半干旱區(qū)典型木本植物春季物候與氣候要素的關(guān)系

雷俊 ，齊曉聲，張紅兵*，姚瑞，張濤，周宇，田雨，尚軍林

1. 中國氣象局蘭州干旱氣象研究所/甘肅省干旱氣候變化與減災(zāi)重點實驗室/中國氣象局干旱氣候變化與減災(zāi)重點開放實驗室，甘肅 蘭州 730020；2. 甘肅省定西市氣象局，甘肅 定西 743000；3. 甘肅省渭源縣氣象局，甘肅 渭源 748200

物候?qū)W是研究自然界動植物和環(huán)境條件的周期變化之間相互關(guān)系的科學(xué)，其目的是認(rèn)識生物自然季節(jié)現(xiàn)象變化規(guī)律，以服務(wù)于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究（竺可楨等，1973），物候記錄不僅反映了當(dāng)時當(dāng)?shù)氐臍夂蚝铜h(huán)境狀態(tài)，而且還反映了過去一段時間內(nèi)氣候條件積累對生物和非生物的綜合影響（高祺等，2011），同時物候可以作為預(yù)報指標(biāo)，在引種、選種、植樹造林、環(huán)境污染的監(jiān)測等方面有參考作用（李瑞英等，2014），還可用來指示季節(jié)的變化及生態(tài)系統(tǒng)對環(huán)境變化的響應(yīng)和適應(yīng)（徐韻佳等，2015），因而也被視為“大自然的語言”和全球變化的“診斷指紋”（Root et al.，2003）。

隨著全球變化研究的逐步深入，物候?qū)夂蜃兓捻憫?yīng)研究已成為全球變化和物候?qū)W研究關(guān)注的熱點（白潔等，2010）。春季植物物候的年際變化是植物對氣候響應(yīng)最敏感和易觀察的一個要素（Menzel，2000；Mones et al.，2001；Sparks et al.，2002；Chmielewski et al.，2004），研究表明，甘肅黃土高原冬小麥（Triticum aestivum）、梨樹（Pyrus bretschneideri）、蘋果（Malus puila）春季物候期普遍提前（郭海英等，2006），1984—2005年天水地區(qū)蘋果葉芽開放、展葉、開花等春季物候期提前了14 d左右（蒲金涌等，2008），1974—2007年甘肅民勤荒漠區(qū)典型植物的芽初膨大期平均提前了8.77 d，花蕾花序出現(xiàn)期平均提前了8.40 d，春季物候期提前幅度較大（常兆豐等，2009）。國內(nèi)許多學(xué)者（臧海佳等，2011；李燕等，2012；雷俊等，2017；王煥炯等，2012；仲舒穎等，2012；白潔等，2009；鄭景云等，2003）對中國不同地區(qū)植物春季物候期變化趨勢的研究表明，春季物候期大多表現(xiàn)為提前的趨勢。鄭景云等（2003）研究結(jié)果表明，中國物候期的變化對溫度變化具有較明顯的響應(yīng)關(guān)系，葛全勝等（2003）研究結(jié)果表明，中國木本植物春季物候變化與春季溫度變化具有良好的對應(yīng)關(guān)系，且物候期的提前和推遲對溫度的上升與下降的響應(yīng)具有明顯的非線性特征，而在較長時間尺度上，物候與降水變化基本沒有關(guān)系。K?rner et al.（2010）對物候變化的影響因子的研究結(jié)果表明，在濕潤溫帶地區(qū)，影響優(yōu)勢森林樹種的最主要的氣候要素為冬季低溫、光照和溫度。目前，有關(guān)處于典型黃土高原地帶的隴中地區(qū)典型木本植物春季物候期與氣候要素關(guān)系及物候預(yù)報模型研究報道較少。

