近39年民勤荒漠區氣溫變化對喬木植物物候的影響

張大彪 張逸君 萬翔

摘要利用甘肅民勤荒漠草地生態系統國家野外科學觀測研究站1975—2013年氣象資料，與當地喬木沙棗、二白楊、胡楊、小棗、家杏、桑樹6種喬木物候觀測資料，通過5年時間段統計物候發生日的偏離程度，統計春季物候年度展葉期、開花期變化趨勢，分析物候變化對氣溫變化的響應關系。結果表明，近39年研究區春季平均氣溫以0.053 ℃/a的速度升高，荒漠植物的多種物候期出現同步性的提前；39年春季物候提前了7.6～12.1 d，即氣溫每提升1.0 ℃，可導致春季物候期提早2.1～5.8 d，秋季落葉期平均推遲3.8 d。

關鍵詞木本植物；物候；氣溫變化；響應趨勢；民勤荒漠區

中圖分類號S716文獻標識碼

A文章編號0517-6611（2017）10-0193-04

Effect of Temperature Change on Ttree Phonology nearly 39 Years in Minqin Desert Area

ZHANG Dabiao1，2，Zhang Yijun1，2，WAN Xiang1

（1.Gansu Desert Control Research Institute，Lanzhou，Gansu 730070；2.Gansu Minqin National Field Obseruation & Research Station on Ecosystem of Desert Grassland，Minqin，Gansu 733300）

AbstractBased on the meteorological data of the Gansu Minqin National

Field Obseruation & Research Station on Ecosystem of Desert Grassland from 1975 to 2013 and the phenological data of six local tree as Elaeagnus angustifolia， Populous gansuensis， Populus euphratica， Ziziphus sativa，Prunus armeniaca，Morus alba，through the five years period of statistical basis for the occurrence of deviations，trends of leaf expansion period and flowering period in spring phenological year were counted，the response of phenological change to temperature change was analyzed.The results showed that the average temperature in spring of recent 39 years was rising as 0.053 ℃/a， a variety of phenological synchronization were synchronized in advance in different desert plant，the average advance of spring phenology was 7.6-12.1 days in the past 39 years，the temperature of each increase of 1.0 ℃， could lead to phenophase early 2.1-5.8 days in spring， the average postponement of 3.8 days in autumn deciduous.

Key wordsLigneous plants；Phenology；Temperature change； Tendency of responding；Minqin desert area

隨全球氣溫升高的影響，甘肅河西走廊石羊河、黑河、疏勒河3條主要河流下游地區相繼出現了民勤地區的羅布泊景觀、酒泉西北部居延海干涸、敦煌與金塔地區的樓蘭化趨向，表現出自然植被萎縮衰敗，群落調節水熱功能失衡，荒漠化沙質地表加速活化，引起當地揚沙與沙塵暴天氣頻發，危及到周邊農牧生產安全與人居環境質量。有研究表明，我國氣候變暖與地域環境變化有一致性關系[1-2]，氣候變化與區域植物物候特征有相繼對應關聯[3-4]。

植物物候是可觀測的一年中植物生長枯榮的生物節律，是所處自然環境，特別是氣候變化影響下的物候期差異，也是植物對過去一段時期內積溫增減的綜合性反映[2]。近期各界學者研究得出，當前春季物候期有提前趨勢，植物的生長季普遍延長[5-7]，并提供了全球氣候變暖后植物生態系統變化的佐證依據[8-12]。筆者利用1975—2013年民勤西沙窩的物候觀測記錄與氣象資料，參照氣候變化研究方法[13]，運用植物物候變化響應規律，探討內陸河下游的民勤西沙窩地區氣溫變化速率與植物展葉、開花、落葉等物候期，分析物候變化對氣溫變化的響應關系，為植物品種培育、有效開發與整合利用提供科學的理論支持。

1資料與方法

1.1研究區概況民勤西沙窩位于騰格里沙漠邊緣、阿拉善高原西南外延部分，民勤荒漠草地生態國家野外觀測研究站在此定點長期監測，近39年受監測的植物共108種，其中喬木23種，灌木及草本82種，包含新增觀測對象或中途消亡的植物種。該區年平均氣溫7.7 ℃，年降水量115.6 mm，蒸發量2 643 mm，干燥度5.85，年平均風速2.4 m/s，年均≥17 m/s的大風日數27.4 d，屬于典型的干旱荒漠氣候。該地域在漢代以前曾有廣闊的水域，漢代以來出現連片沙漠化景觀，生態環境質量逐漸退化，荒漠化程度日趨嚴重[9，12]，目前呈現出連綿不斷的沙丘與稀疏零散植被，地下水埋深下降至19～21 m，植物已難以直接提升利用，自然分布植被以雨養的沙旱生灌木、小灌木和逐水草本植物為主[14-16]，一般蓋度在10%以下。

