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高山樹線通常指高度大于2米至3米的直立喬木連續(xù)分布的最高海拔上限。高山灌木線往往分布在樹線之上，是灌叢連續(xù)分布的海拔上限。由于處于極端高海拔環(huán)境，高山樹線與灌木線生態(tài)過渡帶對環(huán)境變化異常敏感。高山樹線研究起源于16世紀，但關(guān)于灌木線的研究起步較晚，20世紀70年代才引起學(xué)者關(guān)注。近30年來的相關(guān)調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，雖然生長季溫度是解釋高山樹線分布格局的關(guān)鍵指標，但除溫度以外的其他生物與非生物因素對高山生態(tài)過渡帶的形成過程也較為重要。

基于已有的研究成果，中國科學(xué)院青藏高原研究所研究員梁爾源等梳理近幾十年來全球高山樹線與灌木線的文獻資料，明晰了當(dāng)前樹線與灌木線的全球分布格局，總結(jié)了山體效應(yīng)、溫度、水分、種內(nèi)和種間作用、物候期及干擾等對高山樹線和灌木線形成的影響機制，在全球、半球和區(qū)域尺度上展示了19世紀以來樹線和灌木線的移動速率、樹木和灌木生長、更新趨勢及其權(quán)衡關(guān)系，并概括了樹線和灌木線未來的變化情況，論述了過渡帶擴張對高山生態(tài)系統(tǒng)的影響。

在全球尺度上，高山灌木線平均位置比同區(qū)域的高山樹線高335±201米，二者的差異在北半球高于南半球。過去120年間（1901年至2021年），在全球239個樹線樣點中，81%的高山樹線位置向高海拔遷移，18%的樹線位置保持穩(wěn)定，1%的樹線位置下降。就樹線爬升速率而言，全球平均為0.40?米/年，北半球高于南半球。多數(shù)高山樹線過渡帶內(nèi)樹木生長和更新上升。在區(qū)域尺度上，亞洲北部地區(qū)樹線爬升最快，亞洲東部、北美東部和新西蘭地區(qū)樹線基本處于穩(wěn)定狀態(tài)。青藏高原地區(qū)樹線爬升速率為0.17米/年，慢于北美西部、阿拉斯加、地中海-阿爾卑斯和北歐地區(qū)。全球范圍內(nèi)，僅有不到三分之一的樹線樣點中樹木生長、更新和樹線位置都處于上升狀態(tài)，其他樣點三者的變化不一致，這在一定程度上反映了種群的權(quán)衡策略，表明喬木和灌木將有限的資源在生長和繁殖更新之間進行合理分配，以適應(yīng)極端生境。

在全球范圍內(nèi)，42個灌木線的平均爬升速率為0.49米/年，高于高山樹線變化速率。1901年以來，83%的灌木線種群更新總體上呈上升趨勢，但近20年來，一些樣點灌木的更新下降。就灌木生長而言，多數(shù)灌木線樣點處于穩(wěn)定狀態(tài)。

喬木和灌木向高海拔地區(qū)的擴張導(dǎo)致冠層蔭蔽度增加、微氣候改變、反照率降低、生物多樣性下降、土壤有機碳損失等問題。高山區(qū)現(xiàn)有高等植物約10000多種，高山樹線和灌木線的上升可能威脅高山區(qū)一些特有種和瀕危物種的生存，導(dǎo)致高山生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能的改變。

樹線模型是預(yù)測樹線和灌木線生態(tài)過渡帶動態(tài)的有效手段。目前，局地、區(qū)域和全球尺度的模型缺乏有效的實地驗證數(shù)據(jù)，僅考慮溫度等常用參數(shù)，往往高估了生態(tài)過渡帶的遷移速率。然而，實地調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，干旱、種內(nèi)/種間相互作用和干擾等因素導(dǎo)致樹線和灌木線的變化速率滯后于氣候變暖速率。因此，現(xiàn)有樹線模型仍有較大改進空間。

當(dāng)前，高山樹線研究網(wǎng)絡(luò)已初具規(guī)模，但高山灌木線研究仍處于起步階段，亟需建立環(huán)北極、北美落基山、南美安第斯山、歐洲阿爾卑斯山等典型高山區(qū)的灌木線研究網(wǎng)絡(luò)。在此基礎(chǔ)上，進行不同尺度的觀測以實現(xiàn)不同時空尺度之間的轉(zhuǎn)換，特別需要開展喬木和灌木全生命周期中種內(nèi)和種間相互作用的定量化監(jiān)測，為模型模擬提供關(guān)鍵參數(shù)并實現(xiàn)樹線和灌木線動態(tài)的準確預(yù)測奠定基礎(chǔ)。

近日，相關(guān)研究成果在線發(fā)表在《自然綜述-地球與環(huán)境科學(xué)》（Nature Reviews Earth & Environment）上。研究工作得到國家自然科學(xué)基金和中國科學(xué)院相關(guān)項目的支持。

論文鏈接

高山樹線和灌木線格局