青海貴南自然物侯對(duì)氣候變化的響應(yīng)研究

李國(guó)玉 聶永喜 達(dá)娃央宗 聶一丹

摘要 利用統(tǒng)計(jì)和突變分析方法，對(duì)貴南地區(qū)1978—2018年氣候和4種植物物候（1992—2018年）的趨勢(shì)變化特征進(jìn)行了分析，探討了植物關(guān)鍵物候期與溫度、降水的相關(guān)性以及對(duì)溫度變化的響應(yīng)趨勢(shì)。結(jié)果表明，貴南地區(qū)溫度、降水、日照時(shí)數(shù)的年際變化與氣候變化基本相一致，溫度呈上升趨勢(shì)，降水呈增加趨勢(shì)，日照時(shí)數(shù)呈下降趨勢(shì)。物候期變化受當(dāng)?shù)貧庀髼l件及地理環(huán)境等因素的綜合影響，溫度、降水、日照是影響植物生長(zhǎng)發(fā)育狀況的重要?dú)庀笠蜃?。草本植物展葉盛期推遲明顯，開花盛期趨勢(shì)傾向率的變化幅度比展葉盛期要小一些，果實(shí)或種子完全成熟期變化趨勢(shì)差異較大，黃枯普遍期一致提前;木本植物春季展葉盛期、落葉始期推遲的趨勢(shì)不明顯;果實(shí)或種子成熟期提前的趨勢(shì)不明顯。貴南地區(qū)年平均溫度在1996年后開始逐步上升，突變發(fā)生在1994—1996年，植物全物候期突變點(diǎn)都發(fā)生在溫度突變以后。植物物候?qū)夂蜃兓憫?yīng)比較敏感，掌握當(dāng)?shù)貧夂蚝臀锖蜃兓?guī)律及可能產(chǎn)生的影響，對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)、治理有一定的參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞 物候期;氣候變化;氣象因子;突變

中圖分類號(hào)：Q948 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-3305（2020）02-029-04

DOI： 10.19383/j.cnki.nyzhyj.2020.02.013

Response of Natural Climate to Climate Change in Guinan of Qinghai Province

LI Guo-yu? et al（Guinan Meteorological Bureau of Qinghai Province，Guinan，Qinghai 813199）

Abstract By using the methods of statistics and mutation analysis，the trend change characteristics of climate in Guinan area from 1978 to 2018 and four plant phenology （1992-2018） were analyzed，and the correlation between key plant phenology and temperature，precipitation and the response trend to temperature change were discussed. The results showed that the interannual changes of temperature，precipitation and sunshine hours were basically consistent with the climate change，the temperature and the precipitation were on the rise，and the sunshine hours were on the decline. The change of phenology was affected by local meteorological conditions and geographical environment. Temperature，precipitation and sunshine were important meteorological factors that affect the growth and development of plants. The trend tendency rate of herbaceous plants in flowering stage was lower than that in leaf developing stage，and the trend of fruits or seeds in full maturity stage was different，and the general stage of yellow blight was advanced. The trend of delay in leaf development in spring and defoliation of woody plants was not obvious. The trend of advance in fruit or seed maturity was not obvious. The annual average temperature of Guinan area began to rise gradually after 1996，and the mutation occurred in 1994-1996. The whole phenological mutation of plants occurred after the temperature mutation. The response of plant phenology to climate change was relatively sensitive. Mastering the local climate and phenology change rules and possible impacts had certain reference value for agricultural production，ecological environment monitoring and governance.

Key words? ?Phenology;Climate change;Meteorological factors;Mutation

物候指自然環(huán)境中植物、動(dòng)物生命活動(dòng)的季節(jié)現(xiàn)象和一年中特定時(shí)間出現(xiàn)某些氣象、水文現(xiàn)象[1]。中國(guó)是世界上最先開始研究自然物候的。從古至今流傳著許許多多的自然物候諺語(yǔ)，這些都是古代辛勤勞動(dòng)者的智慧結(jié)晶。植物為了適應(yīng)自然氣候的節(jié)律變化而形成對(duì)應(yīng)的發(fā)育情況就是物候。影響物候的氣象條件主要有溫度、光照、水分等因素，但物候?qū)夂蜃兓捻憫?yīng)依據(jù)不同區(qū)域和不同物種而異[2]。貴南地區(qū)屬于半農(nóng)半牧的高海拔地區(qū)，探討物候期變化與各氣象因子的相關(guān)關(guān)系，揭示氣候變化條件下貴南地區(qū)木本、草本植物物候期變化對(duì)氣候變化的響應(yīng)狀況，為當(dāng)?shù)剞r(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)及未來氣候變化、充分利用氣候資源等提供準(zhǔn)確的依據(jù)。

