随着气候变暖，许多植物在生存上面临艰难挑战。苏黎世联邦理工学院的一项新研究表明，当植物因气候变化而迁入其栖息地、加剧与其竞争时，这一困境尤为严峻。
气候变化仍在不受遏制地推进，平均气温持续上升，迫使许多野生动植物迁入新的栖息地。随着物种以新的组合聚集在一起，气候变化正在重新洗牌生态互动的格局，其后果尚未被探索。
对高山植物而言，这意味着未来它们可能会面临此前从未接触过的物种的竞争：这些植物如今生长在较低海拔，但因气候变化而迁移过来。
近期发表于 《自然》，植物生态学家杰克·亚历山大（Jake Alexander）、杰夫·迪兹（Jeff Diez）与苏黎世联邦理工学院教授乔纳森·莱文（Jonathan Levine）的一项新研究首次提供了实证证据，表明这一新的竞争来源可能具有决定性作用。
在变暖世界中模拟竞争
研究人员在瑞士库尔（Chur）附近的卡兰达山（Calanda）开展了一项实验，发现只要高山植物与其当前的高山邻居竞争，它们便能在温度高出三摄氏度的气候下存活。然而，当高山植物面对来自低海拔的植物群落时，其存活率下降了一半以上。即便是那些在竞争中存活下来的植物，生长状况也很差，开花也更少。
“这一点很重要，因为它表明，如果我们想预测气候变暖后植物的表现和分布，就必须了解它们在与谁竞争。”亚历山大说。他认为，这一效应可以用对光照的竞争来解释：低海拔植物生长得更高，叶片往往也更大，从而能够压倒较矮小的高山物种。
起初，生态学家认为气温升高将是高山植物的致命因素。然而，亚历山大及其同事发现，气候变化的这一直接效应很少是负面的。“未来让高山植物生存困难的决定性因素是竞争，尤其是来自低海拔新迁入者的竞争，”亚历山大说。这一发现为越来越多的证据提供了支持，表明气候变暖之后，物种互动的变化比气温的直接影响更为重要。
测试多种情景
苏黎世联邦理工学院研究人员开展的这项实验，是首次在野外实证检验新竞争者作用的研究。对于大多数栖息地而言，科学家根本不知道未来哪些物种将彼此相遇。“但在山区，我们是知道的，”苏黎世联邦理工学院教授乔纳森·莱文说，“高山植物未来的竞争对手，就在仅数百米之下的山坡上。”
为开展实验，研究作者将四种具有代表性的植物物种——春季白头翁（spring pasqueflower）、高山荷包豆（alpine kidney vetch）、有光泽的山萝卜（glossy scabious）和黑车前（black plantain）——从高山草甸中的现居地移栽到山下600米处的新家园。此举模拟了瑞士未来50至100年间平均气温预计约升高3摄氏度的情况。这些植物被移栽到两类植被中：一类是低海拔地点的本土植被，即其未来的新竞争者；另一类是从高山草甸移来的植被，即其现有竞争者。此外，科学家采用了类似方法，模拟气候变暖后目标物种成功向更高海拔迁移之后的竞争情况。
这一复杂的实验设计使研究人员得以检验多种情景。首先，他们检验了高山植物留在原地、处于变暖气候中的情景：在这种情况下，它们要么被来自低海拔的物种入侵，要么仍与当前的高山群落竞争。其次，他们检验了高山植物成功向上迁移的情景：在这种情况下，它们会遇到高山顶部的植物群落，或是与一同迁移的当前竞争者相遇。
竞争效应出人意料地清晰
在变暖气候条件下，新竞争者产生的压倒性影响，对熟悉高山栖息地的生态学家（包括本研究作者）而言或许并不令人意外；然而，他们认为其研究结果对于预测物种对气候变化的响应至关重要。“目前关于物种未来分布的绝大多数预测，都基于一个假设，即竞争者是谁并不重要，”现任加州大学河滨分校（U.C. Riverside）教授的杰夫·迪兹说。
“发现决定性影响来自低海拔植物群落的竞争，而非此前假定的较高气温，是一项非常有价值的发现，”亚历山大说。
新竞争者未必总是有如此强大的影响。或许，这四种目标物种能够在高山植物群落中站稳脚跟，因为这些海拔的代表植物具有相似的叶片和植株结构。
亚历山大承认，本实验模拟的情景属于“极端”情况。未来，植被变化会更为渐进，而且并非所有植物都会以相同速度迁移。更为现实的情景是，新物种将逐步向上迁移；不过，这类情景更难通过实验进行研究。此外，苏黎世联邦理工学院的研究人员仅能观察这四种高山物种两年的发展情况。这一时长仍然足够长，足以提供充分的迹象，表明哪些因素将对未来变暖气候中的植物产生关键影响。“我们的研究首次提供了一些实证迹象，表明在预测物种对气候变化的响应时，必须考虑与新的“分布范围扩张者”（range expanders）之间的竞争，”亚历山大强调说。
参考文献
Alexander JM, Diez JM, Levine JM. 新竞争者塑造物种对气候变化的响应。《自然》在线提前发表，2015年9月16日。DOI： 10.1038/nature14952
本文与 苏黎世联邦理工学院合作发表。发表本文并不意味着世界经济论坛认同其中观点。
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作者：彼得·吕埃格（Peter Rüegg）任职于苏黎世联邦理工学院新闻与媒体关系团队。
图片：一名农民在圣何塞以东、卡塔戈的蒂拉布兰卡（Tierra Blanca de Cartago）的一处种植园里种植洋葱。路透社／胡安·卡洛斯·乌拉特（Juan Carlos Ulate）。
