1986—2010年巴楚木本植物物候變化特征及其對(duì)氣候變化的響應(yīng)分析

阿布都克日木·阿巴司，于艷，阿不都西庫(kù)爾·阿不都克力木

（1.喀什地區(qū)氣象局，新疆喀什 844000；2.塔什庫(kù)爾干塔吉克自治縣氣象局，新疆塔什庫(kù)爾干 845250）

1986—2010年巴楚木本植物物候變化特征及其對(duì)氣候變化的響應(yīng)分析

阿布都克日木·阿巴司1，于艷1，阿不都西庫(kù)爾·阿不都克力木2

（1.喀什地區(qū)氣象局，新疆喀什 844000；2.塔什庫(kù)爾干塔吉克自治縣氣象局，新疆塔什庫(kù)爾干 845250）

利用巴楚國(guó)家基本氣候站1986—2010年的氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)和地面物候觀測(cè)資料，采用氣候傾向率和氣候趨勢(shì)系數(shù)方法，分析氣溫、降水、日照時(shí)數(shù)的變化特征；木本植物選用新疆楊（Populus bolleanalanche），垂柳（Salix babylonica），杏樹（Prunus armeniaca），蘋果樹（Malus pumila），沙棗樹（Fdeagnys Qxycarpasehlecht），對(duì)植物物候期與氣候變化的相互關(guān)系進(jìn)行研究。研究表明：近25 a來巴楚氣候增暖現(xiàn)象較明顯，春、秋季變暖的趨勢(shì)大于冬、夏季；春、夏降水量呈減少趨勢(shì)，冬、秋兩季降水量均呈增多趨勢(shì)；年日照時(shí)數(shù)除春季日照時(shí)數(shù)表現(xiàn)為增加趨勢(shì)外，其他季節(jié)均表現(xiàn)為不同程度的減少趨勢(shì)。其中，以冬季減幅最顯著。近25 a來巴楚木本植物芽開放期、展葉始期、開花始期表現(xiàn)提前趨勢(shì)，葉變色始期和落葉始期表現(xiàn)推遲的趨勢(shì)；影響植物物候期的主要?dú)夂蛞蜃訛闅鉁睾腿照諘r(shí)數(shù)，隨氣溫升高，日照時(shí)數(shù)增多，植物生長(zhǎng)季延長(zhǎng)。木本植物春季物候期與春季氣溫和春季日照時(shí)數(shù)呈負(fù)相關(guān)，且相關(guān)性顯著，而與冬季氣溫和冬季日照時(shí)數(shù)幾乎沒有顯著相關(guān)性。木本植物物候與秋季溫度呈正相關(guān)，秋季氣溫升高，物候期推遲。

巴楚縣；木本植物；植物物候；氣候變化

近百年來，全球氣候呈現(xiàn)出以變暖為主要特征的顯著變化，全球變暖已經(jīng)是不爭(zhēng)的事實(shí)[1]。政府間氣候變化專門委員會(huì)第一工作組發(fā)布的第四次評(píng)估報(bào)告指出，過去100 a（1906—2005年），全球地表平均氣溫升高了0.74℃±0.18℃[2]。未來50～100 a全球的氣候?qū)⒗^續(xù)向變暖方向發(fā)展[3]。預(yù)計(jì)到21世紀(jì)末，全球地表平均溫度還將上升1.4℃～5.8℃[4]。自1905年以來中國(guó)地表年平均氣溫明顯增暖，升高幅度約為0.79℃，增溫速率約為0.08℃/10 a[5]，全國(guó)年降水量變化總趨勢(shì)是逐年漸少的，1951—2000年線性傾向率為-0.4655 mm/a，50 a內(nèi)減少了23.3 mm[6]。近40 a在新疆北部平均氣溫增溫率達(dá)0.36℃/10 a，南疆為0.19℃/10 a[7]，新疆各地降水量和日照時(shí)數(shù)變化趨勢(shì)也不盡相同[8]。過去50 a喀什地區(qū)各地年平均氣溫、年平均最高、最低氣溫有明顯的升高趨勢(shì)；年降水量呈增加趨勢(shì)，喀什平原地區(qū)降水量的增加出現(xiàn)在夏、秋季，山區(qū)出現(xiàn)在夏季，山區(qū)降水量增加趨勢(shì)比平原地區(qū)快，降水量變化的年代際差異較小，年際差異很大；近50 a來喀什市、塔什庫(kù)爾干縣年日照時(shí)數(shù)呈明顯的增加趨勢(shì)，其增加幅度為20.90 h/10 a～33.09 h/10 a，莎車縣、巴楚縣、吐爾尕特年日照時(shí)數(shù)呈明顯的減少趨勢(shì)，其減少幅度為-4.48 h/ 10 a～-78.03 h/10 a[9]。物候變化與溫度變化的關(guān)系是物候?qū)W研究的核心內(nèi)容之一[10]。現(xiàn)代生物與物候?qū)W研究表明:控制物候的因素包括溫度、日照長(zhǎng)度、水分條件、土壤等環(huán)境因素和遺傳因子、植物激素等內(nèi)部因素，其中溫度是決定物候期早晚的主導(dǎo)因素[11-12]。植物物候是陸地生態(tài)系統(tǒng)對(duì)氣候變化響應(yīng)的最佳指示器，其變化研究對(duì)于深入地理解和預(yù)測(cè)陸地生態(tài)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)變化具有重要的意義[13]。

