全球气候变化对园林植物的影响

李秋静， 许祝莨， 薛 立*， 陈红跃

(1.华南农业大学林学院， 广东 广州 510642; 2.台山市红岭种子园， 广东 台山 529223)

全球气候变化对园林植物的影响

李秋静1， 许祝莨2， 薛 立1*， 陈红跃1

(1.华南农业大学林学院， 广东 广州 510642; 2.台山市红岭种子园， 广东 台山 529223)

气候变化所引起的温度、降水和CO2变化影响着园林植物的物候和生物多样性。在气候变化的背景下, 园林植物可以通过增强碳汇功能，改善植物配置等缓减气候变化。气候变化下园林植物未来的研究热点为：不同园林类型对气候变化的响应，入侵物种物候学的研究，极端气候对园林植物物候的影响，不同地域影响园林植物的主导因子，多种环境因子交互作用对园林植物的影响机理。

全球气候变化； 园林植物； 生物多样性； 物候

近几十年来,，气候变化加剧，日益受到人们的关注。气候变化所引起的温度、降水和CO2变化影响着生态环境和园林植物，改变着园林植物的物候和生物多样性。另一方面, 园林植物可以通过适应气候变化和合理布局在一定程度上改善区域性气候条件。因此,园林植物应对气候变化方面挑战和机遇并存。 鉴于园林植物和全球气候变化关系的复杂性，本文对全球气候变化下园林植物的研究进展进行综述, 旨在为将来园林植物研究提供参考。此外，本文也提出了未来气候变化下园林植物研究中的热点问题。

1 全球气候变化的相关研究

美国《1990年全球变化研究法案》把“全球变化”定义为“可能会改变生命赖以存在的地球承受力的全球环境变化” 。全球气候变化的主要特征包括大气CO2浓度升高、气温升高、降水格局的变化引起的干旱胁迫等[1]，这些变化对自然生态系统产生了巨大的影响。

1.1 全球气候变化的原因

近几十年来，人类活动大量排放的CO2等温室气体引起了全球气候变化，包括大气温度升高，全球降水格局的改变。人类广泛使用冰箱、空调制冷和发胶等产品，导致氟氯烃类物质的长期排放和积累，造成臭氧层变薄而引起的紫外线B辐射增强。全球气候变化对陆地生态系统产生巨大影响，不仅通过气候变化对植被的分布和群落结构产生影响, 而且通过作用于CO2直接影响植物的光合作用。CO2浓度的上升引起全球温度的升高，导致不同地区水资源的变化,使得干旱和洪涝灾害频发。全球气候变化影响自然生态系统的平衡，是对人类生存与发展的挑战。CO2、温度和降水对植物生长有重要影响, 植物为了应对全球气候变化，在分布、结构和生长等方面发生一系列变化[1-2]。了解植物对于全球气候变化的响应与适应机制可以为生态系统的平衡提供应对策略，因此全球范围内的植物对气候变化的生态响应已经成为有关学者的研究热点[3-6]。

1.2 全球气候变化对植物的影响

自20世纪80年代开始，国际科学界先后发起并组织实施了对全球环境变化的研究，并组成了世界气候研究计划(WCRP)、国际地圈生物圈计划(IGBP)、全球变化人文因素计划(IHDP)、生物多样性计划(DIVERSITAS) 四大全球变化研究计划，其中特别关注人类活动对地球环境的影响。研究在以下方面取得一些进展：

(1) CO2浓度升高能提高光合速率和降低叶的暗呼吸[7-8]，还引起叶片气孔导度降低, 减少蒸腾,提高植物水分利用率[9]，从而促进植物生长，在一定程度上补偿因高温和干旱带来的负面影响。

(2)气候变暖导致的温度升高，加快植物物候[10]。温度上升可以加速植物生长，也增加其呼吸消耗, 还改变植物的碳、氮代谢过程，从而影响植物的生长发育[11]。极端高温破坏植物的光系统II, 使光系统II的量子产率降低, 光合作用被严重抑制。气候变暖还引起荒漠化加剧、生态系统退化、生物多样性锐减[12-13]，物种向高纬度地区推移，改变原先的地理分布和生活范围[14-15]。

(3) 全球气候变化所引起的降水格局变化引起旱害与涝害的频繁交替发生，影响植物的生长和产量，造成生态环境恶化。近年来已经开展大量的植物个体对干旱和水涝胁迫响应的研究, 但鲜有对植物群落和景观尺度上的研究。有关研究者对植物在干旱和水涝胁迫下的抗旱应急蛋白、渗透调节物质、光合特性以及水分胁迫信号的传导方面取得了一些进展[16]。

2 全球气候变化与园林植物

园林泛指借植物美化环境并可以游憩的绿地[17]。近代社会经济高速发展，城市规模迅速扩大，随之产生了许多生态问题，阻碍着城市生存与可持续发展。构建园林景观中的植物具有吸收CO2、释放氧气、吸收有害气体、吸附尘埃、调节空气的温湿度、减弱噪音等改善环境的功能。

从20个世纪80年代开始，全球气候变化引发的CO2增多、气温上升和降水格局变化影响着园林环境。园林植物为了适应气候变化而不断改善与进步，使二者紧密结合[18]。

2.1 气候变化对园林植物的影响

气候剧变导致的环境变化影响原有的园林植物的特点。植物的生长周期会因气候变暖而延长,使落叶树种落叶推迟, 发芽提早；温带地区植物的季相变化可能随着气温升高而消失。气候变暖还会加剧植物的蒸腾, 从而增加园林绿地的需水量。水资源丰富的地区，可能因干旱而放弃水景; 气候变化和极端性天气, 可能导致园林植物病虫害的异常发生, 进而破坏园林绿地。例如2008年年初，中国南方地区的低温冰冻灾害重创了园林植物[19]。

