点读《大自然》

2024-07-16 21:25| 来源: 网络整理| 查看: 265

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观察和研究气温升高对植物物候的影响，成为了过去几十年的研究热点。

科学家发现：一方面，由于气温升高，春季到来的时间提前，导致植物发芽和开花的时间也不断提前；另一方面，气候变暖造成冬天到来的时间推迟，导致植物在秋季落叶的时间延后。也就是说，随着气候变暖，在一年的生长周期中，植物开始生长的时间提前，结束生长的时间推后，最终导致整个生长季的时间不断延长。欧洲物候学家门泽尔和法比安1999年在英国《自然》杂志上报道，20世纪六十到九十年代，欧洲的春季物候平均提前了6天，而秋季物候平均推迟了4.8天，故整个生长季共延长了10.8天。他们直接指出，导致这些变化的最重要原因就是气温上升。此类报道在全球范围内频频出现，告诉人们一个不争的事实：随着近几十年气温的不断升高，植物生长季延长、春季物候期提前和秋季物候期推迟已成为一种全球趋势。

数据为1959-93年期间的长时间观测序列（20年或更长时间）。橙色点，显着水平为1％；蓝点，显着水平为5％；和黄点，在5％的水平上不显着； F 检验 a，春季阶段（包括叶片展开，可能发芽，开花）； b，秋天阶段（包括叶子着色，秋天）。图片来源：《自然》1999.2.25《欧洲生长季节延长》

植物物候的改变不仅影响自身的生长繁衍，还直接影响以植物为食的动物。例如：蜜蜂以吸食花蜜为生，若植物提前开花，蜜蜂的活动时间就要相应调整，否则就可能错过最佳采蜜时期，甚至影响蜜蜂的生存。

一般来说，植物生长季的延长意味着植物有更长的时间进行光合作用，固定空气中的二氧化碳，增加植被生产力，进而影响生态系统中的碳循环。因此，气候变暖导致的植物物候期改变不只影响植物本身，对群落组成以及整个生态系统，乃至全球碳、氮、水循环都会产生深远的影响。

美国航空航天局的阿库亚和特拉卫星上的中分辨率成像光谱仪测量了植物在光合作用时从大气吸收多少二氧化碳，使科学家可以比较全球的植物生产力。图片来源：it.dataguru.cn

广阔空间尺度上的物候差异

生态系统中，物质和能量通过生物间的捕食关系进行传输，这就是食物链，如食草动物取食植物，食肉动物捕食食草动物。

食物链图片来源：新浪博客loveangel

Unit13:In the Mountains--2013.3.30

一条条食物链相互关联，进一步形成食物网。

食物网图片来源：新浪博客loveangel

Unit13:In the Mountains--2013.3.30

植物是整个食物网的基石，它们通过光合作用合成的物质和能量是食物链上所有其他动物赖以生存的根本。一般认为，食草动物逐水草而居，食肉动物随之迁徙。春季，植物开始生长的时间通常随纬度从南到北（北半球）或沿海拔从低到高依次发生，有些食草动物在春天沿着纬度或海拔迁徙，这样就能吃到最新鲜丰盛的水草。随着气候变暖，春季植物物候可能提前，如果食草动物还按原来的时间和速度迁徙，就有可能错过最佳的取食时间，造成获得的食物资源减少，导致种群的适合度下降，最终威胁它们的生存，并进一步影响以食草动物为生的食肉动物。

植物物候的观测和广阔应用

植物物候观测在国内外已有很长的历史，目前，物候观测正朝着长期化、系统化方向发展，同时开始了全球网络化进程。传统的植物物候观测以人工记录为主，观测员按照“定点、定时、定株”的原则，在一定的规范和标准下观测并记录植物物候期出现的时间。近年来，数字化、信息化和网络化等新技术为传统物候观测带来了活力，出现了采用自动拍照和数据网络传输的新观测技术。

内蒙古1989-2006年牧草返青时间监测，以了解蒿属植物开花期。

图片来源：知乎《为了让过敏者不再谈花色变，我们做了多数科技公司没想到的事情》

研究发现，在1980—2013年间，随着气候变暖，欧洲植物的春季物候不仅提前了，而且在空间尺度上变得更加趋同，即寒冷地区的植物物候提前较快，温暖地区的植物物候提前较慢。究其原因，寒冷地区的升温速度比温暖地区更快，而且寒冷地区植物对气候变暖的物候响应也更加敏感。但物候空间趋同性意味着食物丰盛期的时间缩短，可能会影响植物与食草动物的取食关系，造成营养级失调。在《生物学报》（Biology Letters）2017年发表的一篇论文中，学者们详细研究了 12年里在格陵兰岛北极低纬度地区，各种植物春天初次开花的时间。不同植物，开花期也不同，但有种着急的苔草和十年前相比，它的开花期竟然提前了整整26天。这个时间差和整个生长期差不多长，打破了历史记录，是科学家在北极观察到的最显著的开花期变化。 Kerby 博士和同事们在2013年发现，当春天植物的生长期比驯鹿的繁殖期更早，驯鹿产下的幼崽就更少，小驯鹿的寿命也更短。

格陵兰岛上的驯鹿与幼崽。研究发现，植物开花期的变化可能会影响北极食草动物的营养获取量。

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加入物候观测的队伍吧

图片来源：https://m.sohu.com 绘画：陈丽芳

在目前气候继续变暖的背景下，数学和统计模型对于预测未来植物物候的潜在变化，以及评估物种的可能分布和演替等具有重要意义。其中，从长时间尺度和广阔空间尺度上研究气候变化对物候的影响尤为重要，数据积累是一个非常漫长的过程，仅仅依靠科研工作者的一己之力很难获取如此多的数据。目前有一种颇为有效的方法，是寻求非职业科学家、科学爱好者和志愿者的加入，在科研活动的各个环节提供帮助，这种公众加科学家的模式就是公众科学。公众科学的前身可以追溯到18世纪前植物学爱好者对植物标本的大量收集，一般由科学家发起，邀请普通公众参与并共同开展，可以大大提高数据收集的速度。

曾经在乾隆御花园供职的汤执中神父，从中国为英国皇家花园寄去几千枚包裹在厚纸中的种子

图片来源：mt.sohu.com

例如，半个多世纪以来，欧洲物候观测网已经积累了上千万条植物物候观测数据，之所以能保持如此长期且稳定的物候观测，仅靠相关研究者是不可能实现的，这完全得益于公众科学的发展。

图片来源：www.whiob.ac.cn 英国皇家花园

对比国外公众科学的发展速度，我国公众科学的发展要缓慢很多，近十几年来才出现真正意义上的公众科学项目和平台。但是物候学其实在我国由来已久，1963年《物候学》一书出版，该书作者之一是我国著名科学家竺可桢，他也是我国物候学的创建者。他指出：我国古代劳动人民为了预告农时，创立了一种名叫物候的方法，这种方法已有两千多年的历史。竺可桢本人从1936年1月1日至1974年2月6日（即逝世日）共38年零37天的日记800多万字，其中相当一部分是气象和物候的数据记录。