森林作為陸地生態(tài)系統(tǒng)中最重要的碳匯之一，對緩解全球氣候變化具有重要作用。樹木通過光合作用吸收大氣中的二氧化碳（碳同化過程），并將碳固定在莖干木質(zhì)部中（碳固定過程），這兩個(gè)關(guān)鍵過程的物候變化直接影響森林碳匯功能。然而，隨著全球氣候持續(xù)變暖，光合作用與木質(zhì)部生長的物候響應(yīng)是否同步，是植被物候?qū)W研究中的前沿科學(xué)問題。此前研究大多基于年或月尺度的碳通量和樹輪數(shù)據(jù)，難以精確捕捉光合作用與木質(zhì)部生長過程中的關(guān)鍵物候事件，限制了學(xué)界對二者動(dòng)態(tài)關(guān)系的深入理解。
近日，中國科學(xué)院青藏高原研究所研究團(tuán)隊(duì)聯(lián)合來自15個(gè)國家的科研機(jī)構(gòu)，整合了北半球84個(gè)樣點(diǎn)、涵蓋24種針葉樹的形成層活動(dòng)觀測數(shù)據(jù)，構(gòu)建了涵蓋寒帶、高山、溫帶及地中海四個(gè)典型氣候區(qū)的年均溫度梯度（-4.4°C至18.2°C），并結(jié)合全球高精度遙感產(chǎn)品FluxSat GPP反演的光合物候數(shù)據(jù)，系統(tǒng)揭示了在氣溫升高背景下，針葉林木質(zhì)部生長與光合作用明顯的物候不同步現(xiàn)象，并闡明了其內(nèi)在生理機(jī)制。
研究通過精確量化木質(zhì)部生長與光合作用的起止時(shí)間發(fā)現(xiàn)，沿溫度梯度帶，年均溫度每升高1°C，木質(zhì)部生長的開始時(shí)間提前約2.3天，而光合作用開始時(shí)間的提前速率是木質(zhì)部的2倍。這一差異導(dǎo)致在溫帶和地中海地區(qū)，光合作用與木質(zhì)部生長開始的時(shí)間差約為62天，大于時(shí)間差約為35天的寒帶和高山地區(qū)。同時(shí)，每升溫1°C，二者的結(jié)束時(shí)間均延遲約2.0天。從溫度梯度帶整體來看，與最寒冷樣點(diǎn)相比，最溫暖樣點(diǎn)的光合季節(jié)延長了約四個(gè)月，而木質(zhì)部生長季僅延長約三個(gè)月，這表明變暖明顯加劇了木質(zhì)部生長與光合作用之間的物候不同步。
貝葉斯混合效應(yīng)模型分析揭示，造成這種物候不同步的關(guān)鍵機(jī)制在于木質(zhì)部生長的恢復(fù)依賴春季積溫，并需要經(jīng)歷冬季的低溫積累（冷激），以打破生理休眠。在溫暖地區(qū)，冬季升溫導(dǎo)致冷激不足，樹木需要更多熱量才能啟動(dòng)生長，從而延遲了木質(zhì)部生長的開始。然而，光合作用的恢復(fù)主要受春季溫度驅(qū)動(dòng)，對冬季冷激的依賴性較低。
研究進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，木質(zhì)部生長量主要由木材生長季的長度決定，與光合季節(jié)長度無明顯相關(guān)。這意味著，盡管氣候變暖延長了森林的光合時(shí)間窗口，卻未能同步提升木材碳匯的積累效率。
該研究從北半球尺度上定量揭示了針葉林木質(zhì)部與光合物候?qū)囟茸兓捻憫?yīng)差異及其生理機(jī)制，為變暖背景下森林生長動(dòng)態(tài)與碳循環(huán)過程提供了科學(xué)依據(jù)，對準(zhǔn)確評估未來森林的固碳潛力具有重要意義。
相關(guān)研究成果發(fā)表在《自然-氣候變化》（Nature Climate Change）上。研究工作得到國家自然科學(xué)基金委員會(huì)、科學(xué)技術(shù)部、中國科學(xué)院等的支持。
論文鏈接
變暖加劇木質(zhì)部生長與光合作用之間的物候不同步示意圖
本文鏈接：研究揭示樹木生長與光合作用間物候不同步機(jī)制http://www.sq15.cn/show-12-2161-0.html
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