王明，桑衛(wèi)國(guó)

中央民族大學(xué)生命與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，北京 100081

0 前言

物候是指自然界生物受其所處環(huán)境(氣候、水文、土壤)影響而出現(xiàn)的以年為周期的自然現(xiàn)象，而物候?qū)W是研究自然界生物和環(huán)境條件的周期性變化之間相互關(guān)系的科學(xué)[1-2]。自然物候是氣候變化的重要指示器，是生物節(jié)律與環(huán)境變化的綜合反映，被視為“大自然的語(yǔ)言”和全球變化的“診斷指紋”[3-5]。就植被物候而言，主要包括出芽、展葉、開花、葉變色和落葉等季節(jié)性規(guī)律發(fā)生的現(xiàn)象[6]，物候期的早晚綜合了氣候等環(huán)境因子的變化受到愈來愈多的科學(xué)家的關(guān)注，其中植物物候變化以及對(duì)氣候變化的響應(yīng)是當(dāng)今生態(tài)學(xué)和氣候?qū)W研究的熱點(diǎn)問題之一。

20世紀(jì)以來全球氣候環(huán)境發(fā)生了顯著變化，IPCC第五次評(píng)價(jià)報(bào)告指出，近 130年(1901—2012年)全球平均表面氣溫已上升了 0.89 ℃，許多地區(qū)的溫度發(fā)生了明顯的變化，并使植被的物候開始期和結(jié)束期都發(fā)生了變化[5，7-10]。最開始的物候和氣候變化的研究主要是在國(guó)外，歐洲國(guó)際物候觀測(cè)園近40年的資料表明，植物春季物候期提前了6.3 d，秋季物候期推遲了 4.5 d，生長(zhǎng)季長(zhǎng)度延長(zhǎng) 10.8 d[11]；歐洲和北美的很多研究表明，氣候增暖春季物候期提前，秋季物候期推遲，生長(zhǎng)季延長(zhǎng)[12-14]。在我國(guó)暖溫帶地區(qū)的研究中，徐雨晴[15]等對(duì)北京近50年的研究表明，溫度對(duì)北京樹木的春季物候有明顯的影響，芽萌動(dòng)的早晚主要受冬季氣溫的影響，冬季及秋末氣溫的升高使春芽萌動(dòng)有提前的效應(yīng)；開花主要受春季溫度的影響，春溫每升高1℃，開花期平均提前3.6 d。仲舒穎[16]等研究1981—2010年北京的春、夏季物候期提前，秋、冬季物候期推遲，各個(gè)物候期的平均日期、最早日期、最晚日期在春、夏季以提前為主，在秋、冬季以推遲為主。其他地區(qū)的研究顯示，鄧晨暉[17]等研究秦嶺地區(qū)52年來氣溫呈增加趨勢(shì)，物候始期普遍呈提前趨勢(shì)，提前速率1.2 d·10a-1，物候末期普遍呈推遲趨勢(shì)，推遲速率 3.5 d·10a-1，物候生長(zhǎng)期普遍延長(zhǎng)。楊麗萍[18]等研究1987—2012年大興安嶺增溫明顯，氣候傾向率 0.34 ℃·10a-1；降水量和日照時(shí)數(shù)變化不明顯，興安落葉松芽開放期、展葉期、葉變色期和落葉期都有所推遲，其中葉變色期和落葉期推遲17.282 d·10a-1和12.144 d·10a-1，生長(zhǎng)季延長(zhǎng)。雖然越來越多的證據(jù)表明，溫度升高，春季物候期提前，秋季物候期推遲，植被生長(zhǎng)季長(zhǎng)度延長(zhǎng)，但眾多的研究結(jié)果中也有不同趨勢(shì)，Yu[19]等利用歸一化植被指數(shù)方法研究 1982—2006年西部青藏高原草甸和草原植被，結(jié)果表明冬季的強(qiáng)烈變暖導(dǎo)致春季物候期的推遲。Sherry[20]等的研究表明，溫度升高使夏季最高溫之前開花的植物物候提前，但在夏季最高溫之后開花的植物的物候期會(huì)被推遲。Delbart[21]等的研究表明，亞歐大陸北方地區(qū)在1982年至1991年和1993年至2004年期間春季物候發(fā)現(xiàn)了8 d的提前和3.6 d的延遲。

