文章信息：Georg Wohlfahrt, Enrico Tomelleri, & Albin Hammerle. (2019). The urban imprint on plant phenology. Nature Ecology & Evolution: 3(12), 1668–1674. https://doi.org/10.1038/s41559-019-1017-9
阅读笔记：张启璇
阅读时间：2019年12月10日
Abstract: The modification of the surface radiation and energy balance in urban areas causes the temperatures in these areas to exceed those of the surrounding countryside. It has thus been suggested that urban environments may serve as field laboratories for studying the effects of a warming climate on biota in a space-for-time substitution. Here we investigated changes in the timing of plant phenology and temperature across study sites that differed in the degree of urbanization using publicly available panEuropean datasets for the period 1981–2010. We found a significant advancement in the phenological phases of leaf development, flowering and fruiting with higher degrees of urbanization, whereas a significant delay was observed for phenological phases of leaf senescence. In addition to these phenological changes, an increase in air temperature with higher degrees of urbanization was observed. This increase was largest during the periods of leaf development, flowering and fruiting and smallest during the period of leaf senescence. On the basis of these results, we show that the apparent temperature sensitivity of phenological phases to urban warming is either significantly dampened (leaf development, flowering and fruiting) or reversed (leaf senescence) compared with the temperature sensitivity inferred from temporal changes in phenology and temperature. We conclude that gradients in urbanization represent a poor analogue for the temporal changes in plant phenology, apparently owing to confounding factors associated with urbanization.
摘要：城市地区地球表面辐射和能量平衡的改变引起其温度上升超越周围的乡村地区。因此，城市或许可以通过时空置换成为研究正在变暖的气候对动植物的影响的野外实验室。通过对不同城市化水平地区的研究，使用1981-2010公开发表在欧洲数据库的数据，研究了植物物候和温度随时间的变化。我们发现了在高城市化水平区域，叶片发展、开花、结果期的显著提前，叶片衰老期的显著延迟。除了物候方面的变化，高城市化水平区域的气温也显著增高。气温的增高在植物叶片发展、开花、结果期是最高的，在植物叶片衰老期是最低的。这些结论显示了植物物候期对城市变暖的温度敏感性，与对随时间变化的敏感性相比，有时被抑制了（在叶片发展、开花、结果期），有时被留了（在叶片衰老期）。总结认为城市化水平的梯度是对植物物候变化的不好的模拟，由于其他与城市化水平相关的因素的混淆。
1.背景：
植物生命周期对环境因素十分敏感，因此植物物候成为了环境变化的一个生物学指标。很多研究发现了在城市热岛（UHI）上，春季、夏季植物物候期提前，秋季物候期延迟，与广泛研究的植物物候对全球变暖的响应相对应。
因此诞生了以“城-乡”替代“气候随时间变化的时空置换的研究方法，把城市当作研究植物对气候变化的响应的野外实验室。然而，城乡环境在众多方面有所差别，与物候对温度的响应相混淆，例如土壤、水、温室气体、污染气体、人造灯光等，这些都使物候对温度的响应无法量化。此外，这类研究还由于植物物种、植物物候期、地区的局限性而被批评。
这篇文章将运用全欧洲的植物物候和气温的数据，量化城市化对植物物候的影响。
2.方法：
如何量化城市地区对植物物候的影响？建立多元线性回归模型（MLR），模型的四个自变量分别为：（1）城市地区U、（2）纬度L、（3）海拔E、（4）年份Y。
如何量化城市地区？选择三个补充指标：（1）44个等级的土地覆盖COR、（2）不透水程度IMD——量化覆土程度、（3）欧洲定居点地图ESM——量化地区建成率。
3.结果：
由于U范围在（0,1）之间，其回归系数可以代表物候变化的最大可能程度。对于所有物种、所有的物候期，系数P值小于0.05，显著不为零。在叶片发展、开花、结果期，系数在68%-89%之间，在叶片衰老期系数在60%-75%之间。U增加，叶片发展、开花、结果期的进入显著提前，一个单位的U变化将提前叶片发展、开花、结果期1.0-2.8天；叶片衰老期的进入显著延迟，一个单位的U的变化将延迟叶片衰老期1.3-2.7天。
图 MLR分析的系数描述了植物物候学随UF变化的独特变化
a-d，叶片发育(a)、开花(b)、果实(c)和叶片衰老(d)物候期的显著MLR系数（βP UI；公式(1)）和三个UF指标。UF指标之间的显著性差异（P< 0.05，Wilcoxon秩和检验）用相同的字母表示。盒子图显示了IQR（盒子）、中值（盒子中的水平线）和1.5×的IQR（须）；为了清晰起见，省略了异常值
4.讨论：
目前的分析展示出了气温与城市化水平的正相关关系，也展现出物候上的物候期提前或延迟现象。问两个问题：
(1) 与城市化相关的物候变化和广泛研究的物候特征随时间的变化有何关系？
(2) 是否物候随时间的变化趋势依赖于城市化？
5.结论：
植物物候期对城市变暖的温度敏感性，与对随时间变化的敏感性相比，有时被抑制了（在叶片发展、开花、结果期），有时被留了（在叶片衰老期）。因此，城市热岛效应导致的空间上的气温多样性不适合用来研究植物物候如何对未来更暖的气候做出反应；反过来，植物物候也是一个城市热岛效应的不好的预测指标。最有可能的原因是随着城市化水平变化的其他影响植物物候的因素——尤其是空气污染、光污染、土壤的改变、生物相互作用、基因变异等——相混淆。
MLR分析的|系数描述了植物物候学随时间的独特变化
a-d，叶片发育(a)、开花(b)、果实(c)和叶片衰老(d)物候期的显著MLR系数（βP YI；公式(1)）和三个UF指标，数据分为低和高UF类。UF指标之间的显著差异（P< 0.05，Wilcoxon秩和检验）用相同的字母表示，低UF指标和高UF指标之间用星号表示。箱形图显示了IQR（框）、中值（框中的水平线）和1.5×的IQR（须）；为了清晰起见，省略了异常值
图 聚集物候相的表观温度敏感性
a-d，三个UF指标的叶片发育(a)、开花(b)、结果(c)和叶片衰老(d)物候阶段的变化。根据时间趋势(λY；公式(3)、填充箱图）和UF的空间变化(λU；公式(4)；开箱图）计算表观温度敏感性。UF指标之间的显著差异（P< 0.05，Wilcoxon秩和检验）用相同的字母表示，温度敏感性对之间用星号表示。箱形图显示了IQR（框）、中值（框中的水平线）和1.5×的IQR（须）；为了清晰起见，省略了异常值
图 MLR回归分析的系数描述了气温随UF变化的独特变化
a，四个聚集物候期的季节发生概率。b，三个UF指标的MLR系数的季节变化（βT UI；方程(2)）。数据为平均± 1 s.d。c-f，MLR系数(b)的Box图，以叶片发育概率(c)、开花期(d)、结果期(e)和叶片衰老期(f)物候期(a).进行加权UF指标之间的显著性差异（P< 0.05，Wilcoxon秩和检验）用相同的字母表示。箱形图显示了IQR（框）、中值（框中的水平线）和1.5×的IQR（须）；为了清晰起见，省略了异常值
原文链接：https://www.nature.com/articles/s41559-019-1017-9
