對於像杜鵑花這樣的木本植物，春季出葉的時間是在最大化其生長季節和避免晚霜之間取得平衡。 理查德·普里馬克（Richard Primack）, CC BY-ND
在過去的幾個月中，美國各地的天氣狀況就像過山車一樣。 十二月和一月分別 明顯高於平均水平 在許多地方，其次是XNUMX月 強烈的冷浪 和 戲劇性的熱身.
如果您曾經見過丁香灌木叢被雪堆壓碎，然後在幾週後的一個溫暖的日子萌芽，您可能想知道植物如何耐受這種極端情況。 我學習 氣候變化如何影響季節性事件的發生時間 在馬薩諸塞州的植物，鳥類和昆蟲的生命週期中，所以我知道這裡的物種已經進化為應對新英格蘭著名的多變天氣。 但是氣候變暖正在破壞天氣模式，並測試了許多物種的適應能力。
耐寒
在殘酷的冬季，溫度遠低於冰點， 動物在地下冬眠或在受保護的地方縮。 但是樹木和灌木叢必須坐在那裡拿走。 樹幹，樹枝和根部的組織還活著。 它們如何在寒冷的寒冷中生存？
秋天，北美許多地方的木本植物開始生長 為冬天做準備。 當它們的葉子變色並掉落時，它們的樹枝，樹枝和樹幹開始失去水分。 結果，它們的細胞含有更高濃度的糖，鹽和有機化合物。
這降低了細胞和組織的冰點，並使它們在遠低於正常水冰點的溫度下生存。 但是，此技巧有其局限性，因此極端的寒冷事件仍然可以殺死某些植物。
樹木和灌木的根部在冬季基本上保持不變且不活躍，依靠與雪和土壤的絕緣來提供保護。 大部分情況下，根部周圍的土壤溫度保持在或高於冰凍狀態。 土壤，落葉和持續的雪層使根部上方的地面隔熱，防止熱量散失。
春季霜凍的驚人危險
在植物忍受寒冷的冬天之後，早春帶來了新的危險。 為了充分利用生長季節，植物需要在春季儘早退葉。 但是，這涉及將水泵入它們發育中的葉子，這降低了其組織中糖，鹽和有機化合物的濃度，並且使它們的冬季免受寒冷侵害。
每個物種都有一個 典型的退出時間。 早起的物種，例如藍莓和柳樹，是植物王國的賭徒。 後來的樹種，例如橡木和松樹，是謹慎和保守的類型。 對於任何物種來說，過早地離開都是有風險的，因為晚霜可能會破壞或殺死幼葉。
花朵還含有大量水分，因此也容易遭受不可預知的春季霜凍的影響。 如果果樹的花朵（例如蘋果）被霜凍殺死，那麼這些樹不會在夏季晚些時候結出果實。 後期霜凍還可能使連翹和木蘭等早開花的觀賞植物的開花季節短得令人失望。
工廠叫醒電話
為了防止霜凍並仍然充分利用整個生長季節，樹木和灌木叢已經開發出三種方法來知道何時該在春天開始生長。
首先，植物具有冬季寒冷的要求：它們會保持冬季休眠狀態，直到它們暴露於一定數量的寒冷冬季。 此特徵有助於他們避免在仲冬異常溫暖的時期內生葉或開花。
其次，植物還具有春季增溫的要求，這些條件是在每個春季經歷一定數量的暖天后促進生長。 一旦足夠溫暖，此功能將幫助他們開始生長。
第三，有些植物也有 光週期 響應，這意味著它們會對在24小時內暴露於光線下的時間長度做出反應。 隨著春天的日子越來越長和暖和，這使他們準備離開。 山毛櫸樹既有變暖需求，又有光週期響應，但是溫度需求要強得多，因此它們在春末只經過了幾天的溫暖後便開始生長。
有趣的是，北美紅樹和黑樺樹比歐洲和東亞樹更加謹慎和保守。 北美東部的天氣變化更大，這裡晚春霜凍的威脅比那些地區高。 結果，與歐洲和東亞的同類樹木相比，北美的樹木進化出的落葉時間要晚幾個星期。
氣候變化擾亂了信號
植物高度適應溫度信號，因此氣候變化導致的變暖使許多物種更難承受冬季的寒冷和春季的霜凍。 隨著春季溫度比以前高，蘋果和梨之類的樹木可能會通過落葉和開花來做出響應 比正常時間早幾週。 這會增加它們對後期霜凍的脆弱性。
這棵櫻花樹上的葉子因晚霜而受損。 理查德·普里馬克（Richard Primack）, CC BY-ND
這麼晚的霜凍是 變得更加普遍 因為 氣候變化正在使射流不穩定，導致它向更南端傾斜，帶來了異常寒冷的天氣。
2007年，三月是一個異常溫暖的時期 觸發樹木倒下 橫跨美國東部和中部。 然後，四月的霜凍殺死了橡樹，山胡桃木和其他樹種的幼葉和花朵。 這些樹木能夠再種第二片葉子，但不能完全代替它們失去的葉子，這很可能阻礙了當年的生長。
害蟲也對植物構成越來越大的威脅。 嚴峻的冬季天氣抑制了北部氣候中發現的許多昆蟲，例如 鐵杉羊毛adelgids 和 翡翠灰bore。 隨著冬季的溫和，這些昆蟲更容易存活，向北移動，引起大面積暴發並破壞樹木。
溫暖的冬天還會導致地面裸露的日子更長。 沒有隔熱層的雪罐時會發生寒冷 凍結土壤並殺死根。 由於受損的根無法提供足夠的水和養分，樹木和灌木的樹枝隨後會枯萎。 在極端情況下，植物可能會死亡。
美國農業部的植物抗性區地圖顯示，隨著氣候變化使美國變暖，這些區域（各種植物物種最有可能繁衍的區域）正在向北移動。
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在未來的幾十年中，如果無法處理，許多喜歡冷的樹木物種（例如雲杉和冷杉）將變得較少。 氣候變暖帶來的新挑戰。 在美國東北部，糖楓和山毛櫸等本地物種將逐漸被更南端的本地物種（例如橡樹和山核桃木）取代。 和非本地物種，例如 挪威楓樹，利用這些破壞從路邊和社區散佈到森林中。
隨著氣候變化改變了植物用以標記不斷變化的季節的信號，許多地方也發生了類似的變化。
關於作者
理查德·普里馬克（Richard B.Primack），生物學教授， 波士頓大學
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