在全球氣候背景下，影響植被物候的氣候因素不僅有溫度，還包括降水、日照時(shí)數(shù)等，研究表明其主要影響因素為溫度和降水，蘇芬[22]等對(duì)青海牧草的研究表明，海晏牧草返青期主要受上年秋季降水量的影響，降水量每增加 10 mm，返青期提前 2.4 d；牧草黃枯期主要受降水的影響，降水量每增加 10 mm，海晏、天峻、剛察黃枯期推遲。Fu Yang[23]等研究柴達(dá)木盆地顯示，低海拔濕潤(rùn)地區(qū)物候期對(duì)降水的響應(yīng)不明顯，生長(zhǎng)始期提前，生長(zhǎng)末期延遲；而在山區(qū)上部，生長(zhǎng)始期延遲，生長(zhǎng)末期隨著溫度的升高而升高，生長(zhǎng)始期提前到達(dá)，生長(zhǎng)末期隨著降水的增加而延遲。由此可知植被物候的主要表現(xiàn)為:春季物候期提前，秋季物候期推遲，生長(zhǎng)季長(zhǎng)度延長(zhǎng)。但是，該結(jié)論并不具有普遍性，植被物候?qū)τ谌蜃兣捻憫?yīng)表現(xiàn)出明顯的區(qū)域和物種間差異。不同的生長(zhǎng)環(huán)境下，植被對(duì)于溫度的適應(yīng)范圍不同，溫度對(duì)不同植被的影響也不盡相同。因此，暖溫帶植物物候與溫度和降水的具體關(guān)系還需進(jìn)一步研究。

本次利用北京東靈山氣象站進(jìn)行森林植被物候的觀測(cè)，北京東靈山為國(guó)家級(jí)森林公園，地處暖溫帶落葉闊葉林區(qū)，該地區(qū)植被種類豐富，遼東櫟林、五角楓林等為中國(guó)暖溫帶具有代表性的森林植被類型，遼東櫟等具有明顯的暖溫帶落葉闊葉林區(qū)域北部亞帶植被特色。本次研究主要從溫度和降水兩個(gè)方面研究氣候變化對(duì)北京東靈山森林木本植被物候期的影響，主要包括遼東櫟、五角楓、核桃楸、土莊繡線菊、毛葉丁香和六道木，分別為落葉喬木林和灌木林。分析氣候變化下不同樹種的物候變化，主要是喬木和灌木，同時(shí)分析不同氣候因子與喬木和灌木物候的相關(guān)性的差異，探索氣候變化對(duì)暖溫帶喬木以及灌木的影響，研究結(jié)果旨在分析喬木和灌木物候變化以及分別對(duì)氣候變化的響應(yīng)，對(duì)合理利用氣候資源、科學(xué)預(yù)測(cè)不同植被物候期、指導(dǎo)林業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐等方面具有重要參考價(jià)值，同時(shí)可以更好的分析氣候變化對(duì)暖溫帶森林不同植被林的影響，為暖溫帶森林應(yīng)對(duì)氣候變化提供更好的科學(xué)依據(jù)。

1 料與方法

1.1 資料來源

東靈山地區(qū)(40°00′N—40°02′N，115°26′E—115°30′E)位于北京市西郊門頭溝，距市區(qū)約 100 km，屬太行山脈小五臺(tái)山余脈，海拔大多在 1000 m 以上，主峰2303 m，為北京最高峰。該區(qū)域?qū)俚湫偷呐瘻貛О霛駶?rùn)大陸性季風(fēng)氣候，年平均氣溫為(5.00±0.42)℃，年降水量為(569.6±115.8) mm。該地區(qū)冬季多西北風(fēng)，寒冷干燥；夏季溫暖濕潤(rùn)，降水多集中在6—8月(占全年降水約64%)?！? ℃的年積溫為2584 ℃，年平均日照百分率為45%，生長(zhǎng)季一般5—10月，從4月底開始萌動(dòng)到8月份達(dá)到生長(zhǎng)高峰期。

所用物候資料取自中國(guó)科學(xué)院物候觀測(cè)網(wǎng)，依據(jù)代表性森林種類，喬木選取遼東櫟(Quercus wutaishanica Mayr.)、五角楓(Acer mono Maxim.)以及核桃楸(Juglans mandshurica)為研究對(duì)象，灌木選取土莊繡線菊(Spiraea pubescens)、毛葉丁香(Syringa tomentella)以及六道木(Abelia biflora Turcz.)為研究對(duì)象，這些物種觀測(cè)時(shí)間長(zhǎng)、連續(xù)性好，物候現(xiàn)象較為明顯，且為東靈山優(yōu)勢(shì)種，物候期選取:出芽期、展葉期、首花期、秋季葉變色期和落葉期。

