全球变暖正在推动山地森林树种沿海拔梯度重新分布，但不同树种为何表现出向上迁移、向下扩张甚至相反响应的机制仍不清楚。2026年8月6日，河北农业大学张先亮教授、北京大学刘鸿雁教授等研究人员围绕这一科学问题在国际顶尖期刊 Nature Climate Change 发表了题为 “Hydraulic traits govern opposing range shifts of montane trees under warming” 的最新研究成果。该研究整合全球树轮数据、树种海拔迁移记录以及植物水力性状数据，揭示了植物水分运输策略如何决定山地树种在气候变暖和干旱增强背景下的迁移方向与速度。

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研究背景

山地生态系统覆盖全球约四分之一陆地面积，具有显著的垂直生态梯度，是全球生物多样性的重要区域。然而，持续升温正在改变山地森林的适生环境，导致大量树种发生海拔范围迁移。传统气候生态学理论认为，随着温度升高，树种通常会向更高海拔迁移以寻找适宜温度环境，但近年来越来越多的观测发现，不同树种的迁移方向并不一致，部分树种向上扩张，而部分树种却出现向下迁移现象。已有研究表明，超过一半的陆地物种分布变化发生在山区，但影响树种迁移方向和速度的关键机制仍缺乏解释。

植物水力性状决定了树木对水分运输、碳吸收以及干旱胁迫的响应能力。其中，水力安全性状（如木质部抗栓塞能力、水势损失点）能够增强植物抵御干旱风险的能力，而水力效率性状（如叶片和茎部导水能力）则促进资源获取和快速生长。因此，水力策略可能成为连接植物生理过程与大尺度地理分布变化的重要桥梁。该研究提出，不同树种在水力安全与水力效率之间的权衡，可能决定其面对气候变化时的迁移方向。

研究首先发现，不同树种对温度和干旱的敏感性随海拔变化存在显著差异。在1951—1990年期间，部分树种随着海拔升高表现出更强的干旱限制，而另一些树种则表现出相反趋势。例如，部分树种的生长—干旱关系随海拔增强，而部分树种则减弱，说明树种并不存在统一的海拔响应模式。即使在相同山地系统内，不同树种仍表现出明显不同的气候适应策略。

图2｜不同树种（1951—1990年）沿海拔梯度的气候—生长关系变化

进一步分析发现，植物水力性状能够解释不同树种沿海拔梯度的气候敏感性差异。研究显示，水力效率相关性状（如茎导水率Ks、叶片导水率Kl以及导管直径Vdia）与干旱敏感性的变化密切相关，而水力安全相关性状则影响植物抵御水分胁迫的能力。具有较高水力效率的树种能够更有效地运输水分，在较温暖环境中维持较高生长能力；而具有较强水力安全性的树种则更能够耐受干旱环境。

研究进一步发现，山地树种的海拔迁移方向与其水力性状密切相关。部分树种表现出快速向上迁移，例如部分槭树、柏树和杨树，其迁移速度超过5 m/年；而部分树种则表现出向下迁移趋势。研究发现，具有较高叶片导水率（Kl）的树种更倾向于向高海拔迁移，而具有较强水力安全性的树种则更容易向低海拔扩张。该结果说明，气候变暖本身并不能完全解释树种迁移差异，植物自身功能性状决定了其面对环境变化时的适应能力。

图4｜功能性状驱动树种海拔范围迁移

为了进一步解析作用机制，研究利用结构方程模型分析了水力性状影响树种迁移的路径。结果显示，水力效率主要通过降低海拔梯度上的干旱限制并增强温度响应能力，加速树种向高海拔迁移；水力安全性则主要降低干旱敏感性，但对迁移速度的直接影响较弱。研究进一步将水力性状划分为两个主要功能轴：代表资源获取能力的“水力效率轴”和代表抗逆能力的“水力安全轴”。

图5｜水力性状与树种范围迁移之间的关系

      本研究揭示了植物水力性状在调控山地树种气候响应和海拔范围迁移中的关键作用，突破了传统“变暖导致树种统一向高海拔迁移”的认识框架。研究发现，具有较高水力效率的树种更容易追踪升温环境向高海拔迁移，而具有较强水力安全性的树种则可能向低海拔扩张。该研究建立了植物功能性状、生理机制与全球变化下物种重新分布之间的联系，为预测未来山地森林结构变化以及制定气候适应性保护策略提供了重要理论依据。

本研究以 “Hydraulic traits govern opposing range shifts of montane trees under warming” 为题，发表于 Nature Climate Change 期刊。河北农业大学张先亮教授为本研究第一作者，北京大学刘鸿雁教授为通讯作者。研究团队来自河北农业大学、北京大学、不列颠哥伦比亚大学、伯尔尼大学、印第安纳大学、拉瓦尔大学以及佛蒙特大学等机构。