□ 張新雨 方江平,2,3,4,5 屈興樂,2,3,4,5 唐 佳,2,3,4,5
(1.西藏農(nóng)牧學(xué)院高原生態(tài)研究所,西藏 林芝,860000;2.西藏林芝高山森林生態(tài)系統(tǒng)國家野外科學(xué)測研究站,西藏 林芝 860000;3.西藏高原森林生態(tài)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,西藏 林芝 860000;4.西藏高原森林生態(tài)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,西藏 林芝 860000;5.西藏自治區(qū)高寒植被生態(tài)安全重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,西藏 林芝 860000)
曾有研究表明,季前降雨對(duì)植物返青期的作用并不大,并且認(rèn)為在植物返青期間,氣溫對(duì)植物的生長起著主要的作用。然而這一結(jié)論在近幾年被推翻,已有充分的研究證明,季前降雨是影響植物返青期的主要因素。季前降雨對(duì)植物返青期的影響是區(qū)域性的,越是在干旱的地區(qū),季前降雨產(chǎn)生的影響越明顯。季前降雨為植物返青期生長提供了重要的水分條件,充足的水分改善了土壤條件和氣溫條件,為植物返青期更好地生長提供了有利的前提條件。
植物物候是指植物在生長過程中產(chǎn)生的規(guī)律及其對(duì)節(jié)候的反應(yīng),而反應(yīng)不是在一個(gè)瞬間,常常會(huì)有一段時(shí)間,所以這段時(shí)間也叫植物的物候期。植物的物候及其變化是受植物生長環(huán)境影響形成的,其中最主要的影響因素是氣候環(huán)境[1]。由于全球地形地質(zhì)的不同,導(dǎo)致氣候條件不同,那么不同的氣候條件便會(huì)造就不同的植物物候。古今中外,有很多關(guān)于植物物候的研究,大部分研究證明,氣溫是影響植物物候及其變化的主要因素,其次就是降水。一些植物還有物候期,尤其是越冬植物。最典型的越冬植物是小麥,小麥的物候期分為越冬期、返青期、起身拔節(jié)期、抽穗期、揚(yáng)花期、灌漿期和乳熟期等。植物的物候變化是指植物的生長與所處的自然環(huán)境的變化,分為季節(jié)變化和年際變化。而植物所處的自然環(huán)境也有多種因素,包括地形、土壤、氣候等因素,本文研究的是氣候中的降水對(duì)植物返青期物候的影響。因?yàn)榻邓@種因素對(duì)自然環(huán)境產(chǎn)生的影響是綜合性的,它不僅對(duì)植物本身產(chǎn)生較大的影響,還會(huì)對(duì)植物的生長環(huán)境產(chǎn)生很大的影響。
1.光照因素
植物如果能夠吸收充足的光照,產(chǎn)生光合作用,那么植物的生長速度以及效果就會(huì)正常;反之,植物則面臨著難以生長的局面。在我國一些地區(qū),為了促進(jìn)植物生長,農(nóng)民通常會(huì)在種植場里安置大棚,然后在大棚里制造出一種與自然光相似的暖光,以促進(jìn)植物的生長。大棚里不僅滿足了植物的溫度需要,還為植物提供了重要的光照。但是,有一些植物,光照越短,它們的生長時(shí)間越長。例如,一些短光照時(shí)間的花,光照時(shí)間越長,花期時(shí)間就越慢。為了讓植物能夠早日開花結(jié)果,一般會(huì)縮短這種植物的光照時(shí)間。光照會(huì)對(duì)植物物候產(chǎn)生不同的作用,并且受自然因素的影響比較大。那么,植物在沒有光照的夜間是什么狀態(tài)呢?夜晚植物會(huì)吸收氧氣,釋放二氧化碳,為維持全球碳氧平衡發(fā)揮著重要的作用。尤其在全球持續(xù)變暖的情況下,植物對(duì)人類生活來說越來越重要。光照對(duì)植物的影響有時(shí)候在整個(gè)氣候影響因素里是位居前列的。但是,也不能盲目地增加植物的光照,一定要因地制宜地按照植物的需求來,這樣植物的物候才能是正常的[2-3]。