遼東櫟(Quercus wutaishanica)隸屬于殼斗科(Fagaceae)櫟屬(Quercus)，為落葉喬木，是我國(guó)暖溫帶落葉闊葉林主要的優(yōu)勢(shì)種和建群種之一，遍布于黃河流域和遼東半島等地，東靈山接近于該物種分布的中心，遼東櫟林對(duì)該地區(qū)森林的外貌、結(jié)構(gòu)、動(dòng)態(tài)、物種組成等都有重要的影響。五角楓(Acer mono Maxim.)和核桃楸(Juglans mandshurica)是東靈山地區(qū)的優(yōu)勢(shì)種，暖溫帶森林的主要建群種，也是溫帶地區(qū)最具代表性的落葉喬木；森林群落建群種主要是喬灌木，組成北京東靈山遼東櫟林的優(yōu)勢(shì)樹種群在喬木層是遼東櫟等，灌木層選取土莊繡線菊(Spiraea pubescens)、毛葉丁香(Syringa tomentella)和六道木(Abelia biflora Turcz.)，灌木在維持群落穩(wěn)定機(jī)制中起著重要作用。這些樹種的種群動(dòng)態(tài)和未來發(fā)展趨勢(shì)可反映群落的演替方向。所以本文選取三種優(yōu)勢(shì)喬木和三種優(yōu)勢(shì)灌木作為代表物種來研究暖溫帶喬木物候和灌木物候變化的不同及其對(duì)氣候變化的響應(yīng)。

其木本植物的物候數(shù)據(jù)來自中國(guó)科學(xué)院物候觀測(cè)網(wǎng)的自然物候觀測(cè)數(shù)據(jù)集。為了研究喬木和灌木的物候變化特征、與氣候變化的關(guān)系及其響應(yīng)，選取出芽期、展葉期、首花期、秋季葉變色期、落葉期作為物候指示期。為保證數(shù)據(jù)的完整性，遼東櫟、五角楓和核桃楸的物候期選取2003—2014年，對(duì)于其中物候期的缺漏，根據(jù)前后數(shù)據(jù)進(jìn)行插值；土莊繡線菊選取2005—2014年的物候數(shù)據(jù)，毛葉丁香和六道木選取2003—2014年的物候數(shù)據(jù)。

氣象數(shù)據(jù)來自中國(guó)科學(xué)院氣象觀測(cè)站，一般3—5月為春季，6—8 月為夏季，9—11 月為秋季，12—2 月為冬季，選取2003—2014年逐日平均氣溫及降水量數(shù)據(jù)，氣溫取算數(shù)平均值，降水取累計(jì)數(shù)值。

1.2 研究方法

物候觀測(cè)數(shù)據(jù)選用Julian日換算法，即1月1日記為1，以此類推，將不同物候期出現(xiàn)的日期換算為對(duì)應(yīng)的日序。生長(zhǎng)季長(zhǎng)度為出芽期到落葉期結(jié)束的天數(shù)。

數(shù)據(jù)分析，選用 excel、SPSS、R 等，采用線性傾向估計(jì)、回歸等進(jìn)行相關(guān)性分析。

2 結(jié)果分析

2.1 氣候變化特征

2.1.1 溫度變化特征

東靈山 2003—2014年各月平均溫度分布在-10.3 ℃—18.7 ℃的范圍內(nèi)。溫度最高的月份是七月，平均溫度為 18.7 ℃；溫度最低的月份是一月，平均溫度為-10.3℃。生長(zhǎng)季 4月—10 月溫度范圍在6.06℃—18.7 ℃。如圖1所示。

2001—2014年北京東靈山春季(3—5月)的溫度范圍為 3.4 ℃—8.6 ℃，夏季(6—8月)溫度范圍為16.5 ℃—18.0 ℃，秋季(9—11 月)的溫度范圍 4.6 ℃—6.6 ℃，冬季(12—2 月)溫度范圍為-11.2 ℃—7.1 ℃。春季(3—5月)和夏季(6—8月)平均溫度呈顯著上升趨勢(shì)，秋季(9—11月)溫度和冬季(12—2月)溫度不顯著的下降趨勢(shì)。全年平均氣溫的氣候傾向率為0.200 ℃·10a-1，春季(3—5 月)氣候傾向率為 0.815 ℃·10a-1，夏季(6—8 月)氣候傾向率為 0.765 ℃·10a-1，秋季(9—11 月)氣溫的氣候傾向率為-0.277 ℃·10a-1，冬季(12—2 月)氣候傾向率為-0.377 ℃·10a-1，春季和夏季氣候傾向率顯著大于平均溫度的氣候傾向率，表明 2003—2014年北京東靈山春季和夏季的平均溫度隨時(shí)間的變化趨勢(shì)是顯著的。如圖2所示。