貴南地處青藏高原東北部，由于受青藏高原的動(dòng)力和熱力作用對(duì)季風(fēng)環(huán)流的影響，春季多大風(fēng)天氣，氣候較為干燥，夏季受副熱帶高壓外圍影響，局地出現(xiàn)短時(shí)強(qiáng)降水頻率較高;秋季易發(fā)生連陰雨天氣;冬季受冷空氣影響，多寒潮降溫天氣出現(xiàn)[3-5]。筆者對(duì)貴南近30年的自然物侯和氣候變化的規(guī)律進(jìn)行研究，對(duì)當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)和監(jiān)測(cè)環(huán)境生態(tài)變化等具有十分重要的指導(dǎo)意義，能更好地為貴南地區(qū)農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)服務(wù)。

1 資料與方法

1.1 資料來源

選用1978—2018年青海省貴南縣氣象觀測(cè)站觀測(cè)記錄和1992—2018年物候資料。按照3—5月為春季，6—8月為夏季、9—11月為秋季，12月至翌年2月為冬季來劃分季節(jié)。草本植物物候觀測(cè)以當(dāng)?shù)爻Ｒ?，分布較廣，指示性強(qiáng)，對(duì)季節(jié)變化反映明顯，露地栽植或野生的蒲公英、車前、馬藺為例;木本植物以經(jīng)過物種鑒定，發(fā)育正常，達(dá)到開花結(jié)實(shí)3年以上的中齡數(shù)的小葉楊為例。草本植物觀測(cè)地段位于氣象觀測(cè)場(chǎng)北面，距氣象觀測(cè)場(chǎng)約20 m，木本植物觀測(cè)地段位于氣象觀測(cè)場(chǎng)東北面，距氣象觀測(cè)場(chǎng)約30 m，草本和木本植物生長(zhǎng)土壤質(zhì)地均為沙壤土。

1.2 研究方法

采用氣候傾向率法，用線性相關(guān)系數(shù)判斷變化趨勢(shì)的程度是否顯著[6]。用相關(guān)系數(shù)r表示物候期參數(shù)與年份間線性相關(guān)的密切程度。利用Mann？鄄Kendall突變法[7-8]對(duì)物候日數(shù)變化情況進(jìn)行突變檢查。

2 結(jié)果與分析

2.1 氣候與物候年季變化趨勢(shì)

為了進(jìn)行不同物理量間的對(duì)比，將物候和氣候資料轉(zhuǎn)化為無量綱參數(shù)表達(dá)，用氣候傾向率法和線性估計(jì)法，對(duì)物候和氣候的變化進(jìn)行趨勢(shì)特征分析。

從表1可以看出，貴南年平均氣溫呈逐步升高的趨勢(shì)，年平均升溫率為0.026℃;降水量呈增多趨勢(shì)，降水量每年以4.681 mm增加;日照時(shí)數(shù)呈減少的趨勢(shì)，平均每年減少3.6 h。夏、秋季溫度上升趨勢(shì)比冬、春季顯著;夏季降水增加趨勢(shì)明顯，是春、秋季的3倍，冬季增加不明顯;四季光照均呈減少趨勢(shì)，春、夏、秋、冬季分別以0.01、0.41、0.41、0.49 h/年遞減率遞減。貴南地區(qū)溫度、降水、日照時(shí)數(shù)的年際變化與氣候變化基本相一致，溫度呈上升趨勢(shì)，降水呈增加趨勢(shì)，日照時(shí)數(shù)呈下降趨勢(shì)[9-10]。

