開花物候對氣候變暖響應的種內變異性研究取得進展

2020-11-16 嶺南科苑

植物物候被認為是物種功能性狀中最重要的基礎生物多樣性指標之一，是構成生態系統功能各個方面的基礎，也是決定物種分布的重要因素。植物開花物候是氣候變化影響生態系統的最敏感指示器之一。研究物候響應氣候變化的種內變異性，有助於準確預測物候和評估氣候變化對生物的潛在影響。然而，自然系統中物候對氣候變化的響應在種內的變異性依然不清楚，尤其是在大空間尺度上。

當前物種水平上的物候數據主要來自地面直接觀測和控制實驗。但對於自然系統，從地面直接觀測和控制實驗獲得大空間尺度上的物候數據非常之少。可喜的是近年來，標本館的植物標本以及野外拍攝的植物花果照片，成為一種便利且可行的物候研究數據來源。這些數據可以覆蓋非常大的空間地理範圍，時間跨度可達上百年，從而大大促進了相關的物候研究。

為了在大空間和長時間尺度上探究自然系統中開花物候對氣候變化響應在種內的變異性。中國科學院華南植物園生態中心宋柱秋助理研究員，以分布廣泛的多年生草本植物綬草（Spiranthes sinensis）為研究對象，通過獲取1902–2017年在東亞和澳大利亞東南部採集的大量植物標本和拍攝的野外照片（覆蓋了8個溼潤區和8個非溼潤區）的開花物候信息，量化了開花物候對氣候變化的響應在沿氣候梯度分布的群體之間的變異性。研究結果表明綬草盛花期在溫度敏感性上表現出相當大的空間變異性，敏感性從提前5.16 ± 1.13天/℃至推遲4.16 ± 0.90天/℃，其中在澳大利亞東南部的開花物候表現出對氣候變暖最強的推遲效應。總體上，綬草開花物候的溫度敏感性與所在氣候區的年降雨量和乾燥度呈顯著的相關性，表明水分可獲得性的減少可能降低了溫度敏感性。而且，溼潤區與非溼潤區之間表現出相反的對氣候變暖的物候響應方式，即溼潤區開花提前，而非溼潤區開花推遲。本研究表明了物候對氣候變化的響應在不同分布區存在較大的種內變異性，並強調了土壤水分可獲得性在氣候變暖中的重要性，尤其是在非溼潤區。

相關研究成果已發表在國際學術期刊Functional Ecology（《功能生態學》）（IF5 = 5.541）上。該研究得到了國家自然科學基金、中國國家標本資源平臺、創新引智基地（111計劃）、以及中央高校基本科研業務費專項等項目資助。

圖1. 綬草（Spiranthes sinensis）開花物候的16個分區。

圖2. 綬草開花物候溫度敏感性的種內變異性：（a）物候溫度敏感性與年降水量顯著相關；（b）物候溫度敏感性與年均溫顯著相關；（c）物候溫度敏感性在溼潤區與非溼潤區之間存在顯著差異；（d）物候溫度敏感性在溫帶與亞熱帶氣候之間不存在顯著差異。

