氣象要素對植物物候影響及其驅動機制研究進展

崔石林

摘要 氣象要素對植物物候具有非常深遠的影響，其中溫度、水分以及光照是最重要的影響因素。大量研究表明，在世界范圍內，近50年全球植物物候都呈現出春季物候提前和秋季物候延遲的趨勢。分析了氣象要素對植物物候造成的影響，并深入研究了氣象要素對植物物候變化的驅動機制。

關鍵詞 氣象要素;植物物候;影響;驅動機制

中圖分類號：Q948 文獻標識碼：B 文章編號：2095–3305（2021）09–0080–02

植物物候主要是指植物在氣候和其他環境因素的影響下，出現以年為周期的一種自然現象，是植物適應環境過程中形成的一種生長發育規律[1]。研究植物物候的對象主要是植物生長發育節律與環境要素之間的關系，這種關系可以真實地反映出植物對環境變化的適應性。積極開展植物物候研究工作，不僅可以對各種農事活動起到良好的指導作用，同時還能對病蟲害發生和氣候變化趨勢起到良好的預測作用。進入21世紀以來，全球氣候變暖顯著，極端天氣頻發。在這種背景下，植物物候也相應發生了顯著的變化。

1 氣象要素對植物物候的影響

1.1 溫度對植物物候的影響

植物的生理活動涉及一系列的生化反應，其中酶的作用至關重要。酶的活性與外界溫度的變化之間有著非常緊密的聯系，在一定的限度內，當外界溫度升高時，酶的活性就會升高，當外界溫度下降時，酶的活性就會下降。溫度因素對植物物候有非常重要的影響。在植物個體生長發育的前期，物候期的開始日期與前一階段的氣溫息息相關。在地球的中緯度地區，氣溫會直接影響植物的抽芽、展葉以及開花等春季物候。在此過程中，只有當外界溫度達到一定的水平，植物才能開始生長發育活動，同時植物的生長周期也需要達到一定的積溫水平才能完成。對種子和果實的成熟而言，其成熟程度主要取決于該時期的積溫;對秋季的黃葉和落葉而言，必須等外界氣溫達到一定的標準才能實現。除此之外，如果所處的季節不同，那么溫度和溫度變化對植物物候造成的影響也會存在較大的差距。當冬季的氣溫偏高時，較難打破冬季芽的休眠，并且植物的開花期也會推遲。但是也有數據表明，當冬季氣溫升高時，植物的開花期提前。

1.2 水分對植物物候的影響

水分是影響植物物候的重要氣候因素。如果該地區的氣候條件較為干旱，那么物候期就會推遲。在這種情況下，雖然該地區有較好的光條件和熱條件，但是植物對光和熱的實際利用率不高。對丘陵地區而言，如果植物在花序出現期遇到干旱氣候，那么植物的開花期就會明顯延后。對低地地區而言，如果種植人員科學合理地灌溉植物，那么植物的開花期普遍提前6 d左右。與此同時，降水對熱帶和干旱地區的植物開花也有非常重要的影響。比如，委內瑞拉東北部的荊棘林地受到干旱條件的影響相對較大，當該地區一旦出現降雨天氣，植物就會立即開花，降雨與植物開花之間存在非常明顯的一致性關系[2]。在全球氣候變暖的背景下，地球上的部分冰川開始融化，同時地球上的年降水量也在逐漸增加，并且干旱性質的極端天氣也愈加頻繁。在這種情況下，學者必須切實加強對水分與植物物候之間關系的深入研究，從而為整個社會的可持續發展奠定堅實的基礎。

1.3 光照對植物物候的影響

大多數植物有光敏色素，在其生長發育的各個階段都離不開光照。在正常情況下，科學合理地縮短光照的實際時間，能夠在一定程度上促進短日照植物的開花，使其開花期明顯提前。如果顯著縮短樹木的光照周期，那么就會嚴重影響植物芽的休眠，但是這種影響并不包括正處于休眠期的樹木。根據研究數據，當白天氣溫維持在20 ℃，夜間氣溫維持在10 ℃，日照時間維持在6 h的條件下，對植物進行有效的變溫處理，能夠使植物的萌芽期明顯提前，其提前時間一般為10 d以上[3]。但是如果調整日照時間，使其遠遠﹤6 h，那么植物的萌芽期就會出現明顯的延遲。與此同時，對于早春開花和冬季開花的植物，溫度是影響開花的主要因素;對于晚春和早夏開花的植物，日照和溫度均會影響植物的開花;對于晚夏開花等植物，溫度會直接影響植物的花粉活性。

