李秋靜， 許祝莨， 薛 立*， 陳紅躍

(1.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院， 廣東 廣州 510642; 2.臺山市紅嶺種子園， 廣東 臺山 529223)

全球氣候變化對園林植物的影響

李秋靜1， 許祝莨2， 薛 立1*， 陳紅躍1

(1.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院， 廣東 廣州 510642; 2.臺山市紅嶺種子園， 廣東 臺山 529223)

氣候變化所引起的溫度、降水和CO2變化影響著園林植物的物候和生物多樣性。在氣候變化的背景下, 園林植物可以通過增強碳匯功能，改善植物配置等緩減氣候變化。氣候變化下園林植物未來的研究熱點為：不同園林類型對氣候變化的響應(yīng)，入侵物種物候?qū)W的研究，極端氣候?qū)@林植物物候的影響，不同地域影響園林植物的主導(dǎo)因子，多種環(huán)境因子交互作用對園林植物的影響機理。

全球氣候變化； 園林植物； 生物多樣性； 物候

近幾十年來,，氣候變化加劇，日益受到人們的關(guān)注。氣候變化所引起的溫度、降水和CO2變化影響著生態(tài)環(huán)境和園林植物，改變著園林植物的物候和生物多樣性。另一方面, 園林植物可以通過適應(yīng)氣候變化和合理布局在一定程度上改善區(qū)域性氣候條件。因此,園林植物應(yīng)對氣候變化方面挑戰(zhàn)和機遇并存。 鑒于園林植物和全球氣候變化關(guān)系的復(fù)雜性，本文對全球氣候變化下園林植物的研究進展進行綜述, 旨在為將來園林植物研究提供參考。此外，本文也提出了未來氣候變化下園林植物研究中的熱點問題。

1 全球氣候變化的相關(guān)研究

美國《1990年全球變化研究法案》把“全球變化”定義為“可能會改變生命賴以存在的地球承受力的全球環(huán)境變化” 。全球氣候變化的主要特征包括大氣CO2濃度升高、氣溫升高、降水格局的變化引起的干旱脅迫等[1]，這些變化對自然生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生了巨大的影響。

1.1 全球氣候變化的原因

近幾十年來，人類活動大量排放的CO2等溫室氣體引起了全球氣候變化，包括大氣溫度升高，全球降水格局的改變。人類廣泛使用冰箱、空調(diào)制冷和發(fā)膠等產(chǎn)品，導(dǎo)致氟氯烴類物質(zhì)的長期排放和積累，造成臭氧層變薄而引起的紫外線B輻射增強。全球氣候變化對陸地生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生巨大影響，不僅通過氣候變化對植被的分布和群落結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響, 而且通過作用于CO2直接影響植物的光合作用。CO2濃度的上升引起全球溫度的升高，導(dǎo)致不同地區(qū)水資源的變化,使得干旱和洪澇災(zāi)害頻發(fā)。全球氣候變化影響自然生態(tài)系統(tǒng)的平衡，是對人類生存與發(fā)展的挑戰(zhàn)。CO2、溫度和降水對植物生長有重要影響, 植物為了應(yīng)對全球氣候變化，在分布、結(jié)構(gòu)和生長等方面發(fā)生一系列變化[1-2]。了解植物對于全球氣候變化的響應(yīng)與適應(yīng)機制可以為生態(tài)系統(tǒng)的平衡提供應(yīng)對策略，因此全球范圍內(nèi)的植物對氣候變化的生態(tài)響應(yīng)已經(jīng)成為有關(guān)學(xué)者的研究熱點[3-6]。

1.2 全球氣候變化對植物的影響

自20世紀(jì)80年代開始，國際科學(xué)界先后發(fā)起并組織實施了對全球環(huán)境變化的研究，并組成了世界氣候研究計劃(WCRP)、國際地圈生物圈計劃(IGBP)、全球變化人文因素計劃(IHDP)、生物多樣性計劃(DIVERSITAS) 四大全球變化研究計劃，其中特別關(guān)注人類活動對地球環(huán)境的影響。研究在以下方面取得一些進展：

(1) CO2濃度升高能提高光合速率和降低葉的暗呼吸[7-8]，還引起葉片氣孔導(dǎo)度降低, 減少蒸騰,提高植物水分利用率[9]，從而促進植物生長，在一定程度上補償因高溫和干旱帶來的負面影響。

(2)氣候變暖導(dǎo)致的溫度升高，加快植物物候[10]。溫度上升可以加速植物生長，也增加其呼吸消耗, 還改變植物的碳、氮代謝過程，從而影響植物的生長發(fā)育[11]。極端高溫破壞植物的光系統(tǒng)II, 使光系統(tǒng)II的量子產(chǎn)率降低, 光合作用被嚴(yán)重抑制。氣候變暖還引起荒漠化加劇、生態(tài)系統(tǒng)退化、生物多樣性銳減[12-13]，物種向高緯度地區(qū)推移，改變原先的地理分布和生活范圍[14-15]。

