高山树线和纬度树线是陆地生态系统中最直观的植被冷边界之一，其形成与高海拔/极低地区低温对树木生长和繁殖的限制直接相关。因此，气候变暖背景下，高山树线与纬度树线有持续向高海拔及极地迁移的趋势。树木更新变化是驱动树线迁移的关键生物学机制之一。前期树线种群更新研究从区域尺度揭示了种子扩散、温度、辐射、风、湿度及土壤等多种生物与非生物因子的影响。然而，全球尺度气候振荡是否调控树线更新格局，目前仍缺乏深入认知。
鉴于以上研究的不足，中国科学院青藏高原研究所生态系统格局与过程团队整合了北半球中高纬度地区120个树线样点1951-2010年期间的种群更新数据，明晰了树线上种群更新格局，并通过贝叶斯线性混合效应模型与结构方程模型等方法，分析了种群更新与区域气候、大气环流指数等的关联。
结果显示（图1），1951-2010年期间，在东半球地区，中纬度的青藏高原与中国中部地区的树线种群更新呈显著上升趋势，而在高纬度的斯堪迪纳维亚至科拉半岛、乌拉尔山及西伯利亚区域种群更新则呈现出下降趋势。西半球树线更新与东半球树线更新呈相反的格局：中纬度北美洲西部地区树线上种群更新显著下降，高纬度阿拉斯加和加拿大北部地区种群更新显著上升。
初步结果显示，春夏季的大西洋多年代际振荡（Atlantic Multi-decadal Oscillation）变化与阿拉斯加至加拿大北部、青藏高原和中国中部地区的树线种群更新显著正相关（图2），而与斯堪迪纳维亚至科拉半岛、乌拉尔山及西伯利亚区域、北美洲西部地区种群更新呈显著负相关。进一步分析表明，春夏季的大西洋多年代际震荡与不同区域内气候变暖和降水变化存在关联（图3）。总体来看，大西洋多年代际震荡引起的气候变暖、适宜的水分条件以及雪盖之间的组合会促进种群更新；反之，其导致的非生长季降水的减少及生长季干旱胁迫会抑制种群更新。因此，大西洋多年代际振荡通过直接调控不同区域内影响种群更新的主要气象因子，间接控制树线种群更新，进而影响树线生态格局。该研究成果对预测未来森林分布格局具有重要参考价值。
上述研究成果以“Different tree recruitment patterns at treelines are associated with the Atlantic Multi-Decadal Oscillation across the Northern Hemisphere”为题，近日发表在《Global Change Biology》期刊。我所副研究员芦晓明为论文第一/通讯作者，梁尔源研究员为共同作者。该研究得到了国家自然科学基金等项目的资助。
论文链接：https://doi.org/10.1111/gcb.70893
图1 1951–2010 年期间北半球六个区域（a,阿拉斯加至加拿大北部; b,斯堪迪纳维亚至科拉半岛; c,乌拉尔山及西伯利亚区域; e,北美洲西部地区; f,青藏高原; g,中国中部地区）树线种群更新年代际均值变化情况
图2 春夏季大西洋多年代际振荡与六个区域树线种群更新的贝叶斯线性混合效应模型结果
图3 春夏季大西洋多年代际振荡及影响种群更新的关键气候因子调控六个区域树线上种群更新的结构方程模型