1.2資料來源所用資料選取1975—2013年民勤治沙綜合試驗站下設的氣象基準氣象站（102.59°E、38.34°N），以及中國科學研究院地理所物候觀測網民勤物候站長期觀測的物候資料。選擇二白楊（Populus gansuensis）、沙棗（Elaeagnus angustifolia L.）、家杏（Prunus armeniaca L.）、桑樹（Morus alba L.）、胡楊（Populus euphratica Oliv.）、小棗（Ziziphus sativa Gaertn）6種喬木，平均樹齡25年以上；這6種喬木均有可高度觀測的生命物候特征，代表地緣鄉土特色、成功引進及主要用材、防護林種的特點。

1.3研究方法依托甘肅民勤荒漠草地生態系統國家野外科學觀測研究站觀測資料，選擇具有當地特色的6種高大喬木，通過劃分年度段，計算主要氣象因子平均水平，用Excel軟件統計分析39年來民勤西沙窩氣象因子即年平均氣溫、地表溫度變化與濕度、降水量等影響程度，結合主要氣象影響因子變化特點，分析6種喬木春季主要物候期的響應關系；通過統計分析，比較年際間6種喬木物候提前日值與氣溫變化速率的相關程度，以主要物候發生期與春季平均氣溫變化關系建立春季年平均溫度與主要物候變化響應的回歸關系式[17-18]，以此探求39年間主要物候期提前（或推遲）的變化規律。

2結果與分析

2.1年際氣候因子的變化速率差別研究以2年為一個過渡段，來平緩氣溫等氣象因子突變幅差。統計分析1975—2013年平均氣溫、地表溫度及年內濕度、降水量的變化趨勢（圖1）發現，民勤西沙窩氣溫變化有逐漸升高的趨勢，近39年氣溫變暖速率為0.047 ℃/a，平均升高了1.79 ℃；地表溫度波動較大，年均增高速率為0.034 ℃/a；全年濕度變化速率<-0.82%/a，降水量變幅為（123±18）mm，期間略有增減。

2.2木本植物物候變化趨勢民勤西沙窩地區受周邊沙漠與春季多風的影響，春季3—5月氣溫變化強烈，平均遞升速率為0.053 ℃/a，月均升高（11.2±0.5）℃，多年比較增幅相對穩定；秋季9—11月開始降溫，月均降低（5.4±0.3）℃；冬季變暖幅度略高于春秋時段，年度氣溫平穩提升；3種鄉土喬木5年內展葉、開花期出現日變幅差在6.1～11.3 d，5年內物候期延續提前1.3～3.6 d，其中二白楊、沙棗對氣溫變化反映較強，物候差變幅較胡楊大（表1）；5年內出現日期與春季溫度升高速率呈相關關系，相關系數r=0.874 3，顯著性檢驗水平達72.6%，39年平均物候期變幅差達22.8 d，春季展葉與開花期持續提前趨勢明顯，平均提前7.6～14.5 d；秋季隨氣溫平穩下降，落葉期平均推遲20.2 d；營養生長期順勢延長，沙棗延長時間最高達28.5 d，3種喬木物候期與生命節律存在較好的同步順延關系。

統計1975—2013年民勤西沙窩沙棗、胡楊、二白楊、家杏、桑樹、小棗等6種植物的展葉始期和開花始期的變化狀況（表2）可以看出，39年來春季物候表現出不同程度的提前趨勢，提前速率為0.212～0.281 d/a，可見39年民勤西沙窩的春季物候提早，且提早7.6～12.1 d。從秋季落葉的物候期來看，木本植物表現為推遲落葉，39年落葉始期平均推遲19.3～21.6 d。

統計39年間荒漠植物沙棗、二白楊、胡楊的3個物候期發現，展葉期平均提前11.6 d，開花期提前13.3 d，落葉期推遲21.8 d，年際間物候變化趨勢線相似，復合系數均超過0.875以上；二白楊、沙棗、家杏春季展葉始期、開花始期變化與氣溫升高速率的關系均通過0.05的顯著性檢驗；沙棗、家杏展葉期和開花期提前與氣溫升高幅度相關性程度較高（表1～2），相關系數分別達0.904和0.933；物候漸變與氣候變暖過程趨向一致，物候特征在時間上存在相繼性關聯。

2.3春季氣溫變化對木本植物物候的影響統計39年民勤地區6種木本植物物候，對照歷年3—5月氣溫變化速率，得出植物展葉始期和開花始期，提前日與春季氣溫升高速率均存在相關關系，溫度提升速度越快，物候發生日提前幅度加大，展葉始期和開花始期同步提前的水平顯著（表3）；其中二白楊、沙棗、家杏物候對氣溫升高反映較為敏感，提前幅度較小棗、桑樹、胡楊大；荒漠區植物隨氣候變暖過程，春季植物展葉始期與開花始期存在較好的相關性與先后相繼性。

統計分析1975—2013年物候數據發現，歷年春季段平均氣溫升高與植物主要物候期提前存在較好的相繼性關系，以春季植物展葉期、開花期發生日與當月平均氣溫之間的對應關系建立回歸方程（表4），得出木本植物展葉、開花始期與發生月平均溫度均呈負相關關系，依據39年民勤西沙窩地區春季平均氣溫變化的速率與植物主要物候期提前日數的關聯程度，計算得到年平均氣溫每升高1.0 ℃，可導致主要物候期提前2.1～5.8 d，是39年來導致該地區春季物候提前7.6～12.1 d的重要依據。如假定21世紀民勤地區年平均氣溫變化幅度趨勢與我國西北地區保持線性關系[13]，即可推測21世紀末較20世紀末氣溫升高4.4 ～ 4.7 ℃，春季各物候將提早19.3～27.3 d。

