结合志愿者观察和生态网络数据的研究表明，在美国东部地区，落叶植物的开花时间和叶片展开时间存在广泛的温度敏感性模式

《Journal of Ecology》：Combined volunteer and ecological network observations show broad-scale temperature-sensitivity patterns for deciduous plant flowering and leaf-out times across the eastern USA

物候学 温度敏感性 入侵物种 生长形式 纬度梯度 USA-NPN NEON 数据整合 phenology temperature sensitivity invasive species growth form latitude gradient

　　在当前全球气候变化的背景下，植物的物候变化成为生态学研究的重要议题。许多温带植物正因春季气温升高而提前其叶片展开和开花的时间，这种趋势在全球范围内普遍存在。然而，不同物种对温度变化的敏感性存在显著差异，这些差异可能反映了物种的生命周期特征和地方性适应策略。本研究利用美国国家物候网络（USA-NPN）和国家生态观测网络（NEON）提供的大量数据，对164种开花和136种叶片展开的温度敏感性进行了分析，并探讨了这些敏感性如何受到物种特性、地理位置以及气候条件的影响。

### 一、研究背景与意义

随着全球平均气温的上升，植物的生长周期正经历着显著的变化。这种变化不仅影响个体植物的生长表现，还可能改变整个生态系统的结构和功能。例如，提前开花可能影响植物与传粉者之间的相互作用，导致生态关系的错配，从而对物种的生存和繁殖造成不利影响。同时，植物对温度变化的反应程度也因物种而异，这种差异可能是由于其适应策略、生命周期特征以及所处的地理环境等因素造成的。因此，了解不同物种对温度变化的敏感性，不仅有助于预测未来生态系统的响应，还能为保护和管理措施提供科学依据。

### 二、数据来源与研究方法

本研究采用了两种大型物候数据集：USA-NPN的Nature's Notebook和NEON的长期观测数据。Nature's Notebook是一个由志愿者和专业科学家共同参与的平台，其数据覆盖了美国东部的广泛区域，具有较高的时空分辨率。而NEON则是一个由专业技术人员进行系统观测的网络，其数据具有较高的准确性和一致性。尽管两者在数据收集方式上有所不同，但研究发现，它们在物种敏感性估计方面表现出高度的一致性，这表明可以合理地将两者结合使用，以提高数据的代表性和分析的深度。

研究通过线性回归模型，将物种的物候时间（如叶片展开和开花日期）与前几个月的温度数据进行关联，从而估算出温度敏感性。为了减少伪重复，研究者对每个站点和年份的数据进行了聚合，计算了每个物种的平均物候日期。此外，研究还考虑了植物的生命周期特征，如引入物种与本地物种、生长形式（如乔木、灌木和草本植物）以及物候事件的相对时间，这些因素可能影响其对温度变化的反应。

### 三、研究结果与发现

#### 1. 物种间的温度敏感性差异

研究发现，引入的植物对温度变化的敏感性通常高于本地物种。例如，在叶片展开方面，引入物种的敏感性平均比本地物种高0.8天/°C，而在开花方面，这一差距约为0.7天/°C。这可能与引入物种在适应新环境时的进化压力有关，它们可能在较短的时间内发展出更强的温度响应机制，以在竞争中占据优势。

#### 2. 生长形式对物候敏感性的影响

灌木植物在叶片展开方面的敏感性显著高于乔木植物，平均为0.7天/°C。这种差异可能源于灌木在生长季初期对光照的竞争更强烈，因此更依赖于春季温度的变化。对于开花事件，灌木植物的敏感性也高于草本植物（平均为0.69天/°C）和乔木植物（平均为0.94天/°C）。这些结果支持了先前的研究结论，即不同生长形式的植物对温度变化的反应存在差异。

#### 3. 物候事件之间的相关性

研究还发现，叶片展开和开花事件的温度敏感性之间存在显著的正相关关系（相关系数为0.31，p < 0.005）。这意味着，那些在生长季初期表现出较强温度响应的物种，通常在开花方面也具有较高的敏感性。这种相关性可能反映了植物在进化过程中对环境变化的统一适应策略，即同时优化多个物候事件以提高生存和繁殖成功率。

#### 4. 纬度对物候敏感性的影响

在纬度变化方面，研究发现，植物的物候敏感性在低纬度地区更强。例如，对于开花事件，低纬度地区的敏感性平均为-2.0天/°C，而高纬度地区仅为-0.6天/°C。同样，叶片展开的敏感性在低纬度地区也更强。这一趋势可能与不同纬度地区的气候条件有关，低纬度地区通常具有更长的生长季和更稳定的春季温度，使得植物对温度变化的响应更为敏感。

### 四、讨论与意义

研究结果揭示了植物物候变化的复杂性，以及不同数据来源在揭示这些变化中的互补性。Nature's Notebook和NEON虽然在数据收集方式上有所不同，但它们的敏感性估计结果高度一致，表明可以有效地结合使用。这种结合不仅提高了数据的时空覆盖范围，还增强了对物候变化趋势的识别能力。

引入物种与本地物种之间的差异可能反映了其适应策略的不同。引入物种通常具有更强的温度响应能力，这可能使它们在新的环境中更具竞争力。然而，这种优势在高纬度地区可能有所减弱，因为这些地区可能缺乏足够的温度波动以维持其高度敏感性。此外，不同生长形式的植物对温度变化的反应也有所不同，这可能与它们的生态位和资源利用策略有关。

纬度对物候敏感性的影响也具有重要意义。低纬度地区的植物由于生长季更长和春季温度更稳定，表现出更强的温度响应能力。这种模式与实验研究和野外观察的结果一致，表明植物的物候变化可能受到地理因素的显著影响。理解这些纬度差异有助于预测植物在不同气候条件下的响应，为全球气候变化下的生态系统管理提供依据。

### 五、局限性与未来展望

尽管本研究利用了大量数据，但仍存在一些局限性。例如，Nature's Notebook的数据虽然数量庞大，但其空间分布和物种覆盖可能存在不平衡，这可能影响对某些物种的敏感性估计。此外，由于部分数据的采集具有一定的随机性，研究者在分析时排除了非显著的敏感性，这可能掩盖了一些重要的生态关系。

未来的研究可以进一步扩大数据集的覆盖范围，尤其是在高纬度地区和较少被研究的物种中。同时，结合更多的环境变量，如降水、光照和土壤条件，可以更全面地理解植物物候变化的驱动因素。此外，随着数据的持续积累，利用更先进的统计方法和机器学习技术，可能有助于更精确地识别物候变化的模式和预测其未来趋势。

### 六、结论

本研究通过分析美国东部地区的物候数据，揭示了植物对温度变化的敏感性及其与物种特性、地理纬度的关系。这些发现不仅加深了我们对植物物候变化机制的理解，也为未来的生态研究和气候变化应对策略提供了重要的参考。通过整合志愿者和专业数据，我们能够更全面地捕捉植物对环境变化的响应，从而更好地预测和管理生态系统的变化。