2.溫度因素
植物體內(nèi)有一種物質(zhì)叫酶,是促進(jìn)植物生長的主要物質(zhì)之一。而這種物質(zhì)在溫度越高的環(huán)境中,其活躍度也會(huì)變得很高。有研究表明,酶在溫度很高的環(huán)境狀況下,會(huì)讓植物生長的速度更快。根據(jù)全球的地理環(huán)境可以發(fā)現(xiàn),靠近赤道的地區(qū)氣溫很高,顯而易見,赤道地區(qū)的植物生長會(huì)較兩極地區(qū)的植物生長得更快。不僅如此,通常情況下,我們吃到的熱帶水果,如香蕉、火龍果、龍眼和荔枝等,甜度都相當(dāng)高。這就是由于溫度因素影響的植物物候的一種非常明顯的表現(xiàn),這種例子非常常見。長期下來,我們就會(huì)發(fā)現(xiàn)植物物候伴隨溫度變化產(chǎn)生的規(guī)律。從生活的角度出發(fā),在我國的中部及北部地區(qū),通常都是春夏秋冬四季分明的,這樣的情況下,植物的物候便是每個(gè)季節(jié)都不同;而在我國南部沿海地區(qū),通常是四季如春的天氣,相應(yīng)的植物的物候也是常年不變,除非特殊情況發(fā)生,那么植物會(huì)提前感知,植物物候也隨之發(fā)生變化[4]。
3.水分因素
在荒漠地區(qū),許多植物無法生存,這充分說明了水分對(duì)植物存活的作用。我國的西北地區(qū)仍然存在大面積的荒漠,現(xiàn)在華北地區(qū)土地荒漠化的現(xiàn)象也比較嚴(yán)重。為了增加土地中的水分,自古以來,我國研究出許多灌溉方式。土地荒漠化從本質(zhì)上來說,就是土壤缺水十分嚴(yán)重,土壤缺水一旦嚴(yán)重,植物便沒有辦法正常生長。在荒漠地區(qū),氣溫和光照十分充足,但由于水分不足,植物就無法存活。比如在撒哈拉沙漠,靠近赤道的地區(qū),溫度高,日照時(shí)間長,其他的自然環(huán)境都很優(yōu)越,但是缺少水分導(dǎo)致這里的自然環(huán)境很惡劣。如果缺少水分,土壤里的營養(yǎng)物質(zhì)十分稀缺,再加上溫度高,蒸發(fā)旺盛,空氣中的水分也都被蒸發(fā)了,所以植物就無法獲取生長過程中所需要的水分。在溫帶以及亞溫帶地區(qū),降水量能達(dá)到植物的需要。但是降水量不是固定的,每一年的降水量都會(huì)發(fā)生變化。降水變化一定程度上也會(huì)影響植物生長的速度,也就是說,對(duì)植物的物候變化產(chǎn)生了一定的影響。降水量是相對(duì)的,一個(gè)時(shí)期內(nèi)如果降水量過大,也會(huì)對(duì)植物產(chǎn)生不好的影響。
由于植物的種類很多,植物的物候期表現(xiàn)也是千差萬別的,不同的植物物候期的長短以及表現(xiàn)都不同。以果樹的物候期舉例,果樹的物候期分為休眠期、萌芽期、始花期、盛花期、末花期、展葉期、新梢生長期以及果實(shí)成熟期。果樹的變化是一個(gè)長期的過程,一般的果樹經(jīng)歷開花結(jié)果短則三年,長則五年。在這個(gè)過程中,季節(jié)氣候會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的變化,果樹的物候期也發(fā)生了變化,這也是為什么每年結(jié)出來的果實(shí)都不同。果樹在這一期間會(huì)經(jīng)歷發(fā)芽、抽梢、開花、結(jié)果的活動(dòng),而果樹的根、莖、葉、果也會(huì)產(chǎn)生一系列的物候變化。