圖1 2003-2014年各月平均溫度Figure 1 Average temperature for each month from 2003 to 2014

圖2 各季平均溫度和降水量變化Figure 2 Average temperature and precipitation change in each season

北京東靈山 2003—2014年年均氣溫變化有比較多的變化起伏，溫度范圍為 4.38 ℃—5.94 ℃。2007年和 2014 年是東靈山 2003—2014 年這 15年間的峰值，分別為5.74 ℃和5.94 ℃。2005年、2010年和 2011年為東靈山2003—2014年這11年間的谷值，分別為 4.5 ℃、4.4 ℃和 4.4 ℃。總體來說，北京東靈山11年間年均溫度在以 0.02 ℃·a-1的速率緩慢地升高。如圖4所示。

2.1.2 降水變化特征

東靈山2003— 2014年的月降水量范圍在3.61 mm—138.22 mm 之間，降雨主要分布在 5—9 月，其中7月份時(shí)達(dá)到頂峰，平均降雨量達(dá)到138.22 mm。冬季 1月、2 月、12 月降雨量比較少。如圖3所示。

2003—2014年北京東靈山年降水量呈下降的趨勢(shì)，平均減少 71.63 mm·10a-1，春季(3—5 月)的降水量范圍為 23.6 mm—147.8 mm，夏季(6—8月)降水量范圍為75.70 mm—136.0 mm，秋季(9—11月)的降水量范圍為 38.6 mm—170.4 mm，冬季(12—2月)的降水量范圍為 0.80 mm—9.67 mm。春季和冬季降水呈明顯的下降趨分別減少 26.960 mm·10a-1(P＜0.05)、3.16 mm·10a-1；夏季和秋季降水呈不明顯的上升趨勢(shì)，分別上升 5.99 mm·10a-1、0.170 mm·10a-1。變化趨勢(shì)表明 2003—2014 年?yáng)|靈山四季的平均降水量隨時(shí)間的變化趨勢(shì)是不顯著的。如圖4所示。

總體而言，東靈山研究區(qū)2003—2014年有暖、干的趨勢(shì)(圖4)，主要體現(xiàn)在 3—5 月(春季)、6—8月(夏季)氣溫顯著上升，3—5月(春季)降水量顯著減少。

圖3 2003-2014年各月平均降水量Figure 3 Average monthly precipitation from 2003 to 2014

圖4 2003-2014年平均溫度和降水量變化Figure 4 Average temperature and precipitation changes in 2003-2014

2.2 物候變化特征

2.2.1 喬木物候變化特征

從圖5看出，2003—2014 年，遼東櫟和五角楓的春季物候(出芽期、展葉期、首花期)均表現(xiàn)為推后趨勢(shì)，遼東櫟出芽期推遲33.01 d·10a-1、展葉期推遲5.53 d·10a-1、首花期推遲 12.76 d·10a-1；五角楓出芽期推遲 20.39 d·10a-1、展葉期推遲 0.22 d·10a-1、首花期推遲9.01 d·10a-1。核桃楸的出芽期和展葉期出現(xiàn)推后的趨勢(shì)，首花期出現(xiàn)提前的趨勢(shì)，出芽期和展葉期分別推遲 30.55 d·10a-1、9.09 d·10a-1，首花期提前6.09 d·10a-1。3種喬木的秋季物候(葉變色期和落葉期)趨勢(shì)各不相同，遼東櫟的葉變色期和落葉期都表現(xiàn)為提前的趨勢(shì)，分別提前 10.77 d·10a-1、17.69 d·10a-1；五角楓的葉變色期表現(xiàn)為不顯著的推遲，落葉期表現(xiàn)為提前趨勢(shì)；核桃楸的葉變色期和落葉期都表現(xiàn)為不顯著的推遲的趨勢(shì)。表1顯示，相關(guān)顯著性檢驗(yàn) 3種喬木物候平均發(fā)生期及變化特征果顯示，遼東櫟、五角楓和核桃楸的出芽期都達(dá)到顯著性水平，遼東櫟的秋季物候(葉變色期和落葉期)都達(dá)到顯著水平，五角楓和核桃楸的秋季物候(葉變色期和落葉期)都沒有達(dá)到顯著水平。

