森林作为陆地生态系统中最重要的碳汇之一，对缓解全球气候变化具有至关重要的作用。树木通过光合作用吸收大气中的二氧化碳（碳同化过程），并将碳固定在茎干木质部中（碳固定过程）。这两个关键过程的物候变化直接影响森林的碳汇功能。然而，随着全球气候持续变暖，光合作用与木质部生长的物候响应是否同步，是当今植被物候学研究中的前沿科学问题。以往的研究大多基于年或月尺度的碳通量和树轮数据，难以精确捕捉光合作用与木质部生长过程中的关键物候事件，从而限制了对二者动态关系的深入理解。
为解决这一科学难题，实验室高寒生态变化与生态安全研究方向联合来自15个国家的科研机构，整合了北半球84个样点、涵盖24种针叶树的形成层活动观测数据，构建了涵盖寒带、高山、温带和地中海四个典型气候区的年均温度梯度（-4.4°C至18.2°C），并结合全球高精度遥感产品FluxSat GPP反演的光合物候数据，系统揭示了在气温升高的背景下，针叶林木质部生长与光合作用呈现显著的物候不同步现象，并阐明了其内在生理机制。
通过精确量化木质部生长与光合作用的起止时间，研究发现，沿温度梯度带，年均温度每升高1°C，木质部生长开始时间提前约2.3天，而光合作用开始时间的提前速率是木质部的2倍。这一差异导致在温暖的温带和地中海地区，光合作用与木质部生长开始的时间差达到约62天，显著大于寒带和高山地区的约35天。同时，二者的结束时间每升温1°C均延迟约2.0天。从温度梯度带整体来看，与最寒冷样点相比，最温暖样点的光合季节延长了约四个月，而木质部生长季仅延长约三个月，表明变暖显著加剧了木质部生长与光合作用之间的物候不同步（图1）。
贝叶斯混合效应模型分析进一步揭示，造成这种物候不同步的关键机制在于，木质部生长的恢复不仅依赖春季积温，还需要经历冬季的低温积累（冷激）以打破生理休眠。在温暖地区，冬季升温导致冷激不足，树木需要更多热量才能启动生长，从而延迟了木质部生长的开始。然而，光合作用的恢复则主要受春季温度驱动，对冬季冷激的依赖性较低。
研究还发现，木质部生长量主要由木材生长季的长度决定，而与光合季节长度无显著相关。这意味着，尽管气候变暖显著延长了森林的光合时间窗口，却未能同步提升木材碳汇的积累效率，暗示仅基于光合作用预测未来森林碳汇能力可能存在高估。
本研究首次从北半球尺度上定量揭示了针叶林木质部与光合物候对温度变化的响应差异及其生理机制，为变暖背景下森林生长动态与碳循环过程提供了重要科学依据，对准确评估未来森林的固碳潜力具有重要意义。
研究成果以“Warming increases the phenological mismatch between carbon sources and sinks in conifers”为题，发表于《Nature Climate Change》。高寒生态变化与生态安全研究方向李晓霞副研究员为论文第一作者，梁尔源研究员与李晓霞副研究员为共同通讯作者。研究获国家重点研发计划、国家自然科学基金项目、中国科学院青年创新促进会等项目资助。
原文链接：https://doi.org/10.1038/s41558-025-02474-z
图1.变暖加剧木质部生长与光合作用之间的物候不同步示意图
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