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北京师范大学付永硕教授团队在物候事件的气候变化响应差异研究（mismatch）取得进展

花匠小妙招
2024-11-06 19:48

植物物候是气候变化最敏感的生物学指标之一，全球变暖导致植物物候发生显著变化, 进而影响陆地生态系统碳循环、水循环和能量平衡。近年来物候学研究已成为全球变化研究的热点研究方向，物候响应气候变化机理、物候变化对生态系统碳循环和水循环的影响等研究越来越受到关注。然而，物候响应气候变化在不同物种间和不同物候事件间的差异研究较少，特别是不同物候事件对季节升温的响应差异研究（phenological mismatch）还鲜有报道。物候事件响应气候变化的种间和事件间差异，是影响生态系统结构的重要决定因素，也是准确理解生态系统碳循环、水循环和能量平衡的关键科学问题，具有重要的研究意义。

近日，北京师范大学付永硕教授团队在Science China Life Sciences发表了题为“Climate warming shifts the time interval between flowering and leaf unfolding depending on the warming period”的研究论文，揭示了冬季和春季变暖对开花-展叶时间间隔的相反影响。

开花和展叶标志着植物的繁殖生长和营养生长的开始，开花和展叶对气候变化的响应差异会对植物的繁殖成功、营养分配、水分胁迫以及种间竞争产生重要影响，进而改变陆地生态系统的结构和功能。付永硕教授团队基于室内控制实验探究了不同季节升温，不同升温幅度，以及不同光周期处理对开花、展叶物候的影响。基于离体枝条的控制实验已被证明可以有效替代高大树木反映春季物候对气候变化的响应，实验利用北京两个先花后叶树种——毛白杨和榆叶梅的192根离体枝条，研究了开花和展叶物候对冬季和春季升温的响应差异。研究发现，冬季变暖减少了芽苞休眠期间积累的冷激量，增加了对热量的需求，但开花比展叶增加的热量需求更少，因此冬季变暖导致开花比展叶相对延迟天数更少，开花-展叶时间间隔增大。另一方面，春季变暖促进了开花和展叶的发生，但是更早的物候事件（开花）对热量的需求更少，最终导致春季变暖缩短了开花-展叶时间间隔。

图1. 不同温度处理下毛白杨（A）和榆叶梅（B）达到四个物候期所需的处理天数，不同冷激处理下毛白杨（C）和榆叶梅（D）开花-展叶时间间隔。处理天数是指从枝条放入气候室至达到某一物候期的天数。四个物候期分别指花萌芽（FB）、开花（FL）、叶萌芽（LB）和展叶（LU）。Clow和Chigh分别指低冷激和高冷激处理，代表温暖和寒冷的冬季。

这一结果说明气候变暖的季节性差异是导致物候间隔增大或减少的主要原因，冬季升温导致开花-展叶时间间隔延长，但春季升温导致开花-展叶时间间隔缩短。IPCC最新报告指出，未来冬季变暖幅度将大于春季，这种季节性升温幅度的差异可能导致开花-展叶时间间隔向不同的方向改变，改变植物的营养分配、繁殖以及种间关系，并最终对生态系统的结构和功能以及气候系统具有重要影响。物候事件响应气候变化差异如何影响生态系统结构和功能还需要更多深入研究，以提高我们对生态系统响应全球气候变化的理解。

北京师范大学水科学研究院王姝心硕士、吴兆飞博士为共同第一作者，付永硕教授为通讯作者。

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