3結論與討論

（1）荒漠區氣候存在變暖趨勢，變暖速率為0.047 ℃/a，39年來平均氣溫已上升了1.79 ℃，高于我國北方地區21世紀平均增速（0.031 ℃/a）[13]，也是引發當地物候期發生變化的主要因素。

（2）民勤春季6種鄉土木本植物春季物候變化明顯，平均提早速率為0.275 d/a，經測算，近39年春季植物展葉與開花始期提前了7.6～12.1 d，春季植物物候與氣溫升高有較好的相關性與先后相繼性關系。

（3）民勤木本植物春季物候與年平均氣溫也有較好的相關關系，年平均氣溫每升高1.0 ℃，可導致春季物候期提早2.1～5.8 d，秋季落葉推遲3.8 d；近39年導致春季物候期平均提前10.8 d，秋季落葉期推遲15.2 d，以此預測21世紀末民勤年平均氣溫較20世紀末升高3.5～4.1 ℃，該區春季物候期提前7.3～23.6 d，秋季落葉期推遲14.9 d。

（4）研究區地處我國西北內陸河下游，受騰格里與巴丹吉林沙漠影響，表現為白天炎熱、地表及植物水分蒸散量大[18]，特別是春季氣候特征突變頻繁，用全年平均氣溫與植物物候變化的相關關系描述全球變暖影響下荒漠區展葉期與開花期變化，反映出6個樹種生理生態適應氣候變暖的差異，以及存在的生產力結構改變方向或形式區別，有助于揭示特定環境條件生長發育過程[19]，為當地植物產品種植結構、技術改良提供應對調整的依據。

參考文獻

[1]

秦大河，陳宜瑜，李學勇.中國氣候與環境演變：上卷[M].北京：科學出版社， 2005：515-518.

[2] 鄭景云，葛全勝，趙會霞.近40年中國植物物候對氣候變化的響應研究[J].中國農業氣象， 2003， 24 （1）：28-32.

[3] 龔高法，張丕遠，吳祥定.歷史時期氣候變化研究方法[M].北京：科學出版社，1983.

[4] 張學霞，葛全勝，鄭景云，等.近150年北京春季物候對氣候變化的響應[J].中國農業氣象，2005，26（4）：263-267.

[5] CHUINE I.A unified model for budburst of trees[J].Journal of theoretical biology，2000，207（3）：337-347.

[6] WHITE M A，THORNTON P E，RUNNING S W.A continental phenology model for monitoring vegetation responses to interannual climatic variability[J].Global biogeochemical cycles，1997，11（2）：217-234.

[7] ZˇAlUDZ，DUBROVSKY′ M.Modeling climate change impacts on maize growth and developm ent in the Czech Republic[J].Theoretical and applied climatology，2002，72（1/2）：85-102.

[8] 鄭景云，葛全勝，郝志新.氣候增暖對我國近40年植物物候變化的影響[J].科學通報，2002，47（20）：1584-1587.

[9] PEN～UELAS J，FILELLA I，ZHANG X，et al.Complex spatiotemporal phenological shifts as a response to rainfall changes[J].New phytologist，2004，161（3）：837-846.

[10] AHAS R，JAAGUS J，AASA A .The phenological calendar of Estonia and its correlation with mean air temperature[J].Int J Biometeorol，2000，44（4）：159-166.

[11] MENZEL A.Trends in phenological phases in Europe between 1951 and 1996[J].Int J Biometeorol，2000，44 （2）：76-81.

[12] CHMIELEWSKI F M，RTZER T.Response of tree phenology to climatechange across Europe[J].Agricultural and forest meteorology，2001，108（2）：101-112.

[13] 國家氣象局.農業氣象觀測規范[M].北京：氣象出版社，1993.

[14] 楊自輝，俄有浩.干旱沙區46種木本植物的物候研究：以民勤沙生植物園栽培植物為例[J].西北植物學報，2000，20（6）：1102-1109.

[15] 常兆豐，韓福貴，仲生年.民勤荒漠區物候與四季劃分[J].中國農業氣象，2009，30（3）：308-312.

[16] 劉揚，陳懷錄，孫彥猛.1960-2009年民勤地區氣候變化特征分析[J].安徽農業科學，2011，39（12）：7520-7524.

[17] 徐雨晴，陸佩玲，于強.氣候變化對我國刺槐、紫丁香始花期的影響 [J].北京林業大學學報，2004，26（6）：94-97.

[18] 張山清，田惠平，王曉梅，等.氣溫對吐魯番地區木本植物春季物候的影響[J].沙漠與綠洲氣象， 2008，2（6）：55-58.

[19] 范廣洲 ，賈志軍.植物物候研究進展[J].干旱氣象，2010， 28（3）：250-255.