2001—2020年藏東南蘋果物候期變化特征分析

白宇軒，杜 軍，王 挺，索朗旺堆

（1西藏自治區(qū)林芝市氣象局，西藏 林芝 860000；2西藏高原大氣環(huán)境科學研究所，西藏 拉薩 850001；3中國氣象局墨脫大氣水分循環(huán)綜合觀測野外科學試驗基地，西藏 林芝 860700）

0 引言

物候變化被認為是全球氣候變化的一項獨立證據(jù)[1-2]，它能夠反應植被生長變化與氣候變化，幫助理解植被生態(tài)過程、量化氣象變化對陸地生態(tài)系統(tǒng)的影響[3]。大量研究表明，氣候變化可影響植物物候期變化[4-6]和生長季變化[7-9]。MENZEL等[10]分析認為歐洲78%的植物展葉、開花、果實物候均有提前趨勢，只有3%明顯推遲；而葉變色和落葉物候期變化趨勢不明顯。徐佳等[11]研究指出1950—2015年中國木本植物春/夏季物候期（展葉始期、開花始期）有87.4%的記錄呈現(xiàn)提前趨勢；秋季物候期（葉始變色期、葉全變色期）有71.5%記錄呈推遲趨勢，而57.7%的生長季物候記錄呈延長趨勢。張震等[12]認為氣候變暖背景下中國大部地區(qū)果樹春季物候期提前，秋季物候期推遲。孟凡棟等[13]認為青藏高原的物候初始期變化總體表現(xiàn)為返青期和初花期提前、枯黃期推遲的趨勢，而果實期則保持相對穩(wěn)定?？锥萚14]指出，青藏高原植被生長開始期平均每10年提前2～3天，生長終止日平均每10年延遲1～2天，生長季長度平均每10年延遲1～2天。

在氣候變化和人類活動的影響下，青藏高原植物物候發(fā)生了顯著的變化，而物候的變化將會對植被生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)力以及碳循環(huán)等產(chǎn)生重要的影響[15]。目前，青藏高原草地、作物物候期變化已有研究[16-21]。受蘋果物候觀測數(shù)據(jù)較少的限制，西藏蘋果物候研究鮮見報道，為此本研究選取藏東南蘋果長期連續(xù)的物候觀測數(shù)據(jù)，分析蘋果關鍵物候期對氣候變暖的響應，以期為當?shù)靥O果栽培、管理、育種及種植區(qū)劃等提供科技支撐。

1 研究區(qū)概況

西藏自治區(qū)林芝市巴宜區(qū)(29°21′—30°15′N，93°27′—95°17′E)地處青藏高原念青唐古拉山東南麓，位于西藏東南部。南部為岡底斯山余脈，北部屬念青唐古拉山支脈高山地段，境內(nèi)平均海拔3000 m。受印度洋暖濕氣流的影響，區(qū)域?qū)俑咴瓬貛Ъ撅L半濕潤氣候，夏季溫暖濕潤、雨水多，冬季較冷、干燥。年平均氣壓708.1 hPa，年日照時數(shù)2022.0 h，年太陽總輻射4224.2 MJ/m2，年平均氣溫9.1℃，氣溫年較差15.1℃，年極端最高氣溫30.6℃，年極端最低氣溫-13.7℃，≥0℃積溫3319.9℃·d；年降水量692.7 mm，最大日降水量65.6 mm，年蒸發(fā)量1808.3 mm，年平均相對濕度64%，年無霜期173天。

蘋果是西藏主要經(jīng)濟林果之一，在自治區(qū)果業(yè)生產(chǎn)中占有舉足輕重的地位。藏東南（林芝市）蘋果產(chǎn)區(qū)是西藏重要蘋果產(chǎn)區(qū)，也是產(chǎn)量最大的地區(qū)。2020年全自治區(qū)蘋果種植面積為1670 hm2，總產(chǎn)量達7959 t[22]，其中林芝市蘋果種植面積為557 hm2，總產(chǎn)量為4506 t，分別占全自治區(qū)種植面積和總產(chǎn)量的33.4%和56.6%。

