环 境

气候变暖对植物物候的影响

植物开花时间会随纬度发生很大的变化，这种变化常常形成显著的纬度格局。对于同一种植物而言，低纬度地区的个体常开花较早，而高纬度地区的个体开花较晚。较大的纬度间开花时间差异（或较小的重叠）通常阻碍基因流，如果差异大到一定程度则形成时间隔离，这是物种形成机制中合子前生殖隔离的主要方式之一。同时，开花时间纬度间的差异也与物种间的相互作用紧密相关。在全球变化背景下，开花物候纬度格局存在什么样的变化呢？近期，研究者利用多年生兰科草本植物绶草（Spiranthes sinensis）的开花物候数据，调查了气候变暖对开花物候纬度格局的影响。物候数据提取自标本和野外照片，时间跨度长达117年（1901-2017），地理范围覆盖了东亚近40个纬度。研究结果显示，在整体上，绶草的开花时间随纬度显著变化，平均值为2.93天/纬度，即每增加10个纬度，开花时间推迟约1个月；在水分受限制的地区，开花物候与纬度并不存在显著相关性，即在相近时间开花，并且也不受气候变暖影响；在湿润地区，开花物候随纬度显著变化，并且气候变暖显著增加了纬度间开花时间的差异，年均温每升高1摄氏度，纬度间开花时间差异将增加2.47天/纬度；进一步的分析表明，气候变暖促使湿润区开花物候纬度间差异的增大，很可能是物候温度敏感性的纬度格局所致。此外，气候变暖对开花物候纬度间差异增大的影响，在低纬度更加显著。这些结果表明，气候变暖对开花物候纬度格局的影响在湿润区和非湿润区存在显著的差异，因此气候变暖将与全球降水的变化协同地影响植物的开花物候；而气候变暖显著增加湿润区的开花物候纬度间差异，可能会减少不同纬度间种群的基因流，从而加速物种分化，并且在低纬度地区更加显著。（Agricultural and Forest Meteorology 2021,296：108209）

展叶和开花分别代表一年中植物营养生长和生殖生长的开始，是最重要的两个植物春季物候期。诸多研究发现气候变暖导致植物春季物候提前。然而，这两个植物春季物候期受气候变暖的影响是否相同尚不清楚。研究者利用物候观测历史数据，分析了常见温带树种春季展叶和开花物候对气候变暖的响应，发现气候变暖导致展叶和开花两个物候期均提前，但是两者提前的速率有所不同。无论是先花后叶还是先叶后花物种，前一个物候期均比后一个物候期的提前幅度大，由此导致两个物候期的时间间隔不断增大。造成这种结果的原因可能是升温减弱春化作用，进而导致物候发生所需的积温增加。相较于前一个物候期，后一个物候期发生所需的积温增幅更大，从而减缓了其提前的速率。此外，光周期伴随物候提前而缩短，同样导致后一个物候期发生所需的积温增幅更大。（Journal of Ecology 2021，109:1319-1330）

历史气候变化对于喜马拉雅山鸟类群落的影响

热带山脉通常是生物多样性的热点区域。目前对于其生物多样性起源的研究普遍忽略第四纪气候变化对于物种分布的影响。这主要是基于生物可以通过垂直梯度上的短距离迁移来缓冲气候变化影响的直观推断。近期，研究者通过重建在喜马拉雅山地分布的288种雀形目鸟类的历史分布动态，检验末次间冰期（～12万年前，LIG）和末次冰盛期（～2万年前，LGM）的气候变化对山地群落演化的影响。结果显示，这些鸟类可以通过海拔梯度上的垂直迁移来应对末次冰盛期的气候变化），但却有1/3—1/2的现生物种在末次间冰期期间缺少适宜分布区。进一步的分析发现，这一群落周转可能源于末次间冰期期间气候变异度的显著增强导致的局域种群绝灭。这些研究结果表明剧烈的气候变化可能会突破山地垂直梯度的缓冲作用，对于理解热点区域的生物多样性起源和预测未来气候变化的影响具有重要作用。(Climatic Change 2021,164: 6)

