在氣候變暖和氮沉降加劇的背景下，植物物候正悄然改變。物候不僅影響植物的生長和繁殖，還在重塑生態系統的結構與功能。然而，不同植物功能群在全球變化下的物候響應是否一致？這些物候變化如何驅動群落動態？仍是草原生態系統應對全球變化的關鍵科學問題。

近日，內蒙古農業大學作為第一完成單位，在國際生態學百年權威期刊《Ecology》在線發表研究論文“Contrasting responses of flowering phenology in C3 and C4 plants shape grassland community structure under global change”（C3與C4植物開花物候對全球變化的差異響應重塑草原群落結構）。該研究依托內蒙古農業大學草地資源教育部重點實驗室韓國棟教授于2006年牽頭建立的內蒙古荒漠草原全球變化長期控制實驗平臺，系統解析了氣候變暖與氮沉降背景下C3和C4植物開花物候的響應差異及其對草原群落結構的影響。

研究表明，C3植物對氣溫升高更敏感，花期提前、持續時間縮短，優勢度下降；而C4植物在氮添加下花期顯著延長，優勢地位增強。收斂交叉映射模型結果表明，物候變化對植物優勢度的影響大于反向作用，強調了物候在群落演替中的關鍵作用。結合全國多個草地生態系統數據，進一步證實了該物候響應模式具有廣泛一致性。結構方程模型表明，土壤溫度和水分有效性是驅動物候變化的關鍵因子，而生殖性狀（如每株生殖枝數）是預測植物優勢度的重要指標。

圖1 增溫和氮添加對植物開花物候及優勢度的影響及其因果分析

為進一步揭示不同區域和功能群的物候響應規律，研究團隊在《Journal of Plant Ecology》（中國科學院一區TOP期刊）發表論文“Climate warming advances plant reproductive phenology in China’s northern grasslands”（中譯：氣候變暖使中國北方草原植物生殖物候提前）。該研究基于25篇文獻、1758組觀測數據的Meta分析，首次揭示了中國北方草原植物營養與生殖物候對氣候變暖的非對稱響應：氣候變暖顯著延長了生殖物候的持續時間，而對營養物候影響不顯著。植物在不同物候階段對溫度變化的敏感性存在差異，如每升高1℃，萌芽期提前1.7天、展葉期推遲3.4天、枯黃期提前0.6天。此外，不同功能群的響應存在顯著差異：灌木和半灌木展葉時間明顯提前，草本植物則響應較弱。該研究為草原生態恢復中的“功能群適配策略”提供了科學依據。

圖2 Meta分析揭示氣候變暖對植物營養與生殖物候的差異性影響

兩項研究均由內蒙古農業大學草業學院2022級博士研究生白璐為第一作者，草地資源教育部重點實驗室任海燕教授為通訊作者。其中《Journal of Plant Ecology》論文由2020級碩士研究生田磊為共同第一作者。研究得到國家重點研發項目、國家自然科學基金、內蒙古自治區杰出青年基金等資助。