3種喬木的生長(zhǎng)季長(zhǎng)度都縮短，遼東櫟、五角楓和核桃楸平均生長(zhǎng)季長(zhǎng)度分別縮短50.70 d·10a-1、29.83 d·10a-1和 22.36 d·10a-1。3 種喬木的平均生長(zhǎng)季長(zhǎng)度相差不大，分別為163 d、168 d和144 d都具有顯著性。

圖5 3種喬木春季和秋季物候期變化Figure 5 Changes in spring and autumn phenology of three species of trees

2.2.2 灌木物候變化特征

從圖7可以看出，2003—2014 年，3種灌木的春季物候(出芽期、展葉期、首花期)均表現(xiàn)為推后趨勢(shì)，土莊繡線菊出芽期推遲 32.62 d·10a-1、展葉期推遲11.68 d·10a-1、首花期推遲 9.58 d·10a-1；毛葉丁香出芽期推遲 22.97 d·10a-1、展葉期推遲 4.73 d·10a-1、首花期推遲 12.86 d·10a-1；六道木的出芽期推遲19.23 d·10a-1、展葉期推遲 0.55 d·10a-1、首花期推遲8.63 d·10a-1。3種灌木的秋季物候(葉變色期和落葉期)表現(xiàn)不同，土莊繡線菊和毛葉丁香的葉變色期推遲，分別推遲 3.71 d·10a-1、40.71 d·10a-1，落葉期提前，分別提前 9.93 d·10a-1、15.44 d·10a-1；六道木的葉變色期和落葉期都出現(xiàn)提前，分別提前0.82 d·10a-1、10.50 d·10a-1。相關(guān)顯著性檢驗(yàn)3種灌木物候平均發(fā)生期及變化特征果顯示，3種灌木的出芽期都達(dá)到顯著性水平，秋季物候只有毛葉丁香的落葉期達(dá)到顯著性水平。

圖6 3種喬木生長(zhǎng)季長(zhǎng)度變化Figure 6 Length change of three tree growth seasons

表1 3種喬木各物候期特征及變化趨勢(shì)統(tǒng)計(jì)Table 1 Statistics on phenological characteristics and trends of three species of trees

表2顯示，3種灌木的生長(zhǎng)季長(zhǎng)度都縮短，土莊繡線菊、毛葉丁香和六道木的平均生長(zhǎng)季長(zhǎng)度分別縮短 42.55 d·10a-1、42.76 d·10a-1和 38.15 d·10a-1。3種灌木的平均生長(zhǎng)季長(zhǎng)度相差不大，分別為163 d、175 d和170 d，只有毛葉丁香的生長(zhǎng)季長(zhǎng)度具有顯著性。

2.3 物候期與氣象要素的相關(guān)關(guān)系

2.3.1 喬木物候期與氣象要素的相關(guān)關(guān)系

2.3.1.1 喬木物候期與溫度相關(guān)關(guān)系

研究區(qū)3種喬木各物候期與2003—2014年各季氣溫的相關(guān)分析結(jié)果如表3所示，各物候期與氣溫總體表現(xiàn)為負(fù)相關(guān)，即氣溫升高，物候期提前。出芽期與6—8月份的相關(guān)性最好，表現(xiàn)為正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為 0.555(p＜0.1)-0.707(p＜0.01)，其中核桃楸和 6—8月份的溫度相關(guān)性最顯著；展葉期與3—5月份的溫度相關(guān)性最顯著，為負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.693(p＜0.05)—0.842(p＜0.01)，其中遼東櫟的展葉期與3—5月份溫度的相關(guān)性最顯著；3種喬木的首花期與溫度的相關(guān)性表現(xiàn)不同，五角楓的首花期與6—8月份的溫度呈顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為 0.751(p＜0.01)，核桃楸的首花期與 3—5月以及 12—2月的溫度的相關(guān)性最顯著，呈負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.743—0.790，都通過了 0.01水平顯著性檢驗(yàn)；葉變色期 與3—5月和6—8月有相關(guān)性，遼東櫟葉變色期與 3—5月的溫度表現(xiàn)為負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.657(p＜0.05)，五角楓和核桃楸與 6—8月的溫度為正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.752(p＜0.01)、0.758(p＜0.01)；落葉期與各季溫度相關(guān)性不明顯，只有遼東櫟與3—5月的溫度表現(xiàn)為負(fù)相關(guān)。從各物候期與溫度的相關(guān)性來看，3種喬木的春季物候和秋季物候都與夏季(6—8月)的溫度表現(xiàn)出顯著的正相關(guān)，即夏季溫度升高，物候期有提前的趨勢(shì)，冬季(12—2月)的溫度對(duì)春季物候(出芽期、展葉期和首花期)溫度也有—定的影響，例如對(duì)遼東櫟和核桃楸的展葉期以及核桃楸的首花期都有影響，相關(guān)系數(shù)達(dá)-0.534(p＜0.1)—0.658**(p＜0.05)，即冬季溫度升高使得春季物候推遲。

