01 研究概述

      研究发现全球约三分之一的植被生长季开始时间（SOS）发生显著变化，呈现显著空间分异规律，并揭示其核心机制：植被生长季温度与最佳生长温度的差异调控了升温对SOS的影响。当前生长季温度低于植被最佳生长温度，升温通过促进光合作用加速物候进程，导致SOS提前；反之，高温引发光合效率抑制和生理胁迫，致使SOS延迟。该发现揭示了植被物候响应气候变暖的温度阈值效应。

图1 全球植被生长季时间（SOS）趋势变化分布

• 全球约1/3的植被SOS发生了显著的变化
• 其中，65.5% 的区域SOS显著提前（北半球中高纬度的温带区域）
• 34.5% 的区域SOS延迟（赤道附近的热带和亚热带区域）
• 植被生长季温度与植被最佳生长温度之间的差异的调控机制：
•     （1）ΔT < 0：升温促进光合作用，加速植被生长，SOS提前
•     （2）ΔT > 0：高温抑制光合作用，生理胁迫加剧，SOS延迟
• 若全球升温持续，当前温带区域的提前趋势可能逐步放缓甚至逆转

02 研究背景

植被物候对气候变化高度敏感，全球气候变暖已普遍导致全球植被生长季开始时间（SOS）发生改变。过去研究多侧重于北半球温带和寒带生态系统中植被SOS提前的现象，而对热带和亚热带生态系统的物候变化关注不足。然而，在过去三十年中，热带和亚热带地区的SOS普遍呈现推迟趋势，与北半球SOS的变化方向相反。

温度被认为是控制SOS时间趋势变化的关键因素之一。在北半球温带和寒带生态系统中，气候变暖使植被更早达到生长所需的热量阈值，同时增强光合作用，从而导致SOS提前。但相比之下，气候变暖对热带和亚热带生态系统中SOS的影响机制尚不明确。目前我们对全球SOS响应气候变暖的机制的理解有限，这导致对全球变暖背景下生态系统动态和碳循环影响的预测存在不确定性，并影响全球生物多样性和粮食安全。已有研究指出，热带和亚热带地区的温度已超过植被生长的最适温度（Topt），持续升温或将抑制光合作用。尽管一般认为热带和亚热带生态系统的温度足以支持植被生长，但不能因此排除温度作为影响因素的可能性，尤其当温度超过植被生长的最佳温度（Topt）时，其对物候的影响同样不容忽视。

因此，我们提出假设：植被生长的最佳温度（Topt）与生长季温度（Tgs）之间的关系是SOS响应气候变暖的关键机制。即，在温带和寒带地区，升温促进SOS提前，而在热带和亚热带地区，过高温度可能抑制光合作用，导致SOS推迟。

03 研究方法

团队基于GIMMS NDVI 植被指数数据 和 ERA5再分析气候数据，从全球尺度量化温度对SOS变化的调控机制（图2，图3）：

1.排除干扰：通过偏相关分析，剥离降水、辐射对SOS的影响，聚焦温度作用。

2.定义ΔT：计算植被生长季平均温度与植被最佳生长温度之间的差值，揭示温度“阈值效应”。

3.全球分区域验证：对比不同ΔT范围内植被SOS对温度的响应模式。

图2 植被生长季开始期（SOS）与季前温度（Tps）之间偏相关的空间格局

图3 植被生长季平均温度（Tgs）与植被最佳生长温度（Topt）之差的空间格局

03 研究结果

• 全球植被SOS对温度变化的响应模式的空间分布，与ΔT的空间分布格局吻合（图2 vs 图3）。

• ΔT < 0，生长季温度低于植被最佳生长温度，60°N到25°N (北半球温带和寒带)， SOS与温度呈负相关，温度升高使得SOS提前。但随着Tgs逐渐接近Topt，温度对SOS的影响逐渐减弱。

• ΔT > 0，生长季温度超过植被最佳生长温度，25°N to 40°S（热带和亚热带地区），SOS与温度呈正相关，高温抑制光合作用，导致SOS推迟。当Tps超过Topt并持续偏离时，升温对SOS的推迟效应逐渐减弱（图5）。

图4 生长季平均温度(Tgs)与植被最佳生长温度(Topt)的差值和生长季开始时间(SOS)与季前温度(T_ps)的偏相关系数文(RSOS_Tps)之间关系的分布

图5 生长季开始时间（SOS）与季前温度（T_ps）之间的偏相关关系在不同气候区间下的空间变化

05 作者团队

• 石思琪（荷兰特文特大学，UTwente-ITC）：博士研究生，主要从事全球植被物候与气候变化响应等研究。

• 杨沛琦（南京师范大学）：教授，江苏省特聘教授，国家高层次青年人才。主要从事定量遥感、辐射传输建模、日光诱导叶绿素荧光遥感等研究。

• Anton Vrieling（荷兰特文特大学）：副教授，主要从事植被物候，农业干旱监测和预测，牲畜与牧场环境之间的相互作用。

• Christian van der Tol（荷兰特文特大学）：副教授，系主任，主要从事定量遥感、植被光合生理建模，日光诱导叶绿素荧光遥感等研究。

全文链接：https://www.nature.com/articles/s43247-025-02186-4

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