其實(shí),果實(shí)在物候期受到自然因素的影響比較大,這也就是說,不同地方的水果不同樣,例如同樣是蘋果,甚至品種都一樣,南方的江蘇生產(chǎn)的與北方的山東生產(chǎn)的在外觀上就大相徑庭。這說明了不同地區(qū)對(duì)植物產(chǎn)生的物候影響。另一方面,一個(gè)地區(qū)每一年種植出的果實(shí)都不一樣,這是因?yàn)槊恳荒甑臍夂蚨疾灰粯樱赡芷渲杏幸荒觋幱晏燧^多,植物的日照時(shí)間不充足,那么這時(shí)果實(shí)就比較干癟;相反,如果一年的光照時(shí)間比較充足,降水量也不少,那么這一年的果實(shí)可能就比較飽滿[5-6]。
通常情況下,植物在春季返青,而季前降雨則指的是前一年冬季的降水量,降雪也包含在內(nèi)。冬季降雪可以為第二年春季植物返青提供很好的條件,因?yàn)槎練鉁氐?,很多雪在土地表層無法融化。而到了春季,氣溫回升,留在土壤中的冰也會(huì)慢慢地融化。這樣一來,土壤中的水分便增加了,春季的時(shí)候蓄積在土壤里面,促進(jìn)植物的生長。其實(shí),季前降雪在高原地區(qū)的效應(yīng)最明顯,因?yàn)槟抢锏闹参镞€能在寒冷的冬季存活。在我國北方和東北地區(qū),冬季氣溫驟降,降雪量十分充足。例如內(nèi)蒙古高原,那里的植物返青速度非???,就是因?yàn)榍耙荒杲笛┝砍渥恪5鹊酱杭練鉁鼗厣臅r(shí)候,冰雪融化,植物的氣溫以及水分都很充足,所以植被茂盛。我國北方地區(qū)的冬季降雪非常充足,所以荒漠化相對(duì)而言比較少見。但是植物在返青期間,需要大量的水分,因?yàn)樵诜登嘀爸参镆呀?jīng)在漫長的冬季休眠了很長一段時(shí)間。例如小麥,就是返青的一個(gè)例子。小麥通常在九月份種植,第二年的五月份豐收,正好經(jīng)歷了季前降雨和春后返青。如果前一年冬季下的雪很多,那么第二年豐收的產(chǎn)量就越多,足以說明冬季降雨對(duì)植物返青的作用[7]。
春季期間,氣溫漸漸地回升。隨著氣溫的回升,空氣中被蒸發(fā)的水分也逐漸變多。這就是我國華北地區(qū)土地荒漠化發(fā)生的時(shí)間常常在冬末春初的原因,恰好此時(shí)植物返青也需要大量的水分,一定程度上加劇了土地的荒漠化。我國常常有春旱夏澇的說法,因?yàn)樵谖覈辈康貐^(qū)、華北地區(qū)和東北地區(qū),春季的降水量十分稀少,且多大風(fēng),氣溫和風(fēng)會(huì)蒸發(fā)掉空氣和地表中的大量水分。因此,我國北方的農(nóng)作物在春季生長期往往需要大量的人工灌溉,因?yàn)槿绻耙荒晗碌挠瓴粔虻脑?,第二年植物返青時(shí)的水分就會(huì)缺少,植物的生長也不會(huì)順利。因此,自古以來,我國對(duì)于農(nóng)作物灌溉的研究非常多,不僅有很多種灌溉方式,還有很多種灌溉工具。除此之外,前一年下的雪在地表沒有完全融化,阻止了水分下滲,然后第二年春季冰雪融化,土壤的濕度就會(huì)增加,地表的水分也會(huì)變多。如果春季前有充分的降雨,土壤的濕度就足夠高,那么被地表蒸發(fā)的水分就影響不大。這就是季前降水對(duì)植物生長環(huán)境的影響,顯而易見,前一年冬季的降水越多,地表的水分越充足,植物返青的效果越好[8]。
植物在返青期間需要大量的水分,這是毋庸置疑的。度過了漫長的冬季,植物在春季開始發(fā)芽后迅速成長,土壤中的水分也在這一期間被大量消耗。在我國的干旱地區(qū),春季的氣溫回升無疑是加劇了干旱,倘若沒有前一年的充分降水,植物生存的一線生機(jī)也不復(fù)存在。在我國的濕潤半濕潤地區(qū),春季的氣溫回升效果可能會(huì)好一點(diǎn),因?yàn)橹参锓登嘈枰渥愕臒崃亢退?,滿足了這兩點(diǎn),植物返青的速度就會(huì)迅速增快。在青藏高原,則形成了獨(dú)立無二的機(jī)制,特殊的地理環(huán)境造就了青藏高原特殊的植物物候。由于氣候變暖,青藏高原的凍土融化,地表中的水分大量流失。植物在第二年返青的時(shí)候,地表可以為植物生長提供的水分也越來越少。所以,在植物返青期間,如果植物缺少水分,就應(yīng)該使用人工灌溉的方式為其提供水分。因?yàn)橥寥乐械乃衷匠渥悖参锷L的效果越好,返青的速度也越快[9]。
