春季提前和秋季变暖增加了叶子变色与光合作用停止之间的差异

为什么秋叶颜色隐藏着一个气候故事

许多人通过春天鲜亮的绿色和秋天炽烈的红金色来判断季节更替。但卫星数据表明，叶片变色的时间不再是森林从空气中摄取碳活跃程度的简单指示。本研究显示，随着春天来得更早、秋天更暖，树木在大部分光合作用已基本停止后仍能保持绿色，这对北方生态系统在变暖世界中能吸收多少碳有重要影响。

同一片叶子的两只不同的时钟

叶片遵循至少两套独立的季节性节律。一套控制颜色变化——随着叶绿素分解，绿色树冠变为秋天的黄色和红色。另一套控制光合作用——植物利用阳光将二氧化碳转化为糖的过程。研究者使用2001年至2021年间两类面向北方陆地的卫星观测数据：一类跟踪“绿度”，另一类监测与光合作用直接相关的微弱荧光信号，对比了叶片变色的时间与光合作用实际停止的时间。结果发现，平均而言，光合作用活动的丧失先发生，而显眼的叶色变化则较晚到来。

“看起来绿色”与“仍在工作”之间的差距在扩大

在北纬30°以北的森林、草原和苔原中，光合作用的结束通常比叶色达到高峰早数周，而且这种差距在稳步增大。在大多数区域，基于绿度的秋季日期向年内更晚倾移，而基于光合作用的日期则向更早或变化甚微。森林显示出最大的错位，苔原则最小。通过将生长季划分为开始、中期高峰和结束，研究者表明叶色延迟加长与光合作用提前微弱结束共同解释了这种日益扩大的差异。

春季提前如何重塑秋季

研究接着探讨了导致时序变化的驱动因素。一个关键因素是许多北方地区春季现在往往更早开始。更早的出叶意味着植物更早开始生长并吸收碳。结构方程模型——用于区分直接和间接影响的统计工具——表明这种早起推动了整个生长周期前移。植物的活动峰值更早出现，尤其是光合作用也倾向于更早衰退。这种从春季向秋季的“延续效应”在光合作用信号上比在绿度信号上更强，从而有助于解释为什么光合作用相对于叶片肉眼可见变色现在更早结束。

温暖的秋天延续了叶色，却不延续光合作用

秋季变暖被证明是另一个主要因素。较高的秋季温度通常延迟叶片变色和光合作用的关闭，但对可见颜色变化的延迟略强一些。在衰老初期，较高的秋季气温明显减缓了绿度的丧失，即便日照等因素仍然制约光合作用的下降。晚秋时节，温暖条件对两者的影响更为均衡，但总体效应是拉长了树木看起来仍然绿色但光合作用已显著减弱的时期。降水、日照和二氧化碳浓度等其他因素则扮演了较小或更具区域性的角色。

这对森林与气候意味着什么

对于普通观察者来说，叶片绿色期变长可能会让人以为森林在更长时间内吸收更多碳。这项工作提醒我们不要贸然得出这种结论。叶色与光合作用活动之间不断扩大的不匹配意味着，晚秋期间树木可能会更多地进行呼吸——释放二氧化碳——而没有相应的光合作用收益。这可能削弱北方生态系统作为净碳汇的能力，即便它们全年仍可能总体吸收多于排放。对于科学家和森林管理者而言，信息很明确：仅依赖绿度来追踪生长季可能具有误导性。需要直接测量光合作用的指标来理解气候变化如何改变全球森林的真实生产季节。

引用: Yu, H., Mo, Z., Tan, T. et al. Earlier spring onset and autumn warming increase the discrepancy between leaf coloration and photosynthetic cessation. Commun Earth Environ 7, 199 (2026). https://doi.org/10.1038/s43247-026-03239-y

关键词: 秋季物候, 光合作用, 气候变暖, 森林碳循环, 遥感