(3) 全球氣候變化所引起的降水格局變化引起旱害與澇害的頻繁交替發(fā)生，影響植物的生長和產(chǎn)量，造成生態(tài)環(huán)境惡化。近年來已經(jīng)開展大量的植物個體對干旱和水澇脅迫響應(yīng)的研究, 但鮮有對植物群落和景觀尺度上的研究。有關(guān)研究者對植物在干旱和水澇脅迫下的抗旱應(yīng)急蛋白、滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)、光合特性以及水分脅迫信號的傳導(dǎo)方面取得了一些進展[16]。

2 全球氣候變化與園林植物

園林泛指借植物美化環(huán)境并可以游憩的綠地[17]。近代社會經(jīng)濟高速發(fā)展，城市規(guī)模迅速擴大，隨之產(chǎn)生了許多生態(tài)問題，阻礙著城市生存與可持續(xù)發(fā)展。構(gòu)建園林景觀中的植物具有吸收CO2、釋放氧氣、吸收有害氣體、吸附塵埃、調(diào)節(jié)空氣的溫濕度、減弱噪音等改善環(huán)境的功能。

從20個世紀(jì)80年代開始，全球氣候變化引發(fā)的CO2增多、氣溫上升和降水格局變化影響著園林環(huán)境。園林植物為了適應(yīng)氣候變化而不斷改善與進步，使二者緊密結(jié)合[18]。

2.1 氣候變化對園林植物的影響

氣候劇變導(dǎo)致的環(huán)境變化影響原有的園林植物的特點。植物的生長周期會因氣候變暖而延長,使落葉樹種落葉推遲, 發(fā)芽提早；溫帶地區(qū)植物的季相變化可能隨著氣溫升高而消失。氣候變暖還會加劇植物的蒸騰, 從而增加園林綠地的需水量。水資源豐富的地區(qū)，可能因干旱而放棄水景; 氣候變化和極端性天氣, 可能導(dǎo)致園林植物病蟲害的異常發(fā)生, 進而破壞園林綠地。例如2008年年初，中國南方地區(qū)的低溫冰凍災(zāi)害重創(chuàng)了園林植物[19]。

氣候變暖還降低園林植物的多樣性，造成不同地區(qū)的植物物種構(gòu)成日益趨同, 影響到園林的植物豐富性與景觀美感。全球變暖引起的氣候干燥可能威脅一些園林植物種類的生存和生長，而另一些以前不適合當(dāng)?shù)貧夂虻奈锓N有可能成功入侵。一些園林植物開花時間的變化可能影響其傳粉的有效性，改變了物種之間的雜交和遺傳[20]。最近的研究表明,全球氣候變化, 如CO2濃度的上升,有利于增強異地物種的競爭力, 極大地促進其在全球范圍內(nèi)的擴張[21-22]。隨著全球氣溫上升,物種豐富度，特別是木本植物種類的增加，園林植物變得豐富。近幾十年來, 全球變暖已經(jīng)明顯變快，加之冬季氣溫上升加快, 改變著物種分布[23-24]。氣候變化引起大量外來物種入侵，由于其比鄉(xiāng)土物種更適應(yīng)新的氣候條件而在花園迅速蔓延,對本地園林植物的生存造成極大的威脅[1]。

一些植物生成的生物揮發(fā)性化合物的排放,特別是在花園中的植物芳香物質(zhì)的排放,將導(dǎo)致全球氣溫的劇烈上升[21]。氣溫升高將導(dǎo)致植物排放更多的揮發(fā)性化合物, 它們是植物芳香物質(zhì)的主要成分。根據(jù)估算, 芳香指數(shù)在過去30年里增加了10 % , 在未來幾十年內(nèi)可能隨著氣溫上升而持續(xù)增加。多數(shù)芳香物質(zhì)可能有益于園林意境的營造和植物生態(tài)、保健功能的發(fā)揮。但是, 也會有某些對人體有害的芳香物質(zhì), 需要在園林植物的應(yīng)用和選擇時慎重考慮[19]。

2.2 園林植物如何應(yīng)對氣候變化

面對氣候變化帶來的新環(huán)境，園林植物需要適應(yīng)氣候變化給城市帶來的生態(tài)環(huán)境變化。原有的園林植物主要體現(xiàn)其觀賞價值，在氣候變化條件下，生態(tài)、環(huán)境在園林植物中所占比重越來越大，需要考慮如何適應(yīng)氣候變化帶來的新環(huán)境，防止和減少這些災(zāi)難造成的損失[18]。

