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植物物候变化对生态系统影响重大，但冬季变暖对草本植物返青期的影响尚不明确。研究人员在青藏高原中部开展 3 年原位冬季增温实验并运用因果检测方法研究。结果表明，冬季增温延迟了部分物种和群落的返青期，该研究有助于改进物候模型。
在广袤的大自然中，植物就像一个个精密的 “气候探测器”，它们随着季节变化而展现出的生长和发育节奏，也就是植物物候，对气候的变化极其敏感。近几十年来，全球气候不断变暖，在北半球中高纬度地区，植物的生长季开始时间明显提前。然而，奇怪的是，植物展叶时间对温度的敏感性（
ST，即每升温 1°C 展叶时间提前的天数）却在下降。对于一些木本植物和农作物来说，冬季需要积累足够的冷量来打破休眠，进入生态休眠阶段后，又需要积累一定热量才能发芽展叶。所以，春季变暖能让植物更快满足热量需求，提前发芽展叶；而冬季变暖则可能导致冷量积累不足，让植物春季展叶需要更多热量，抵消了春季变暖带来的提前展叶效果。
不过，以往大部分关于冬季温度对春季物候影响的研究都集中在木本植物上，对草本植物的关注较少。在研究草本植物时，基于统计分析的研究难以排除混杂因素的影响，生长室实验的极端温度又和自然条件差异大，原位增温实验大多是全年进行，无法单独评估冬季温度的作用。在青藏高原，这片平均海拔约 4300 米，面积超 250 万平方公里的神奇高原上，过去 40 年的升温速度是全球平均水平的两倍。高原上的高寒植被对气候变暖十分敏感，其变化对区域乃至大陆的生态系统和气候都有着重要意义。其中，高寒草原覆盖了高原 60% 以上的面积，自 1982 年以来，其返青期显著提前。但对于冬季温度在返青期中所起的作用，长期观测结果却存在很大矛盾。有的研究认为冬季变暖延迟了卫星监测到的返青期，可后来又发现是数据质量问题导致；还有研究发现冬季温度对返青期没有显著影响。并且，针对青藏高原的冬季变暖实验也很有限，无法明确冬季变暖的具体作用。
为了弄清楚冬季变暖是否会延迟草本植物和草原的春季展叶，以及这种延迟是否是因为冷积累减少导致返青期热量需求增加，中国研究人员在青藏高原中部开展了一项为期 3 年的原位冬季增温实验。他们利用开顶式气室（OTCs）模拟冬季变暖环境，同时还运用因果检测方法，分析了长期原位物候观测数据和卫星遥感物候数据，探究冬季温度是否真的影响返青期。这项研究成果发表在《Agricultural and Forest Meteorology》上，为我们深入了解草原春季物候对长期变暖的响应提供了关键依据，也有助于改进物候模型，更准确地预测生态系统和气候的变化。
研究人员采用了两种关键技术方法。一是原位实验，在青藏高原中部海拔 4550 米的高寒草甸设置实验样地，通过开顶式气室（OTCs）对实验区域进行冬季增温处理，监测增温组和对照组的温度、湿度等环境数据以及植物返青期变化。二是运用收敛交叉映射（CCM）因果检测方法，分析长期原位物候观测和卫星遥感获取的物候数据，判断冬季温度或冷天数与返青期之间是否存在因果关系。
冬季增温对返青期的影响
研究人员首先对比了增温组与对照组的温度和湿度差异。结果发现，增温组的冬季温度显著高于对照组（P<0.01），温差在 0.9 - 2.1°C 之间，OTCs 越高的组，温度提升幅度越大。同时，增温组的冷天数明显减少。进一步研究发现，冬季增温延迟了 4 种植物中 3 种（包括 3 种青藏高原高寒草原优势种和 1 种常见种）以及群落的返青期。这是因为冬季增温减少了冷积累，增加了生长度日（植物生长发育需要积累一定的热量，生长度日用于衡量热量积累），使得植物返青需要更多热量，从而延迟了返青时间。而且，这种延迟效应在返青期较早的物种中更为明显，说明这些物种更依赖冷信号来避开霜冻风险。
冬季温度与返青期的因果关系
通过长期原位观测和卫星遥感数据，利用 CCM 方法检测因果关系，研究人员发现，在长期数据中，冬季温度或冷天数对返青期有因果影响的时间序列占比不超过 1.8%。这表明，从长期观测来看，难以明确冬季温度对返青期有显著的因果影响。虽然实验中发现冬季增温会延迟返青期，但在实际的长期自然环境中，由于存在多种影响返青期的混杂因素，冬季温度与返青期的关系并不那么直接和明显。
综合来看，这项研究明确了在青藏高原高寒草原中，冬季变暖确实会延迟部分草本植物和群落的返青期，主要是通过减少冷积累和增加生长度日来实现的。不过，从长期观测数据利用 CCM 方法检测发现，冬季温度对返青期的因果影响并不显著。这一研究结果对于理解青藏高原高寒草原生态系统对气候变化的响应具有重要意义，有助于完善物候模型，提高对未来气候变化下草原生态系统变化的预测能力，为生态保护和管理提供科学依据。同时，也为其他寒冷和温带地区研究冬季变暖对草本植物物候的影响提供了参考，推动了全球范围内对植物物候与气候变化关系的深入研究。