在大的氣候環(huán)境下，草本和木本植物物候期在一定程度上都發(fā)生了不同的變化。對(duì)3種草本植物的展葉盛期、開花盛期、果實(shí)或種子完全成熟期、黃枯普遍期和1種木本植物的展葉盛期、果實(shí)或種子成熟期、落葉始期進(jìn)行趨勢(shì)傾向率分析（表2～3）。 為了更清楚地了解關(guān)鍵物候期變化趨勢(shì)，給出了草本植物展葉盛期、黃枯普遍期和木本植物展葉盛期、落葉始期隨時(shí)間變化的距平圖（圖1～4）。分析發(fā)現(xiàn)，草本植物展葉盛期推遲明顯，趨勢(shì)傾向率為0.64～1.08 d/年;開花盛期趨勢(shì)傾向率的變化幅度比展葉盛期要小一些，變化趨勢(shì)最大為馬藺（-0.7 d/年）;果實(shí)或種子完全成熟期變化趨勢(shì)差異較大，蒲公英趨勢(shì)傾向率為1.00 d/年，推遲明顯，馬藺趨勢(shì)傾向率為-2.87 d/年，提前顯著;黃枯普遍期一致提前，蒲公英提前趨勢(shì)達(dá)到1.42 d/年。木本植物春季展葉盛期、落葉始期推遲的趨勢(shì)不明顯，趨勢(shì)傾向率為0.10～0.24 d/年;果實(shí)或種子完全成熟期提前的趨勢(shì)不明顯。從圖1～2可以看出，草本植物開花盛期總體呈提前趨勢(shì)，馬藺平均每10年提前7 d，蒲公英和車前平均每10年提前2 d;黃枯普遍期蒲公英提前最為明顯，平均每10年提前14 d，馬藺和車前平均每10年提前6 d左右。木本植物展葉盛期和落葉始期呈推遲趨勢(shì)，分別每10年推遲1 d和2 d左右。這一結(jié)論與許多文獻(xiàn)研究的結(jié)果一致，春季草本植物和木本植物的發(fā)育期表現(xiàn)為一致推遲的現(xiàn)象，夏秋季草本植物物候發(fā)育期總體提前，生長(zhǎng)季相對(duì)縮短;木本植物春季物候略有推后的趨勢(shì)，果實(shí)或種子成熟期提前，秋季落葉始期推遲，生長(zhǎng)季相對(duì)縮短。

2.2 植物物候與氣候變化的相關(guān)分析

根據(jù)許多研究表明，植物物候期的變化與相應(yīng)時(shí)間內(nèi)的氣象因素有十分密切的相關(guān)[11]，根據(jù)貴南氣候趨勢(shì)變化及氣象因素的特征分析，近40年氣溫每10年以0.26℃升高，降水和日照時(shí)數(shù)變化比較顯著，降水量每10年以46.8 mm增加，日照時(shí)數(shù)每10年以35.6 h減少。植物生長(zhǎng)的每個(gè)階段與光照密切相關(guān)，光照對(duì)植物的生長(zhǎng)有促進(jìn)作用。雖然貴南地區(qū)日照時(shí)數(shù)呈逐年遞減趨勢(shì)，但貴南屬于光照充足地帶，光照能滿足植物的生長(zhǎng)。由于物候期與其發(fā)生時(shí)和發(fā)生前2～3個(gè)月的氣象條件相關(guān)性比較顯著[12]，所以該文對(duì)物候期發(fā)生時(shí)前1個(gè)月、前3個(gè)月的平均溫度、降水量與植物各個(gè)發(fā)育期進(jìn)行了相關(guān)性分析。因?yàn)橹参锶锖蚱跁r(shí)間跨度較長(zhǎng)從3月一直到11月，所以全物候期只分析了當(dāng)年相關(guān)的氣象要素。

從表4～5可以看出，草本植物展葉盛期與前1月溫度呈負(fù)相關(guān)，與前1月降水呈正相關(guān)，與前3月溫度呈正相關(guān)，與前3月降水呈負(fù)相關(guān)，相關(guān)性均不顯著。3月開始貴南地區(qū)溫度緩慢回升，3月底0～30 cm土壤完全解凍，降水增加了土壤墑情，蒲公英、車前對(duì)溫度、降水的反應(yīng)比較敏感。草本植物開花期、果實(shí)或種子成熟期、黃枯普遍期，與前1月、前3月溫度和降水呈負(fù)相關(guān)，開花期與降水的相關(guān)性最為顯著，黃枯普遍期與溫度的相關(guān)性顯著，說明開花-黃枯普遍期植物對(duì)溫度、水分反應(yīng)較為敏感?？梢?，展葉期對(duì)溫度較敏感，相對(duì)較高的溫度有利于加速植物體內(nèi)酶反應(yīng)，加速細(xì)胞的分裂和伸長(zhǎng)，隨著地溫的升高，植物根系變發(fā)達(dá)，吸水儲(chǔ)水能力加強(qiáng);充足的陽(yáng)光促進(jìn)了植物光合作用，促進(jìn)了葉芽的生長(zhǎng)，從而促進(jìn)了葉片的發(fā)育，使展葉期提前。相對(duì)較高的溫度和充足的陽(yáng)光有利于植物的生長(zhǎng)和發(fā)育，而且充足的陽(yáng)光能使植物種子內(nèi)的有機(jī)物累積，從而增加種子內(nèi)的蛋白質(zhì)。植物物候期的變化不僅受氣象因素的影響，還受地理環(huán)境等多方面因素的影響，所以氣象要素與部分草本植物物候期相關(guān)性不太明顯。