在全球氣候變暖的背景下，植物物候已受到明顯的影響。上世紀(jì)春季溫度升高使歐洲和美國(guó)高緯度地區(qū)許多物種的展葉和開花時(shí)間提前[14-15]。20世紀(jì)80年代以后，由于氣候增暖許多地區(qū)物候現(xiàn)象發(fā)生了明顯變化，春季物候期提前，秋季物候期推遲，植物生長(zhǎng)季節(jié)延長(zhǎng)[16]。因此，物候成為許多國(guó)家評(píng)價(jià)氣候與自然環(huán)境變化的重要指標(biāo)[17-18]。樹木萌動(dòng)期早晚與冬季和早春氣溫高低呈顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系，冬春季氣溫越高，芽萌動(dòng)越提前[19-21]。我國(guó)的全國(guó)性物候觀測(cè)從1963年開始起步[22]，做了不少研究工作。鄭景云等研究發(fā)現(xiàn)，我國(guó)的物候期變化對(duì)溫度變化具有較明顯的響應(yīng)關(guān)系[23]。本文利用巴楚5種常見樹木為研究對(duì)象，利用巴楚國(guó)家基本氣候站的植物物候期資料，意在分析巴楚主要木本植物物候期變化特征和氣候變化對(duì)植物的影響，進(jìn)而揭示該期巴楚木本植物物候期的演變趨勢(shì)最終為引進(jìn)新物種，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，調(diào)整農(nóng)作物結(jié)構(gòu)，農(nóng)時(shí)預(yù)報(bào)等提供科學(xué)參考。

1 研究區(qū)概況

巴楚縣位于新疆維吾爾自治區(qū)西南部，地處天山南麓、塔里木盆地西北緣，位于77°22′30″～79°56′15″E，38°47′30″～40°17′30″N，境域東與阿瓦提縣、墨玉縣相望，南與麥蓋提縣、莎車縣、皮山縣為鄰，西與伽師縣、岳普湖縣毗連，北依柯坪山和喀拉塔格山為界與柯坪縣、阿合奇縣、阿圖什市接壤。縣境東西最長(zhǎng)218 km，南北最寬134 km，總面積21 741.3 km2。全縣綠洲集中在葉爾羌河和喀什噶爾河沿岸的沖擊扇平原上，由西南到東北呈狹長(zhǎng)地形。屬典型的暖溫帶大陸性干旱氣候。

2 資料及分析方法

2.1 資料

本研究選取巴楚國(guó)家基本氣候站（78°34′E，39° 48′N，海拔高度1 116.5 m）1986—2010年氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)（旬月溫度、降水、日照時(shí)數(shù)）和木本植物物候觀測(cè)資料進(jìn)行分析，依據(jù)序列長(zhǎng)、連續(xù)性較好、物候現(xiàn)象較為明顯，且易于觀測(cè)的原則，選取3種典型春季物候期（芽開放期、展葉始期和開花始期）和2種典型秋季物候期（葉變色始期和落葉始期）；樹種為：新疆楊（Populusbolleanalanche），垂柳（Salix babylonica），杏樹（Prunus armeniaca），蘋果樹（Malus pumila），沙棗樹（Fdeagnys Qxycarpasehlecht）。

2.2 研究方法

物候觀測(cè)數(shù)據(jù)均采用Julian日換算方法，將逐年物候現(xiàn)象出現(xiàn)日期轉(zhuǎn)化成距1月1日的實(shí)際天數(shù)，得到各物候期的時(shí)間序列[24-25]。利用線性傾向估計(jì)方法將植物物候期與氣象因子進(jìn)行相關(guān)分析，找出對(duì)物候影響顯著的因素，巴楚縣5種物候期序列的年際和年代際變化趨勢(shì)特征，并通過相關(guān)分析和線性回歸方法評(píng)價(jià)氣象因子的年際波動(dòng)對(duì)木本植物春季物候期變化的影響。

