城市人造光让树木在春天提前变绿

来源：中国数字科技馆

2021年度科学与生命实验室青年科学家奖（Science&SciLifeLab Prize for Young Scientists）的大奖得主，位于美国加州的劳伦斯伯克利国家实验室（Lawrence Berkeley National Lab）的博士后Lin Meng，阐明了城市温度升高和人造光线如何改变了城市树叶生长时间。

她的研究解释了为什么美国城市中树木的叶子比农村地区更早抽芽，以及气候变暖和人造光线对这种效应的增强。这项研究评估了温度变化对植物的影响，而且开创性地评估了人造光源的影响，后者极大程度地改变了植物赖以生存的日夜循环。

“光污染对植物物候的影响是一个盲点，”Meng说，“作为生态学家，我们对气候变暖和二氧化碳浓度增加的影响了解很多，这是气候变化中最为显著的两个方面，但因为自然界中的光是不变的，所以大多数人根本没有想到这一点。”

Lin Meng在研究中发现，人造光源对树木的影响令人惊讶的，而这种影响在制定城市街道照明策略时经常被忽视。

《科学》（Science）杂志研究部副主编（Deputy Editor for Research）Sacha Vignier说：“这项研究提供了重要的见解，有助于了解城市环境如何影响对生态系统功能非常关键的自然过程。理解城市的温度和光线对植被的影响，不仅增加了我们对这些生态因子相互作用的认识，而且将有助于我们设计更有弹性的城市景观。

气候变暖改变了全球树木的季节性活动时间，例如叶子萌芽和绿化过程，这些现象被称为物候。但城市环境对树木造成了额外的影响，这些地方的温度最高比农村地区高出3℃，这种温差现象被称为城市热岛效应，同样，广告灯、建筑物、公共路灯和交通工具在夜间发出的人造光，也极大地影响了植物赖以生存的光循环环境。

Lin Meng在她的获奖论文中指出，这些人为直接造成的变化可能比全球变暖对植物物候的影响更大。她产生探索这种可能的兴趣，是2015年在北京观赏樱花的时候。她说：“天气预报显示，市中心的公园的开花高峰期提前了10天，在我计划去公园看花的前一晚突然下了雪，第二天这些正在绽放的花朵就几乎完全看不到了。”

Lin Meng还提到，在温差过大，叶子变绿时间波动较大，或者生命活动与其他有机体（如授粉者）的时间不匹配的地方，树木更容易受到霜冻等灾害的影响。

受到在北京赏樱经历的启发，她开始研究其他城市环境对树木生长的影响，而这一直很难做到。她说：“城市有较高的温度和二氧化碳浓度，还存在光污染和空气污染，所以很难排除所有干扰因素。”

以往对城市影响植物物候的研究通常地集中在局部尺度和城市热岛。Lin Meng在这项工作的基础上将研究范围拓展到了整个美国。

她利用卫星数据比较了2001年至2014年间美国85个最大城市的城市和农村地区的春季“绿化日期”。她发现，春季树叶变绿的时间方面，城市地区比农村地区平均早6天，主要是由于城市气温较高。

她的分析还显示，在气候变化的影响下，城市树木叶片变绿时间明显早于乡村树木，但城市树木叶片变绿时间对气候变化的反应速度比乡村树木慢。

她解释了二者的区别：“因为城市的冬天不够冷，树木没有完全处于寒冷状态，因此春天气温回暖时它们就不那么敏感。”

在接下来的研究中，Lin Meng还想找出人造光在树木绿化和叶子变色方面发挥的作用；近年来，城市中的人造光源数量迅速增加，而且很可能保持这种趋势。由于树木需要一定时长的光照时间才能发芽，长期以来该领域一直存在一个难题，就是因为变暖而提前发芽的树木是否会因为白天变短而减缓早期发芽速度。

Lin Meng说：“现在是解决光污染造成的生态问题的最佳时机，因为我们的卫星更多了，性能也更好了，让我们能够看到全球每天的光照强度。”

在对欧洲阿尔卑斯山地区树木的研究中，她发现较短的光周期（即光照较少的日子）减少了气候变暖引起的树木春季绿化的早期发芽速度。欧洲阿尔卑斯山地区的温度分布相对均匀，但是日照强度随纬度变化。然而在城市中，人造光的存在提供了额外的光照，意味着白天的延长，Lin Meng想知道这种光照时间的延长是否抵消了早期树叶绿化速度的减缓，就像在阿尔卑斯所看到的现象。

利用美国航空航天局（NASA）黑色大理石（Black Marble）项目最新发布的人造光卫星数据，和美国国家物候学网络（USA National Phenology Network）的物候观测数据，Lin Meng研究了美国有或者没有人造光的地区的植物物候，探讨了人造光对美国城市早期绿化趋势的影响。她发现，在有强烈人工光照的地方，人工光照会使树木春季变绿时间提前9天。

她说：“我们的研究结果表明，人工光源是物候学的一个未充分研究的因素，在气候变暖的情况下，人工光源作为日照的补充，促进了早春绿化。”

在未来的研究中，Lin Meng希望调查不同植物物种对光谱不同部分的反应：例如，发出广谱光的LED灯与主要发出黄橙色部分光谱的高压钠灯对生态造成的影响有哪些不同。另一个有趣的方向是确定树木对人造光最敏感的时期。她说：“这些问题的答案将为决策提供参考，告诉我们需要在不同地点使用什么样的光源，才能使得对生态造成的影响最小。”

科学与生命实验室青年科学家奖旨在创建一个充满活力的研究社区，激励最优秀和最聪明的人继续在他们的研究领域进行探索。大奖获得者将获得3万美元的奖金。

SciLifeLab主任Olli Kallioniemi说：“每年的获奖者都能继续进行他们卓越的研究，重要的是，他们能向更广泛的观众解释这个课题。我希望并相信，这个奖项将进一步促进这些年轻研究人员继续他们有着光明前途的职业生涯。”

翻译：寇振豪

编辑：戚译引

引进来源：AAAS