GEB | 冷激和积温平行作用于温带树木春季展叶始期

前情提要

以下论文是本课题组近期发表的研究，欢迎共同学习交流~

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摘要

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温度是温带树木春季生长恢复的主要驱动因素。在冬春季休眠期间累积的冷激和积温单元共同调控树木的春季叶物候。然而，冷激和积温对温带越冬芽的具体作用过程（即二者平行还是分步地发挥作用）仍不清楚。

本研究基于对欧洲地区常见温带树种的长期和大规模展叶始期实地观测数据（PEP725），首先应用滑动偏相关分析，以周为窗口评估了展叶始期与冷激和积温的相关关系。进一步通过基于过程的物候模型，使用统一物候模型（Unified model）分别解析了冷激积累的结束和积温积累的起始，并比较了平行物候模型（Parallel model）和分步物候模型（Sequential model）对展叶始期的模拟效力。本研究揭示了温带树木春季物候的冷激和积温需求可以同时满足，为冷激与积温平行调控温带树木春季展叶这一假说提供了基于大尺度的多方面证据，有利于更精确和合理地预测未来气候条件下温度驱动的物候期变化。

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引言

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为适应温带地区严寒的冬季，温带树木进化出休眠期以规避季节性循环的霜冻风险。冬春季（休眠期）温度是影响温带树木展叶始期的最主要因素。在这期间，接近0℃的低温是冷激的有效温度，大多数温带地区的树木都需要经历一定量的冷激积累才可以恢复正常生长；至少在生物学零度（5℃）以上的温度是积温的有效温度。冷激单元的积累可以使树木解除组织发育的内在限制，而树木以积温的形式量化外界适宜环境的持续时间和适宜程度，逐步恢复生长。然而，冷激和积温对春季物候的具体影响过程，即冷激和积温在冬春季不同时段如何影响展叶、二者发挥作用的时间存在严格分隔还是平行地进行仍在讨论中。

围绕这一科学问题，本研究利用1951–2016年期间欧洲两千余个物候站点观测的近50万条树木展叶始期数据，从统计学和基于过程的物候模型两个角度探究了冷激和积温调控温带树木春季物候的相对时间关系。

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结果

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本研究观察到的冷激和积温对展叶始期作用的附随变化以及二者几乎同时开始发挥作用支持了冷激和积温平行调控树木春季物候的假说。不同演替阶段的树种（演替早期和后期树种）、不同海拔和时段的展叶始期在冬春季的大部分时段都同时表现出与冷激和积温积累量的负相关关系。统一模型的展叶始期模拟结果也表明冷激和积温积累时期存在较长时间的重叠，表现为冷激积累总量的结束较晚，而积温积累的开始较早。根据模型评估标准，平行模型对该研究物候数据的模拟效果优于分步模型。上述结果相互验证，体现了本研究结果具有较高的稳健性。

本研究以更精细的时间分辨率直接识别季前不同时期的冷激和积温对展叶始期的动态效应，强调在新一代物候模型中有必要纳入冷激和积温作用时间的准确、一般性模式并考虑二者在休眠期间对展叶始期影响权重的动态变化。

以上研究成果以Chilling and forcing proceed in parallel to regulate spring leaf unfolding in temperate trees为题，发表在Global Ecology and Biogeography上。四川大学生命科学学院本科生王新博为论文第一作者，陈磊教授为论文通讯作者。该研究得到了四川大学和国家自然科学基金的支持。

转自：“生态与大数据分析”微信公众号

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