3 結(jié)果與分析

3.1 氣候變化特征

3.1.1 平均氣溫的變化

近25 a來巴楚年和各季平均氣溫的變化總體呈線性上升的趨勢(shì)，其氣候傾向率分別為0.92℃/10 a（P<0.01）（年），0.18℃/10 a（冬）、0.95℃/10 a（P< 0.01）（春）、0.21℃/10 a（夏）、0.40℃/10 a（P<0.01）（秋），其中春季平均氣溫的升幅最大（圖1）。

3.1.2 降水量的變化

降水量的線性回歸計(jì)算結(jié)果表明：1986—2010年，巴楚冬、秋季降水量呈增多趨勢(shì)，其增幅分別為0.59 mm/10 a、5.33 mm/10 a，年和春、夏季降水量呈減少趨勢(shì)，減幅分別為-0.61 mm/10 a、-4.97 mm/10 a（P<0.05）、-1.39 mm/10 a（圖2）。

3.1.3 日照時(shí)數(shù)的變化

年日照時(shí)數(shù)的線性回歸計(jì)算結(jié)果表明：1986—2010年的25a間，巴楚年日照時(shí)數(shù)呈減少趨勢(shì)，其氣候傾向率為-30.34 h/10 a；巴楚縣春季（3—5月）、夏季（6—8月）、秋季（9—11月）、冬季（12—2月）等四季日照時(shí)數(shù)的氣候傾向率分別為：3.22 h/10 a、-5.10 h/10 a、-5.33 h/10 a以及-27.09 h/10 a（圖3）。除了春季日照時(shí)數(shù)增多外，其他季節(jié)的日照時(shí)數(shù)均呈減少的趨勢(shì)，尤其是冬季日照時(shí)數(shù)的減幅最大。

3.2 木本植物的物候變化特征

3.2.1 春季物候期

由圖4～6、表1可看出，5種植物春季物候期（芽開放期、展葉始期、開花始期）均表現(xiàn)出不同程度的提前趨勢(shì)。芽開放期：垂柳、新疆楊進(jìn)入芽開放期最早，即在2月中旬—3月中旬，其余3種樹種均晚一個(gè)月（在3月中旬—4月中旬）才進(jìn)入該期。這5種樹種的芽開放期提前為4.7～8.4 d/10 a（P<0.01），其中蘋果樹的芽開放期提前趨勢(shì)最明顯，為8.4 d/ 10 a。展葉始期：垂柳進(jìn)入展葉始期最早，從3月上旬至3月末，其余4種均在到3月下旬—4月中旬期間進(jìn)入該期。該5種樹展葉始期提前為4.5～7.7 d/ 10 a（P<0.01），其中蘋果樹展葉始期的提前趨勢(shì)最為明顯，即7.7 d/10 a。開花始期：垂柳、新疆楊、杏樹、蘋果樹在3月上旬—4月中旬進(jìn)入開花始期，而沙棗在4月下旬—5月中旬進(jìn)入該期。該5種樹的開花始期提前為0.9～5.3 d/10 a，其中蘋果樹開花始期的提前趨勢(shì)最為明顯，即5.3 d/10 a（P<0.01）。

3.2.2 秋季物候期

由圖7～8可看出，5種樹在秋季的物候期（葉變色始期、落葉始期）均表現(xiàn)出不同程度的變化趨勢(shì)。葉變色始期均集中在9月末—11月中旬。新疆楊、蘋果樹、沙棗樹的葉變色始期推遲為0.4～2.0 d/10 a，其中蘋果樹葉變色始期的推遲趨勢(shì)最為明顯；垂柳、杏樹的葉變色始期提前幅度分別為6.5 d/10 a（P<0.01）、1.1 d/10 a，其中垂柳葉變色始期的提前趨勢(shì)最為明顯；落葉始期均集中在10月上旬—11月中旬。除了杏樹的葉變色始期提前趨勢(shì)（4.8 d/10 a）外，其他四種樹的落葉始期呈推遲趨勢(shì)，推遲趨勢(shì)1.3 d/10 a～5.2 d/10 a，其中垂柳落葉始期的推遲趨勢(shì)最為明顯，即5.2 d/10 a（P<0.01）。

