全球热带湿润森林叶片寿命趋同现象及其对气候变化的适应机制研究

《Nature Communications》：Pantropical moist forests are converging towards a middle leaf longevity

本研究针对气候变化背景下热带湿润森林叶片寿命时空变异机制不清的关键问题，通过整合地面观测与网格化叶龄依赖LAI数据，系统揭示了2001-2023年泛热带地区叶片寿命的趋同演化规律。研究发现亚马逊与热带亚洲等长叶寿命区（>1.8年）因升温与大气干旱加剧呈现下降趋势，而刚果与 subtropical Asia等短叶寿命区（<1.8年）则出现上升趋势，这种双向调节促使叶片寿命向中等范围收敛，进而优化植物功能性状、光合作用与物种均匀度，显著增强生态系统气候韧性。该成果为预测全球变化下热带森林生态系统稳定性提供了关键理论依据。

　　

在全球气候变化背景下，热带湿润森林作为地球最重要的碳汇生态系统，其功能动态始终是生态学研究的热点。叶片寿命（Leaf longevity）作为植物关键功能性状，直接调控着碳循环过程与养分利用效率，然而气候变化如何影响泛热带尺度叶片寿命的时空变异规律，其内在驱动机制与生态效应至今缺乏系统认知。这一知识空白严重制约着我们对热带森林生态系统气候适应能力的准确评估。

为破解这一难题，研究人员创新性地整合多源地面观测数据与网格化叶龄依赖的叶面积指数（Leaf Area Index, LAI）数据集，首次实现了2001-2023年泛热带湿润森林年均叶片寿命的 continental-scale 精确制图。通过系统分析发现了一个引人注目的生物群系依赖性趋同现象：在原本叶片寿命较长（>约1.8年）的亚马逊与热带亚洲森林，由于持续升温与大气干旱（atmospheric dryness）加剧，叶片寿命呈现显著下降趋势；相反，在刚果与 subtropical Asia 等叶片寿命较短（< />

这种趋同演化具有深刻的生态学意义。研究表明，中等叶片寿命范围能够最大化植物功能性状（plant functional traits）的协调性，优化光合作用（photosynthesis）效率，并提升物种均匀度（species evenness）。这些协同效应显著增强了森林生态系统对气候变异的抵抗能力，为理解全球变化下热带森林的适应性进化提供了新视角。

关键技术方法主要包括：基于地面实测数据的叶片寿命参数化方案、叶龄依赖的网格化LAI数据重构技术、多元气候因子与叶片寿命的时空关联分析模型，以及生态系统功能性状的协同优化评估框架。

主要研究结果揭示：

1. 1.
   时空格局特征：泛热带森林叶片寿命呈现明显的纬度梯度与区域分异，亚马逊与热带亚洲为高值区（>2.0年），刚果盆地与 subtropical Asia 为低值区（<1.5年）
2. 2.
   气候变化响应：温度上升与饱和水汽压差（VPD）增加共同驱动长寿命区叶片加速脱落，而短寿命区则通过延长叶龄应对水分胁迫
3. 3.
   生态效应机制：趋同点的叶片寿命使碳获取与养分保存达到最优平衡，LAI季节波动降低25%，光合产物分配效率提升18%
4. 4.
   生物多样性关联：物种均匀度在中等叶寿命区达到峰值，证实功能性状收敛促进群落稳定性

研究结论强调，热带湿润森林正通过叶片寿命的趋同演化实现功能性适应，这种大规模的结构-功能协同调整机制，为准确预测气候变化下生态系统碳循环响应提供了重要理论支撑。该成果发表于《Nature Communications》，对完善地球系统模型中的植被动态模块具有里程碑意义。