长白山森林生态系统是东亚地区最典型的植被垂直梯度分布森林生态系统,也是我国罕有的保存完好的、对全球气候变化最敏感的森林生态系统之一。地形的倾斜使该区域成为了研究高山树种生长和生理生态特性沿海拔梯度变化的理想场所。研究植物的生长和生理生态特性对海拔梯度的响应,有助于探究物种对环境变化的适应性,及预测其对气候变化的响应。幼树阶段是植物生活史中的重要环节,红松(Pinus koraiensis Sieb.et Zucc.)、蒙古栎(Quercus mongolica Fisch.Ex Ledeb.)、花楷槭(Acer ukurunduense Trautv.&C.A.Mey.)、紫椴(Tilia amurensis Rupr.)和白桦(Betula platyphylla Suk.)作为长白山最主要的几个优势树种,具有巨大的生态服务功能价值。然而目前对该地区上述树种幼树生理和生长特征沿海拔梯度变化的研究还鲜见报道。本研究以长白山自然保护区不同海拔高度下的林下幼树为研究对象,系统测定了各物种在不同海拔高度下的年生长量、生物量分配、叶片光合特征、叶片反射光谱特征和叶片结构型特征,旨在分析不同物种的生长特征和叶片属性对海拔梯度的响应、比较各响应的种间差异、以及探究影响各物种生长的生物和非生物因素。这些研究结果有助于我们理解植物对环境变化的响应机理,预测长白山地区各树种在未来气候变化下的可能生理生态响应。对各物种生活史对策的了解,也有利于理解物种多样性维持的内在机制,为该地区山地森林的可持续经营管理提供理论依据。本研究提供的数据还将有助于这一地区森林碳储量的准确估算和植物性状数据库的进一步完善。通过系统研究得出如下结果和结论:(1)在针阔混交林和暗针叶林中,红松幼树的当年生针叶、当年生枝条和一年生针叶的生物量及其生物量比重均随海拔高度的增加而增加。并且针阔混交林中红松幼树的各生长参数大于暗针叶林中相对应的值。这说明在两种不同的森林类型中,红松幼树的年生长量均随海拔高度的增加而增加,年均大气温度上升的气候变化可能将不利于林下红松幼树的生长。并且针阔混交林中红松幼树的年生长量显著大于暗针叶林中红松幼树的年生长量。(2)冗余分析和相关性分析的结果表明,在针阔混交林中本研究所选的13个叶片性状因子和10个环境因子分别能解释42.26%和45.11%的红松幼树生长变异;林下红松幼树的生长与叶片水势和饱和光照强度等叶片属性显著相关(P<0.05),且与林下年均大气温度、林下年均大气湿度、年积温、年降水量和大气压强等环境因素也显著相关(P<0.05)。在暗针叶林中本研究所选的13个叶片特征因子和10个环境因子分别能解释40.95%和33.27%的红松幼树生长变异;林下红松幼树的生长与叶片总磷含量、叶片总碳含量和光饱和速率等叶片属性显著相关(P<0.05),且与林下年均大气温度、林下年均大气湿度、年积温、年降水量、土壤含水率和土壤总磷含量等环境因素显著相关(P<0.05)。红松幼树生理学方面的可塑性大于其生长和形态学方面的可塑性。(3)林下蒙古栎幼树的叶片、新生枝条和一年生枝条生物量,叶片、新生枝条和一年生枝条的生物量比重随海拔上升而下降,说明年均大气温度上升的气候变化可能将有利于林下蒙古栎幼树的生长。冗余分析和相关性分析的结果表明,本研究所选的16个叶片性状因子和10个环境因子分别能解释42.91%和34.18%的蒙古栎幼树总生长变异。叶片叶绿素含量、叶片总氮含量以及表观量子效率等叶片属性,林下年均大气温度、林下年均大气湿度、年积温、年降水、大气压强和土壤pH值等环境因素显著影响林下蒙古栎幼树的生长(P<0.05)。蒙古栎幼树生理学方面的可塑性大于其生长和形态学方面的可塑性。(4)花楷槭、紫椴和白桦这三个树种幼树的类胡萝卜素指数、结构独立色素指数均随海拔高度的增加而上升;总生物量、叶片生物量比重和新生枝条生物量比重均随海拔高度的上升而下降。说明这三个树种所受的环境压力均随海拔高度的增加而上升,年生长量随海拔高度的增加而下降。年均大气温度上升的气候变化将有利于这三个物种幼树的生长。(5)白桦幼树的饱和光照强度大于花楷槭幼树和紫椴幼树,其暗呼吸速率和表观量子效率分别随海拔高度的增加而增加和下降,而花楷槭幼树和紫椴幼树的暗呼吸速率和表观量子效率没有显著的海拔差异。这说明在年均大气温度上升的气候变化情境下,相较于花楷槭幼树和紫椴幼树,白桦幼树往林缘或者林窗等光照强度大的地方发展才具有竞争优势。花楷槭幼树的光补偿点和水分利用效率随海拔高度的增加分别下降和上升,说明在年均大气温度上升的气候变化情境下,花楷槭满足其光合和呼吸作用平衡所需的光照强度增加且水分利用效率下降,使得林下花楷槭幼树相比其它两个树种不具竞争优势;紫椴幼树的水分利用效率随海拔高度的增加而下降,说明其在年均大气温度上升的气候变化情境下相比花楷槭幼树和白桦幼树更具有竞争力。