Nature Plants | 中山大学团队揭示全球变绿背景下不同林龄落叶阔叶林的叶片适应策略差异

摘要：该研究综合利用多源卫星遥感和地面实测数据，系统分析了不同林龄落叶阔叶林在增加最大叶面积指数和延长生长季长度两种叶片适应策略上的权衡机制，同时探讨了这两种策略下叶片物理和化学特性的差异及其对森林光能利用效率的影响，为理解全球植被“变绿”机制提供了新的视角。

中山大学大气科学学院陈修治教授团队在《自然—植物》（Nature Plants）在线发表研究论文“Contrasting age-dependent leaf acclimation strategies drive vegetation greening across deciduous broadleaf forests in mid- to high latitudes”。

该研究综合利用多源卫星遥感和地面实测数据，系统分析了不同林龄落叶阔叶林在增加最大叶面积指数和延长生长季长度两种叶片适应策略上的权衡机制，同时探讨了这两种策略下叶片物理和化学特性的差异及其对森林光能利用效率的影响，为理解全球植被“变绿”机制提供了新的视角。

理论假设——

在全球变暖背景下，植被绿度显著增加，这既可能来自最大叶面积指数（LAImax）的提升，也可能来自生长季长度（LOS）增加。传统观点假设这两种途径是协同发生的，但“叶片经济谱”理论指出，植物的叶片性状存在着不同的策略：

“快经济谱策略”植物倾向生产更多、薄而高效的叶片，以获得快速的碳收益。

“慢经济谱策略”植物倾向生产更厚而耐久的叶片，延长寿命周期以维持长期稳定的碳收益。

这意味着LAImax和LOS延长可能不是同步发生，而是存在权衡关系。但该假说此前缺乏大尺度验证。

研究发现——

中高纬度落叶阔叶林最大叶面积指数变化量（ΔLAImax）与生长季长度变化量（ΔLOS）呈显著负相关（R= -0.16,P0.001），说明“长叶子”和“延长生长季”难以兼得。并且这个负相关关系强烈依赖于森林年龄。年轻森林（东亚地区）LAImax显著增加，LOS变化较小，表现出“获取型策略”，老龄林（北美和欧洲地区）则LOS显著延长，LAImax变化较小，表现出“保守型策略”。

上述差异化叶片适应策略还伴随着显著的叶片物理和化学属性以及功能的分化。全球植被变绿背景下，采用“获取型策略”的年轻森林，比叶质量（LMA）平均下降1.39mgcm⁻²、叶片含水量（LMC）下降1.18%，叶片更薄且更高效，使冠层光能利用效率（LUE）显著提升。相反，采取“保守型策略”的年老的森林，LMA增加1.27-1.94mgcm⁻²、LMC增加5.55–8.72%，叶片更厚且更耐久，虽然延长了光合作用时长，但导致LUE下降，整体碳吸收速率减弱。