一岁一枯荣，讲得正是叶片凋落又新生的物候节律。叶物候是气候变化敏感的指示剂，更是影响碳循环的重要过程。大量的物候观测数据能够指导碳循环模型预测，那么什么样的观测数据是真正能用到碳循环模型中的？这里我们以叶片年龄为切入点，做了一点小小的思考

2024年11月，国际学术期刊Global and Planetary Change发表了华东师范大学生态与环境科学学院夏建阳团队题为“Spatiotemporal variability of leaf critical senescence age across northern lands and its key drivers”的研究论文。本研究从碳循环模拟角度出发，提出量化植被冠层衰老年龄的物候指标——叶片临界衰老年龄（CSA），并首次揭示北半球中高纬度区域叶片CSA的时空格局及气候因子。结果显示，叶片CSA存在较大的时空变异，温度是控制其变异的主要因子。本研究以叶片年龄为切入点，基于模型指导物候观测，研究结果提供了叶片衰老年龄的基本信息，为碳循环模型中年龄参数的设定提供重要参考。

原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0921818124002340

在北半球中高纬度区域（>30^◦N），植被冠层活动具有明显的季节性。秋季，叶片集中衰老使得植被冠层活动由活跃期转入衰退期，进而引发一系列生物地球化学过程的剧变。然而，有关叶片衰老年龄的时空格局及主要驱动因子尚不清楚，致使碳循环模型中缺乏衰老年龄的基准信息，在模拟物候及生理过程的季节性变化中存在不确定性。因此，本研究提出新的物候指标——叶片临界衰老年龄（CSA），即冠层生长开始至衰老开始经历的时长（图1），用以表征植被冠层进入衰老阶段的临界年龄。叶片CSA对碳循环模型模拟植被季节动态具有重要意义。一方面，叶片CSA在模型中可作为调节叶片碳周转率的关键参数，探究其时空格局可用于评估参数准确性。另一方面，明确叶片CSA有利于分析叶片年龄对植被生理特性的影响。以光合作用为例，叶片光合能力随叶片生长而增加，到达一定年龄后衰减。准确模拟光合作用的衰减需要同时考虑气候因子与叶片CSA的信息。

图1 叶片临界衰老年龄（CSA）示意图。叶片CSA定义为冠层生长开始至衰老开始所需时间。植被属性和气候因子共同调控叶片CSA的时空变异。

基于此，研究团队利用长期遥感监测数据（GIMMS 3g.v1），提取1982-2015年北半球中高纬度区域的叶片CSA并探究其时空变异。结果显示，空间尺度上（图2），叶片CSA具有广泛变异（42−263天），平均为146 ± 32天。其中，落叶阔叶林的CSA最长（177 ± 28天），而灌木CSA最短（121 ± 22天）。时间尺度上（图3），叶片CSA在2010年前后的变化趋势发生反转，1982-2010年期间CSA呈增加趋势+0.21天/年，然而2010-2015年期间呈递减趋势−2.36天/年。

图2 叶片临界衰老年龄（CSA）的空间格局（a）与各植物功能型CSA的分布（b）

图3 1982-2015年叶片临界衰老年龄（CSA）的时间动态。采用分段线性回归法检测转折点，转折点出现在2010年（红色圆点）。图b为每个像元中转折点出现的年份，右图红色柱子为转折点出现频率最高的年份即2010年。图c表示转折点对应的叶片CSA。

因子分析表明，温度是驱动叶片CSA时空变化的主要气候因子。空间上（图4），叶片CSA存在最适温度约8.17℃。各植物功能型最适温度有所差异，范围为6至12℃。时间上，叶片CSA与温度主要呈正相关，即温度越高叶片CSA越长。除温度外，土壤湿度是调控叶片CSA时间动态的第二主控因子，对CSA的影响主要表现为负相关。

图4叶片临界衰老年龄（CSA）空间变异与气候因子的关系。图a-i为基于随机森林回归得到的各气候因子相对重要性。图j为累积局部效应图，反映了基于随机森林回归模型得出的叶片CSA与温度的关系。黑色实线表示所有站点，彩色虚线为各植物功能型。

图5叶片临界衰老年龄（CSA）时间动态与气候因子的关系。图a为主导叶片CSA时间动态的气候因子（根据偏相关系数绝对值最大所得）。图b和c为各因子在所有站点以及各植物功能型中作为主控因子的面积占比。“+”表示正相关，“-”表示负相关。

以上研究表明，基于植物功能型的叶片CSA可为碳循环模型如ORCHIDEE参数设置提供基准资料。时间尺度上叶片CSA呈先增加后降低的趋势，反映了植被季节性动态的复杂性。并且，气候变暖正在重塑叶片衰老年龄的时空格局，为预测陆地碳汇对未来气候变化的响应带来了巨大的不确定性。

华东师范大学生态与环境科学学院在读博士生夏兴莉为论文第一作者，夏建阳教授与黄昆研究员为论文共同通讯作者。该研究受到了国家自然科学基金委、科技部国家重点研发计划和上海市基础研究特区计划的经费支持。