3.3 氣象因子對(duì)木本植物春季物候期的影響

以巴楚常見的5種木本植物的春季物候期與對(duì)應(yīng)物候期前溫度、日照、降水進(jìn)行相關(guān)分析，發(fā)現(xiàn)：1月降水對(duì)5種木本植物春季物候都有影響，只是對(duì)杏樹春季物候影響達(dá)顯著水平。1月溫度、日照對(duì)5種木本植物春季物候相關(guān)不明顯，2月溫度對(duì)5種木本植物春季物候都有影響，只是對(duì)新疆楊、垂柳芽膨大期的影響達(dá)顯著水平。2月降水、日照與本文研究材料的春季物候期相關(guān)不明顯；3—5月（春季）溫度與該5種樹春季物候期總體上呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，即氣溫越高物候期越早，反之相反。

3.4 氣象因子對(duì)木本植物秋季物候期的影響

9—11 月（秋季）氣溫與蘋果樹、沙棗樹葉變色始期呈正相關(guān)，即氣溫越高葉變色始期越遲。其他3種木本植物葉變色始期與秋季氣溫的相關(guān)性不顯著。9月降水對(duì)垂柳葉變色始期影響較顯著，10、11月降水對(duì)木本植物葉變色始期影響并不大。5種木本植物葉變色始期與秋季日照的相關(guān)性不顯著；10月、11月和秋季氣溫與杏樹、蘋果樹、沙棗樹落葉始期的相關(guān)性顯著，9月氣溫對(duì)木本植物落葉始期影響并不大。9月降水對(duì)垂柳落葉始期影響較顯著，10、11月降水對(duì)木本植物落葉始期影響并不大。5種木本植物落葉始期與秋季日照的相關(guān)性不顯著。

4 討論

5種木本植物春季物候期與3—4月平均溫度的相關(guān)性最好，木本植物展葉始期與3—4月均溫的相關(guān)系數(shù)達(dá)到-0.513～-0.878（P<0.01）。新疆楊、杏樹、蘋果樹、沙棗樹開花始期與3—4月均溫的相關(guān)系數(shù)達(dá)到-0.526～-0.902（P<0.01）；對(duì)降水而言，蘋果樹、沙棗樹春季物候期與春季的降水呈正相關(guān)，即與春季降水增多，對(duì)應(yīng)開春季物候期提前。與其他3種樹春季物候期的相關(guān)不明顯。氣候變暖、春霜凍提前、秋霜凍推遲、春季氣溫回暖較快，春季物候期提前，秋季物候期推后，生長(zhǎng)季相對(duì)延長(zhǎng)，這與相關(guān)研究結(jié)論存在一致性[26-30]。秋季氣溫與蘋果樹、沙棗樹葉變色始期呈正相關(guān)，9月降水對(duì)垂柳葉變色始期影響較顯著，10、11降水對(duì)木本植物葉變色始期影響并不大。物葉變色始期與秋季日照的相關(guān)性不顯著；10、11月和秋季氣溫與杏樹、蘋果樹、沙棗樹落葉始期的相關(guān)性顯著，9月降水對(duì)垂柳落葉始期影響較顯著，10、11月降水對(duì)木本植物落葉始期影響并不大。5種木本植物落葉始期與秋季日照的相關(guān)性不顯著；物種物候期的變化不僅受到溫度因子的影響，同時(shí)，降水等因子也會(huì)起到主要作用，這與Koner等[31-32]研究結(jié)果一致。

5 結(jié)論

（1）近25 a巴楚縣5種木本植物春季物候期均表現(xiàn)出不同程度的提前趨勢(shì)，即芽開放期提前4.7～ 8.4 d/10 a，展葉始期提前4.5～7.7 d/10 a，開花始期提前0.9～5.3 d/10 a。其中蘋果樹春季物候期的提前趨勢(shì)最為明顯。

（2）葉變色始期均集中在9月末—11月中旬。新疆楊、蘋果樹、沙棗樹的葉變色始期推遲為0.6～ 3.5 d/10 a，其中蘋果樹葉變色始期的推遲趨勢(shì)最為明顯；垂柳、杏樹的葉變色始期提前幅度分別為6.5 d/10 a、1.1 d/10 a，其中垂柳葉變色始期的提前趨勢(shì)最為明顯；落葉始期均集中在10月上旬—11月中旬。除了杏樹的葉變色始期提前趨勢(shì)（4.8 d/10 a）外，其他四種樹的落葉始期呈推遲趨勢(shì)，推遲趨勢(shì)1.35.2 d/10 a，其中垂柳落葉始期的推遲趨勢(shì)最為明顯。