甘肅省定西市安定區(qū)處于典型黃土高原半干旱氣候區(qū)，對氣候變化的響應(yīng)更敏感，對氣候變化的適應(yīng)能力更脆弱（姚玉璧，2005），研究典型植物物候變化對區(qū)域氣候變化影響評估及生態(tài)恢復(fù)重建有重要意義。本研究分析了 1994—2017年甘肅省定西市安定區(qū)典型木本植物主要春季物候期的變化趨勢，并結(jié)合同期氣象資料分析典型木本植物主要春季物候期對氣溫、降水、日照及地面溫度變化的響應(yīng)特征，以期為掌握黃土高原半干旱區(qū)典型木本植物主要春季物候變化特征，揭示春季物候?qū)夂蛞刈兓捻憫?yīng)規(guī)律，從而為認(rèn)識氣候變化對物候變化驅(qū)動機(jī)制及氣候變化研究提供參考。

1 材料與方法

1.1 資料來源

物候資料來源于甘肅省定西市農(nóng)業(yè)氣象試驗站人工實測資料，資料序列為 1994—2017年，觀測記錄年份共 24年，同期氣溫、降水、日照、地溫等氣象資料來源于安定區(qū)國家氣象觀測站。該站屬典型的黃土高原半干旱氣候，海拔高度 1897.2 m，年平均氣溫6.7 ℃，年降水量為386.6 mm，降水主要集中在6—8月，占全年總降水量的50%以上，年均日照時數(shù)2433.0 h，無霜期140 d左右。

木本植物選擇當(dāng)?shù)胤植驾^廣、指示性強(qiáng)且開花結(jié)實3 a以上的中齡樹，觀測植株固定，品種無變化，其定位觀測時間、標(biāo)準(zhǔn)、方法統(tǒng)一按照《農(nóng)業(yè)氣象觀測規(guī)范》要求進(jìn)行（國家氣象局，1993）。依據(jù)觀測時間長、連續(xù)性好、代表性強(qiáng)的原則，選取牡丹（Paeonia suffruticoss）、旱柳（Salix matsudana）、杏樹（Prunus armeniaca）、榆樹（Ulmus pumila）4種木本植物，分布于安定區(qū)國家氣象觀測站50～500 m范圍內(nèi)，與氣象站海拔高度差在0～3 m之間，氣候要素能夠很好地反映植物所處的微生境條件。研究選取的春季物候期包括芽膨大期、芽開放期、花序或花蕾出現(xiàn)期。

1.2 數(shù)據(jù)處理

線性傾向估計方法。用線性回歸方程 Xi=bti+a（i=1, 2,…, n）來擬合某一氣象要素序列，式中：Xi為氣候要素變量，用ti表示Xi所對應(yīng)的時間；a為回歸常數(shù)；b為回歸系數(shù)；n為樣本量。b×10為要素氣候傾向率。回歸系數(shù)b可定量反映要素隨年份的線性變化趨勢，其符號表示要素的升降，數(shù)值的大小反應(yīng)了上升或下降的速率。

物候日期均采用年日序的表示方法，即自1月1日至該日期的日數(shù)，得到各物候期的時間序列，利用一元線性回歸方程分析植物平均物候期的逐年變化趨勢，并對趨勢進(jìn)行顯著性檢驗。對典型木本植物主要春季物候期平均出現(xiàn)日期與其前各旬氣溫、降水、日照、地面溫度進(jìn)行Pearson相關(guān)分析，研究典型木本植物春季物候?qū)夂蜃兓捻憫?yīng)規(guī)律，并利用氣溫、降水、日照時數(shù)、地面溫度資料，運(yùn)用逐步回歸方法建立春季物候期的預(yù)報模型。逐步回歸和 Pearson相關(guān)分析運(yùn)用 SPSS 15.0軟件進(jìn)行。

