水科学研究院付永硕教授课题组在《自然·通讯》杂志发表论文揭示树种组成调控植被物候对变暖的响应

植被物候是气候变化最敏感生物学指示指标，其变化对于陆地生态系统碳水循环具有重要的决定性意义。城市热岛效应导致城市温度高于周边郊区，为开展植被物候对气候变暖响应研究提供了“天然实验室”。城市与郊区的物候差异通常归因于城郊温度梯度，但是城市和郊区除温度差异较大外，树种组成也存在明显区别。目前，城市和郊区植被物候对气候变暖的响应差异是否受城市和郊区树种组成差异的影响仍不清楚，限制了城市这一“天然实验室”的应用以及全球变化下城市生态系统功能的评估。

为了解决这一重要科学问题，北京师范大学水科学研究院付永硕教授团队利用北半球135个大型城市的遥感反演植被物候数据和350万条树种分布记录，结合全因子气候变化模拟实验，量化了城市和郊区树种组成差异对城市和郊区春季物候温度敏感性差异的影响及其潜在机制。结果发现，城市和郊区树种组成差异（β多样性）增加会导致城市和郊区春季物候差异（△SOS）和春季物候的温度敏感性差异（△S_T）增加（图1a）。随机森林模型的结果显示，城市和郊区树种组成差异是影响△S_T最重要的因子，甚至超过了城市和郊区春季温度差异的影响（图1b）。

图1. 城市和郊区树种组成差异对春季物候温度敏感性的影响以及春季物候对气候变暖和城市化响应的种间差异

气候变化模拟实验和高精度的卫星影像数据进一步发现，城市广泛分布的树种的温度敏感性在城区显著高于郊区，而郊区广泛分布的树种则相反（图1d），方差分析结果进一步揭示了树种和城市化对春季物候温度敏感性的耦合影响。基于上述结果，本研究提出了树种组成对城市和郊区春季物候温度敏感性的影响机制：不同树种的温度敏感性差异和不同树种对城市化的响应差异是导致城市和郊区春季物候温度敏感性差异的重要原因（图2）。

图2. 树种组成对城市和郊区春季物候温度敏感性影响机制示意图

本研究揭示了树种组成对城市物候的重要影响，强调了在开展城市物候学研究中考虑树种组成的重要性，暗示了生物多样性是植被物候响应气候变化重要决定因素，这一发现为提升城市生态系统的气候适应能力、制定基于自然的城市发展策略提供了重要科学依据。

作者信息

本研究成果以“Tree species composition governs urban phenological responses to warming”为题，于2025年4月18日发表于Nature Communications期刊。北京师范大学水科学研究院付永硕教授为文章通讯作者，吴兆飞博士和Constantin M. Zohner博士为论文共同第一作者。合作者包括香港大学周宇宇教授、中山大学张健教授、苏黎世联邦理工学院Thomas Crowther教授、西班牙CREAF研究中心Josep Peñuelas教授、美国橡树岭科学与教育研究所王一明博士、苏黎世联邦理工学院Johan Van den Hoogen博士和博士生邹峄标、课题组博士生王宏宙和龚玉凤。

研究成果得到国家自然科学基金和北师大优秀青年创新团队等项目的支持，得到北京市动物园、北京鹫峰国家森林公园和瑞士巴塞尔大学Christian Körner教授等单位和个人的大力支持。

引用格式：

Wu, Z., Zohner, C. M., Zhou, Y., Crowther, T. W., Wang, H., Wang, Y., ... & Fu, Y. H. (2025). Tree species composition governs urban phenological responses to warming. Nature Communications.