自然·通訊 | 華東師范大學劉慧穎/中科院地理所吳朝陽發現植物“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系統的結構與功能，而植物物候——即植物周期性生命活動事件的時序變化——被認為是響應氣候變暖最敏感的“指針”之一。長期以來，科學家已確認溫度、光周期和降水等環境因素是驅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差異巨大，其背后是否存在內在的生物學機制，一直是生態學領域懸而未決的關鍵問題。

近日，華東師范大學生態與環境科學學院劉慧穎教授、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個野外升溫實驗數據與兩個長期地面物候監測網絡（中國物候觀測網和美國國家物候網）的觀測記錄，系統揭示了植物資源獲取策略如何調控其對氣候變暖的物候響應。

研究首先對全球124個野外升溫實驗的3079條觀測數據進行整合分析，發現葉片氮含量更高、葉片更薄的資源獲取型植物，其春季展葉期對升溫的響應更為敏感，表現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、葉片厚度等五個關鍵功能性狀降維為反映資源獲取策略的連續軸（PC1），結果顯示，春季物候的提前幅度與PC1呈顯著負相關，而秋季物候的推遲幅度則與PC1呈顯著正相關，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和美國國家物候網長達數十年的地面觀測數據，研究驗證了上述發現。在中國物候觀測網的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。在美國國家物候網的109個站點中，資源獲取型植物同樣表現出更強的秋季物候推遲響應。兩套獨立的長時序觀測數據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的影響僅次于環境因素，凸顯了性狀在物候調控中的重要地位。

基于上述發現，研究團隊進一步構建了整合植物性狀的物候預測模型。與傳統僅考慮氣候因素的預測相比，新模型預估在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。這一結果表明，忽略植物內在性狀的調控作用，可能導致對未來物候變化及生態系統功能響應的系統性誤判。該研究為提升氣候變暖背景下植物響應的預測精度提供了重要的機制性依據。

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