2 結(jié)果與分析

2.1 研究區(qū)氣候變化特征

如圖1(a)所示，1994—2017年研究區(qū)氣溫呈極顯著上升趨勢，氣溫線性回歸傾向率為 0.57 ℃·(10a)-1（r=0.708，n=24，P＜0.001），1995 年、1996年氣溫距平值為負(fù)距平，分別為-0.1 ℃和-0.6 ℃，其余時段氣溫距平為正距平，其中 1997年距平值最大，為1.7 ℃；如圖1(b)所示，1994—2017年研究區(qū)年際降水量呈增加趨勢，傾向率為 15.20 mm·(10a)-1（r=0.17，n=24，P＞0.05）。研究區(qū)年際降水量氣候平均值為377.1 mm，近24年，降水量在 264.4～478.9 mm之間振蕩，降水距平百分率在-30%～27%之間。如圖1(c)所示，1994—2017年研究區(qū)年總?cè)照諘r數(shù)呈減少趨勢，線性回歸傾向率為55.3 h·(10a)-1（r=0.369，n=24，P＞0.05）；如圖 1(d)所示，1994—2017年研究區(qū)逐年地面氣溫呈極顯著上升趨勢，其線性回歸傾向率為 0.58 ℃·(10a)-1（r=0.766，n=24，P＜0.001）。

2.2 黃土高原半干旱區(qū)木本植物春季物候期及其變化

研究期內(nèi)，4種木本植物春季物候期平均出現(xiàn)日期差異較大，3個主要春季物候期出現(xiàn)時間最早為榆樹。芽膨大期榆樹多年平均出現(xiàn)日期在3月中旬初，為4種調(diào)查木本植物中最早，牡丹次之，旱柳、杏樹芽膨大期平均出現(xiàn)日期一致，均為3月30日。芽開放期榆樹出現(xiàn)時間在3月下旬，牡丹、旱柳出現(xiàn)時間大體相當(dāng)，相差僅為1 d，杏樹最晚（表1）。榆樹花序或花蕾出現(xiàn)期分別較牡丹、旱柳、杏樹提前15、19和14 d。分析期內(nèi)，4種典型木本植物春季物候期年際波動較大，歷史最早和最晚出現(xiàn)日期相差22～40 d。

圖1 研究區(qū)逐年氣候要素變化曲線Fig. 1 The annual climatic factors change in the study area (1994—2017)

表1 典型木本植物1994—2017年春季物候期（月-日）Table 1 The spring phenophase of typical plants in the study area in 1994—2017 (mm-dd)

1994年以來，牡丹的芽開放期和花序或花蕾出現(xiàn)期均表現(xiàn)出顯著的提前趨勢（P＜0.05），其線性變化率分別為 4 d·10a-1和 7 d·10a-1，24 a 內(nèi)可分別提前14 d、17 d，芽膨大期的變化趨勢不明顯（圖2(a)；表 2）。

旱柳芽膨大期、芽開放期、花序或花蕾出現(xiàn)期的提前達(dá)到顯著水平（P＜0.05），變化速率在 3～6 d·10a-1，24 a 內(nèi)提前 7～14 d（圖 2(b)；表 2）；杏樹3個被調(diào)查物候期的線性變化趨勢不明顯，變化速率在 0.2～2 d·10a-1（圖 2(c)；表 2）。

榆樹芽膨大期、芽開放期的提前均達(dá)極顯著水平（P＜0.01），變化速率分別為 9 d·10a-1和 10 d·10a-1，24 a可分別提前22 d和24 d，花序或花蕾出現(xiàn)期亦表現(xiàn)為提前趨勢，其線性變化速率為 5 d·10a-1，但未通過0.05水平顯著性檢驗（圖2(d)；表 2）。

研究期內(nèi)，4種典型木本植物春季物候期的變化趨勢差異較大，不同物種的不同物候期對氣候變化的響應(yīng)不盡相同，榆樹芽開放期和芽膨大期的變化最明顯，杏樹春季物候期基本無變化。從變化速率上看，榆樹春季物候的變化較其他3種木本植物變化幅度更大。

