从绿色变为金色的树木转变标志着许多温带地区秋天的开始，这种颜色变化与南瓜香料拿铁和天气变冷时舒适的居家氛围相伴而生。但是，与无数的自然过程一样，这个备受喜爱的季节性指标也可能随着地球温度的稳步升高而受到干扰。
据上周发表在《科学》杂志上的一项新研究显示，随着气候变化的发展，树叶的秋季衰老可能反直觉地在季节早期发生。如果这一发现广泛适用于温带树木，这意味着这些森林每年能够吸收的碳量是有限的，从而削弱了它们抵消人类排放的能力。
植物学家长期以来一直在研究支配树木周期性过程（也称为物候期）的规律。大量研究集中在春季新叶的生长上。研究人员发现，气候变化带来的春季气温升高与早期萌芽之间存在很强的关联。然而，秋季树木的行为仍然相对模糊，了解甚少。
普遍的共识是，较低的温度和缩短的日照时间是树木决定何时落叶的主要信号。随着天气变冷，光照减少，许多落叶树种发现维持树叶的能量消耗很大。因此，它们会落叶，依靠储存的糖分度过冬季。
近年来，新的研究使这一假设变得复杂，揭示了秋季落叶可能受到一系列因素的影响。哪些因素最重要不仅理解得不够充分，而且可能因地区而异，甚至因树木而异。马萨诸塞州研究气候变化和物候学的生物学家理查德·普里马克说：“关于不同因素及其相对重要性的报告越来越多。”“所以我们知道的是，秋季落叶的过程非常混乱。”
2015 年的一项研究表明，叶子甚至可能有固定的寿命——如果它们更早萌芽，就必须更早凋亡。苏黎世联邦理工学院的气候变化生物学家康斯坦丁·佐纳（Constantin Zohner）受此发现的启发，思考叶子为什么会有季节性限制。“对我来说，唯一的解释是，这一切都与生产力有关，”他说，并回忆起他是如何构思《科学》杂志这项研究的。“我得出了这个想法，本质上有点像人类——如果我们吃得早，我们就吃饱了，”他说。在某个时候，你就吃饱了——无论是从太阳获取能量的叶子，还是吃盘子里的食物的人。
为了检验这个想法，佐纳和他的团队使用了泛欧洲物候项目的数据。这是一个监测中欧树木的长期项目。通过这个项目，他能够获取 1948 年以来 3,855 个森林地点的六种树木的萌芽、落叶和光合速率数据，以及气候信息。
研究人员发现，当树木能够更有效地进行光合作用时——得益于春季和夏季气温升高——它们会更早地落叶。光合作用活动增加 10% 与平均提前八天落叶相关。
他们还进行了一些干预措施，以更全面地测试因果关系。在一项实验中，科学家们为一些树木遮荫，并与接受充足阳光的树木进行了比较。在阴影下生长的树木，其秋季衰老延迟了一周多。在另一项实验中，与未进行这些处理的对照树木相比，保持温度更高或提供更多二氧化碳（或两者兼有）的树木更早落叶。基本上，在处理增加了光合作用的情况下，树木会更早落叶。
利用基于他们发现的关系的模型，研究小组估计，到本世纪末，温带树木的衰老可能会提前三到六天。该研究表明，即使有充足的光照和温暖，树木能够将大气中的碳转化为特定生长季节内的糖分、叶片和根系的数量也是有限的。因此，与随着气温升高而延迟落叶相比，落叶树种实际上会更早地落光叶子。
以前的模型预测，随着气候变暖，温带树木的生长季节会延长，从而捕获更多的碳。但研究结果表明，树木的局限性比之前想象的要多，这可能会影响它们抵消不断上升的二氧化碳排放的能力。这也可能给与这些树木共存的生物带来困境。犹他州立大学的社区生态学家阿曼达·加利纳特（Amanda Gallinat）在接受《PopSci》采访时通过电子邮件表示：“许多温带动物，包括昆虫、哺乳动物和迁徙鸟类，随着气候变化，它们的活动时间也在推迟。”“如果落叶的进程不同步，那么这些动物可能会失去晚季落叶通常提供的食物和庇护所。”
“他们提出了一种控制落叶的非常不同的机制，人们以前对此考虑得不多，并且提供了一些相当有力的证据，”不参与研究团队的普里马克说。但他补充道，“存在一些局限性……我认为这可能适用于他们研究的系统，但可能不是一个普遍的机制。”例如，在新英格兰，普里马克说，树木似乎并非受一定光合作用量的限制，而是受水分的限制。只要气温足够温暖，土壤水分充足，这些树木就会坚持下去，然后爆发成迷人的秋色。
至于为什么树木会有一个从阳光制造糖的上限，佐纳怀疑这与植物生命的另一个必需品有关：氮。“看起来他们早期生产力越高，氮储备消耗得越快，”佐纳说。“因此，我们就有这种相互作用：早期生产力导致生产力提前停止。”
所以，叶子的变色不仅是一个视觉奇观，更是落叶树木一项复杂的计算，它们权衡生长枝条和生产食物的能力与可用资源——这为观叶者提供了又一个值得惊叹之处。