相關焦點

  • 開花物候對氣候變暖響應的種內變異性研究獲進展
    記者從中國科學院華南植物園獲悉，該園生態中心助理研究員宋柱秋在開花物候對氣候變暖響應的種內變異性研究上取得進展。相關研究近日發表於《功能生態學》。植物開花物候是氣候變化影響生態系統的最敏感指示器之一。研究物候響應氣候變化的種內變異性，有助於準確預測物候和評估氣候變化對生物的潛在影響。然而，自然系統中物候對氣候變化的響應在種內的變異性依然不清楚，尤其是在大空間尺度上。
  • 物候—氣候變化的感應器
    物候現象是指受環境（氣候、水文和土壤等）影響而出現的以年為周期的自然現象，包括各種植物的發芽、展葉、開花、葉變色、葉枯黃與脫落等現象，以及候鳥、昆蟲和其他動物的飛來、初鳴、終鳴、離去、冬眠等現象；還有一些水文氣象現象，如初霜、終霜、結冰、消融、初雪、終雪等。物候學就是研究上述季節性現象同環境的周期性變化之間的相互關係的科學，是一本「生命脈搏」的教科書。
  • 華南植物園在澳門植物物候監測研究中取得新進展
    植物物候作為分析當地氣候變化規律和指示當地自然季節變化的指標，其研究不僅為當地植物的保育提供基礎資料，還可以評估氣候變化對植物的影響。華南植物園研究生張健豪在研究員邢福武和副研究員易綺斐指導下，通過大量物候數據並結合氣候因子分析發現，植物盛花期物候對極端氣候事件發生顯著的響應。
  • 冷激對春季物候影響的研究取得進展
    植被物候變化影響生態系統的結構和功能，是全球變化領域的研究熱點之一。過去幾十年，受全球變暖影響，北半球的春季物候，如展葉期、開花期等顯著提前。然而，實驗證據表明，冬季的增溫能夠降低植物在休眠期接受到的低溫累積量（chilling，又稱冷激），從而增加植物在春季的積溫需求，對春季物候有推遲效應。
  • 全球氣候變異圖景出爐 過去兩千年最嚴重變暖事件就發生在最近
    換句話說，過去兩千年最嚴重的變暖事件就發生在最近！　　更嚴重的是，目前的氣候變化速度，業已超過了部分動物物種可適應的速度，它們「跟不上」了。　　評估公元元年以來的氣候變化　　過去兩千年的氣候變異一直是爭論的焦點。
  • 前沿研究丨優化關鍵物候基因，提高小麥適應性
    筆者也認識到良好的農事作業（管理）和其他幾個涉及生理機制的性狀在減少乾旱不利影響方面的重要性，但本文的重點在於闡述作為避免乾旱脅迫最重要的措施之一的物候基因（圖1）。因此，本文力圖總結迄今在關鍵物候基因研究方面所取得的進展，並將這些知識整合到適應未來氣候變化的新品種培育工作中。
  • 付永碩：傾聽植被物候的迴響
    自博士時期開始，他先後運用野外控制實驗、數據挖掘和整合分析，以及生態模型模擬等研究手段，圍繞植被物候響應和適應全球氣候變化的機理以及可預測性開展了一系列原創性工作，相關研究成功發表在Nature、PNAS和Global change biology等期刊，所取得的研究成果為闡明陸地生態系統碳、水、能量、營養物質循環奠定了堅實的理論和數據基礎。
  • 華南植物園樹木生長對全球變暖的響應研究獲多項進展
    自工業革命以來，全球變暖日益加劇，其中北半球生態系統受全球變暖的影響更為顯著。芽或葉片物候是決定樹木何時開始及結束生長及固碳的重要特徵，木質部是樹木長期固碳的重要組織。因此，樹木芽或葉片物候和木質部對氣候變暖的響應是生態學需全面深入理解和研究的重點問題，這對準確評估未來全球變化背景下北方森林生態系統的碳匯功能具有重要意義。針對此研究問題，生態中心博士後張邵康在合作導師任海研究員和黃建國研究員的指導下開展了一系列相關研究。
  • 研究發現冬季晝夜溫度變化對植物早期物候具有相異效應
    氣候變暖背景下，大多數植物的早期物候隨增溫提前已成為共識。但有研究發現這種提前趨勢放緩，甚至出現了相對穩定或者延遲的趨勢。這種植物物候隨增溫而出現的非線性或逆向的變化被認為是由乾旱、光周期或者養分限制等引起。然而，很少有人定量評估氣候晝夜非對稱性增溫模式對早期物候序列的影響，尤其是青藏高原。理論上，冬春季的日最高溫和夜最低溫的變化可能會改變植物的積溫和積冷需求，從而對早期物候變化具有相反的影響。
  • 竺可楨與中國現代物候學發展
    他還負責撰寫了中國第一部《物候學》著作，指出了物候學的研究對象、任務、研究意義與應用價值，為物候學在中國普及教育作出貢獻。當前我國物候研究遇到一定的困難，但只要我們不懈努力，竺可楨先生開創的現代物候學事業必將取得新的成就。關鍵詞：竺可楨，物候，物候學進展竺可楨先生是我國現代地理學、氣象與氣候學的一代宗師，是傑出的科學家和教育家。