從整個物候期的變化來看，除牡丹、杏樹芽膨大期變化趨勢不明顯，其他被調(diào)查典型木本植物春季物候期的變化均表現(xiàn)為提前趨勢，不同植物、不同物候期提前的幅度存在差異。比較4種木本植物春季物候期變化速率的數(shù)值，榆樹提前速率最大，說明其對氣候變化的敏感度較高，對氣候變化的響應(yīng)最明顯，杏樹春季物候期線性變化趨勢不明顯，說明其對氣候變化的響應(yīng)最為遲鈍。另外，從不同物候期對氣候變化響應(yīng)的敏感性來看，芽膨大期、芽開放期榆樹最為敏感，花序或花蕾出現(xiàn)期牡丹較其他3種木本植物更為敏感。

圖2 研究區(qū)典型木本植物春季物候期線性變化趨勢Fig. 2 The linear trend of spring phenophases of typical woody plants in the study area (1994—2017)

表2 典型木本植物植物春季物候期線性變化率Table 2 Linear change rate of the spring phenophases of typical woody plants d·a-1

2.3 不同氣候要素對物候期的影響

2.3.1 氣溫對植物物候期的影響

研究區(qū)典型木本植物主要春季物候期與其前 9旬的氣溫的相關(guān)分析結(jié)果如表3所示，主要春季物候期與氣溫總體表現(xiàn)為負(fù)相關(guān)，即氣溫升高，春季物候期提前。牡丹芽膨大期與前2旬及前6旬氣溫的相關(guān)性最好，相關(guān)系數(shù)分別為-0.529和-0.592，均通過0.01水平顯著性檢驗；旱柳芽膨大期與前1旬、前2旬和前6旬氣溫顯著相關(guān)，其中受前1旬氣溫的影響最為明顯，表明前1旬氣溫愈高，旱柳芽膨大期提前趨勢愈明顯；杏樹芽膨大期與前1旬、前 2旬及前 7旬氣溫顯著相關(guān)，相關(guān)系數(shù)在-0.453～0.590；榆樹芽膨大期的出現(xiàn)主要受前2旬，前4旬及前6旬氣溫的影響。

牡丹芽開放期與前1旬、前4旬及前8旬的氣溫呈極顯著相關(guān)，相關(guān)系數(shù)在-0.568～ -0.730之間；旱柳、杏樹芽開放期均與前1～3旬、前8旬氣溫的相關(guān)性最好，榆樹芽開放期與前1旬及前5～7旬的氣溫顯著相關(guān)。

表3 典型木本植物植物春季物候期與不同時段氣溫的相關(guān)系數(shù)（R）Table 3 Correlation coefficient (R) between spring phenophases and average air temperature indifferent period of typical woody plants

花序或花蕾出現(xiàn)期牡丹與前1～2旬、前4旬氣溫相關(guān)性最好，達(dá)到顯著或極顯著水平，旱柳則受前1～3旬氣溫、前5旬氣溫的影響最為明顯，杏樹花序或花蕾出現(xiàn)期與其前期氣溫的相關(guān)性均未通過顯著性檢驗，表明，較其他3種木本植物，杏樹典型物候期對氣溫的變化更為遲鈍，受氣溫變化的影響最小，榆樹花序或花蕾出現(xiàn)期與前1旬、前3旬及前6～7旬的氣溫相關(guān)性顯著。對主要春季物候期與氣溫的相關(guān)性進(jìn)行分析，結(jié)果表明，越接近物候發(fā)生期，氣溫對物候期的影響越大；然而，物候發(fā)生期與前7旬，甚至前8旬氣溫呈顯著相關(guān)，說明不僅近期氣溫對春季物候期有一定影響，而且前期較長時間內(nèi)的平均溫度也可能對春季物候期產(chǎn)生累積效應(yīng)。

