气候变化对长白山苔原植物生理生态学影响探究

邰志娟 巩振财 尹 航 孟格蕾 陈庆红 黄利亚 郭艳双 史国强

（1长白山科学研究院/长白山生物群落与生物多样性吉林省联合重点实验室，吉林 安图 133613；2上海应用技术大学，上海 201418）

长白山是我国典型的温带高原苔原带，受气候和地形影响，夏季短暂且凉爽，冬季漫长且寒冷。在气候变暖的情况下，高纬度的苔原带是反映最敏感的区域，而苔原植物受气候变暖影响，生长也受到影响。为适应气候变暖的影响，一些植物在资源利用和进化、扩散等方面发生变化。调查显示，气候变暖温度升高会使植物的新陈代谢产生转变，也会影响植物内营养物质的分配，改变营养在植物各生长器官中的转移和再分配。矿物质是植物生长的必要营养元素，在一定程度上反映植物的生理生态学特征，目前矿物质元素与植物的分子形成了稳定的化合趋势，可长时间停留于植物组织中，因此研究气候变暖温度升高情况下矿物质的相应方式，可以了解苔原植物的生理生态特征，能促进苔原植物健康生长。

1 气候变暖对长白山苔原植物的影响

1.1 对苔原植物光合作用的影响

光合作用是植物生长过程中重要的生理过程，是植物生长能量的基础，反映的是植物的生产力和环境适应能力。植物光合作用除了受自身的种类和生长发育情况影响外，还受外界环境影响，温度光照等都是影响光合作用的主要因素。当气候变暖温度升高，会影响苔原植物的呼吸酶的活性，进而影响植物的水分利用率。适当的温度升高会使植物根系合成，能促进光合作用，气候变暖会使植物净光合速率下降，影响光合作用。

1.2 对苔原植物形态和生物量的影响

气候变暖可以改变土壤中的水分含量和营养物质含量，对植物的形态和生物量产生影响。苔原植物形态主要是外在表现形式，是苔原植物在生长过程中根据自身生长规律和外界环境相互作用而形成的植株高度、叶片形状和种子形状等基本状态。随着气候变暖温度升高，植物为了适应外界环境需要改变自己的形态，以减少环境的不利影响。生物量是生态系统内部能量流的基础，是苔原植物的重要数量特征，反映的是苔原植物的生产量。温度升高后改变了苔原植物各器官的能量分配，对植物的生物量产生重要影响。

1.3 对苔原植物生理生态特征的影响

气候变暖使苔原植物的生理代谢也发生变化，以保证植物自身生长平衡状态。植物的膜系统是植物抗热中心，在外界温度升高时，首先受影响的是植物膜系统。温度的升高使植物膜系统结构受到损害，细胞中水势降低，电解质外渗，最后导致植物植株内的生理代谢紊乱。温度达到临界值时对植物膜系统操作最大，当超过临界值时，损失是不可逆的，会使植物内产生大量的活性氧，会对植物组织产生危害，严重时会造成植物死亡。高温对植物有一定影响，但是植物应对高温时也会改善自身的生理生态特征以适应高温环境，所以经过预处理的高温可以提升植物耐高温能力。

1.4 对苔原植物凋谢分解的影响

植物凋落物是植物生长过程中能量的重要组成部分，通过凋谢物的分解可以将植物中的各种元素释放出来，落回到土壤中，成为植物生长过程中根系能量的主要来源。凋谢物在生态系统中起到的是物质循环和能量流动的作用。相关调查显示，凋谢物的质量损失与温度升高关系密切，凋谢物对温度的感应灵敏度非常高，会随着温度升高加快分解率。

2 气候变暖对长白山苔原植物生理生态特征的影响

2.1 土壤矿物质对苔原植物的生理生态特征影响

矿物质对植物生长的生理生态特征有重要影响，加强气候变暖后对植物矿元素的影响可以对气候变暖后长白山苔原植物的积极生长有促进作用。钾（K)、铜（Cu)、铁（Fe）、镁（Mg）、锰（Mn）、锌（Zn）和钙（Ga）是植物生长的必需矿物质元素。相关调查显示，温度适当增高促进植物对矿物质的吸收，增强植物生长土壤的酶的活性，在提高植物光合作用的同时，加强营养的再分配。但是个别矿物元素的增加会影响植物生长，如Cu元素的增加会抵制植物生长，使植物繁殖能力降低。温度升高的过程中土壤中的一些个别矿物元素的增加会对植物生长产生负面影响，影响植物的生理生态特征。温度随昼夜和季节性变化而变化，影响植物对土壤中元素的吸收情况。长白山苔原植物的生物生长温度低于植物生长需要的正常温度，所以当温度升高后，土壤中的微生物活性增强，化学反应加快，土壤的矿化率会提升，在短时间内会增加植物的吸收，但是长此以往，会使植物生长受限制。因为长期温度升高会使土壤粘土转变，使土壤的营养维持能力降低。

2.2 叶绿素对苔原植物的生理生态特征影响

叶绿素是苔原植物光合作用的基础，叶绿素的含量直接影响光合作用和植物的代谢。Chl可以反映苔原植物光合作用的强弱，也可以将植物组织和器官的情况表现出来，所以Chl被用于评价植物面对环境影响的响应因素。苔原植物在适当温度环境下根系可以合成并将更多细胞分裂素转移到叶片中，目的是促进植物光合作用。随着气候持续变暖，苔原植物由于改变形态和生理特征来适应外界环境，使自身的器官由于自由基的毒害发生过氧化作用，产生细胞系统损伤。

2.3 游离脯氨酸对苔原植物的生理生态特征影响

游离脯氨酸是苔原植物内重要的抗逆分子，有细胞质渗透调节作用，也能降低植物细胞的酸度。游离脯氨酸与苔原植物的抗寒性有非常大的关系，可以增加植物的蛋白质稳定性，帮助植物抵抗寒冷。随着温度升高，游离脯氨酸含量下降，不同物种植物下降程度不同，会使植物的抗寒能力下降。

2.4 可溶性糖对苔原植物的生理生态特征影响

可溶性糖也是苔原植物渗透调节物质，在苔原植物受到伤害时可以降低细胞的损害程度。可溶性糖对植物生理生态特征的影响主要是降低细胞质冰点，保护细胞避免细胞过度脱水，使植物在低温环境下通过体内各界抵抗低温。气候变暖后，可溶性糖含量减少，一定程度上抵制了植物的生长。

2.5 过氧化物酶对苔原植物的生理生态特征影响

过氧化物酶是苔原植物身体内最重要的保护酶，可以在危险环境下帮助植物清除体内的活性氧，减轻环境的伤害。过氧化物酶含量越高，植物抗寒能力越强，随着气候变暖，苔原植物中的过氧化物酶含量减少，使植物体内的活性氧增加，使植物在遭受低温危害时抵抗力降低。

总之，气候变暖对长白山苔原植物的多样性、分布格局和稳定性都产生重大影响，对其的生理生态特征也产生影响，需要对气候变暖背景下苔原植物生长进行监测，以改善植物对环境的适应性，随着温度变暖增强自身抵抗力，避免受到大的损害。