  • 植物所在植物根系性狀及其對降水變化的響應機制研究中獲進展
    根系是植物吸收水分和養分的主要器官，其性狀特徵決定植物對地下資源的獲取，影響植物的生長、生存、分布以及對氣候變化的響應，對生態系統的功能和過程具有重要的驅動作用。由於根系的難獲取性以及根繫結構的複雜性，對根系性狀的種間變異規律及其對降水變化的響應機制知之甚少。
  • 物候研究: 最熟悉的「陌生人」
    「生物是環境變化的忠實記錄者，隨著全球變暖的加劇，越來越多的生物將改變生活節奏。」中科院地理資源所自然環境變化與格局研究室副主任、「中國物候觀測網」副主任戴君虎在接受科技日報記者採訪時表示，物候學正是捕捉、研究這些變化，並且從這一點一滴的變化中，探尋氣候乃至整個生態環境的全球之變。
  • 物候研究:最熟悉的「陌生人」
    「生物是環境變化的忠實記錄者，隨著全球變暖的加劇，越來越多的生物將改變生活節奏。」中科院地理資源所自然環境變化與格局研究室副主任、「中國物候觀測網」副主任戴君虎在接受科技日報記者採訪時表示，物候學正是捕捉、研究這些變化，並且從這一點一滴的變化中，探尋氣候乃至整個生態環境的全球之變。
  • 氣候變化系列科普訪談之三:氣候變暖與農業病蟲害
    揭示以溫度升高為主要特徵的氣候變暖對昆蟲影響的生態學機理，構建昆蟲種群的氣候響應模型，對模擬氣候變暖情景下昆蟲的發生趨勢，提高預測預報的準確性和防治決策的科學性有重要意義。氣候變暖對植物、昆蟲和其他物種均產生重要影響，但由於不同種類的昆蟲和寄主植物對溫度升高的適應性反應不同，導致昆蟲與寄主植物及周圍其他昆蟲的原有關係發生改變，從而對害蟲種群消長、為害程度及相應的防治策略產生實質性影響。　　氣候變暖改變昆蟲和寄主植物的物候同步性。農作物和病蟲害同步性，即是植物和害蟲對溫度的需求不一樣。
  • 大氣所關於熱帶降水對全球變暖響應機制的研究取得新成果
    近日，國際著名期刊Nature Geoscience在線發表了中科院大氣物理研究所季風系統研究中心題為「熱帶降水對全球變暖的季節響應」的最新研究成果。這項研究創新性提出全球變暖下熱帶降水的變化的分布是由目前的氣候平均降水分布和未來海溫增長的分布型共同決定的，這是全球變化動力學理論的重要進展。
  • 科學網—研究揭示植物性狀對極端乾旱的響應規律
    本報訊 中科院瀋陽應用生態所研究員王正文、左小安和博士雒文濤等以內蒙古草原為研究對象，對比分析了植物群落功能性狀的響應能力在不同草原類型之間的差異及其原因
  • 海氣相互作用研究取得的重要進展
    厄爾尼諾現象作為地球氣候系統中最強的年際氣候變異信號在全球變暖背景下，儘管大部分氣候模式都表現出強厄爾尼諾事件和強拉尼娜（厄爾尼諾的反位相）事件的發生頻率增加，但是不同模式之間的模擬表現相差較大。這一模式間的巨大差異性為將來的氣候預測與相關氣候政策的制定實施增添了諸多不確定性因素。本研究首次發現並提出，厄爾尼諾可以通過氣候系統的非線性作用「記住」其過去的表現並對其將來變暖下的響應做出相應調整。
  • 瀋陽生態所揭示植物性狀對極端乾旱事件的響應規律
    近年來，在全球氣候變暖的背景下，極端乾旱事件的發生頻率和強度不斷加劇，對生態系統的結構和功能產生了巨大影響。植物群落穩定性與植物群落的功能屬性或性狀緊密相關。群落功能多樣性實質上反映了群落內植物間的功能屬性差異，因此解析群落中物種內和物種間性狀變異能夠有效地反映群落內植物的相互作用以及植物對新環境的適應，是理解群落穩定性與功能性狀格局關係的新視角，但目前相關數據和證據還比較缺乏。
  • 湖泊熱力循環及對全球氣候變化響應研究獲進展
    因此，全球變暖引起的湖泊增溫首先會改變湖泊熱力學結構，影響溫躍層深度、厚度、強度、湖泊熱力分層和熱力循環，進而進一步影響湖泊生態系統其它物理、化學和生物過程，最終影響生態系統的結構和功能。在研究所「一三五」重點布局的湖泊光熱過程耦合等項目的資助下，中國科學院南京地理與湖泊研究所張運林研究小組與淳安縣環境監測站、杭州市環境科學研究院在深水湖泊熱力循環及對全球氣候變化響應方面取得研究進展。
  • 東北地理所等在氣候變化影響青藏高原湖泊的遙感研究中取得進展
    東北地理所等在氣候變化影響青藏高原湖泊的遙感研究中取得進展 2018-03-15 東北地理與農業生態研究所 【字體：大 中 小】