2 數(shù)據(jù)來源和研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源和處理

蘋果物候期數(shù)據(jù)來源于西藏自治區(qū)林芝農(nóng)業(yè)氣象觀測站，觀測依據(jù)和標準按照中國氣象局《農(nóng)業(yè)氣象觀測規(guī)范》[23]。西藏物候觀測較晚，始于21世紀初。本研究選取2001—2020年林芝蘋果芽開放期(Buds opening，BO)、展葉始期(First leaf unfolding，LU)、開花始期(First flowering，F(xiàn)F)、可采成熟期(Fruit maturing，F(xiàn)M)、葉變色末期(End of leaf coloring，LC)和落葉末期(End of leaf fall，LF)為關鍵物侯期，并根據(jù)蘋果生長發(fā)育特點，增加了果實生長發(fā)育期(Length of fruit growing period，F(xiàn)G)和果樹生長季(Length of tree growing season，TG)進行分析。果實生長發(fā)育期指蘋果花子房授精后到蘋果成熟期（子房授精時間定為始花期后8天），果樹生長季指展葉始期至葉變色末期[24-25]。其中，芽開放期、展葉始期和開花始期為春季物候期，可采成熟期、葉變色末期和落葉末期為秋季物候期。

氣象要素來源于西藏自治區(qū)氣象信息網(wǎng)絡中心，選取同時段的逐日平均氣溫(Tm)、最高氣溫(Tmax)、最低氣溫(Tmin)、相對濕度(RH)、降水量(Pr)和日照時數(shù)(S)等數(shù)據(jù)。

2.2 研究方法

蘋果物候期及生長期長度、氣候要素的變化趨勢均利用線性傾向估計法，并采用F檢驗法對其顯著性進行檢驗（P＜0.10、P＜0.05、P＜0.01和P＜0.001）。

運用Pearson相關系數(shù)分析各氣候要素與物候期及生長期長度的相關性，采用t檢驗進行顯著性檢驗，再利用優(yōu)勢分析方法[26]討論影響物候期及生長期長度變化的主導因子。

數(shù)據(jù)處理、分析和繪圖均采用Excel 2007軟件完成，并利用DPS數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)[27]提供的優(yōu)勢分析方法進行計算和分析。

3 結(jié)果與分析

3.1 物候期和生長發(fā)育期長度平均態(tài)特征

如表1所示，2001—2020年藏東南蘋果芽開放期平均出現(xiàn)在3月19日，最早可提早到3月初，最晚延遲至4月初，早晚相差29天；展葉始期出現(xiàn)在3月中旬—4月上旬，平均日期為3月29日；開花始期最早在3月下旬，最晚較最早偏遲33天，出現(xiàn)在4月下旬，平均日期為4月15日；可采成熟期平均日期為9月23日，最早9月中旬，最遲10月中旬，兩者相差30天；葉變色末期最晚可推遲到11月底，最早11月初，早晚相差24天，平均日期為11月14日；落葉末期出現(xiàn)在11月中旬—12月下旬，早晚相差33天。蘋果全生育期長度平均為241天，最長與最短相差30天；果實生長發(fā)育期長度平均為153天，最長與最短長度相差41天。與中國蘋果主產(chǎn)地比較[24]，藏東南果樹生長季長度要偏長15～18天，而果實生長發(fā)育期長度卻偏短8～33天。

3.2 物候期及其長度的變化趨勢

從2001—2020年藏東南蘋果各物候期和生長發(fā)育期長度的變化趨勢來看（表1），蘋果各物候期均呈推遲趨勢，平均每10年推遲2.11～10.20天（除可采成熟期未通過顯著性檢驗外，P＜0.10），以開花始期推遲的最多(P＜0.01)，其次是展葉始期，為9.53 d/10 a(P＜0.01)；春季物候期較秋季物候期推遲的明顯。果實生長發(fā)育期長度表現(xiàn)為顯著的縮短趨勢，平均每10年縮短8.10天（圖1，P＜0.01），而果樹生長季長度縮短趨勢不顯著，為-1.59 d/10 a。與中國蘋果主產(chǎn)地比較[24]，主產(chǎn)地秋季物候期為推遲，春季物候期為提前，而藏東南各物候期均為推遲。主產(chǎn)地果實生長發(fā)育期長度和果樹生長季長度均呈延長趨勢，然而藏東南兩者卻趨于縮短。

