树种多样性推动了热带季节性干旱林地的地表物候变化

IF 5.3 1区环境科学与生态学 Q1 ECOLOGY

Journal of Ecology Pub Date : 2024-07-12 DOI:10.1111/1365-2745.14366

J. L. Godlee, C. M. Ryan, A. Siampale, K. G. Dexter

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摘要

1 引言叶片是植被覆盖的陆地表面、大气和进入的太阳辐射之间的主要界面（Gu 等人，2003 年；Penuelas 等人，2009 年）。叶片生产的季节性周期（叶片物候）在调节全球碳、水和氮循环中发挥着重要作用（Garonna 等人，2016 年）。从遥感数据中得出的植被指数是叶片显示（地表物候）的替代物，已被用于约束陆地生物圈模型中初级生产力的估算（Bloom 等人，2016 年；Helman，2018 年），并用于描述植被对各种气候驱动因素的功能响应（Richardson 等人，2013 年）。先前的研究已经确定了陆地表面物候的环境驱动因素（Adole 等人，2019 年；Guan 等人，2014 年），但我们对植被本身的植物多样性和结构如何介导这些关系缺乏了解（Pau 等人，2011 年；Whitley 等人，2017 年）、在大陆尺度上，仅利用气候因素，即降水、昼夜温差振荡和光周期，就能充分解释陆表物候模式（Adole 等人，2018b，2019 年；Guan 等人，2014 年），但在生物群落内部，叶片显示的时间存在显著的局部差异，这不能完全归因于非生物环境（Stöckli 等人，2011 年）。此外，我们对陆地表面物候的生物控制缺乏机制上的了解，这妨碍了我们对全球环境变化下的物候变化做出明智预测的能力。人们多次提出，由于物种间物候策略的差异，植物群落的多样性、组成和结构在决定生态系统对驱动陆表物候模式的非生物线索的响应方面发挥作用（Adole 等，2018a；Fuller，1999；Jeganathan 等，2014），但这方面的研究还很缺乏（Ma 等，2022）。事实上，地面观测发现，在特定生物群落中，植物群落间叶片显示的时间模式差异很大（Seyednasrollah 等人，2019 年），但这种差异很少体现在生物圈-大气交换的预测模型中（Pavlick 等人，2013 年；Scheiter 等人，2014 年）、在非洲南部最大的林地（White，1983 年）--miombo 林地中，水分供应的季节性波动推动了叶片展示的强烈季节性周期（Chidumayo，2001 年；Dahlin 等人，2016 年）。在米翁博林地中，雨前返青现象（树木在季节性降雨之前长出叶子）是物候学响应季节性降雨模式的一个显著例子。虽然雨前返青需要在水力结构上进行大量投资，以获取深层地下水并形成抗栓塞的水力系统，但它可能会带来竞争优势，使树木能够立即获得早期降雨，并在草地冲刷之前释放相关的土壤养分（February & Higgins, 2016; Ryan 等人, 2017）。Detarioid物种生长较慢，叶片肥厚，木质部致密，根系较深（Timberlake & Calvert, 1993; Zhou等人，2020），经常在雨季开始前就返青。它们还可能在雨季结束后保留叶子更长时间，但这种行为的机理尚不清楚（Giraldo & Holbrook, 2011; Kushwaha et al.）其他物种可能在雨季才开始长叶，在生长旺季中期形成密集的低成本叶丛，并在雨季末期土壤含水量下降时提前落叶（Lasky 等人，2016 年）。虽然雨季开始后，较早返青的物种会因叶片完全萌发而获得竞争优势，但如果季节性降雨发生得比正常时间晚得多，它们可能会被迫过早落叶，以避免过多的水分流失并维持正碳平衡（Vinya 等人，2018 年），这种情况正变得越来越普遍（Wainwright 等人，2021 年）。有研究表明，树种间物候策略的变化是物种多样性增加的一种机制，通过这种机制，水源有限的林地生态系统的恢复力得以增强，生产力得以最大化（Morellato 等人，2016 年；Stan & Sanchez-Azofeifa, 2019 年）。落叶期较长的林地支持更多样、更丰富的野生动物，尤其是鸟类，也包括食草哺乳动物和无脊椎动物（Cole 等人，2015 年；de Araujo 等人，2017 年；Morellato 等人，2016 年；Ogutu 等人，2013 年）。由于气候变化缩短了非洲水源有限的林地的雨季长度并增加了干旱事件的强度（Cook 等人，2020 年；Gore 等人，2010 年；Morellato 等人，2016 年；Ogutu 等人，2013 年）。

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Tree species diversity drives the land surface phenology of seasonally dry tropical woodlands

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期刊介绍： Journal of Ecology publishes original research papers on all aspects of the ecology of plants (including algae), in both aquatic and terrestrial ecosystems. We do not publish papers concerned solely with cultivated plants and agricultural ecosystems. Studies of plant communities, populations or individual species are accepted, as well as studies of the interactions between plants and animals, fungi or bacteria, providing they focus on the ecology of the plants. We aim to bring important work using any ecological approach (including molecular techniques) to a wide international audience and therefore only publish papers with strong and ecological messages that advance our understanding of ecological principles.