温度和降水量可以解释加利福尼亚州五种本土马利筋属植物（Asclepias spp.）的物种特异性物候模式

《Journal of Ecology》：Temperature and precipitation explain species-specific phenological patterns in five native California milkweed species (Asclepias spp.)

乳草物候学受春季温度和降水年影响，不同物候期及物种响应存在差异。研究显示温度升高通常提前物候，降水增加则推迟物候，且部分物种存在空间适应现象，以减少气候差异导致的物候时间偏差。

　　本研究聚焦于五种北美西部本土的乳草植物（*Asclepias* spp.）的物候学策略，分析了春季温度和雨季降水量对它们不同物候阶段的影响。这些乳草植物分布在从干燥、排水良好的山地到湿润的河岸环境等多种生境中，展现出显著的季节性差异。物候学是植物对环境变化的反应，涉及植物在一年中各个阶段的起始和结束时间，如萌芽、开花和花后阶段。物候变化对生态系统的许多方面都有深远影响，例如植物与授粉者、食草动物之间的相互作用，以及植物对气候变化的适应性。

本研究采用了公民科学平台iNaturalist上的大量观察数据，该平台自2010年以来累计上传了超过2亿条记录，其中包含大量乳草植物的观察信息。研究者通过分析这些数据，结合历史气候记录，探讨了春季平均温度和雨季降水量对乳草植物物候变化的解释能力。同时，他们还区分了气候因素对物候变化的年际差异和地域差异，以评估这些植物是否表现出地域适应性。这一研究不仅有助于理解乳草植物如何对气候变化做出反应，也为其他生物的物候学研究提供了新的方法。

研究结果表明，春季平均温度对乳草植物的物候变化有显著的正向影响，即温度越高，物候事件发生的时间越早。具体而言，所有物候阶段的温度效应系数均为负值，表示温度升高导致物候提前。相比之下，雨季降水量的影响则表现为延迟物候事件，即降水量越多，物候发生的时间越晚。这一现象在所有物候阶段中都较为一致，但不同物种和物候阶段的效应强度存在差异。例如，早期物候阶段（如萌芽）对温度变化更为敏感，而晚期物候阶段（如花后）对降水量的响应则更为显著。

值得注意的是，研究发现，在不同物候阶段和不同物种之间，存在显著的地域适应性（local adaptation）现象。这种适应性表现为植物在不同气候条件下表现出不同的物候反应，例如，温暖地区的植物可能表现出较晚的物候事件，而寒冷地区的植物则表现出较早的物候。这种现象被称为“反梯度适应”（counter-gradient adaptation），意味着植物的物候反应在空间上与气候差异相反，从而在不同环境中保持一致的物候时间。此外，研究还发现，某些物候阶段对降水的响应表现出“放大效应”（amplifying effect），即随着降水增加，物候延迟的程度逐渐加大，而另一些物候阶段则表现出“减弱效应”（attenuating effect），即降水对物候的影响逐渐减小。

研究者还分析了不同物候阶段对繁殖活动的影响。结果显示，湿润的条件显著提高了乳草植物进行有性繁殖的可能性，尤其是在晚期物候阶段。例如，降水较多的年份会延迟花后阶段的物候，从而为植物提供更长的繁殖窗口。相反，温度较高的年份则可能减少晚期乳草植物的繁殖机会，尤其是那些生长在较干燥环境中的物种。这一现象表明，植物的繁殖策略可能受到环境条件的显著影响，而这些条件的变化可能进一步影响其与授粉者或食草动物之间的相互作用。

本研究还揭示了乳草植物在不同物候阶段对环境因素的反应模式存在差异。例如，早期物候阶段对温度变化更为敏感，而晚期物候阶段则更依赖降水。这种反应模式可能与植物的生理机制和生境选择有关。某些物种可能在较温暖的环境中生长得更快，但为了适应更极端的气候条件，它们的物候反应可能表现出反梯度适应，即在温暖地区表现出较晚的物候，以减少极端气候带来的风险。而另一些物种可能在湿润的环境中更倾向于延长其繁殖时间，从而最大化繁殖机会。

此外，研究还发现，乳草植物的繁殖能力可能受到其生长条件的限制。在西部干旱地区，水的可用性可能是影响植物繁殖能力的关键因素。相比之下，生长在湿润环境中的乳草植物可能在较长时间内保持较高的繁殖能力。这表明，植物的繁殖策略可能与环境条件密切相关，尤其是在干旱或湿润的生态系统中。例如，对于生长在干旱地区的乳草植物，增加的降水可能会显著延长其繁殖窗口，而生长在湿润地区的植物则可能因降水过多而减少早期繁殖的机会。

研究者还探讨了物候变化对乳草植物与帝王蝶（*Danaus plexippus*）之间的相互作用的影响。帝王蝶幼虫依赖乳草植物作为食物来源，因此乳草植物的物候变化可能直接影响帝王蝶的繁殖和生存。研究发现，乳草植物的物候变化在2013年至2021年间存在年际差异，通常在2至3周之间。这种变化可能对帝王蝶种群数量产生显著影响，因为物候时间的不匹配可能导致幼虫无法及时找到食物来源。例如，温暖的春季可能使乳草植物提前开花，从而为帝王蝶提供更早的食物，但也可能在晚夏减少乳草植物的可用性，导致种群数量波动。

本研究采用的方法为物候学研究提供了一种新的视角。通过整合公民科学数据和气候数据，研究者能够分析大规模数据集，揭示不同物种和物候阶段对环境因素的反应模式。这种方法不仅适用于乳草植物，还可以推广到其他生物系统，尤其是那些具有广泛分布和多种物候阶段的物种。例如，博物馆和标本馆的数据集可能包含更长时间跨度的观察记录，为研究长期物候变化提供了宝贵资源。

研究还指出，未来的研究可以进一步探索物候适应性的具体机制。例如，通过温室实验或实地调查，研究者可以更深入地了解植物如何通过生理机制或生境选择来适应不同的气候条件。此外，结合人工智能技术对物候进行自动识别，将有助于提高数据处理的效率，并扩大研究的范围。这种跨学科的方法结合了生态学、统计学和计算机科学，为理解全球变化对生态系统的影响提供了新的工具。

总的来说，本研究揭示了乳草植物在面对气候变化时如何通过整合多种环境信号来调整其物候策略。这些发现不仅有助于理解植物如何适应不同的环境条件，也为预测未来气候变化对生态系统的影响提供了重要依据。同时，研究也强调了公民科学数据在生态研究中的重要性，表明这些数据可以为物候学研究提供有价值的见解。通过分析不同物种和物候阶段的适应性，研究者能够更好地理解生物对环境变化的反应，并为保护和管理生态系统提供科学支持。