表1 2001—2020年藏東南蘋果物候期的氣候特征值

圖1 2001—2020年藏東南蘋果果實生長發(fā)育期長度的變化

3.3 物候期氣候要素的變化趨勢

表2給出了2001—2020年蘋果各物候期間氣候要素的線性變化趨勢，結(jié)果顯示：（1）芽開放期—可采成熟期Tm、Tmax、Tmin呈升高趨勢，升幅為0.57～1.38℃/10 a，其中以芽開放期—展葉始期Tmin升幅最大(P＜0.01)；期間的Pr呈現(xiàn)出增加趨勢，為0.84～13.84 mm/10 a；而S傾向于減少，平均每10年減少6.31～150.74 h，以開花始期—可采成熟期S減幅最為明顯；≥0℃積溫(∑T0)以升高趨勢為主。（2）可采成熟期以后，Tm、Tmax、Tmin、RH、Pr均趨于下降，氣溫平均每10年降低0.15～1.41℃，以葉變色末期—落葉末期間的Tmin降溫率最大；DTR趨于增大，以可采成熟期—葉變色末期最為明顯，平均每10年增大0.50℃；S、∑T0在可采成熟期—葉變色末期趨于增加，而在葉變色末期—落葉末期卻呈減少趨勢。（3）在果實生長生育期內(nèi)，Tm、Tmax、Tmin、Pr均表現(xiàn)為上升趨勢，其他要素趨于下降，其中S減幅達152.89 h/10 a(P＜0.01)。（4）就整個果樹生長季而言，只有Pr、RH、S呈下降趨勢，仍以S減幅最大，為112.47 h/10 a(P＜0.01)；其他氣候要素均表現(xiàn)為上升趨勢。

表2 2001—2020年藏東南部蘋果物候期氣候要素的變化趨勢

此外，還發(fā)現(xiàn)2001—2020年果樹生長季的Tmax、DTR表現(xiàn)出先增后降的二次曲線變化趨勢（圖2a、b），其中前10年（2001—2010年）趨于顯著的升高，升幅分別 為 0.16℃/a(P＜0.01)、0.13℃/a(P＜0.01)；后 10 年（2011—2020年）呈顯著的下降趨勢，平均每年分別降低0.07℃(P＜0.05)和0.13℃(P＜0.01)。S也表現(xiàn)出先增后降的二次曲線變化（圖2c），其中前10年呈升高趨勢，為24.16 h/a(P＜0.10)，后10年以-21.82 h/a的速度趨于減少(P＜0.05)。如圖2d、e所示，RH、Pr波動較大，總體上呈現(xiàn)為“降—升—降”的變化趨勢，RH在2001—2006、2007—2015、2016—2020年3個階段的變幅分別為-1.27%/a、0.89%/a、-1.24%/a，其中前2個通過P＜0.01；Pr在2001—2006、2007—2015、2016—2020年3個階段的變幅較大，依次為-34.06、23.22、-40.85 mm/a，但未通過顯著性檢驗水平?！芓0不同，表現(xiàn)為“升—降—升”的變化趨勢（圖 2f），在 2001—2006、2007—2015、2016—2020年 3個時段分別以 41.07、-32.79、93.61(℃·d)/a的速度顯著變化(P＜0.05)，增幅明顯大于減幅。

圖2 2001—2020年藏東南蘋果果樹生長季的氣候要素變化

3.4 物候期與氣候要素的關系

3.4.1 物候期 首先采用Pearson相關系數(shù)分析了前期逐旬氣候要素與藏東南蘋果物候期的相關性，再通過優(yōu)勢分析方法，從通過顯著性檢驗(P＜0.05)的氣候因子中選取主導因子（表3），結(jié)果發(fā)現(xiàn)：（1）芽開放期不僅與1月下旬Tmin、2月上旬RH呈顯著的正相關，還與1月上旬Pr、3月上旬S存在顯著的負相關。其中，1月上旬Pr是主導因子，從圖3a可知，1月上旬Pr平均每增加（減少）1 mm，芽開放期推遲（提前）1.78天。（2）展葉始期和開花始期與3月上中旬Tm、Tmax呈顯著的負相關，也與3月上中旬S有著顯著的負相關關系。其中，3月中旬S是影響展葉始期變化的主導因子，而3月上旬Tmax卻是影響開花始期早晚的主導因子。如圖3b、c所示，3月中旬S每增加（減少）10 h，展葉始期提前（推遲）4.58天；3月上旬Tmax每升高（降低）1℃，開花始期提前（推遲）3.29天。（3）8月下旬Tm是影響可采成熟期變化的主導因子，兩者相關系數(shù)為0.534，為正相關，也就是說Tm每升高1℃，可采成熟期推遲3.15天（圖3d）。（4）影響葉變色末期變化的氣候因子有10月上中旬Tmin和10月中旬S，其中10月中旬S為主導因子，兩者為負相關，相關系數(shù)為-0.557(P＜0.05)。從圖3e來看，10月中旬S每增加（減少）10 h，葉變色末期提前（推遲）2.97天。（5）與落葉末期存在顯著相關的氣候因子有10月上旬Tm、Tmin和11月上旬Tm、Tmin，其中10月上旬Tmin是主導因子，相關關系為0.498，如圖3f所示，10月上旬Tmin升高（下降）1℃，落葉末期推遲（提早）2.84天。

