气候变化已将植物推向极限，气温上升和降雨模式改变迫使物种在不同的地貌中追逐适宜的生长条件，而它们往往无法及时适应。高山生态系统承受的压力尤为严峻。这些高山环境的升温速度远超其他地区，同时还面临着降水模式改变、雪季缩短以及日益频繁的野火等问题。对于高山植物而言，这种组合尤其危险，因为它们被限制在山顶附近的狭窄地带，几乎没有空间随着环境变化而迁移。因此，高山生态系统已成为科学家们关注的焦点，他们试图了解气候变化将如何重塑植物群落，以及它们能否在未来的变化中生存下来。
提出这些问题的研究人员之一是 赫罗尼莫·巴斯克斯·拉米雷斯博士一位最近在迪肯大学获得博士学位的墨西哥科学家。在一次采访中， 植物学一号巴斯克斯-拉米雷斯解释说，他有“我一直对高山生态系统很感兴趣，因为它们既美丽又具有极端的生物多样性。“在前往澳大利亚攻读博士学位后，他对气候变化的兴趣更加浓厚。他抵达澳大利亚的那年，气候异常炎热干燥，不久之后，2019-2020 年的毁灭性森林大火席卷了整个国家。通过与博士生导师苏珊娜·文恩教授的交流，他的研究重点转向了一个关键问题：气候驱动的极端事件如何影响种子和幼苗——植物生命中最早期、最脆弱的阶段？”
回答如此复杂的问题需要超越单一原因的考量。——巴斯克斯-拉米雷斯 首先借鉴先前发表的研究，探讨气候变化如何影响全球范围内的植物再生。这项研究表明，气候变暖、降雨减少和积雪提前融化会对种子和幼苗产生不同甚至相反的影响，具体取决于植物生命周期的不同阶段。然而，至关重要的是，以往的大多数研究都是孤立地考察这些因素。在现实世界中，这些因素很少单独出现。气温升高通常会导致土壤干燥、积雪变薄以及火灾风险增加，所有这些因素都会共同影响种子能否正常发育、在适宜的时间发芽以及幼苗能否存活。
为了解决这个问题，瓦兹奎兹-拉米雷斯开始研究多种气候压力因素如何相互作用。在早期的研究中， 他研究了温度变化、干旱和融雪如何影响土壤种子库。土壤中储存的种子储备。该研究表明，降雪和降雨量的减少降低了种子的萌发数量和新出现的物种多样性，这可能会破坏高山植物群落的长期存续。这些发现引出了一个更深层次的问题：当气候变化和干扰共同作用于种子从发育到幼苗在野外定植的整个生命周期时，会发生什么？这个问题是他们最近发表的研究的核心。 Annals of Botany.
研究人员将他们的实验转移到了 博贡高原在澳大利亚东南部山区，研究人员追踪了13种常见的阿尔卑斯山植物，观察了它们两个生长季的生长情况。研究团队设置了多个精心设计的小型样地，并将它们置于四种不同的情景下：当前气候、更温暖干燥的气候、火灾以及气候变暖和火灾的双重影响。为了模拟未来的气候，他们 设计了小型带顶温室，在缓慢提高温度的同时，减少到达土壤的降雨量。研究人员通过可控的小型燃烧实验模拟火灾。他们短暂燃烧小片植被，并添加与真实野火中产生的烟雾化学物质类似的物质，以模拟他们将日益面临的情况。
随后，他们追踪了植物生命周期的三个关键阶段。首先，他们收集了在不同气候处理下发育的种子，并测量了种子的大小、重量和发芽率。其次，他们将种子装入细网袋，埋在土壤表面以下，每月检查一次，观察发芽的时间和数量。最后，他们在温室中培育幼苗，然后将其移植到试验田中，并监测其近一年的存活情况。
当研究人员观察实地实际情况时，一个清晰的模式浮现出来：未来的气候条件使高山植物的生存每一步都更加艰难，而火灾则使它们的生存雪上加霜。增温室使土壤温度升高了近2摄氏度，并使土壤干燥，在这种条件下，种子通常更小更轻，这表明当水分匮乏时，母株难以将养分投入到后代的生长中。这些影响一直延续到种子萌发阶段。在埋入土壤的一万两千多粒种子中，只有大约三分之一最终发芽。在更温暖干燥的地块中，发芽的种子更少，而且许多种子的萌发时间比往常更晚。火灾也会降低种子的萌发率，尽管其影响弱于单纯的干燥。
然而，最大的损失发生在发芽之后。在未来的气候条件下，幼苗的存活率急剧下降，在火烧迹地中下降幅度更大。在未燃烧的地区，大多数幼苗在冬季死亡，这与高山环境的预期一致。相比之下，在经过火烧处理的地块中，幼苗死亡高峰出现在夏季，此时裸露的土壤温度极高。这些时间上的变化是Vázquez-Ramírez发现的最令人惊讶的结果之一。
“研究开始时，我预期实验处理会影响种子发芽率和幼苗成活率，”他说。“令我惊讶的是，它们对幼苗成活率的影响也如此之大。” ，尤其是 种子发芽了， ，尤其是 幼苗死亡。在许多物种中，发芽期从对照条件下的春季转移到了更温暖干燥处理下的秋季。同样，幼苗死亡率的高峰期也从对照条件下的冬季转移到了温暖干燥条件下的夏季。对我来说，发芽和存活率的这些季节性变化是这项研究中最出乎意料的结果。
综合来看，这项研究表明，气候变化对高山植物的威胁并非来自一次剧烈的打击，而是来自生命之初一系列悄无声息的挫败。随着气候变暖变干，植物产生的种子更小，所需资源也更少；在炎热的年份，种子发芽率降低；许多幼苗在扎根之前便已死亡。火灾又增添了另一重障碍，它摧毁了植物的庇护所，使幼苗暴露在致命的高温和干旱之中。重要的是，这些压力并非以简单或可预测的方式发挥作用。
这项研究并未止步于此。瓦兹奎兹-拉米雷斯目前是哥本哈根大学的玛丽·居里博士后研究员，他的研究方向已进一步北移。在那里，他正致力于研究气候变化如何影响北极生态系统中的植物再生。北极生态系统与高山地区一样，正经历着快速变暖，而植物生命的早期阶段可能再次成为最脆弱的环节。希望像瓦兹奎兹-拉米雷斯这样的研究能够帮助我们更好地预测这些独特生态系统的未来走向。
阅读文章：
巴斯克斯-拉米雷斯, 维恩图 SE. 2025. 气候变化可能会改变种子和幼苗的特性，并改变高山环境中的发芽和死亡模式。 Annals of Botany 136：651 667。 https://doi.org/10.1093/aob/mcaf132
封面图片：巴斯克斯-拉米雷斯实验中埋入的袋子中的幼苗正在发芽。摄影：Jerónimo Vázquez-Ramírez