2 氣象要素對植物物候變化的驅動機制

2.1 植物開始休眠的驅動因子

對高緯度的落葉植物而言，它們通過休眠，有效避免惡劣環境造成的不良影響，從而保證自身能夠安全地度過寒冷的冬季。當秋季日照時間開始減少時，植物就會開始進入休眠狀態;如果保持日照時間不變，即使降低外界環境中的溫度，也不會導致植物進入休眠狀態。日照長度短于臨界日照長度時就能引起休眠，大于臨界日照長度則不發生休眠，如刺槐、樺樹、落葉松幼苗在短日照下經10～14 d即停止生長，進入休眠;短日照和高溫可以誘發某些水生植物的冬季休眠芽的形成;短日照也促進大花捕蟲槿芽休眠。而鈴蘭、洋蔥則相反，長日照誘發其休眠。春季和夏季，植物的休眠主要為抑制性休眠;秋季和冬季，植物的休眠主要為生理性休眠;冬末時節至春初時節，植物的休眠主要為被迫休眠。對草本植物而言，前期月平均氣溫越低，那么植物的枯黃期就越晚;反之，前期月平均氣溫越高，那么植物的枯黃期就越早。造成這種現象的原因主要表現在以下2個方面：（1）如果外界環境中的氣溫過高，那么水分的蒸發速度就會明顯加快，從而導致草本植物處于缺水狀態，進一步加快草本植物的枯黃。（2）植物的枯黃是在積溫達到一定程度上才能實現的，外界的高溫會加快草本植物的枯黃。對禾本植物而言，外界環境中的溫度與植物葉變色期之間存在著非常緊密的聯系。如果外界環境中的最低氣溫上升1 ℃，那么植物葉變色期的時間就會推遲3 d;如果外界環境中的最低氣溫下降1 ℃，那么植物葉變色期的時間就會提早3 d[4]。與此同時，如果外界環境存在嚴重的鹽漬化，或者處于嚴重干旱的狀態，那么植物的葉片就會出現大面積凋落。

2.2 植物休眠解除的驅動因子

植物休眠解除的驅動因子主要是光周期和低溫環境。（1）光周期對植物休眠解除的影響。對大部分常綠植物而言，光周期會對它們的發育基因起到一定的調控作用。對于春季的樺木芽，更長時間的光照能夠有效促進樺木進入發芽狀態。（2）低溫對植物休眠解除的影響。對于大多數樹芽，解除其休眠的的最佳溫度是5 ℃～7 ℃之間;部分專家認為，如果將樹芽長期暴露于低溫環境中，那么也可以達到休眠解除的目的，這里的低溫環境為-5 ℃～10 ℃[5]。在果樹發育和萌芽的過程中，如果它們無法獲得外界環境中的低溫刺激，那么它們就會呈現出一種不正常的狀態。在桃樹開花的過程中，良好的低溫刺激顯得尤為重要，其整體的重要程度遠遠高于對熱量的滿足程度。

2.3 植物活動期的驅動因子

當植物解除休眠之后，它們的生長發育會獲得外界環境的有效調控。（1）基礎溫度和積溫閾值對植物活動期的影響十分顯著，如果環境中的溫度比植物發育的基礎溫度低，那么植物的發育就會處于停滯狀態。控制積溫閾值的方法已經在種子萌發率和葉片發育研究中得到了非常廣泛的應用。根據相關的研究數據，與溫帶物種相比，熱帶物種的基礎溫度更高，但是熱帶物種的發育速度明顯高于溫帶物種。（2）光照對植物活動期的影響也十分重要，對大多數植物而言，它們在開花期受到光敏色素的影響較大。利用這一研究成果，很多有經驗的花農在養花過程中會科學合理地調節光照，實現對不同花朵開放時間的有效控制，從而進一步提高經濟效益。（3）水分對植物活動期的驅動作用。對大多數熱帶植物和草本植物而言，干旱的環境會在很大程度上抑制它們的生長發育。在這種情況下，當地的雨季會成為驅動植物物候的首要因素。

3 結束語

隨著環境的不斷演變，植物的生理特征和物候節律隨之發生明顯的變化。近幾十年來，生態環境正在發生巨大的變化，這對植物的生長發育造成了非常重大的影響。在此背景下，相關部門必須切實加大對氣象要素與植物物候關系的研究力度，從而更加準確地評估植被生產力與全球碳收支之間的關系，為我國實現碳中和、碳達峰的中長期目標提供可靠的評估手段與實現路徑，為生態環境的系統性優化提供堅實的理論基礎。

參考文獻

[1] 李紅英，王嘯天，鄭曉倩，等.新疆農八師墾區木本植物物候期對氣候變暖的響應[J].中國農學通報，2021，37（12）：58-63.

[2] 楊麗萍，張存厚，代海燕，等.氣候變化對陰山北麓木本植物物候期的影響[J].氣象與環境學報，2020，36（1）：102-107.

[3] 陳菲菲，周志強，張玉紅，等.黑龍江木本植物果實成熟期對氣象變化的響應[J].東北林業大學學報，2017，45（7）：18-21.

[4] 楊麗慧，吳濱，馬佳嘉.福建省植物物候期對氣候變化的響應[J].中國農學通報，2016，32（35）：139-150.

[5] 楊揚，羅賢，李榮平，等.氣象要素對植物物候影響及其驅動機制研究進展[J].氣象與環境學報，2016，32（5）：154-159.

責任編輯：黃艷飛