木本植物小葉楊展葉期與溫度和前期的降水呈負(fù)相關(guān)，可見溫度、降水量對(duì)展葉盛期遲早的影響很大，氣溫偏高，降水偏多，展葉盛期提前。相對(duì)較高的溫度有利于加速植物體內(nèi)酶反應(yīng)，加速細(xì)胞的分裂和伸長(zhǎng)，隨著地溫的升高，植物根系變發(fā)達(dá)，吸水儲(chǔ)水能力加強(qiáng);充足的陽(yáng)光促進(jìn)了植物光合作用，促進(jìn)了葉芽的生長(zhǎng)，從而促進(jìn)了葉片的發(fā)育;木本植物體內(nèi)的含水量達(dá)70%，所以充足的水分才能使細(xì)胞維持正常形態(tài)，能夠維持細(xì)胞的緊張度，使植物體的樹葉挺立，所以展葉盛期對(duì)降水響應(yīng)較為敏感[13]。果實(shí)或種子成熟期與溫度呈較弱的正相關(guān)，與降水呈明顯的負(fù)相關(guān);落葉始期與溫度和降水相關(guān)性不明顯。9月貴南地區(qū)已進(jìn)入霜期，小葉楊生長(zhǎng)已進(jìn)入末期，對(duì)溫度、水分變化已不敏感。

2.3 植物物候與溫度突變的響應(yīng)

常見的氣候突變是被定義為氣候從一個(gè)平均值到另一個(gè)平均值的急劇變化，它表現(xiàn)為氣候變化的不連續(xù)性，這個(gè)定義能夠較好地反映一個(gè)氣候某基本狀況（特征平均值）的變化。該文使用M-K突變的方法對(duì)草本及木本植物的全物候期和年平均溫度的變化趨勢(shì)進(jìn)行了突變檢驗(yàn)，UF、UB兩條折線分別表示正反向變化趨勢(shì)，二者相交的點(diǎn)為突變點(diǎn)。

因?yàn)橹参锔鱾€(gè)物候期發(fā)生時(shí)間不一樣，而且同一物候期在不同年份出現(xiàn)的月份也不同，所以該文只繪制了全物候期與年溫度突變圖（圖5～9），表6中展示草本、木本植物關(guān)鍵物候期與前1、3月溫度的突變年份點(diǎn)。從圖5～9可以看出，突變發(fā)生于1994—1996年，1996年后年平均溫度開始逐步上升，很多文獻(xiàn)中提出20世紀(jì)80年代初期出現(xiàn)溫度升高的情況，溫度突變發(fā)生在20世紀(jì)80年代中后期，而貴南地區(qū)略微延后，突變發(fā)生后，植物全物候期都出現(xiàn)了延長(zhǎng)的趨勢(shì)，在溫度突變以后出現(xiàn)了物候期突變，小葉楊在2001年，草本植物（車前、馬藺、蒲公英）在1995—1996年。一般，展葉期和果實(shí)或種子成熟期的突變發(fā)生于前1月或前3月平均溫度，溫度突變之后。其中展葉盛期與其前1月的平均溫度突變有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，基本上物候期發(fā)生突變出現(xiàn)在溫度突變發(fā)生的一兩年內(nèi)（表6）。

溫度出現(xiàn)突變以后，基本上物候期都緊接著發(fā)生了突變，可以看出，氣候變化對(duì)植物物候期影響較為明顯，可以對(duì)同一時(shí)間段或前期的氣候變化做出響應(yīng)，在衡量區(qū)域氣候變化和環(huán)境變化時(shí)可以作為一項(xiàng)重要指標(biāo)。從另一個(gè)角度看，物候期對(duì)氣候變化敏感，能對(duì)相同或更早的氣候變化做出反應(yīng)，它可以作為區(qū)域氣候變化的指標(biāo)[15]。