2.3.1.2 喬木物候期與降水相關(guān)關(guān)系

3種喬木與各季的降水的相關(guān)關(guān)系分析表4可知，3種喬木春季物候(出芽期、展葉期和首花期)與各季降水沒有明顯的相關(guān)性，但是秋季物候(葉變色期和落葉期)與各季降水相關(guān)性表現(xiàn)不同，遼東櫟的秋季物候(葉變色期和落葉期)與3—5月的降水呈正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為 0.522(p＜0.1)、0.658(p＜0.05)，五角楓落葉期與3—5月的降水呈正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為 0.544(p＜0.1)，核桃楸的落葉期與 6—8月的降水呈負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.620(p＜0.05)，和 9—11 月的降水呈正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為 0.601(p＜0.05)，表明春季物候(出芽期、展葉期和首花期)與降水沒有明顯相關(guān)性，與溫度的相關(guān)性更明顯，即溫度變化對(duì)春季物候(出芽期、展葉期和首花期)的影響更大，對(duì)于秋季物候(葉變色期和落葉期)，溫度和降水都有影響。

圖7 3種灌木春季和秋季物候變化Figure 7 Three species of shrubs in spring and autumn phenological changes

2.3.2 灌木物候期與氣象要素的相關(guān)關(guān)系

2.3.2.1 灌木物候期與溫度相關(guān)關(guān)系

研究區(qū)3種灌木各物候期與2003—2014年各季氣溫的相關(guān)分析結(jié)果如表5所示，各物候期與氣溫總體表現(xiàn)為負(fù)相關(guān)，即氣溫升高，物候期提前，其中土莊繡線菊和毛葉丁香的首花期與總體溫度負(fù)相關(guān)性最好，相關(guān)系數(shù)分別為-0.620(p＜0.05)、-0.625(p＜0.05)。出芽期與 6—8月份的相關(guān)性最好，表現(xiàn)為正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為 0.594(p＜0.05)—0.703(p＜0.01)，其中六道木和 6—8月份的溫度相關(guān)性最顯著；展葉期與3—5月份的溫度相關(guān)性最顯著，為負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.566(p＜0.1)—0.842(p＜0.01)，其中六道木的展葉期與 3—5月份溫度的相關(guān)性最顯著；3種灌木的首花期與溫度的相關(guān)性表現(xiàn)不同，土莊繡線菊和毛葉丁香的首花期與12—2月份的溫度呈顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.620(p＜0.05)、-0.625(p＜0.05)，而六道木的首花期與 6—8月的溫度的相關(guān)性最顯著，呈正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.653(p＜0.05)；葉變色期與3—5月和6—8月有相關(guān)性，土莊繡線菊葉變色期與 3—5月和 6—8月的溫度相關(guān)，與 3—5月的溫度呈負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.627(p＜0.05)，與 6—8 月的溫度呈正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.580(p＜0.05)，毛葉丁香與6—8月的溫度為正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為 0.603(p＜0.05)，六道木葉變色期與 3—5月的溫度呈負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.600(p＜0.05)；落葉期與各季溫度相關(guān)性不明顯，只有土莊繡線菊與3—5月的溫度表現(xiàn)為負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.640(p＜0.05)。從各物候期與溫度的相關(guān)性來看，3種灌木的春季物候和秋季物候普遍與春季(3—5月)和夏季(6—8月)的溫度表現(xiàn)出顯著的相關(guān)性，與春季(3—5月)溫度表現(xiàn)顯著負(fù)相關(guān)性，即春季(3—5月)的溫度升高，物候期推遲，與夏季(6—8月)溫度表現(xiàn)為顯著正相關(guān)，即夏季(6—8月)溫度升高，物候期有提前的趨勢(shì)，氣候分析顯示，2003—2014年溫度升高，其中夏季溫度升高最明顯，因此夏季溫度的強(qiáng)烈升高對(duì)物候期有較大影響。

