017. Critical minimum temperature limits xylogenesis and maintains treelines on the southeastern Tibetan Plateau. Science Bulletin, 62 (11): 804–812。

  论文链接:http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2095927317302189

图1.Science Bulletin杂志2017年第62卷11期杂志封面。

图2.藏东南两个天然急尖长苞冷杉树线样点木质部分化开始、结束对应的大气最低(黑点)、平均(白点)及最高(灰点)温度阈值(平均值±标准差,样本量=5)。

图3.实测(红线)与模拟的藏东南急尖长苞冷杉林线1960-2006年的树轮宽度指数序列。Vaganov-Shashkin树木生理模型采用0.7℃阈值(蓝线)模拟的轮宽指数与实测数据相关系数可达0.66(p<0.01),而采用5℃阈值(虚线)模拟的相关结果仅为0.41(P<0.05)。

 
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