2.3.2 降水對植物物候期的影響

表4所示為1994—2017年典型木本植物春季物候期與不同時段降水的相關(guān)系數(shù)，典型木本植物主要春季物候期對降水變化的響應(yīng)存在差異。牡丹芽膨大期與前6旬降水之間的相關(guān)系數(shù)通過0.05顯著性檢驗，花序或花蕾出現(xiàn)期與前2旬的降水表現(xiàn)為正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為 0.429（P＜0.05），即降水增多，物候期推遲，這可能是由于降水增多，常伴隨著氣溫的下降及日照時數(shù)的減少。杏樹芽膨大期與前1～9旬降水相關(guān)性并未表現(xiàn)明顯的規(guī)律性，相關(guān)系數(shù)在-0.212～0.310之間，芽開放期與前1～9旬降水的相關(guān)系數(shù)為在-0.274～0.350之間（P＞0.05）。榆樹芽膨大期、芽開放期分別與前6旬、前7旬的氣溫極顯著相關(guān)（P＜0.01），花序或花蕾出現(xiàn)期受前7旬降水的影響也比較顯著?？傮w而言，降水對春季物候期的影響不明顯，且并未表現(xiàn)出明顯的規(guī)律性。牡丹春季物候期與降水的相關(guān)系數(shù)在-0.307～0.419之間，旱柳在-0.353～0.429之間，杏樹在-0.344～0.350之間，榆樹這在-0.272～0.583之間。

2.3.3 日照對植物物候期的影響

對4種典型木本植物主要春季物候期與日照時數(shù)進(jìn)行相關(guān)分析（表5），結(jié)果表明，春季物候期與日照主要表現(xiàn)為負(fù)相關(guān)，即日照時數(shù)增多，物候期提前，牡丹花序或花蕾出現(xiàn)期與前1旬的日照顯著相關(guān)（P＜0.05），相關(guān)系數(shù)為-0.491，其余物候期與物候發(fā)生前各旬日照的相關(guān)系數(shù)在-0.356～0.231之間，均未通過0.05水平顯著性檢驗。旱柳芽膨大期與前 4旬日照顯著相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.422（P＜0.05），花序或花蕾出現(xiàn)期與前第1旬和前第2旬的相關(guān)系數(shù)分別為-0.527和-0.425，與前6旬日照也顯著相關(guān)（P＜0.05），其余春季物候與前各旬日照的相關(guān)系數(shù)在-0.369～0.307之間。杏樹春季物候與前各旬日照的相關(guān)系數(shù)在-0.395～0.356之間（P＞0.05）。榆樹芽膨大期與物候發(fā)生前第6旬的日照呈極顯著相關(guān)（P＜0.01），相關(guān)系數(shù)為0.550，芽開放期與花序或花蕾出現(xiàn)期與前7旬日照的相關(guān)系數(shù)分別為0.512和0.444（P＜0.05）。

表4 典型木本植物植物春季物候期與不同時段降水的相關(guān)系數(shù)（R）Table 4 Correlation coefficient (R) between spring phenophases and precipitation in different periods of typical woody plants

表5 典型木本植物植物春季物候期與不同時段日照的相關(guān)系數(shù)（R）Table 5 Correlation coefficient (R) between spring phenophases and sunshine duration in different periods of typical woody plants

