湖北大学资源环境学院 （430062） 庞 静 杨兰芳

植物地理学是研究生物圈中各种植物和各种植被的地理分布规律、生物圈各结构单元（各地区）的植物种类组成、植被特征及其与自然环境之间相互关系的科学，具有突出的边缘性和交叉性学科特征[9]。我国高等院校自20 世纪50 年代以来在自然地理学专业开设植物地理学。作为一门专业基础课，植物地理学所讲授的内容是从事地理研究和地理教育工作所必需的专业知识，也是学习自然区域地理、经济地理、环境学以及有关部门自然地理时应当具备的基础。

一方面，生态学等相邻学科和现代科学技术的发展都推动着植物地理学迅速发展。另一方面，社会需求也促进着植物地理学拓宽研究领域。本世纪70 年代以来，人类赖以生存的资源与环境出现急剧恶化的形势已为学术界所重视。植物资源调查（生产力、储量、类型、分布、变化等）；全球或区域环境演变对植被、植物资源的影响；人为活动改变天然植被对环境的影响；植被与生态系统自然演变和人为演替的地理规律；生物多样性的地理规律及人为影响后果等，都成为植物地理学家关注的重要研究课题[9]。但由于我国植物地理课程和内容设置都采取前苏联的模式，多年来变化不大；加之教材内容与相关理论研究相比本身就具有滞后性，很多研究热点问题及最新研究成果未能及时在教材中得到体现。

以全球气候变化为例，以“ 气候变暖” 为突出标志的全球环境变化及其可能对生态系统产生的严重影响，已经引起了科学家、各国政府与社会各界的极大关注。植被与气候之间的相互作用表现在植被对气候要素的适应性与植被对气候的反馈作用。气候变化对植物的生长发育、地理分布、多样性和丰富度都有极大的影响。而植被的变化又将通过影响植被与大气之间的物质(如水和CO2等)和能量(如太阳辐射、动量和热量等)交换来影响气候，从而加剧全球变化的影响[1]。近年来，国内外学者在植物种分布与气候要素关系，气候变化对植物及植被分布的影响及预测方面也开展了不少研究。但从目前我国高等院校普遍采用的几种教材——包括阎传海主编科学出版社的《植物地理学》第一版，马丹炜主编科学出版社的《植物地理学》第一版和武吉华主编高等教育出版社的《植物地理学》第三、四版来看，只有武吉华主编的《植物地理学》第四版中略有引入相关内容——在第二章第二节中对地质时期尺度上的气候演变对植物种分布区的影响作了简要介绍，对更短的时间尺度上气候变化的影响因其很少造成严重植物种分布变化而忽略，对未来气候变化影响的预测这个非常活跃而且关乎人类生存和发展的研究领域则未提及。因此，由授课教师补充这部分内容不但有利于学生了解研究前沿，帮助学生开阔视野，学习并掌握地理系统思维方法，在全球气候变化的背景下认识每一种植被类型、植物群落乃至植物个体，更深刻地理解植被分布的规律；对其形成科学世界观和发展观也是有利的。为了系统地阐明近代全球气候变化并预测未来气候变化趋势下可能产生的影响，可以从以下几个方面对植物地理教学进行补充：

一、近代全球气候变化的基本特征

近年来，以大气CO2浓度升高，全球变暖为主要特征的全球气候变化的趋势越来越明显，根据政府间气候变化委员会（IPCC）的研究报告，大气中CO2浓度正以年1.8μmol·mol-1 的速率持续上升，到本世纪末地球大气中CO2浓度将增至将近900 ppm。另外，近100 年气候资料统计表明全球平均温度上升了0.7℃，而且有升高速率持续加快的趋势[1]。

尽管因为对于地球表面气候的自然波动规律而言人类的历史太短，IPCC 推断的人类活动为近代全球变暖的主要原因尚存在争议，但人类活动和化石燃料的过度使用对大气CO2浓度升高有推波助澜的作用，从而导致温室效应加剧却是不争的事实。现在有明确的证据说明人类活动正在全球尺度上影响着地球环境。越来越多的确凿证据显示：地球系统的运行正在做出不同的响应[3]。

二、植物个体对全球气候变化的响应

作为重要生理生态因子，CO2、温度单独的或复合的变化必将引起植物从外部形态到内部生理功能的相应变化，这种变化包含植物对全球变化的响应及适应策略[10]。高温、 高CO2浓度使作物光合作用速率升高，蒸腾速率下降和气孔阻力增加，对提高单位叶面积的干物质量和水分利用率有利，但是高温和高CO2浓度均加速作物的生育进程，促进作物生长发育速度加快，生育期缩短，其中尤以高温对植物的影响最大。植物生育期缩短，使作物叶面积、 根、 茎、 叶生长量不足, 生物量下降，从而影响到植物的生物量和产量, 还会影响到作物的产量结构[8]。郑景云等分析了近40 年我国木本植物物候变化及其对气候变化的响应关系。结果表明，随着温度的上升，我国的木本植物春季物候期均提前，20 世纪80 年代以后，东北、华北及长江下游等地区的物候期均提前，西南东部、长江中游等地区的物候期推迟，同时物候期随纬度变化的幅度减小[14]。

