生态前沿◎172
@全球变化生态地理学 *仅供个人参考
温带森林秋季物候对陆地生态系统碳循环至关重要，但是冠层结构对秋季物候的影响仍不清楚。2024年10月14日，植被与环境变化国家重点实验室苏艳军研究组围绕这一科学问题在Nature Climate Change期刊发表了最新研究成果“Canopy structure regulates autumn phenology by mediating the microclimate in temperate forests”。
研究背景
秋季物候对温带森林的碳汇能力至关重要，揭示温带森林秋季物候的驱动机制对于准确预测未来秋季物候对气候变化的响应及其碳汇效应具有重要意义。研究发现，相同宏观气候条件下，同一树种的秋季物候存在很强的空间变异，这可能是受到局部微气候的影响。冠层结构被认为是影响森林微气候的关键因素，但是冠层结构对秋季物候的调控机制仍不清楚。
研究结果
本研究选取了六个典型的北方温带森林样地，利用激光雷达和高时空分辨率影像数据，探究了冠层结构、微气候和秋季物候之间的相互作用（图1）。结果发现，植物面积指数（PAI）和冠层高度（CHM）与秋季物候开始时间呈正相关，与秋季物候持续时间呈负相关（图1d）。
图1. 冠层结构对秋季物候的影响
植物面积指数（PAI）增加会导致光照指数（GLI）减少，增强温度的缓冲作用（图2a），这表明冠层结构在调节森林微气候中发挥着重要作用。气候因子对秋季物候相对贡献的分析发现，冠层高度对秋季物候开始时间的影响最显著，冠层结构和微气候对秋季物候开始时间的影响超过了树种和宏观气候，其中冠层结构和微气候解释了62.1%，树种和宏观气候解释了51.9%（图2c,d）。而树种和宏观气候因素对秋季物候持续时间的影响大于冠层结构和微气候（图2e,f）。
图2. 冠层结构对微气候的影响及其对秋季物候的相对贡献
本研究进一步分析了微气候对秋季物候的影响，结果发现，光照指数增加导致秋季物候开始时间提前，而温度的缓冲作用与秋季物候开始时间呈正相关；秋季物候持续时间与光照指数呈正相关，与温度的缓冲作用呈负相关（图3c,d）。
图3. 微气候对秋季物候的影响
结构方程模型发现，冠层结构主要通过调节林内辐射和温度等微气候因子影响秋季物候（图4）：一方面，复杂的冠层结构会减弱林内光照，降低光合作用，延缓植物达到“碳饱和”的时间，从而推迟秋季物候；另一方面，复杂的冠层结构还可以通过增强温度的缓冲作用，减缓冷积的累积速度，降低植物遭受霜冻的风险，进一步推迟秋季物候。
图4. 冠层结构通过调节微气候因子影响秋季物候过程图
本研究将“冠层结构-微气候-秋季物候”这一调控机制整合入了传统秋季物候模型，发现考虑这一机制的秋季物候模型显著提高了秋季物候的预测精度（图5）。基于未来的气候数据对未来秋季物候的演变特征进行了预测，发现未考虑该机制的传统物候模型会高估全球变暖对秋季物候的延迟效应。
图5. 秋季物候模型精度及未来秋季物候的演变特征
本研究强调了微气候对秋季物候的重要影响，在未来研究中应该充分考虑宏观气候和微气候的非同步变化，进而更加准确地模拟秋季物候对未来气候变化的响应。
作者信息
本研究以“Canopy structure regulates autumn phenology by mediating the microclimate in temperate forests”为题，发表于Nature Climate Change期刊，中国科学院植物研究所植被与环境变化国家重点实验室博士研究生吴晓永为论文第一作者，苏艳军研究员为论文通讯作者。
引用格式：
Wu, X., Niu, C., Liu, X. et al. Canopy structure regulates autumn phenology by mediating the microclimate in temperate forests. Nat. Clim. Chang. (2024).
素材来源：
声 明
仅供小组学习、学术交流。如有错误、侵权等，请联系修改、删除。发送后台消息/联系邮箱：ecosystem_ecology@126.com
