影響魯西南木本植物秋季物候期的氣象要素分析

郝曉雷

(菏澤市氣象局，山東菏澤 274000)

物候現(xiàn)象，即受氣候等環(huán)境因素的影響自然界動(dòng)植物的生長(zhǎng)、發(fā)育、活動(dòng)規(guī)律會(huì)形成與此相適應(yīng)的周期性變化[1]。物候現(xiàn)象是生物節(jié)律與環(huán)境條件的綜合反映。從氣象條件來(lái)說(shuō)，它不僅反映了當(dāng)時(shí)的天氣條件，而且反映了過(guò)去一段時(shí)間氣象條件影響的積累情況[2]。植物物候?qū)夂虻淖兓浅Ｃ舾?，物候期的變化可以較為直觀地反映出氣候變化，是氣候變化的指示器[3-4]。Ahas等[5]認(rèn)為，物候期前2～3個(gè)月的氣溫與其出現(xiàn)時(shí)間有顯著的相關(guān)關(guān)系。仲舒穎[6]等認(rèn)為，木本植物的秋季物候期主要是受最低氣溫變化影響。張福春[7]認(rèn)為，木本植物秋季的黃落葉主要是由于氣溫下降到一定界限引起的。王大川[8]、吳朝陽(yáng)[9]認(rèn)為，木本植物的秋季物候期對(duì)風(fēng)速的大小較為敏感，風(fēng)速越大黃落葉越早，風(fēng)速越小秋季物候期會(huì)向后推遲。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)植物物候研究已頗為細(xì)致[10-13]，關(guān)于氣候變化對(duì)植物春季萌芽、展葉期影響的分析較多[14-16]，秋季物候研究較為粗略，多為針對(duì)氣溫影響的分析[17-22]，其他氣象要素的影響分析較少。在全球氣候變暖的大環(huán)境下，極端氣候事件發(fā)生頻率呈上升趨勢(shì)[23-30]。秋季為木本植物生長(zhǎng)發(fā)育貯存能量的重要時(shí)段，因此研究氣象要素對(duì)秋季物候期的影響頗為重要。

魯西南地區(qū)位于蘇魯豫皖四省交界，華北平原中部，屬黃河沖積平原，土地肥沃。氣候?yàn)榈湫偷臏貛Ъ撅L(fēng)性氣候，主要?dú)夂蛱攸c(diǎn)是四季分明、雨熱同期，適宜植物生長(zhǎng)。該地區(qū)林業(yè)體系發(fā)達(dá)，林業(yè)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展全國(guó)聞名，已經(jīng)成為全國(guó)平原地區(qū)最大的林產(chǎn)品生產(chǎn)加工基地。典型木本植物有旱柳、榆樹、合歡、楝樹等，廣泛應(yīng)用于綠化、建筑、醫(yī)藥等方面，在社會(huì)生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展中均占有一定的地位[31-35]。選取魯西南地區(qū)近40 a氣候資料及4種典型木本植物的物候期資料，深入分析各氣象要素變化對(duì)不同種類木本植物秋季物候產(chǎn)生的影響，以期為當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)、城市綠化及經(jīng)濟(jì)發(fā)展等提供科學(xué)依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 資料來(lái)源

氣候資料及物候期資料來(lái)源于1981—2020年魯西南地區(qū)菏澤國(guó)家級(jí)氣象觀測(cè)站和國(guó)家級(jí)農(nóng)業(yè)氣象觀測(cè)站的觀測(cè)數(shù)據(jù)。氣候資料包括氣溫、氣壓、濕度、風(fēng)速、降水、日照、地溫等逐日地面氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)。選取當(dāng)?shù)爻Ｒ?、分布廣泛的旱柳(楊柳科)、榆樹(榆科)、合歡(豆科)、楝樹(楝科)4種不同科屬木本植物的物候期觀測(cè)資料，這些木本植物具有較強(qiáng)的代表性，能夠體現(xiàn)當(dāng)?shù)卮蠖鄶?shù)木本植物的生長(zhǎng)規(guī)律。

1.2 方法

將逐年各物候期出現(xiàn)日期轉(zhuǎn)化為距當(dāng)年1月1日的實(shí)際日數(shù)表示，得到各物候期的時(shí)間序列。4種典型木本植物的秋季物候期包括葉變色始期、葉完全變色期、落葉始期、落葉末期。統(tǒng)計(jì)物候期對(duì)應(yīng)的氣象資料的時(shí)間范圍為該物候期最晚出現(xiàn)日期當(dāng)旬和之前8旬(見表1)，將4種典型木本植物的秋季各物候期與相應(yīng)時(shí)段各氣象要素進(jìn)行相關(guān)性分析。