表3 影響藏東南蘋果物候期的主要氣候因子

圖3 藏東南蘋果物候期與主導氣候因子的點聚圖

3.4.2 物候生長期長度 根據(jù)表4給出的藏東南部蘋果物候期長度與同期氣候要素的相關系數(shù)來看，各物候期長度均與DTR的相關性不顯著；大部分物候期長度與S、∑T0呈顯著的正相關，相關系數(shù)大于0.620(P＜0.01)；僅有個別物候期長度與Tm、Tmax、Tmin、RH和Pr存在顯著的相關性，如開花始期—可采成熟期長度、果實生長發(fā)育期長度與Tm、Tmax呈顯著的負相關(P＜0.05)；可采成熟期—葉變色末期長度與RH存在較顯著的負相關(P＜0.10)；降水量只與芽開放期—展葉始期長度、葉變色末期—落葉末期長度有著顯著的正相關關系(P＜0.10)。

表4 2001—2020年藏東南部蘋果物候期長度與氣象要素的相關系數(shù)

同理分析了影響各物候生長期長度變化的主導氣候因子，除葉變色末期—落葉末期是S外，其他物候期為∑T0。其中，∑T0對果實生長發(fā)育期長度和果樹生長季長度的影響，其貢獻率分別24.9%、29.9%。

4 結(jié)論與討論

（1）藏東南蘋果果樹生長季長度和果實生長發(fā)育期長度平均值分別為241、153天。與中國蘋果主產(chǎn)地比較，藏東南果樹生長季長度偏長15～18天，而果實生長發(fā)育期長度卻偏短8～33天。

（2）2001—2020年藏東南蘋果各物候期均呈推遲趨勢，平均每10年推遲2.11～10.20天，以開花始期推遲的最多；春季物候期較秋季物候期推遲的明顯。果實生長發(fā)育期長度以8.10 d/10 a的速度顯著縮短，而果樹生長季長度呈略縮短趨勢。中國蘋果主產(chǎn)地秋季物候期為推遲，春季物候期為提前，而藏東南各物候期均為推遲；主產(chǎn)地果實生長發(fā)育期長度、果樹生長季長度都呈延長趨勢，然而藏東南兩者卻趨于縮短。

（3）2001—2020年藏東南蘋果可采成熟期之前各物候期間Tm、Tmax、Tmin、Pr趨于增加，S減少，∑T0以升高為主?？刹沙墒炱谥?，Tm、Tmax、Tmin、RH、Pr均趨于下降，DTR增大；S、∑T0表現(xiàn)不一，葉變色末期前為增加，之后卻呈減少趨勢。整個果樹生長季內(nèi)，只有Pr、RH、S呈下降趨勢，氣溫等其他氣候要素均表現(xiàn)為上升趨勢。

（4）藏東南春季物候期的主導因子為1月上旬Pr、3月上旬Tmax、3月中旬S，秋季物候期的主導因子是8月下旬Tm、10月上旬Tmin、10月中旬S。其中，3月中旬S每增加（減少）10 h，展葉始期提前（推遲）4.58天；3月上旬Tmax每升高（降低）1℃，開花始期提前（推遲）3.29天；8月下旬Tm每升高1℃，可采成熟期推遲3.15天。

（5）藏東南蘋果大部分物候期長度與S、∑T0呈顯著的正相關，僅有個別物候期長度與Tm、Tmax、Tmin、RH和Pr存在顯著的相關性。影響物候期長度的主導氣候因子，除葉變色末期—落葉末期是S外，其他物候期為∑T0。