2.3.4 地面溫度對植物物候期的影響

表6所示為4種典型木本植物春季物候期與地面溫度相關(guān)系數(shù)，芽膨大期、芽開放期、花序或花蕾出現(xiàn)期與地面氣溫主要表現(xiàn)為負(fù)相關(guān)，前期地溫升高，物候期提前。芽膨大期牡丹受前2旬和前6旬地面溫度的影響較大，相關(guān)系數(shù)分別為-0.416和-0.469，均通過0.05顯著性水平檢驗，旱柳與前1旬地面溫度的相關(guān)系數(shù)為-0.537（P＜0.01），同時受前6～7旬地面溫度的影響較大，杏樹與前7旬地面溫度的相關(guān)系數(shù)通過 0.05顯著性水平檢驗，榆樹與前 2旬、前 4～6旬地面溫度呈極顯著相關(guān)。芽開放期牡丹與前 1旬地面溫度的相關(guān)性最好，杏樹、旱柳、榆樹受前1旬地面溫度的影響較弱，另外，牡丹芽開放期與前2旬、前7旬地面溫度呈極顯著相關(guān)，與前4旬地面溫度呈顯著相關(guān)；旱柳與前 6～7旬的地面溫度顯著相關(guān)，杏樹與前 2旬、前 8旬地面溫度呈顯著相關(guān)，榆樹與前2旬、前4～6旬地面溫度呈極顯著相關(guān)；花序或花蕾出現(xiàn)期牡丹與前1～2旬、前4旬、前7旬地面溫度的相關(guān)性均通過顯著或極顯著檢驗，旱柳與前1～3旬、前8旬地面溫度呈極顯著相關(guān)，杏樹與前期地面溫度的相關(guān)性最弱，榆樹與前1旬，前3旬、前6～7旬地面溫度的相關(guān)性通過顯著或極顯著水平顯著性檢驗。

2.3.5 木本植物春季關(guān)鍵物候期預(yù)測模型及檢驗

根據(jù) 1994—2017年物候觀測資料，利用逐步回歸分析方法建立4種典型木本植物春季關(guān)鍵物候期預(yù)報模型（表7），杏樹花序或花蕾出現(xiàn)期預(yù)報模型的決定系數(shù)為0.194，為各物候期預(yù)報模型最小，其余各物候期預(yù)報模型的決定系數(shù)在 0.544～0.903之間，說明預(yù)報模型的可靠程度較高。進(jìn)一步利用1994—2017年旬氣溫、降水、日照、地面溫度對預(yù)測模型進(jìn)行回代檢驗，實際值與預(yù)測值相差-7～7 d，擬合效果均較好。

表6 典型木本植物植物春季物候期與不同時段地面溫度的相關(guān)系數(shù)Table 6 Correlation coefficient between spring phenophases and ground temperature in different periods of typical woody plants

3 討論

3.1 春季物候期變化

植物物候的變化是陸地生態(tài)系統(tǒng)功能評估的重要指標(biāo)，對陸地生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)和能量流動具有較大影響（白潔等，2010）。近24年來，4種典型木本植物春季物候期歷史最早和最晚日期相差 22～40 d，這一結(jié)果與蔣菊芳等（2011）對甘肅河西走廊典型木本植物物候的研究結(jié)果相近，說明典型木本植物主要春季物候期對氣候條件的年際變化極其敏感。同一物候期，不同木本植物出現(xiàn)的時間存在差異，榆樹芽膨大期、芽開放期和花序或花蕾出現(xiàn)期的出現(xiàn)時間為4種木本植物中最早，各種物候現(xiàn)象出現(xiàn)的先后順序出現(xiàn)差異的主要原因是植物物候?qū)鉁刈兓捻憫?yīng)程度不同（仲舒穎等，2012）。苗原等（2017）研究表明，對于落葉植物，植株高度越高，組織密度越大，其芽膨大期越晚。本研究結(jié)果表明，牡丹和旱柳兩類葉芽先萌發(fā)植物，牡丹芽膨大期早于旱柳。杏樹、榆樹兩類花芽先于葉芽萌發(fā)的植物，杏樹芽膨大期、芽開放期平均物候期晚于牡丹，與已有研究結(jié)果一致。而榆樹多年平均物候期卻早于牡丹，這與已有的研究結(jié)論存在差異（苗原等，2017），主要原因可能是本研究數(shù)據(jù)為1994—2017年間各物種物候平均值，而苗原等僅關(guān)注 2014年芽膨大期和展葉期兩種植物物候，均為葉芽，而在本研究中，杏樹和榆樹芽膨大期為花芽。此外，物候觀測方法的不同可能也是形成差異的原因之一。

