约占地球表面1/4的山地，时时刻刻都在向全球一半的人口提供着产品和服务。当山体达到一定高度时出现的森林分布上限就是高山林线（alpine treeline），归根结底就是一条低温界限。因其特殊的结构、功能以及对气候变化的高度敏感性，高山林线研究已经成为全球变化生态学研究的热点之一。

 

逾百年来高山林线的观测与研究，旨在阐明高山林线成因以恢复气候高山林线，迄今出现的各种高山林线成因假说，虽然每一种都可以解释一定地域的高山林线现象，但在全球尺度上，仍然缺乏一种可以普遍解释全球高山林线现象的假说和理论。

 

最近，发表在国际一流专业学术刊物上的研究成果可能对这一成因给出一些提示。

 

由中国科学院成都山地所客座研究员、瑞士联邦森林、雪和景观研究院植物生理生态学家李迈和领衔的研究团队在经过3年的潜心研究后，创新性地提出了“冬季碳水化合物短缺导致高山林线形成”的观点。并在此基础上，通过比较研究高山林线树木与低海拔树木的碳源和碳汇关系，发现“冬季碳水化合物短缺”可能仅仅是问题的一个方面，而一种平衡的“碳源与碳汇”关系将最终决定高山林线的位置与分布。这些创新研究成果将为推动高山林线机理研究起到积极作用。

 

一般意义上的高山林线是指一条介于郁闭森林与树线之间的过渡地带。高山林线有两种表现形式：一种为过渡性林线，即一般意义上的高山林线；另一种为郁闭型林线，即林子突然在林线位置停止爬升，林线成为一条划分树林与草甸的界线。

 

在研究中李迈和遇到了很多复杂的难题和困难，“最基本的问题就是野外正确地分辨和选择气候高山林线。现存的大部分高山林线是人类活动干扰影响后形成的次生林线，通过次生林线研究得出的结果有可能导致错误的研究结论。”李迈和告诉本刊记者。

 

到目前为止，科学家们只提出了两类若干种高山林线分布与成因的假说，一类是物理环境类假说，如气候胁迫假说、干扰假说等。因为高山林线的物理环境存在显著的地区（例如不同经纬度）差别，这类假说仅能解释特殊地域的特殊林线，没有能力解释普遍的高山林线现象。另一类是植物生理类假说。这类假说基于高山林线树木在严酷的物理环境下的生理活性，如碳水化合物供应不足假说、生长抑制假说等。因为全球高山林线归根结底是低温导致的一条森林分布上限。低温直接影响林木的生长与发育，或间接地通过影响光合与呼吸控制生长发育。因此，这类假说有可能从机理上解释全球（不是区域）高山林线分布与格局。

 

作为国家重点野外生态观测站，贡嘎山高山生态系统观测试验站因其巨大的海拔高差和丰富的植被垂直带谱，以及开展高山生态研究的多年的科研积累和独特的地理优势，具有开展全球变化的生态系统响应与林线问题研究的卓越条件。李迈和及其研究团队，以贡嘎山站为依托，通过比较研究同一树种在高山林线与低海拔的可溶性碳水化合物含量，间接检验“碳水化合物供应不足”假说，然而研究并未得到一致或相似的结论。

 

植物绿色器官制造的光合产物扣除其呼吸消耗，超过部分会以蔗糖等形式运送到生长点（用于营养和生殖生长）或储存处。在森林植物中，碳以非结构性碳水化合物（包括淀粉、蔗糖、葡萄糖、果糖等）和脂肪等形式储存。可溶性糖（不是总的非结构性碳水化合物）浓度对高山林线树木组织抵御低温具有积极作用。如植物体内可溶性糖的浓度与植物的抗冻能力成正比，可溶性糖通过降低细胞质的冰点防止细胞内结冰，使植物安全度过低温季节。相反地，淀粉的含量与可溶性糖的浓度及植物抗冻能力成反比。碳水化合物在植物体内的这些转化，被公认为是一种有效的植物抗胁迫机制。在全球尺度上（包括没有冬季但有夜晚低温的热带高山林线），高山林线树木既需要足够的（非结构性）碳水化合物维持其生长，也需要充足的可溶性糖来提高其在低温（赤道附近高山林线的夜晚低温和赤道以外地区的冬季低温）环境下的生存能力。

 

由此可见，虽然植物组织中非结构性碳水化合物（可溶性糖+淀粉）含量反映了可供植物生长利用的物质水平。但这一总含量并未说明糖与淀粉在其中的关系，也不能反映碳源与碳汇的关系。而碳源与碳汇的关系恰恰是说明“生长抑制假说”的关键问题之一。因此李迈和等研究指出，并非总的非结构性碳水化合物含量，而是其动态关系限定了高山林线的分布上限与格局。

 

针对如何对“生长抑制假说”给出合理的解释，李迈和说：“最关键的问题一是如何定量地描述和表达碳源与碳库的活性、及碳源与碳库的关系；二是可溶性糖与淀粉关系对植物抗低温的意义及在高山林线树木的临界值（跨树种跨生境等）研究。”

 

作为地表陆地的重要组成部分，山区物种丰富，生态系统类型多样，但随着区域经济发展和全球气候的变化，山区环境正经历着深刻变化。由于高山林线是一条低温界限，气温对高山林线的发生发展起着决定性作用，影响其分布格局。因此，高山林线必然成为植被与气候变化关系研究的理想场所。高山林线把高山区分为截然不同的两种生态系统，它本身又具有一定的过渡性质，对气候变化具有灵敏的指示作用，是全球变化最为敏感的地点，自然引起人们的广泛关注。

 

绝大多数的科学家认为，20世纪到21世纪的工业化发展是全球气候变化的主要原因。全球气候变化已成为一个炙手可热的焦点问题，全球气候变化所带来的一系列问题逐渐影响着人类的生产和生活。

 

李迈和等研究指出，全球变暖有可能提高林线树木的SSR（碳源与碳库的关系）和TDR（可溶性糖与淀粉的关系），导致高山林线位置上移。作为对气候敏感的高山林线区域的研究对解读山区气候变化以及我国和全球高山林线机理研究具有积极的作用，将为山区可持续发展和人类福祉作出积极的贡献。

 

 

《科学新闻》 (2008年 10月 第2期 记者访谈)