Der Zeitpunkt der Warmzeit bestimmt das Zeitintervall zwischen Blüte und Blattentfaltung

Erwärmungsbedingte Verschiebungen in der Vegetationsphänologie haben die terrestrische Energiebilanz sowie Kohlenstoff- und Wasserkreisläufe erheblich beeinflusst, die wiederum biophysikalische und biogeochemische Rückkopplungen auf das Klimasystem ausüben. Die Frühlingsphänologie gemäßigter und borealer Baumarten hat sich mit der Erwärmung in den letzten Jahrzehnten erheblich weiterentwickelt, aber die meisten früheren Studien konzentrierten sich auf eine einzelne Phänophase, wie Blüte oder Blattentfaltung.

Die phänologischen Reaktionen auf den Klimawandel innerhalb von Arten können jedoch zwischen verschiedenen Phänophasen erheblich variieren. Blüte (FL) und Blattentfaltung (LU) sind die wichtigsten Phänophasen, die die Fortpflanzung und das vegetative Wachstum der Pflanzen bestimmen. Sowohl die Blüte als auch die Blattentfaltung treten bei den meisten laubabwerfenden Arten im frühen Frühling auf, aber ihre Reaktionen auf Umweltreize sind je nach in situ und experimentellen phänologischen Beobachtungen sehr unterschiedlich.

Solche unterschiedlichen Reaktionen können das Zeitintervall zwischen Blüte und Blattentfaltung (ΔLU-FL) verändern, was sich nacheinander auf die Pollenübertragungseffizienz, Ressourcenallokation und Fitness der Pflanzen auswirkt und letztendlich die Struktur und Funktionsweise des terrestrischen Ökosystems verändert. Trotz seiner potenziellen Bedeutung hat der Einfluss des Klimawandels auf das Zeitintervall zwischen Blüte und Blattentfaltung nur begrenzte Aufmerksamkeit erfahren.

Um die Auswirkungen von Winterkälte, Frühlingserwärmung und Photoperiode auf die ΔLU-FL zu untersuchen, wurde von Meister Shuxin Wang und Dr. Zhaofei Wu (College of Water Sciences, Beijing Normal University) ein Experiment durchgeführt, das auf Zweigen basiert, die von zwei Blüten gesammelt wurden -erste gemäßigte Baumart in Peking, Populus tomentosa und Amygdalus triloba.

„Wenn wir die Auswirkungen der Winter- und Frühlingserwärmung auf das Zeitintervall zwischen Blüte und Blattentfaltung vergleichen, haben wir überraschenderweise festgestellt, dass diese beiden Erwärmungsperioden gegensätzliche Auswirkungen haben“, sagt Shuxin Wang, der Erstautor der Arbeit.

Ein wärmerer Winter reduzierte die Ansammlung von Kälte und führte in der Folge zu einem höheren GDD-Bedarf für die Frühjahrsphänologie. Ein geringerer Anstieg des GDD-Bedarfs für die Blüte als für die Blattentfaltung kann zu einem größeren Voranschreiten der Blüte als der Blattentfaltung führen, was zu einem verlängerten Zeitintervall zwischen diesen beiden Phänophasen führt. Im Gegensatz dazu führte eine größere Temperaturempfindlichkeit der Blattentfaltung als der Blüte zu einem verkürzten Zeitintervall zwischen Blüte und Blattentfaltung.

„Die Änderungen des Zeitintervalls zwischen Blüte und Blattentfaltung können erhebliche ökologische Auswirkungen haben. Beispielsweise kann es zu einer Asynchronität zwischen dem Zeitpunkt der Blüte und Blattentfaltung und dem Zeitpunkt der optimalen Ressourcenversorgung (z. B. Wasser und Nährstoffe) kommen und letztendlich die Pflanzen reduzieren Fitness, modifizieren den relativen Wettbewerb zwischen verschiedenen Arten und beeinflussen die Struktur und Funktionsweise des terrestrischen Ökosystems“, betont Prof. Yongshuo Fu von der Beijing Normal University. „Allerdings haben wir uns in der vorliegenden Studie nur auf zwei zuerst blühende Arten konzentriert, aber wie Arten mit unterschiedlichen Blüten-Blatt-Sequenzen und Lebensstrategien auf den Klimawandel reagieren, bleibt unklar.“

„Das Ausmaß der zukünftigen Erwärmung wird voraussichtlich über die Jahreszeiten variieren, und im Winter wird ein größeres Ausmaß der Erwärmung als im Frühjahr erwartet. Wir betonen daher, dass die durch die Wintererwärmung verursachte Verringerung der Abkühlung das Zeitintervall zwischen Blüte und Blattentfaltung verlängern oder zumindest den Frühling begrenzen kann -erwärmungsinduzierte Kontraktion dieses Intervalls, wodurch der Fortpflanzungserfolg gesichert oder verbessert und Wasserstress gelindert wird“, sagt Prof. Yongshuo Fu.

Diese Variabilität kann erhebliche Konsequenzen für die Struktur und Funktionsweise von Ökosystemen und Rückkopplungen auf klimatische Systeme haben. Für ein vollständigeres Verständnis der phänologischen Reaktionen auf den Klimawandel und ihrer ökologischen Auswirkungen werden weitere manipulative Experimente mit mehr Baumarten empfohlen, insbesondere Arten, die zuerst die Blätter entfalten.

Die Studie wurde veröffentlicht in Wissenschaft China Biowissenschaften.