研究結(jié)果表明，春季不同物種不同物候期對氣候變化的響應(yīng)不盡相同，除牡丹、杏樹芽膨大期線性變化趨勢不明顯，研究區(qū)典型木本植物其他主要春季物候期均表現(xiàn)為提前的趨勢，研究結(jié)果與歐洲（Menzel，2000）、中國東北（徐韻佳等，2015）、華北（高祺等，2011；李瑞英等，2014；李燕等，2009；朱媛君等，2017）、西北（白潔等，2010；常兆豐等，2009；雷俊等，2017）、西南（白潔等，2009）典型木本植物春季物候期的變化趨勢一致，不同的是同一地區(qū)不同植物，同一植物不同地區(qū)其提前幅度不盡相同。近24年，研究區(qū)氣溫以0.57 ℃·(10a)-1的速率上升，溫度升高，植物萌芽期提前，導(dǎo)致春季物候期普遍提前，溫度的升高為春季物候季節(jié)開始日期提前的首要原因，與朱媛等（2017）研究結(jié)果一致。比較4種典型木本植物春季物候期的提前速率，榆樹芽開放期的提前趨勢最大，為10 d·10a-1，24 a可提前24 d。杏樹主要春季物候期的線性變化趨勢均未通過顯著性水平檢驗，說明杏樹物候?qū)夂蛞刈兓捻憫?yīng)較其他3種木本植物遲鈍；榆樹主要春季物候期線性變化速率最大，說明榆樹對氣候變化的響應(yīng)更為敏感，與在魯西南地區(qū)，旱柳對氣候變化的響應(yīng)比較敏感的結(jié)論存在差異（李瑞英等，2014）；這可能是由于植物自身的生物學(xué)特性不同及區(qū)域?qū)夂蜃兓捻憫?yīng)程度的不同而形成的差異。在黃土高原半干旱區(qū)，由于榆樹對氣候變化的敏感性較其他典型木本植物高，故選擇榆樹典型物候期的變化可以作為一個較好的氣候變化的代用指標(biāo)，對進(jìn)行區(qū)域氣候與環(huán)境變化的評價有重要的借鑒意義。

3.2 不同氣候要素對木本植物春季物候期的影響

氣溫是植物物候的重要調(diào)控因子之一（Ge et al.，2015；Allen，2012），平均物候期當(dāng)月和前一月的氣溫變化對春季物候期早晚的影響非常顯著（高祺等，2011；白潔等，2009）。總體而言，典型木本植物主要春季物候期與氣溫表現(xiàn)為負(fù)相關(guān)，即氣溫升高，物候期提前，反之則推遲，這與前人的研究結(jié)果相一致（白潔等，2010；臧海佳等，2011；常兆豐等，2009）。物候發(fā)生期與前 1～2旬氣溫的相關(guān)性通過顯著性水平檢驗的個數(shù)遠(yuǎn)高于其余各旬，即距物候發(fā)生期越近，氣溫對其影響越明顯，與已有的研究結(jié)論相一致（Dai et al.，2013）。但也出現(xiàn)了物候出現(xiàn)日期與前8旬，甚至前9旬氣溫顯著或極顯著相關(guān)的情況，這可能是由于物候受溫度的積累效應(yīng)的影響而造成的。同時，本研究結(jié)果表明，不同物候期對氣溫變化的響應(yīng)程度存在差異，其中杏樹花序或花蕾出現(xiàn)期對氣溫變化的響應(yīng)最為遲鈍。

表7 典型木本植物植物春季物候期預(yù)報模型Table 7 The forecasting model of spring phenophases of typical woody plants

已有研究結(jié)果表明，在較長時間尺度上，物候與降水變化基本沒有關(guān)系（葛全勝等，2003），其對降水變化的響應(yīng)不明顯，降水對物候期的影響并未表現(xiàn)出明顯的規(guī)律性（臧海佳等，2011；白潔等，2009）。本研究結(jié)果表明，降水對物候影響不顯著，主要原因在于木本植物樹大根深，以吸收深層土壤水分為主，一般的干旱環(huán)境對木本植物物候期不會產(chǎn)生重要影響（張福春，1983）。