表1 1981—2020年魯西南典型木本植物秋季物候期最晚出現(xiàn)日期的時(shí)間序列及氣象要素統(tǒng)計(jì)時(shí)段

2 結(jié)果與分析

2.1 氣溫變化趨勢(shì)

氣溫是影響植物物候期的主要?dú)庀笠豙5-7]，根據(jù)表1中氣象要素統(tǒng)計(jì)時(shí)段顯示，影響4種典型木本植物秋季物候期的氣溫主要集中在每年7月下旬至12月中旬，故統(tǒng)計(jì)魯西南地區(qū)1981—2020年每年7月下旬至12月中旬氣溫(見圖1)?？梢钥闯鲷斘髂系貐^(qū)1981—2020年氣溫整體呈上升趨勢(shì)，平均日最高氣溫上升趨勢(shì)并不顯著，而平均日平均氣溫、平均日最低氣溫均呈極顯著上升趨勢(shì)，上升速率分別為0.482 ℃/10 a、0.609 ℃/10 a。

**表示P<0.01，*表示P<0.05，下同。圖1 1981—2020年魯西南地區(qū)7月下旬至12月中旬平均氣溫變化

2.2 秋季物候期變化趨勢(shì)

通過(guò)分析魯西南地區(qū)4種木本植物的秋季物候期變化趨勢(shì)(見表2)可以看出，受氣候變化影響，四種木本植物的秋季物候期均呈推遲趨勢(shì)。旱柳、榆樹葉變色始期呈極顯著推遲趨勢(shì)，四種木本植物的葉完全變色期、落葉始期、落葉末期均呈顯著或極顯著推遲趨勢(shì)。榆樹的葉變色始期、葉完全變色期、落葉始期的推遲趨勢(shì)在四種木本植物中最為明顯，說(shuō)明榆樹對(duì)于氣候變化的敏感度高于其他三種木本植物。落葉末期在全部秋季物候期中推遲趨勢(shì)中最明顯，推遲趨勢(shì)在4.603 d/10 a～11.150 d/10 a，說(shuō)明木本植物的秋季物候期中落葉末期對(duì)氣候變化響應(yīng)最為強(qiáng)烈。

表2 1981—2020年魯西南典型木本植物秋季物候期變化趨勢(shì) 單位：d/10 a

2.3 旱柳秋季物候期與氣象要素的關(guān)系

通過(guò)旱柳秋季物候期與各氣象要素的相關(guān)系數(shù)(見表3)可以看出，旱柳葉變色始期與8月中旬至11月上旬的平均風(fēng)速呈極顯著負(fù)相關(guān)，與其他氣象要素?zé)o顯著相關(guān)性；葉完全變色期與9月上旬至11月下旬的平均氣溫、平均日最低氣溫、平均地面溫度、平均日最低地面溫度、平均40 cm地溫呈顯著或極顯著正相關(guān)，與平均氣壓、平均日最高氣壓、平均風(fēng)速呈顯著或極顯著負(fù)相關(guān)，與其他氣象要素?zé)o顯著相關(guān)性；落葉始期與9月上旬至11月下旬的極大風(fēng)速呈極顯著正相關(guān)，與平均風(fēng)速呈極顯著負(fù)相關(guān)，與其他氣象要素?zé)o顯著相關(guān)性；落葉末期與9月下旬至12月中旬的平均氣溫、平均日最低氣溫、平均地面溫度、平均日最低地面溫度、平均40 cm地溫、平均160 cm地溫、平均320 cm地溫、最低地面溫度呈顯著或極顯著正相關(guān)，與總?cè)照諘r(shí)數(shù)呈顯著負(fù)相關(guān)，與其他氣象要素?zé)o顯著相關(guān)性。

表3 1981—2020年魯西南旱柳秋季物候期與不同氣象要素的相關(guān)系數(shù)

2.4 榆樹秋季物候期與不同氣象要素的關(guān)系

通過(guò)榆樹秋季物候期與各氣象要素的相關(guān)系數(shù)(見表4)可以看出，榆樹葉變色始期與9月中旬至12月上旬的平均風(fēng)速呈極顯著負(fù)相關(guān)，與其他氣象要素?zé)o顯著相關(guān)性；葉完全變色期與9月中旬至12月上旬的平均氣溫、平均日最低氣溫、平均日最低地面溫度、平均40 cm地溫呈顯著正相關(guān)，與平均風(fēng)速呈極顯著負(fù)相關(guān)，與其他氣象要素?zé)o顯著相關(guān)性；落葉始期與9月中旬至12月上旬的平均風(fēng)速呈極顯著負(fù)相關(guān)，與其他氣象要素?zé)o顯著相關(guān)性；落葉末期9月下旬至12月中旬的平均氣溫、平均日最低氣溫、平均地面溫度、平均日最低地面溫度、平均40 cm地溫、平均320 cm地溫呈顯著或極顯著正相關(guān)，與平均風(fēng)速、總?cè)照諘r(shí)數(shù)呈顯著或極顯著負(fù)相關(guān)，與其他氣象要素?zé)o顯著相關(guān)性。