圖8 3種灌木生長(zhǎng)季長(zhǎng)度變化Figure 8 Length changes of three shrub growth season

表2 3種灌木各物候期特征及變化趨勢(shì)統(tǒng)計(jì)Table 2 Statistics on phenological characteristics and trends of three shrub species

表3 3種喬木物候期與各季溫度的相關(guān)分析Table 3 Correlation analysis between three species of phenological phenology and temperature in each season

表4 3種喬木物候期與各季降水的相關(guān)分析Table 4 Correlation analysis between three species of phenological phenology and precipitation in each season

表5 3種灌木物候期與各季溫度的相關(guān)分析Table 5 Correlation analysis between three shrub species of phenological phenology and temperature in each season

2.3.2.2 灌木物候期與降水相關(guān)關(guān)系

3種灌木與各季降水的相關(guān)關(guān)系分析表6可知，3種灌木春季物候(出芽期、展葉期和首花期)與各季降水沒有明顯的相關(guān)性，只有六道木的展葉期與9-11月的降水有正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為 0.511(p＜0.1)，而秋季物候(葉變色期和落葉期)與各季降水表現(xiàn)出不同的相關(guān)性，土莊繡線菊的落葉期與3—5月的降水呈明顯的正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為0.721(p＜ 0.01)，與6—8月的降水呈明顯的負(fù)相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為-0.674(p＜0.05)，與 9—11 月的降水也呈正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為 0.626(p＜0.05)；毛葉丁香的葉變色期與6—8月的降水表現(xiàn)為負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.568(p＜0.1)，落葉期與 3—5月的降水表現(xiàn)為正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為 0.523(p＜0.1)；六道木葉變色期與6—8月的降水表現(xiàn)為負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.568(p＜0.1)，落葉期與3—5月和9—11月降水表現(xiàn)正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為 0.601(p＜0.05)、0.570(p＜0.1)，與 6—8 月降水表現(xiàn)負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.505(p＜0.1)。表明春季物候(出芽期、展葉期和首花期)與降水沒有明顯相關(guān)性，與溫度的相關(guān)性更明顯，即溫度變化對(duì)春季物候(出芽期、展葉期和首花期)的影響更大，秋季物候(葉變色期和落葉期)和降水的相關(guān)性較好，葉變色期主要與夏季(6—8月)的降水呈負(fù)相關(guān)，即夏季(6—8月)降水增多，葉變色期提前；落葉期主要與春季(3—5月)降水呈正相關(guān)，即春季(3—5月)降水增多，落葉期推遲。

表6 3種灌木物候期與各季降水的相關(guān)分析Table 6 Correlation analysis between three shrub species of phenological phenology and precipitation in each season

3 結(jié)論和討論

在2003—2014年，研究區(qū)年平均溫度呈不顯著的上升趨勢(shì)，氣候傾向率為 0.200 ℃·10a-1。春季(3—5月)、夏季(6—8月)溫度呈顯著上升趨勢(shì)，氣候傾向率分別為0.815 ℃·10a-1、0.765 ℃·10a-1(P＜ 0.05)；秋季(9—11月)和冬季(12—2月)的溫度呈緩慢的下降的趨勢(shì)，氣候傾向率分別為-0.277 ℃·10a-1、-0.377 ℃·10a-1。研究區(qū)年降水量呈下降的趨勢(shì)，平均減少71.63 mm·10a-1。春季(3—5 月)、秋季(9—11 月)、冬季(12月— 2月)降水量都呈減少的趨勢(shì)，其中3—5月呈顯著減少的趨勢(shì)，分別減少 26.960 mm·10a-1(P＜0.05)、0.170 mm·10a-1、3.160 mm·10a-1；夏季(6—8月)降水量呈略微增加的趨勢(shì)，平均增加5.990 mm·10a-1。 總 體而言，東 靈 山研究區(qū)2003—2014年有暖、干的趨勢(shì)，主要體現(xiàn)在春季(3—5 月)和夏季(6—8 月)氣溫顯著上升，3—5 月(春季)降水量顯著減少。