典型木本植物主要春季物候期與日照主要表現(xiàn)為負(fù)相關(guān)，即日照時數(shù)增多，春季物候期提前，主要原因在于日照時數(shù)增多，導(dǎo)致氣溫升高，從而對物候期產(chǎn)生間接影響（陳彬彬等，2007），該結(jié)論與白潔等（2009）對貴陽木本植物春季物候期隨日照時數(shù)的增加而提前的結(jié)論基本一致。地面溫度與主要春季物候期也主要表現(xiàn)為負(fù)相關(guān)，即地面溫度升高，春季物候期提前。值得注意的是，降水的增多常伴隨氣溫的下降和日照時數(shù)的減少，物候的變化在一定程度上是主要氣象、水文、土壤、生態(tài)環(huán)境等綜合影響的反映，是多個要素協(xié)同作用的結(jié)果，其響應(yīng)程度在很大程度上取決于其自身的生物學(xué)特性（高祺等，2011）。本研究忽略了其生物學(xué)特性，沒有考慮種間差異，今后物候變化的研究將注重植物生物學(xué)特性和種間的差異特性以及綜合因子的影響。

3.4 木本植物春季物候期預(yù)報模型

物候模型的研究可為人類生產(chǎn)實踐活動提供依據(jù)與指導(dǎo)，具有重要的實踐意義（韓小梅等，2008）。本研究利用旬氣溫、降水、日照、地面溫度資料，運(yùn)用逐步回歸統(tǒng)計分析方法，建立典型木本植物春季物候期預(yù)報模型，結(jié)果顯示實測值與模型預(yù)測值相差-7～7 d，模型擬合效果較好，利用模型進(jìn)行典型物候期預(yù)報具有一定的參考意義，同時，該研究也為區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)及生態(tài)學(xué)研究提供了資料和參考。

4 結(jié)論

（1）研究區(qū)近 24年氣溫呈極顯著上升趨勢，氣溫線性回歸氣候傾向率為 0.57 ℃·(10a)-1（r=0.708，n=24，P＜0.001）；年際降水量呈增加趨勢，降水量遞減傾向率為15.20 mm·(10a)-1（r=0.17，n=24，P＞0.05）；日照時數(shù)呈減少趨勢，線性回歸傾向率為 55.3 h·(10a)-1（r=0.369，n=24，P＞0.05）；逐年地面溫度呈極顯著上升趨勢，其線性回歸傾向率為 0.58 ℃·(10a)-1（r=0.766，n=24，P＜0.001）。

（2）近24年，4種典型木本植物春季物候期年際波動較大，歷史最早和最晚出現(xiàn)日期相差 22～40 d，春季物候期均表現(xiàn)為提前的趨勢。榆樹芽開放期的提前趨勢最大，為10 d·10a-1，24 a可提前24 d，榆樹對氣候變化的敏感性最高，故榆樹典型物候期的變化可以作為一個較好的代用指標(biāo)用于評價區(qū)域氣候與環(huán)境；杏樹主要春季物候期線性變化趨勢不明顯，對氣候變化的響應(yīng)最為遲鈍。

（3）典型木本植物主要春季物候期與氣溫、地面溫度、日照表現(xiàn)為負(fù)相關(guān)，即氣溫、地面溫度升高，日照時數(shù)增加，物候期提前，距物候發(fā)生期越近，氣溫對其影響越明顯，降水對物候期的影響不顯著。利用氣溫、降水、日照和地面溫度資料，運(yùn)用逐步回歸方法，建立典型木本植物春季物候期預(yù)報模型，實際應(yīng)用效果較好，對物候期的預(yù)報有一定的參考意義。