隨著衛(wèi)星遙感技術(shù)的發(fā)展，我們在樹木初級生長（開花、展葉和發(fā)芽等）對氣候變化的響應(yīng)方面取得了一系列突破性進展。但由于樹木木質(zhì)部物候的監(jiān)測數(shù)據(jù)十分稀少，學界較少關(guān)注樹木木質(zhì)部物候的變化，這阻礙了對森林大空間尺度碳收支的評估和預(yù)測。而且近年來逐漸有報道指出，雖然全球植被綠度、葉子面積以及CO2吸收量顯著增大，但木質(zhì)部的生長量并沒有相應(yīng)的增加。目前全球范圍內(nèi)極端氣候頻發(fā)、溫度波動大，但木質(zhì)部物候?qū)囟炔▌拥捻憫?yīng)在大尺度范圍內(nèi)的研究尚屬空白。
2024年2月6日，浙江大學生命科學學院黃建國教授團隊在 Current Biology 發(fā)表了題為High preseason temperature variability drives convergence of xylem phenology in the Northern Hemisphere conifers的研究論文，揭示了在全球變暖背景下，較大的溫度波動會引起森林木質(zhì)部的春季物候趨同，木質(zhì)部細胞增大趨向于自芒種開始，細胞壁增厚則趨向于自夏至日開始，團隊認為這是樹木在外部環(huán)境不可預(yù)測的情況下選擇了一種相對保守的生長策略，即在確保水分和光照充足的時間節(jié)點啟動木質(zhì)部生長。這一研究填補了目前木質(zhì)部物候研究在大尺度范圍內(nèi)的空白，為進一步研究全球變暖與極端天氣頻發(fā)的疊加情形下樹木物候變化和森林結(jié)構(gòu)、功能變化奠定基礎(chǔ)。
目前主要通過微樹芯（Microcoring）方法監(jiān)測樹木木質(zhì)部物候，但微樹芯方法及其隨后的實驗室處理過程相當耗時耗力。為此，我們與全世界使用該方法的45位研究者合作，得到了一個覆蓋北半球（23-66°N）且橫跨寒帶、溫帶、地中海和亞熱帶75個研究樣地的20個針葉樹種的木質(zhì)部物候監(jiān)測大數(shù)據(jù)集。
我們發(fā)現(xiàn)，隨著不同站點季前溫度變異（PTV，preseason temperature variability）的增加，木質(zhì)部春季物候存在趨同現(xiàn)象，即木質(zhì)部細胞傾向于在一年中的6月5號開始增大，而在夏至日開始細胞壁增厚（圖1）。
與季前溫度波動相關(guān)的木質(zhì)部現(xiàn)象的趨同性。隨著溫度波動(PTV)增大，木質(zhì)部細胞傾向于在一年中的6月5號開始增大(A)，而在夏至日開始細胞壁增厚(B)。PTV是在分別對每棵樹、地點和年份進行木質(zhì)細胞膨大和木質(zhì)細胞壁增厚開始日之前的80天期間計算的標準偏差。藍色實線表示貝葉斯分位數(shù)回歸分析的模型擬合結(jié)果（1st，5th，10th，15th，25th，50th，75th，85th，90th，95th和99th百分位數(shù)），灰色區(qū)域表示95%置信區(qū)間。紅色實線表示平均回歸結(jié)果，紫色線表示6月5日（A）和夏至（B）。
而且值得一提的是，中國24節(jié)氣之一的芒種大約在6月5號，自這天起，北半球大部分地區(qū)雨水開始增多，而木質(zhì)部細胞增大需要充足的水分產(chǎn)生膨脹壓力。而細胞壁增厚更依賴于光合產(chǎn)物，而夏至日這天是全年中光照最強的時候從而有利于光合作用。因此，我們認為在溫度波動大，也就是外部環(huán)境不可預(yù)測的時候，樹木傾向于選擇一種相對保守的生長策略，即只在能確保充足水分和光照的確定時間節(jié)點開始啟動木質(zhì)部生長。
基于這一結(jié)果，值得我們思考的是在未來全球變暖的同時，極端溫度頻發(fā)的話，樹木是會響應(yīng)變暖而使春季物候提前，還是在確定的6月5號和夏至日分別開始細胞增大和細胞壁加厚？如果是后者的話，在溫度波動大的地區(qū)森林響應(yīng)氣候變暖的程度可能不如我們期待的大，而且物候趨同會增加樹木對水分、養(yǎng)分等資源的競爭，進而影響森林結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)力等。
浙江大學生命科學學院黃建國教授為論文的通訊作者，中國科學院華南植物園張亞玲副研究員為論文的第一作者。該研究受國家自然科學基金、浙江大學“求是特聘教授”人才引進項目等資助。
