四川大学陈磊团队发现生长季变暖对树木季节性活动的加速影响正逐渐消失 | Cell Press对话科学家
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阅读： 2023/8/14 16:43:21
生命科学
Life science
2023年8月10日，四川大学陈磊团队在Cell Press细胞出版社期刊Current Biology上发表题为“Accelerating effects of growing-season warming on tree seasonal activities are progressively disappearing”的研究成果。
全球变暖导致的树木物候变化对森林生产力造成了显著的影响。但是目前研究主要集中于冷激、积温等气候驱动因子对树木物候的影响，忽略了生长季温度变化可能通过改变生长季光合碳同化从而影响树木物候的发生。该研究团队综合利用长期地面物候观测数据、遥感物候数据和生产力数据，分别分析了树木物候和生产力对生长季变暖响应的时间动态变化。研究发现生长季增温导致了树木春季和秋季物候提前，但是这种加速效应在不断减弱，同时森林生产力对生长季温度的敏感性也在下降。该研究进一步发现生长季增温引起的水分胁迫可能是导致光合碳同化速率下降的原因，从而造成树木春秋季物候对生长季变暖的敏感性下降。该研究不仅揭示了光合碳同化与树木季节性活动的紧密联系（图1），同时也为理解树木物候对气候变化的非线性响应模式提供了新视角。四川大学生命科学学院陈磊教授为论文通讯作者，博士乔宇鑫、硕士古洪双为文章的共同第一作者。该研究得到了四川大学和国家自然科学基金的支持。
图1 生长季变暖对树木春秋季物候影响的时间动态变化示意图
树木物候变化直接影响着树木适合度和分布，也会影响森林生态系统物质循环和能量流动。全球气候变暖下，树木春秋季物候变化已被广泛报道。然而，由气候变暖引起的树木物候变化的内在生理机制还不明确，这在一定程度上阻碍了未来树木物候的预测。此前，该研究团队揭示了生长季变暖将通过增加温带和北方森林生长季光合碳同化提前树木来年春季物候(Gu et al, 2022, Nature Communications, 13: 3698)。但是树木物候对生长季变暖的长期动态响应还未有研究展开深入探讨。
基于此，该研究团队聚焦北半球温带落叶阔叶林区域，使用长时序（1983–2014）、大尺度的地表物候观测数据（PEP725）和遥感物候数据（GIMMS NDVI3g），应用15年滑动窗口计算树木春秋季物候对生长季变暖的温度敏感性。结果显示，生长季变暖均提前了树木春秋季物候，但这种提前效应正在不断减弱，甚至出现逆转（图2–3）。
图2 树木春季物候对前一年生长季温度的敏感性时间变化及其对温度的响应。数据源：(A, B) 地表物候观测数据。(C, D) 遥感物候数据。
图3 树木秋季物候对当年生长季温度的敏感性时间变化及其对温度的响应。数据源：(A, B) 地表物候观测数据。(C, D) 遥感物候数据。
树木春秋季物候对生长季变暖的长期响应变化是否与生长季光合碳同化有关？使用遥感总初级生产力数据(GLASS GPP，1983–2014)，同样应用15年滑动窗口计算总初级生产力对生长季变暖的温度敏感性，发现温度敏感性随生长季变暖呈现下降趋势（图4）。
图4 总初级生产力对当年生长季温度的敏感性时间变化及其对温度和温带落叶阔叶林春秋季温度敏感性的相关关系。数据源：(A, B) 遥感总初级生产力数据。(C) ST来自遥感物候数据，ST-GPP来自遥感总初级生产力数据。
为探究树木春秋季物候与生长季总初级生产力对生长季变暖的温度敏感性是否存在同步性，通过线性回归分析发现，两者的温度敏感性表现出显著正相关关系（图4）。同时，这种变化响应均与饱和水汽压差呈现显著负相关（图5）。
图5 总初级生产力和温带落叶落叶林春秋季物候温度敏感性与饱和水汽压差线性关系。数据来源：(A) 遥感总初级生产力数据。(B) 地表物候观测数据。(C) 遥感物候数据。
此外，进一步比较分析了北半球温带落叶阔叶林树木春秋季生长季温度敏感性差异，发现在整个研究时间段(1983–2014)，树木春季物候温度敏感性显著高于秋季物候温度敏感性（图6），说明秋季物候对生长季增温的响应更为保守。
图6 树木春秋季物候温度敏感性差异。数据来源：(A,C) 地表物候观测数据。(B) 遥感物候数据
作者专访
Cell Press细胞出版社特别邀请陈磊教授进行了专访，请他为大家进一步详细解读。
CellPress：
您的团队为什么会关注生长季气候对树木物候的影响?
陈磊教授：
树木在生长季吸收的光合碳同化物是树木重要的能量来源，生长季温度变化直接影响到生长季的光合碳同化吸收，其和树木是否能够顺利越冬和来年春季复苏密切相关。我们此前的研究已发现生长季变暖引起的光合碳同化物改变会导致来年春季物候提前，但是这种加速效应是否会随时间变化而发生改变尚不明确。为了回答这一科学问题，我们课题组在之前研究的基础上，基于长时间序列数据，进一步分析了树木物候和生产力对生长季温度响应的时间动态变化。
CellPress：
您认为该研究的亮点是什么？
陈磊教授：
大多数研究发现物候会通过改变生长季的长度从而影响生产力。此项研究不仅进一步证实了生产力也会反作用于树木物候发生时间，同时也从生理角度为理解树木物候对气候变化的非线性响应模式提供了新视角。
CellPress：
您的团队后续有何研究计划？
陈磊教授：
在此项研究的基础上，我们正在开展大规模增温控制实验，结合大数据分析，进一步解析树木物候对全球气候变化的响应机制。此外，作为陆地生态系统碳汇重要组成的热带和亚热带森林物候，将是我们未来的研究重点。
作者介绍
陈磊教授
四川大学生命科学学院教授，博士生导师，入选国家级青年人才。主要研究方向为全球变化生态学和森林生态学，结合大数据分析、野外样地监测、室内控制实验等手段，在不同尺度探究全球气候变化对森林生态系统的影响，以第一或通讯作者在Nature Climate Change、Nature Communications、Current Biology、Global Change Biology (6篇)、Global Ecology and Biogeography、Agricultural and Forest Meteorology、Tree Physiology等国际主流学术期刊发表多篇研究论文。课题组长期招聘博士后，对我们课题组研究方向感兴趣的可以发送简历至：chen_lei1029@163.com。
乔宇鑫
博士研究生
四川大学生命科学学院2021级博士研究生，主要研究方向为全球变化生态学。
古洪双
硕士研究生
四川大学生命科学学院2020级硕士研究生，将继续攻读博士学位。硕士研究生期间以共同第一作者身份发表研究成果于Nature Communications上。
▌论文标题：
Accelerating effects of growing-season warming on tree seasonal activities are progressively disappearing
▌论文网址：
https://www.cell.com/current-biology/fulltext/S0960-9822(23)00969-7
▌DOI：
https://doi.org/10.1016/j.cub.2023.07.030
转自：“生态与大数据分析”微信公众号
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