3 小結(jié)

（1）1978—2018年貴南地區(qū)溫度、降水、日照時(shí)數(shù)的年際變化與氣候變化基本相一致，溫度呈上升趨勢(shì)，降水呈增加趨勢(shì)，日照時(shí)數(shù)呈下降趨勢(shì)。夏、秋季溫度上升趨勢(shì)比冬、春季顯著;夏季降水增加趨勢(shì)明顯，是春、秋季的3倍，冬季降水增加不明顯;四季光照均呈減少趨勢(shì)，春、夏、秋、冬季分別以每年0.01、0.41、0.14、0.49 h遞減。

（2）草本植物展葉盛期推遲明顯，開花盛期趨勢(shì)傾向率的變化幅度比展葉盛期要小一些;果實(shí)或種子完全成熟期變化趨勢(shì)差異較大，蒲公英趨勢(shì)傾向率為1.00，推遲明顯，馬藺趨勢(shì)傾向率為-2.87 d/年，提前顯著;黃枯普遍期一致提前，蒲公英提前趨勢(shì)達(dá)到1.42 d/年。木本植物春季展葉盛期、落葉始期推遲的趨勢(shì)不明顯;果實(shí)或種子成熟期提前趨勢(shì)為0.18 d/年，較為不明顯。

（3）植物物候期的變化不僅受氣象因素的影響，還受地理環(huán)境等多方面因素的影響，溫度、降水、日照是影響植物生長(zhǎng)發(fā)育狀況的重要?dú)庀笠蜃印２荼局参镎谷~盛期與前1月溫度呈負(fù)相關(guān)，與前1月降水呈正相關(guān)，與前3月溫度呈正相關(guān)，與前3月降水呈負(fù)相關(guān)，相關(guān)性均不顯著;3月開始貴南地區(qū)溫度緩慢回升，3月底0～30 cm土壤完全解凍，降水增加了土壤墑情，蒲公英、車前對(duì)溫度、降水的反應(yīng)比較敏感;開花期、果實(shí)或種子成熟期、黃枯普遍期，與前1月、前3月溫度、降水呈負(fù)相關(guān)，開花期與降水的相關(guān)性最為顯著，黃枯普遍期與溫度的相關(guān)性顯著。木本植物小葉楊展葉期與溫度和前期的降水呈負(fù)相關(guān)，氣溫偏高，降水偏多，展葉盛期提前;果實(shí)或種子成熟期與溫度呈較弱的正相關(guān)，與降水呈明顯的負(fù)相關(guān);落葉始期與溫度和降水相關(guān)性不明顯。9月中下旬貴南地區(qū)最低溫度達(dá)到0℃以下，進(jìn)入霜期，木本植物小葉楊樹葉逐漸枯黃，對(duì)氣象要素的變化已不敏感。

（4）貴南地區(qū)年平均溫度在1996年后開始逐步上升，突變發(fā)生在1994—1996年，植物全物候期突變點(diǎn)都發(fā)生在溫度突變以后，小葉楊在2001年，草本植物（車前、馬藺、蒲公英）在1995—1996年。一般，展葉期和果實(shí)或種子成熟期的突變發(fā)生于前1月或前3月平均溫度，溫度突變之后。其中展葉盛期與其前1月的平均溫度突變有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，基本上物候期發(fā)生突變出現(xiàn)在溫度突變發(fā)生的一兩年之內(nèi)。物候期發(fā)生突變一般都出現(xiàn)在溫度突變之后，而且都是緊隨其后，從另一角度說明，氣候變化對(duì)植物物候期變化較為明顯，可以對(duì)同一時(shí)間段或前期的氣候變化做出響應(yīng)，在衡量區(qū)域氣候變化和環(huán)境變化時(shí)可以作為一項(xiàng)重要指標(biāo)。另外，通過分析植物物候期與溫度突變的關(guān)系和差異可以看出植物物候期與溫度有非常密切的關(guān)系，一般在溫度發(fā)生突變的近幾年或者同一年物候期也都發(fā)生了突變。可以看出當(dāng)氣候從一個(gè)平均值的穩(wěn)定狀態(tài)到另一個(gè)平均值的穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，植物物候期也會(huì)發(fā)生類似的突變現(xiàn)象。說明物候與氣候條件確實(shí)存在著許多聯(lián)系，不同物候期對(duì)氣候變化會(huì)做出不同的響應(yīng)。

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責(zé)任編輯：鄭丹丹