气候变暖还降低园林植物的多样性，造成不同地区的植物物种构成日益趋同, 影响到园林的植物丰富性与景观美感。全球变暖引起的气候干燥可能威胁一些园林植物种类的生存和生长，而另一些以前不适合当地气候的物种有可能成功入侵。一些园林植物开花时间的变化可能影响其传粉的有效性，改变了物种之间的杂交和遗传[20]。最近的研究表明,全球气候变化, 如CO2浓度的上升,有利于增强异地物种的竞争力, 极大地促进其在全球范围内的扩张[21-22]。随着全球气温上升,物种丰富度，特别是木本植物种类的增加，园林植物变得丰富。近几十年来, 全球变暖已经明显变快，加之冬季气温上升加快, 改变着物种分布[23-24]。气候变化引起大量外来物种入侵，由于其比乡土物种更适应新的气候条件而在花园迅速蔓延,对本地园林植物的生存造成极大的威胁[1]。

一些植物生成的生物挥发性化合物的排放,特别是在花园中的植物芳香物质的排放,将导致全球气温的剧烈上升[21]。气温升高将导致植物排放更多的挥发性化合物, 它们是植物芳香物质的主要成分。根据估算, 芳香指数在过去30年里增加了10 % , 在未来几十年内可能随着气温上升而持续增加。多数芳香物质可能有益于园林意境的营造和植物生态、保健功能的发挥。但是, 也会有某些对人体有害的芳香物质, 需要在园林植物的应用和选择时慎重考虑[19]。

2.2 园林植物如何应对气候变化

面对气候变化带来的新环境，园林植物需要适应气候变化给城市带来的生态环境变化。原有的园林植物主要体现其观赏价值，在气候变化条件下，生态、环境在园林植物中所占比重越来越大，需要考虑如何适应气候变化带来的新环境，防止和减少这些灾难造成的损失[18]。

园林绿地是城市中重要的植物生态系统，具有积极的生态效益。这些生态效益包括降低温度、增加空气湿度和吸收CO2等，起到改善和调节微气候的作用。过去园林的重点致力于调节和改善局部小气候, 而现在应对气候变化这个全球性的问题时，需要在区域或城市尺度上缓解气温上升、降雨或干旱所导致的不利影响。碳的汇集和循环、生物多样性保持等成为园林绿地的重要功能。在气候变化的背景下, 园林绿地的碳汇功能已成为重要的研究领域, 包括减少CO2的排放，还有回收和储存CO2。例如可以改善植物、屋顶花园、绿墙、地形和水体等的配置而减少建筑保暖和制冷所需要的CO2排放量。国际上常通过建立屋顶花园和植物花园减少CO2含量[25]。新的清洁能源包括太阳能、风能和沼气等用在园林绿地中，也可以帮助减少CO2的排放。选择固碳能力强的园林植物和低碳消耗的材料也可以减少CO2排放。例如明尼苏达大学的研究发现多种草类混合种植物园后，土壤的碳储量比相同种类单一种植的高出5～6 倍[18]。另外，可以运用人为方法如修建碳储蓄池，安装绿色屋顶和绿色环保墙缓减气候变化[25]。

3 展望

全球气候变化已经发生, 并将继续加剧。全球气候变化将在不同的时间和空间尺度上对园林植物产生深刻影响。为了减少预测全球气候变化及其对于生态系统影响的不确定性, 最大限度地减小全球气候变化的不利影响, 需要加强以全球气候变化为背景的关键生态因子与不同尺度上园林生态系统的相互影响的研究, 揭示园林植物适应气候变化的机理, 为采取相应的对策提供理论依据。未来需从以下几个方面进一步展开深入的研究:

(1) 通过不同园林类型的研究与比较, 揭示其对全球气候变化的响应与适应机制,预测未来的气候和园林植物的动态, 为园林的可持续发展提供理论依据。

(2) 气候变化引起园林植物栽培区的位移，例如生长在北方的温带和寒带环境的植物物种数量可能正在迅速增加。入侵物种对气候变化而表现出来的适应性特征和驱动形态特征变化的生理过程的研究还比较缺乏。研究这些内容，让新的或外来物种以适应新的环境条件，有利于开拓物候学的发展。

(3) 全球范围内的极端气候频发，干旱、洪涝、高温、寒害、台风给园林植物带来了巨大损失。了解园林植物物候对这些极端气候的响应机制，并采取对应措施可以有效减小极端气候带来的损失。

(4) 全球气候变化导致不同地域影响园林的主导因子不同， 因此需要找出影响各自区域的关键环境因子, 探索各区域主要园林植物对全球气候变化的响应和适应机制, 可以为制订特定区域的生态安全策略提供理论依据。

(5) 全球气候变化是多种环境因子综合作用的结果。开展多种环境因子，如增温、降水变化、CO2浓度上升的交互作用对园林的影响及其机理的研究，建立数学模型模拟未来气候变化的情景,预测植物的响应机制, 可以为阐明未来全球气候变化条件下园林植物的变化提供参考。

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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

广东省林业局资助项目“林分改造优良乡土阔叶树种筛选”。

李秋静(1990 — )，女，河南省信阳市人，硕士生，主要研究方向为风景园林。

* 为通讯作者。

Q 948;P467

A

1003 — 5710(2013)05 — 0050 — 03

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

(文字编校：杨 骏)