《BMC Plant Biology》：Phylogenetic relatedness and plant traits influenced flowering phenology change patterns in natural habitats in China (2003–2021)
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为探究气候变化下植物物候变化的空间及种间差异机制，研究人员基于中国 8 个生态站 2003-2021 年 190 种植物观测数据，分析首花日期（FFD）变化趋势及其与气温、降水的关系，发现 FFD 变化具时空差异，系统发育相关性是主要影响因素，为预测植物对气候变化的响应提供依据。
植物的开花物候如同自然界的 “生物钟”，精准记录着气候变化与生态系统的微妙互动。在全球变暖的大背景下，植物如何调整开花时间以适应环境变化？不同地区、不同物种间的物候差异又由哪些因素驱动？这些问题不仅关乎植物自身的生存与繁殖，更影响着整个生态系统的稳定性，如物种间的竞争、共生关系及能量流动等。然而，过往研究多聚焦于城市或栽培植物，对自然生境中植物的物候变化机制，尤其是系统发育相关性与植物功能性状的作用，尚缺乏全面且深入的解析。
为填补这一研究空白，中国科学院植物研究所的研究人员开展了一项具有重要科学价值的研究。他们依托中国生态系统研究网络（CERN）的 8 个生态站（涵盖温带、亚热带等多个气候带），收集了 2003-2021 年共 19 年的 190 种植物首花日期（First Flowering Date, FFD）数据，结合同期的气温、降水数据及植物功能性状（如生长型、株高、开花时间等），综合运用线性回归、冗余分析（Redundancy Analysis, RDA）及 Boosted 回归树（Boosted Regression Tree, BRT）等方法，系统探究了 FFD 变化的时空模式及其驱动因素。该研究成果发表在《BMC Plant Biology》，为理解气候变化下植物物候响应的复杂性提供了新视角。
研究采用的关键技术方法包括：
- 线性回归分析：用于检测每个物种 FFD、气温和降水的变化趋势，以斜率表示变化强度（如天数 / 十年），并通过显著性检验（p<0.05）筛选出显著提前或延迟的物种。
- 冗余分析（RDA）：分析 FFD 变化模式与气温、降水的相关性，量化气候因子对物候变化的解释力，揭示不同生态站主导气候因子的差异。
- Boosted 回归树（BRT）：评估系统发育相关性、植物性状、气候因子及站点条件对 FFD 变化强度的相对重要性，通过模型拟合确定各因素的贡献比例。
研究结果
1. 首花日期（FFD）变化的总体趋势
近 40% 的观测物种 FFD 呈现显著变化（p<0.05），其中提前与延迟的物种各占一半。整体平均趋势为 - 0.22±13.6 天 / 十年，表明多数物种的开花时间略有提前，但种间差异显著。80% 的物种 FFD 变化幅度小于 15 天 / 十年，显示出一定的稳定性。
2. FFD 变化的空间差异
- 温带地区：东北、华北及西南的站点（如长白山、北京、茂县）气温呈上升趋势，FFD 提前的物种比例高于延迟者，平均趋势为 - 2.4 至 - 6.5 天 / 十年。
- 亚热带及干旱区：西北及华南站点（如沙坡头、鼎湖山）降水变化主导 FFD 趋势，延迟物种比例更高，平均趋势为 1.3 至 7.1 天 / 十年。
- 气候因子影响差异：温带地区气温对 FFD 变化的解释力更强，而亚热带地区降水的作用更复杂，不同季节的气温与降水组合共同驱动物候变化。
3. 植物性状与 FFD 变化的关联
- 生长型：草本植物的 FFD 提前强度显著高于乔木和灌木，可能与其更敏感的环境响应能力相关；而延迟强度在生长型间无显著差异。
- 株高：草本植物的株高与 FFD 变化强度呈正相关，矮生草本更易因环境变化调整开花时间，乔木和灌木则无明显规律。
- 开花时间：早开花的草本植物 FFD 提前强度更高，而灌木的延迟强度随开花时间推迟而增加，可能与晚春夏季的水热条件变化有关。
4. 系统发育相关性的关键作用
BRT 模型显示，系统发育相关性是解释 FFD 变化强度种间差异的最主要因素，其重要性远超气候因子、站点条件及植物性状。亲缘关系近的物种倾向于表现出相似的物候响应模式，提示遗传背景和进化历史对物候适应性的深层影响。例如，同科属物种可能共享相似的开花调控基因或生理机制，从而在气候变化下同步调整花期。
研究结论与意义
本研究揭示了中国自然生境中植物 FFD 变化的显著时空异质性，证实系统发育相关性是驱动种间差异的核心因素，而植物性状（如生长型、株高）和气候因子则在特定区域或类群中发挥调节作用。这一发现挑战了 “气候因子直接决定物候变化” 的传统认知，强调了生物进化历史与功能特征的重要性。
从生态保护角度看，研究结果为预测不同植物类群对未来气候变化的响应提供了理论依据。例如，亲缘关系密切的物种可能面临相似的物候风险，需在保护策略中作为整体考量；而草本植物的敏感性提示其可能成为监测生态系统变化的早期指标。此外，研究指出亚热带地区物候响应的复杂性，呼吁加强该区域的长期观测，以完善全国尺度的气候变化影响评估。
该研究通过多学科方法的整合，不仅深化了对植物物候机制的理解，更凸显了系统发育信息在生态学研究中的不可替代性，为后续开展跨尺度、多物种的物候预测奠定了重要基础。