气候变化可能改变生态系统内不同种群的竞争力，由此可能导致群落的空间结构和演替方向发生改变。气候变化对植物的影响可因植物种类而异；不同植物对气候环境因子的敏感性不同，具有不同的适应环境变化的策略。如C3植物具有较高的CO2补偿点和CO2饱和点，CO2浓度是其光合作用的限制因子之一；而C4植物本身存在的CO2泵，能充分利用空气中原有的CO2，对生境中增加的CO2不敏感；因此C3植物对CO2浓度升高的响应很可能会高于C4植物，在全球气候变化的背景下的竞争优势加强。目前已经有许多试验结果证实了这个推测[2]。刘卫国等经过对比黄土高原现代土壤和黄土-古土壤序列的有机碳同位素组成变化特征，也发现在古土壤阶段C4植物比例大，在黄土沉积阶段开始至今则转变为C3植物占优势[4]。这种转变很可能是这段历史时期气候变化影响的结果。

三、近代全球气候变化对植被分布的影响

如何准确地评估我国陆地生态系统对于全球变化的响应，以找出科学的对策，最大限度地减小全球变化的不良影响是全球变化研究者面临的严峻挑战。目前最常用的预测当代和未来的气候变化产生的影响的方法是情景驱动影响研法，并已经取得了巨大的成功。这种方法常常用50-100 年的气候变化情景去驱动生物物理环境变化模型[3]。通常的步骤为：（1）采用情景假设的方法模拟未来气候变化。目前世界上约有三十余种气候模式使用不同的排放情景对未来气候变化进行模拟预测，不同模式给出的结果不同。使用不同气候情景，模拟分析气候变化对植物及植被分布的影响也很可能并不相同。但分析多个模型预测的结果，还是可以得出非常有参考价值的变化趋势。从目前的报道来看，预计未来100年全球平均地表温度将可提高1.4～5.8℃[6]。（2）在不同气候变化情景下再根据已经预先求得的植物或植被分布与环境因子定量关系来模拟气候变化对植被分布的影响。这个过程通常需要结合地理信息系统、遥感技术和计算机统计分析技术来进行。分析气候变化对植物物种和植被影响中，所用的模型方法可以归结为生物地理相关模型、气候要素指标替代法、林窗模型、广义线性模型、逐步回归广义线性模型、广义加法模型、分类回归树方法和 logistic 回归模型等[6]。在分析气候变化对植物分布影响方面，主要进行两个层次分析，一个层次是分析单一植物物种分布变化，另一层次考虑植物群落或植被分布变化。植物地理分布对气候变化响应方面的研究目前还主要集中在一些典型植物。有的物种分布面积会随气候变化增加，有的物种则减小。区域植被分布对气候变化响应趋势方面也开展了许多研究工作。从目前的研究结果看来，在温度增加2℃至4℃，降水增加20%时，红树林植物分布区将扩大[5]；我国各植被带均有所北移，特别是寒温针叶林地带可能北移出中国，西部草原和青藏高原地带沙漠化趋势加强[11][12][13][15]。如果全球气候变暖的速率持续加快，自然界植物群落可能因无法适应全球变暖的速度而做适应性转移，从而惨遭厄运。以往的气候变化(如冰期)曾使许多物种消失，未来气候变暖也许还会导致某些物种灭绝[7]。

[1] IPCC(2001)．Climate Change 2001：the Scientific Basis．Contribution of WGl tothe Third Assessment Report ofthe Inter-Government Panel on ClimateChange．Cambridge University Press，Cambridge，UK．

[2] Kimball B A, 朱建国，程磊，Kobayashi K，Bindia M．开放系统中农作物对空气CO2浓度增加的响应[J]．应用生态学报，2002，13（10）：1323-1338．

[3] 国际地圈生物圈计划IGBP 科学丛书之四（中文版）．全球变化与地球系统，一颗重负之下的行星[M]． 北京：气象出版社，2010.

[4] 刘卫国，宁有丰，安芷生，吴振海，鹿化煜，曹蕴宁．黄土高原现代土壤和古土壤有机碳同位寨对植被的响应[J]．中国科学(D 辑)，2002，32(10)：830-836．

[5] 刘小伟，郑文教，孙娟．全球气候变化与红树林[J] ．生态学杂志，2006，25（11）：1418-1420．

[6] 吕佳佳，吴建国．气候变化对植物及植被分布的影响研究进展[J]．环境科学与技术，2009，32（6）：85-94．

[7] 全球变暖可能造成的影响[J].中国环境报，2009-12-15．

[8] 王静，方锋，尉元明. 大气CO2浓度增加对植物生长的影响[J]．干旱地区农业研究. 2005，23（4）：229-233．

[9] 武吉华，张绅编主编．植物地理学（第四版）[M]．北京：高等教育出版社，2004．

[10] 许振柱，周广胜. 陆生植物对全球变化的适应性研究进展[J]．自然科学进展. 2003，13（2）：113-120．

[11] 张新时．研究全球变化的植被-气候分类系统[J]. 第四纪研究，1993，2：157-169．

[12] 赵茂盛，Neilson RP，延晓东，董文杰．气候变化对中国植被可能影响的模拟[J]．地理学报，2002，57：28-38．

[13] 赵茂盛，Ronald，Neilson RP 等．气候变化对中国植被可能影响的模拟[M]．气候变化国家评估报告．北京：科学出版社，2009

[14] 郑景云．葛全胜，赵会霞．近40 年中国植物物候对气候变化的响应研究[J]．中国农业气象．2003，24(1)：1582-1587．

[15] 周广胜，张新时．全球变化的中国气候——植被分类[J]．植物学报，1996，38：8-17．