植物生長得好不好,全看返青時(shí)期的水分與氣溫狀況。比如農(nóng)作物的產(chǎn)量,在前一年冬季如果降雨量十分充足,那么第二年的豐收產(chǎn)量也很大。再比如果樹的產(chǎn)量,前一年土壤水分十分充分的情況下,第二年結(jié)出來的果子又大又圓。這也是為什么在冬末春初的時(shí)候,我國的農(nóng)民會(huì)對(duì)莊稼進(jìn)行大量的灌溉,以保證植物返青期間的水分。水分還可以在一定程度上萌發(fā)種子,然后讓種子提前返青。充足的水分也會(huì)增加土壤中的礦物質(zhì)等營養(yǎng)物質(zhì),那么植物返青期間就會(huì)吸收更多的營養(yǎng)物質(zhì),植物的質(zhì)量也會(huì)越來越好。
其實(shí),植物對(duì)氣候的變化是會(huì)提前感知的,尤其在干旱和寒冷的地區(qū)。植物對(duì)于暴風(fēng)雨來臨表現(xiàn)得非常敏感。在干旱地區(qū),春季降雨十分稀少,但是干旱地區(qū)的冬季憑借著空氣中降溫和充足的凝結(jié)因素,降雪非常頻繁。前一年充足的降雪為植物返青提供了充足的準(zhǔn)備,但是在植物的返青期間,干旱地區(qū)的植物對(duì)土壤中原本保留的水分消耗非常大,甚至全部消耗完畢。因此,干旱地區(qū)的植物比濕潤地區(qū)的植物更渴望降雨,它可以在雨水中吸收充足的水分,以此來維持自己的生長。降雪也是降雨的一種形式,甚至站在植物返青的角度來看,降雪比降雨更利于植物的返青。因?yàn)榻涤昕赡茈S著地表流失,但是降雪則可以在地表中形成凍土,可以減少水分流失,也可以在植物返青時(shí)更好地融化,為植物提供更好的生長條件。
以我國的青藏高原為例,青藏高原的植物對(duì)于氣候的響應(yīng)非常大。青藏高原的地形地質(zhì)條件比較復(fù)雜,氣候條件復(fù)雜多樣。對(duì)于海拔較高的植物而言,它們所處的氣候是高寒高山氣候,它們的季前降雨量比較充足。第二年凍土融化的時(shí)候,這里的植被就會(huì)有非常多的水分。海拔越低,氣溫越高,降水量也隨之增多,植物缺水時(shí)可以吸收冰川融化的水分。在低海拔的地區(qū),則是亞熱帶氣候,因?yàn)榍嗖馗咴幍木暥炔⒉桓?,所以低海拔的熱量和光照條件相對(duì)有利。植物本身就對(duì)氣候有一定的響應(yīng),然后產(chǎn)生一定的植物物候。在海拔較高的青藏高原,原本氣溫低植物難以生存,但是那里的植物卻憑借著充足的季前降雨形成了自己獨(dú)特的植物物候,這也是一種常見的現(xiàn)象[10]。因?yàn)榈乩憝h(huán)境的變化本來就深深地影響著植物的物候變化,這也是植物對(duì)氣候變化的一種響應(yīng)。我們看到的自然現(xiàn)象絕非單純的自然現(xiàn)象,都是通過一定的反應(yīng)形成的現(xiàn)象。氣候影響著植物的生長變化,植物的生長變化也深深響應(yīng)氣候的變化。
植物的物候受氣候條件影響比較大,尤其是氣溫和降水。返青期是植物生長的關(guān)鍵時(shí)期,季前降雨為植物生長的關(guān)鍵時(shí)期提供了有利條件,可以讓植物在返青時(shí)吸收大量的水分。充足的季前降雨也可以增快植物返青時(shí)生長的速度,也能夠讓植物返青的質(zhì)量大大提升。