（3）春季溫度與5種木本植物春季物候期總體上呈顯著負(fù)相關(guān)，溫度升高促進(jìn)植物酶的活性，從而加快植物發(fā)育進(jìn)程，因此氣溫升高使得植物春季物候期明顯提前。總體來看，木本植物展葉始期與3—4月均溫的相關(guān)系數(shù)達(dá)到-0.513～-0.878。新疆楊、杏樹、蘋果樹、沙棗樹開花始期與3—4月均溫的相關(guān)系數(shù)達(dá)到-0.526～-0.902。

（4）春季日照對(duì)5種木本植物春季物候期影響較大；對(duì)降水而言，蘋果樹、沙棗樹春季物候期與春季的降水呈正相關(guān)，即與春季降水增多，對(duì)應(yīng)開春季物候期提前。與其他3種樹春季物候期的相關(guān)不明顯。

（5）秋季氣溫與蘋果樹、沙棗樹葉變色始期呈正相關(guān)，即氣溫越高葉變色始期越遲。其他3種木本植物葉變色始期與秋季氣溫的相關(guān)性不顯著。9月降水對(duì)垂柳葉變色始期影響較顯著，10、11月降水對(duì)木本植物葉變色始期影響并不大。5種木本植物葉變色始期與秋季日照的相關(guān)性不顯著。

（6）10月、11月和秋季氣溫與杏樹、蘋果樹、沙棗樹落葉始期的相關(guān)性顯著，9月氣溫對(duì)木本植物落葉始期影響并不大。9月降水對(duì)垂柳落葉始期影響較顯著，10、11月降水對(duì)木本植物落葉始期影響并不大。5種木本植物落葉始期與秋季日照的相關(guān)性不顯著。

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Woody Plants Phonological Variation Characteristics and Its Responses to Climate Change During 1986-2010 in Bachu County

Abudoukerimu Abasi1，WANG Rongmei1，Abuduxikuer Abudoukelimu1，Nuerpatiman Maimaitireyimu2
（1.Kashi Meteorological Bureau，Kashi 844000，China；2.Tashikurgan Meteorological Bureau，Kashi 845250，China）

We have collected climatic data and monitoring data about plant phenology from 1986 to 2010 for Bachu county to analyze changing characteristic of temperature,precipitation and sunshine durations,and discuss the effect on phenology of Populus bolleanalanche,Salix babylonica,Prunus armeniaca,Fdeagnys Qxycarpasehlecht,Malus pumila,Pyrus bretschneideri,by calculating climate trend coefficient and climate tendency ratio.the research indicated that the temperature increased obviously,the warming rate was 0.18～0.95℃/10 a,The warming trend in spring and autumn was more obvious than that in winter and summer.The annual precipitation showed a decrease trend in recent 25 years,and decreased by-0.61 mm/10 a,with the downward trend in precipitation in spring and summer while the upward trend in winter and autumn.The annual sunshine hours in Bachu in recent 25 years presented a decrease trend,and the climate tendency rate was-30.34 h/ 10 a.Except in spring,the sunshine hours all presented a decrease trend at different degrees in other seasons.The most significant decrease amplitude（-27.09 h/10 a）occurred in winter.The increasing trend of precipitation was more obvious and the precipitation increased at the rate of 12.14 mm/10 a,The trend of climate change in Bachu county was becoming warmer and the trend was an clearly increase in precipitation.The decade,annual and seasonal sunshine durations in Bachu County had an increase trend since recent 25 years;seasonally,the incremental sunshine duration was the most in spring;the main climate factor affecting plant phenology was the temperature and sunshine durations.With the temperature rising and an increase in the timeof sunshine durations,plant’s growing period extended.The arbor’s phenology in spring had correlativity with the temperature and sunshine durations in spring and notable correlativity in winter.There was a positive correlation between the phenological stages and autumn temperature，the phenological stages postponed inautumn.

Bachu county；woody plant；plant phenology；climate change；response

Q948.11

B

1002-0799（2015）03-0063-06

阿布都克日木·阿巴司，于艷，阿不都西庫(kù)爾·阿不都克力木.1986—2010年巴楚木本植物物候變化特征及其對(duì)氣候變化的響應(yīng)分析[J].沙漠與綠洲氣象，2015，9（3）：63-68.

10.3969/j.issn.1002-0799.2015.03. 010

2014-04-22；

2014-08-11

公益性（氣象）行業(yè)專項(xiàng)（GYHY201206014）和（GYHY201106029）資助。

阿布都克日木·阿巴司（1977-），男（維吾爾族），高級(jí)工程師，從事農(nóng)業(yè)氣象觀測(cè)、服務(wù)與研究工作。E-mail：abudoukerimu@163.com