二叠纪末古特提斯洋盆短暂封闭加剧了生物灭绝

在古生代和中生代转折期，地球上发生了显生宙规模最大的一次生物大灭绝事件——二叠纪末生物大灭绝事件。在6万年的时间里，约81%的海洋生物彻底消失，破坏了存在2亿年之久的海洋生态系统。这一时期，古海洋环境发生了一系列剧变，包括海水升温、酸化、缺氧或硫化、大规模海退以及洋流循环受阻等，这些变化都是导致二叠纪末海洋生物大灭绝的可能因素。比之其他常用来探讨古环境背景的铀、硫、铁等元素，镁元素在海洋中具有更高的含量，同时海洋中镁元素循环往往与碳—氧循环过程相伴，因而与一系列重大海陆变迁以及生命过程息息相关，有助于揭示二叠纪—三叠纪转折期海洋环境变化以及生物大灭绝机制。近期，研究者通过对全球多条经典的含白云岩二叠纪—三叠纪界线剖面碳酸盐岩样品所进行的系统的碳—氧—镁同位素地球化学分析，发现在二叠纪末生物大灭绝层段，不同剖面上的白云岩，其镁同位素均显示较为一致的快速上升，并与碳同位素负漂呈镜像耦合关系。其变化周期短、幅度大，表明在局限洋盆内海洋处于相对缺氧状态。就古特提斯洋而言，在相对局限的海洋环境中，由于海洋缓冲能力有限，全球变暖、陆源风化及河流输入增强以及水体富营养化等一系列气候和水化学变化极易在海洋环境引发一系列灾变，也更容易导致大范围生物灭绝。（Earth and Planetary Science Letters 2021，556, 116704.）

湖泊生物群对全球气候变化的响应

白垩纪是典型的温室气候时期，但在白垩纪末期，出现了一系列的气候波动、生物灭绝和多样性的变化。通过对我国东北松辽盆地和山东胶莱盆地湖相化石的研究，发现白垩纪/古近纪之交，轮藻植物群多样性变化与全球气候变化之间的关系密切。全球变冷时期，轮藻植物群多样性降低，一些藏卵器个体较大的属种在湖泊中逐步占据主导地位，这主要是因为藏卵器个体越大，其内含的营养物质越多，休眠时间越长，能够寻找合适条件萌发的概率也越大；而在全球变暖事件中，轮藻则成种作用明显，多样性增高，一些种在白垩纪末全球变暖事件中个体变小化，推测与德干玄武岩喷发造成的环境压力相关。（Global and Planetary Change 2021, 197: 103400.）

重估埃迪卡拉纪海洋的氧化还原状态

氧气是复杂多细胞生物得以生存和繁衍的重要条件之一。距今6.35亿—5.41亿年前的埃迪卡拉纪是地球生命演化的关键转折时期，产出了大量由复杂多细胞生命组成的化石生物群。复杂多细胞生物的生命活动需要消耗大量氧气，它们的出现代表着当时海洋环境中含氧量的增高。近期，研究者以埃迪卡拉纪深水相蓝田岩芯样品为研究对象，系统分析了埃迪卡拉系蓝田组硫同位素组成复杂变化的原因，连续、完整、新鲜的岩芯样品为进行系统可靠的岩石学和矿物学观察，以及地球化学分析提供了有力保障。黄铁矿硫同位素原位微区分析方法结合岩石学和矿物学分析，揭示了埃迪卡拉纪海洋中的硫酸根库容量比先前估计的要高，推测埃迪卡拉纪硫酸根库容量可能已经足够满足深层海水氧化的需求，从而为复杂多细胞生命的发展提供了保障。（Geology 2021, 49,doi.org/10.1130/G48262.1.）