園林綠地是城市中重要的植物生態(tài)系統(tǒng)，具有積極的生態(tài)效益。這些生態(tài)效益包括降低溫度、增加空氣濕度和吸收CO2等，起到改善和調(diào)節(jié)微氣候的作用。過去園林的重點致力于調(diào)節(jié)和改善局部小氣候, 而現(xiàn)在應(yīng)對氣候變化這個全球性的問題時，需要在區(qū)域或城市尺度上緩解氣溫上升、降雨或干旱所導(dǎo)致的不利影響。碳的匯集和循環(huán)、生物多樣性保持等成為園林綠地的重要功能。在氣候變化的背景下, 園林綠地的碳匯功能已成為重要的研究領(lǐng)域, 包括減少CO2的排放，還有回收和儲存CO2。例如可以改善植物、屋頂花園、綠墻、地形和水體等的配置而減少建筑保暖和制冷所需要的CO2排放量。國際上常通過建立屋頂花園和植物花園減少CO2含量[25]。新的清潔能源包括太陽能、風(fēng)能和沼氣等用在園林綠地中，也可以幫助減少CO2的排放。選擇固碳能力強的園林植物和低碳消耗的材料也可以減少CO2排放。例如明尼蘇達大學(xué)的研究發(fā)現(xiàn)多種草類混合種植物園后，土壤的碳儲量比相同種類單一種植的高出5～6 倍[18]。另外，可以運用人為方法如修建碳儲蓄池，安裝綠色屋頂和綠色環(huán)保墻緩減氣候變化[25]。

3 展望

全球氣候變化已經(jīng)發(fā)生, 并將繼續(xù)加劇。全球氣候變化將在不同的時間和空間尺度上對園林植物產(chǎn)生深刻影響。為了減少預(yù)測全球氣候變化及其對于生態(tài)系統(tǒng)影響的不確定性, 最大限度地減小全球氣候變化的不利影響, 需要加強以全球氣候變化為背景的關(guān)鍵生態(tài)因子與不同尺度上園林生態(tài)系統(tǒng)的相互影響的研究, 揭示園林植物適應(yīng)氣候變化的機理, 為采取相應(yīng)的對策提供理論依據(jù)。未來需從以下幾個方面進一步展開深入的研究:

(1) 通過不同園林類型的研究與比較, 揭示其對全球氣候變化的響應(yīng)與適應(yīng)機制,預(yù)測未來的氣候和園林植物的動態(tài), 為園林的可持續(xù)發(fā)展提供理論依據(jù)。

(2) 氣候變化引起園林植物栽培區(qū)的位移，例如生長在北方的溫帶和寒帶環(huán)境的植物物種數(shù)量可能正在迅速增加。入侵物種對氣候變化而表現(xiàn)出來的適應(yīng)性特征和驅(qū)動形態(tài)特征變化的生理過程的研究還比較缺乏。研究這些內(nèi)容，讓新的或外來物種以適應(yīng)新的環(huán)境條件，有利于開拓物候?qū)W的發(fā)展。

(3) 全球范圍內(nèi)的極端氣候頻發(fā)，干旱、洪澇、高溫、寒害、臺風(fēng)給園林植物帶來了巨大損失。了解園林植物物候?qū)@些極端氣候的響應(yīng)機制，并采取對應(yīng)措施可以有效減小極端氣候帶來的損失。

(4) 全球氣候變化導(dǎo)致不同地域影響園林的主導(dǎo)因子不同， 因此需要找出影響各自區(qū)域的關(guān)鍵環(huán)境因子, 探索各區(qū)域主要園林植物對全球氣候變化的響應(yīng)和適應(yīng)機制, 可以為制訂特定區(qū)域的生態(tài)安全策略提供理論依據(jù)。

(5) 全球氣候變化是多種環(huán)境因子綜合作用的結(jié)果。開展多種環(huán)境因子，如增溫、降水變化、CO2濃度上升的交互作用對園林的影響及其機理的研究，建立數(shù)學(xué)模型模擬未來氣候變化的情景,預(yù)測植物的響應(yīng)機制, 可以為闡明未來全球氣候變化條件下園林植物的變化提供參考。

[1] Heywood V H. The role of botanic gardens as resource and introduction centres in the face of global change[J]. Biodiversity and Conservation, 2011, 20: 221-239.

[2] 許振柱,周廣勝.陸生植物對全球變化的適應(yīng)性研究進[J].自然科學(xué)進展，2003, 2(13)：113-120.

[3] Walther G R,Post E, Convey P, et al.Ecological responses to recent climate change[J]. Nature, 2002, 416: 389-395.

[4] Diamond S E, Framae A M, Martin R A, et al. Species’traits predict phenological responses to climate change in butterflies[J]. Ecology, 2011, 92: 1005-1012.

