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题    目：Warming-induced increase in carbon uptake is linked to earlier spring phenology in temperate and boreal forests

作    者：Hongshuang Gu, Yuxin Qiao, Zhenxiang Xi, Sergio Rossi, Nicholas G. Smith, Jianquan Liu & Lei Chen

期    刊：Nature Communications

时    间：2022.7.18

一作单位：Key Laboratory of Bio-Resource and Eco-Environment of Ministry of Education, College of Life Sciences, Sichuan University, Chengdu, China

原文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-022-31972-3

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研究背景

树木物候不仅影响树种的适宜性和分布，还影响森林生态系统的功能。尤其是在温带地区，生长季节开始的春季物候事件变化对温度变化非常敏感。在全球变暖的情况下，近几十年来，由于气温上升，人们广泛报道了树木的春季物候（SOS）。这一进展已被证明可以延长生长季节的持续时间，并增加森林生态系统的碳吸收。因此，了解应对变暖的SOS对于评估气候变化对陆地碳循环的影响及其对气候的反馈至关重要。然而，气候变暖导致SOS进步的生理机制仍知之甚少。这在很大程度上阻碍了对未来温暖条件下SOS和碳循环的预测。因此，本文利用北半球温带和寒带森林的长期物候观测、数码相机图像、遥感和通量数，分析了上一生长季节变暖对SOS的影响。

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研究结果

使用2000年至2018年间从PhenoCam网络中提取的物候指标，观察到TGS（前一年生长季温度）对落叶阔叶林和常绿林SOS的负面影响（图1a）。利用1982年至2014年间从遥感数据集中提取的物候指标，还观察到在北半球不同植被类型中，TGS的增加促进了SOS（图1b）。然而，在PhenoCam和遥感数据集中，植被类型之间的ST（温度敏感性-每摄氏度的天数变化）没有显著差异（图1a、b）。

当年SOS的时间与1992年至2014年期间前一个生长季的GPPmax（每日最大总初级生产力（GPP））呈显着负相关（图2a）。这表明，当前一个生长季节光合碳同化作用较大时，春季物候发生较早。同时，构建了分段结构方程模型（SEM）来探讨气候因素对SOS的直接和间接影响（图2b）。发现SOS直接受到温度和土壤含水量的影响而延迟，但在前一季节受到辐射的影响而提前。另外，CO2和降水对SOS的直接影响并不显著（图2b）。这些直接影响可能是由于时空气候变化而发生的。我们发现温度和土壤含水量的增加显着增加了GPPmax，GPPmax的增加显着提高了SOS（图2b），为温度和土壤含水量对SOS的间接影响提供了证据。

通过增加光合碳同化,上一个生长季节的温度上升推动了春季物候提前（图3）。光合作用获得的碳以非结构碳水化合物的形式储存,部分是为了在下年春天支持芽和叶的生长。树木需要在冬季休眠期之前储存足够的碳水化合物,以维持基线功能，保护细胞免受霜害，并确保在温带和北方地区的生存。结果表明，缺乏碳储存能延迟落叶树木的碳储存。因此，上一个生长季节的温暖温度可能会通过增加碳储存来推动上一年度的碳储存。本研究还建立了基于碳基的扫描电镜模型来分析气候因素、GPP和春季物候之间的关系。发现气候对物候有直接的影响，但也是通过GPP产生间接影响。这再次表明，上一个生长季节的变暖可能通过改变光合碳同化而影响到生命值。

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编者按

利用多个长期和大规模的数据集，本研究证明了全球变暖下碳同化的增加可能涉及到温带和北方森林的春季物候提前。该研究对全球气候变化下春季物候变化提供了新的见解，以预测未来气候情景下的春季物候学和植被-大气反馈。