自然·通訊 | 華東師范大學(xué)劉慧穎/中科院地理所吳朝陽發(fā)現(xiàn)植物“性格”決定其對氣候變暖的敏感程度

全球氣候變暖正在深刻重塑陸地生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能，而植物物候——即植物周期性生命活動事件的時序變化——被認(rèn)為是響應(yīng)氣候變暖最敏感的“指針”之一。長期以來，科學(xué)家已確認(rèn)溫度、光周期和降水等環(huán)境因素是驅(qū)動氣候變化的主要外部信號。然而，為何不同植物種類對相同升溫條件的響應(yīng)差異巨大，其背后是否存在內(nèi)在的生物學(xué)機制，一直是生態(tài)學(xué)領(lǐng)域懸而未決的關(guān)鍵問題。

近日，華東師范大學(xué)生態(tài)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院劉慧穎教授、中科院地理所吳朝陽研究員團隊在《自然·通訊》（Nature Communications）上發(fā)表題為“Acquisitive plants exhibit stronger phenological shifts in response to warming: insights from meta-analysis and long-term monitoring”的研究論文。該研究通過整合全球124個野外升溫實驗數(shù)據(jù)與兩個長期地面物候監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)（中國物候觀測網(wǎng)和美國國家物候網(wǎng)）的觀測記錄，系統(tǒng)揭示了植物資源獲取策略如何調(diào)控其對氣候變暖的物候響應(yīng)。

研究首先對全球124個野外升溫實驗的3079條觀測數(shù)據(jù)進行整合分析，發(fā)現(xiàn)葉片氮含量更高、葉片更薄的資源獲取型植物，其春季展葉期對升溫的響應(yīng)更為敏感，表現(xiàn)出更顯著的提前趨勢；同時，這類植物在秋季的葉變色期也呈現(xiàn)出更明顯的推遲趨勢。通過主成分分析，研究將葉片氮濃度、比葉面積、葉片厚度等五個關(guān)鍵功能性狀降維為反映資源獲取策略的連續(xù)軸（PC1），結(jié)果顯示，春季物候的提前幅度與PC1呈顯著負(fù)相關(guān)，而秋季物候的推遲幅度則與PC1呈顯著正相關(guān)，即資源獲取型植物的物候變化幅度顯著大于保守型植物。

進一步基于中國物候觀測網(wǎng)和美國國家物候網(wǎng)長達數(shù)十年的地面觀測數(shù)據(jù)，研究驗證了上述發(fā)現(xiàn)。在中國物候觀測網(wǎng)的42個站點中，葉片更薄的植物春季物候提前更多，葉面積更大的植物秋季物候推遲更明顯。在美國國家物候網(wǎng)的109個站點中，資源獲取型植物同樣表現(xiàn)出更強的秋季物候推遲響應(yīng)。兩套獨立的長時序觀測數(shù)據(jù)均支持資源獲取型植物對長期氣候變暖具有更強的物候敏感性。隨機森林模型分析表明，植物功能性狀對物候響應(yīng)的影響僅次于環(huán)境因素，凸顯了性狀在物候調(diào)控中的重要地位。

基于上述發(fā)現(xiàn)，研究團隊進一步構(gòu)建了整合植物性狀的物候預(yù)測模型。與傳統(tǒng)僅考慮氣候因素的預(yù)測相比，新模型預(yù)估在SSP1-2.6和SSP5-8.5兩種氣候情景下，單純依賴氣候的模型可能會高估春季物候變化4.00至7.90天，高估秋季物候變化1.73至3.45天。這一結(jié)果表明，忽略植物內(nèi)在性狀的調(diào)控作用，可能導(dǎo)致對未來物候變化及生態(tài)系統(tǒng)功能響應(yīng)的系統(tǒng)性誤判。該研究為提升氣候變暖背景下植物響應(yīng)的預(yù)測精度提供了重要的機制性依據(jù)。

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