[5] Visser M E. Fatter marmots on the rise[J]. Nature, 2010, 466: 445-447.

[6] Derocher A E. The prospects for polar bears[J]. Nature, 2010, 468: 905-906.

[7] Thughels H, Nijs I, Vanhecke P, et al.Competition in a global change environment: the importance of different plant traits for competitive success[J]. Journal of Biogeography, 1995, 22(2-3): 297-305.

[8] Httenschwiler S. Tree seedling growth in natural deep shade: functional traits related to interspecific variation in response to elevated CO2[J]. Oecologia, 2001, 129(1): 31-42.

[9] Field C B, Jackson R B, & Mooney H A. Stomatal responses to inereased CO2: Implleations from plant to the global seale[J]. Plant, Cell and Environment, 1995, 18: 1214-1225.

[10] 于信芳, 周大方. 基于MODIS NDVI數(shù)據(jù)的東北森林物候期監(jiān)測[J]. 資源科學(xué), 2006, 28(4): 111-117.

[11] 李永庚，蔣高明，楊景成. 溫度對小麥碳氮代謝、產(chǎn)量及品質(zhì)影響[J]. 植物生態(tài)學(xué)報, 2003, 27(2): 164-169.

[12] 郝興宇，韓雪, 居輝, 等. 氣候變化對大豆影響的研究進展[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報，2010, 21(10): 2697-2706.

[13] 程杰, 程積民，呼天明. 氣候變化對黃土高原達烏里胡枝子種群分布格局的影響[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報，2 011, 22(1): 35-40.

[14] 袁婧薇，倪健. 中國氣候變化的植物信號和生態(tài)證據(jù)[J]. 干旱區(qū)地理，2007, 30(4): 465-473.

[15] 孟婷婷，倪健，王國宏. 植物功能性狀與環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)功能[J]. 植物生態(tài)學(xué)報, 2007, 31(1): 150-165.

[16] 繆穎, 伍炳華. 植物抗逆性的獲得與信息傳導(dǎo)[J].植物生理學(xué)通訊, 2001, 3 7 (1 ): 71-75.

[17] 過元炯.園林藝術(shù)[M].北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，1996.

[18] 趙彩君,傅凡.氣候變化——當(dāng)代風(fēng)景園林面臨的挑戰(zhàn)與變革機遇[J]．中國園林，2009:1-3.

[19] 付彥榮，氣候變化對園林綠化的影響和應(yīng)對策略[M]//中國風(fēng)景園林學(xué)會. 中國風(fēng)景園林學(xué)會2011年會論文集(上冊).北京：中國建筑工業(yè)出版社，2011.

[20] Ali N S, Trivedi C. Botanic gardens and climate change: a review of scientific activities at the Royal Botanic Gardens, Kew[J]. Biodiversity and Conservation, 2011, 20: 295-307.

[22] Dukes, Mooney. Does global change increase the success of biological invaders[J]. Trends in Ecology & Evolution, 1999, 14: 135-139.

[23] Walther G-R, Berger S, Sykes M T. An ecological ‘footprint’ of climate change[J]. Proceedings of the Royal Society of London Series B, 2005, 272: 1427-1432.

[25] 胡承江;李雄;全球氣候變化背景下風(fēng)景園林的發(fā)展[M]//中國風(fēng)景園林學(xué)會. 中國風(fēng)景園林學(xué)會2011年會論文集(上冊).北京：中國建筑工業(yè)出版社，2011.

Theeffectsofglobalclimatechangeonthegardenplants

LI Qiujing1, XU Zhuliang2, XUE Li1, CHEN Hongyue1

(1.College of Forestry, South China Agricultural University, Guangzhou 510642, China;2.Hongling Seed Orchard of Taishan City, Taishan 529223, China)

Changes in temperature, precipitation, and CO2caused by climate change affect phenology and biodiversity of garden plants.In the context of climate change, landscape plants can mitigate climate change by enhancing carbon sink and improving plant design.The research focus on the future are responses of different garden type to climate change, phenology study of invasive species, effect of extreme weather on phenology of garden plants, the dominant factor affecting garden plants in different regions, interactions of multiple environmental factors on garden plants.

global climate changes; garden plants; biological diversity; phenology

2013 — 07 — 02

廣東省林業(yè)局資助項目“林分改造優(yōu)良鄉(xiāng)土闊葉樹種篩選”。

李秋靜(1990 — )，女，河南省信陽市人，碩士生，主要研究方向為風(fēng)景園林。

* 為通訊作者。

Q 948;P467

A

1003 — 5710(2013)05 — 0050 — 03

10. 3969/j. issn. 1003 — 5710. 2013. 05. 014

(文字編校：楊 駿)