3種喬木的生長(zhǎng)季長(zhǎng)度都縮短，遼東櫟、五角楓和核桃楸平均生長(zhǎng)季長(zhǎng)度分別縮短 50.70 d·10a-1、29.83 d·10a-1和 22.36 d·10a-1。春季物候整體表現(xiàn)推遲趨勢(shì)，遼東櫟和五角楓的出芽期、展葉期、首花期均表現(xiàn)為推后趨勢(shì)，核桃楸的出芽期和展葉期出現(xiàn)推后的趨勢(shì)，首花期出現(xiàn)提前的趨勢(shì)，3種喬木的出芽期推遲最顯著，遼東櫟出芽期推遲33.01 d·10a-1，五角楓出芽期推遲 20.39 d·10a-1，核桃楸出芽期推遲 30.55 d·10a-1；秋季物候中，遼東櫟和五角楓表現(xiàn)提前的趨勢(shì)，核桃楸表現(xiàn)推后的趨勢(shì)，但都沒有達(dá)到顯著水平。

3種灌木的生長(zhǎng)季長(zhǎng)度也都縮短，土莊繡線菊、毛葉丁香和六道木的平均生長(zhǎng)季長(zhǎng)度分別縮短42.55 d·10a-1、42.76 d·10a-1和 38.15 d·10a-1。春季物候整體都推遲，且 3種灌木出芽期推遲最明顯，土莊繡線菊出芽期推遲 32.62 d·10a-1，毛葉丁香出芽期推遲 22.97 d·10a-1，六道木的出芽期推遲 19.23 d·10a-1；秋季物候中，土莊繡線菊和六道木整體表現(xiàn)為提前趨勢(shì)，毛葉丁香整體表現(xiàn)為推遲趨勢(shì)。

由此可見，喬木和灌木的物候變化趨勢(shì)相同，整體表現(xiàn)為春季物候推遲，秋季物候提前，生長(zhǎng)季長(zhǎng)度都縮短且生長(zhǎng)季長(zhǎng)度相差不大。喬木和灌木都表現(xiàn)出芽期推遲最明顯，每10年推遲達(dá)19天以上。

分析3種喬木遼東櫟、五角楓和核桃楸和3種灌木土莊繡線菊、毛葉丁香和六道木的各物候期(出芽期、展葉期、首花期、葉變色期以及落葉期)與春、夏、秋、冬平均氣溫、降水量等氣候因子的相關(guān)關(guān)系可知:喬木和灌木各物候期與氣溫總體表現(xiàn)為負(fù)相關(guān)，即氣溫升高，物候期提前，春季物候(出芽期、展葉期和首花期)與春季(3—5月)和夏季(6—8月)的氣溫具有相關(guān)性，秋季物候(葉變色期和落葉期)與夏季(6—8月)的溫度相關(guān)性最好，顯示出夏季(6—8月)溫度對(duì)植被物候期影響較大，夏季溫度與各物候期表現(xiàn)為正相關(guān)，即夏季溫度升高，物候期推遲。同時(shí)喬木和灌木與總體降水沒有明顯的相關(guān)關(guān)系，但秋季物候與不同時(shí)段降水表現(xiàn)不同的相關(guān)性，喬木遼東櫟的秋季物候和春季(3—5月)的降水表現(xiàn)正相關(guān)，即春季降水增多，秋季物候期推遲，核桃楸落葉期夏季(6—8月)降水表現(xiàn)負(fù)相關(guān)，即夏季(6—8月)降水增多，落葉期提前，灌木落葉期與春季(3—5月)降水表現(xiàn)正相關(guān)，即春季降水增多，落葉期推遲。由此可見夏季溫度變化對(duì)木本植物春季物候(出芽期、展葉期和首花期)的影響更大，而秋季物候(葉變色期和落葉期)受溫度和降水共同影響。

王連喜[24]在研究植物物候與氣候的研究中表明近 50a左右，世界范圍內(nèi)的植物物候呈現(xiàn)出了春季物候提前，秋季物候推遲或略有推遲的特征，從而導(dǎo)致了多數(shù)植物生長(zhǎng)季節(jié)的延長(zhǎng)，這是普遍現(xiàn)象，但是本研究的結(jié)果相反，在北京東靈山地區(qū)植被春季物候期推遲，秋季物候期提前，生長(zhǎng)季縮短，可能是由于北京山區(qū)春季和夏季氣溫升高都很明顯，同時(shí)降水量也發(fā)生明顯減少，這種暖干的天氣，使夏季氣溫對(duì)春季物候影響更大，使降水對(duì)秋季物候的影響變大，造成了物候的差異，也驗(yàn)證了徐波[25]的研究:植被物候?qū)夂蜃兓捻憫?yīng)十分敏感，在全球氣候變化下，植物物候并不是簡(jiǎn)單地表現(xiàn)為春季植物物候提前，秋季物候推遲，植物的生長(zhǎng)季延長(zhǎng)，而是存在明顯的區(qū)域、物種和研究尺度上的差異。