2.5 合歡秋季物候期與不同氣象要素的關(guān)系

通過(guò)合歡秋季物候期與各氣象要素的相關(guān)系數(shù)(見表5)可以看出，合歡葉變色始期與8月上旬至10月下旬的各氣象要素均無(wú)顯著相關(guān)性；葉完全變色期與8月中旬至11月上旬的平均氣溫、平均日最高氣溫、平均日最低氣溫、平均地面溫度、平均20 cm地溫、平均40 cm地溫、平均80 cm地溫、平均160 cm地溫、最低氣溫呈顯著或極顯著正相關(guān)，與平均相對(duì)濕度、平均日最小相對(duì)濕度呈顯著或極顯著負(fù)相關(guān)，與其他氣象要素?zé)o顯著相關(guān)性；落葉始期與8月中旬至11月上旬的平均日最低氣溫、最低氣溫、最低地面溫度呈顯著或極顯著正相關(guān)，與平均日極大風(fēng)速呈顯著負(fù)相關(guān)，與其他氣象要素?zé)o顯著相關(guān)性；落葉末期與9月上旬至11月下旬的平均氣溫、平均日最低氣溫、平均日最低地面溫度、平均40 cm地溫、最低地面溫度呈顯著或極顯著正相關(guān)，與平均相對(duì)濕度、平均日極大風(fēng)速呈顯著負(fù)相關(guān)，與其他氣象要素?zé)o顯著相關(guān)性。

2.6 楝樹秋季物候期與不同氣象要素的關(guān)系

通過(guò)楝樹秋季物候期與各氣象要素的相關(guān)系數(shù)(見表6)可以看出，楝樹葉變色始期與7月下旬至10月中旬的平均日極大風(fēng)速呈顯著負(fù)相關(guān)，與其他氣象要素?zé)o顯著相關(guān)性；葉完全變色期與8月中旬至11月上旬的平均氣溫、平均日最低氣溫、平均日最低地面溫度、平均40 cm地溫、最高氣溫呈顯著或極顯著正相關(guān)，與平均日極大風(fēng)速呈顯著負(fù)相關(guān)，與其他氣象要素?zé)o顯著相關(guān)性；落葉始期與8月上旬至10月下旬的平均日最低氣溫、平均日最低地面溫度、最低氣溫、最低地面溫度、降水量呈顯著或極顯著正相關(guān)，與其他氣象要素?zé)o顯著相關(guān)性；落葉末期與8月下旬至11月中旬的平均氣溫、平均日最低氣溫、平均日最低地面溫度、平均40 cm地溫、最低氣溫、最低地面溫度呈顯著或極顯著正相關(guān)，與平均日極大風(fēng)速呈顯著負(fù)相關(guān)，與其他氣象要素?zé)o顯著相關(guān)性。

表5 1981—2020年魯西南合歡秋季物候期與不同氣象要素的相關(guān)系數(shù)

表6 1981—2020年魯西南楝樹秋季物候期與不同氣象要素的相關(guān)系數(shù)

3 結(jié)論與討論

選取魯西南地區(qū)的旱柳、榆樹、合歡、楝樹等4種典型木本植物，統(tǒng)計(jì)了這4種典型木本植物1981—2020年秋季各物候期與氣象要素的變化趨勢(shì)，并計(jì)算分析了兩者間的相關(guān)性，得出以下主要結(jié)論。

(1)魯西南地區(qū)統(tǒng)計(jì)時(shí)段內(nèi)的氣溫整體呈上升趨勢(shì)，平均日最高氣溫上升趨勢(shì)并不顯著，而平均日平均氣溫、平均日最低氣溫均呈極顯著上升趨勢(shì)，上升速率分別為0.482 ℃/10 a、0.609 ℃/10 a。

(2)受氣候變化影響，魯西南地區(qū)四種木本植物的秋季物候期均呈推遲趨勢(shì)。旱柳、榆樹葉變色始期呈極顯著推遲趨勢(shì)，四種木本植物的葉完全變色期、落葉始期、落葉末期均呈顯著或極顯著推遲趨勢(shì)；榆樹的葉變色始期、葉完全變色期、落葉始期與旱柳的落葉末期推遲趨勢(shì)在四種木本植物中最為明顯，說(shuō)明榆樹、旱柳對(duì)于氣候變化的敏感度高于其他兩種木本植物。落葉末期在四種木本植物秋季物候期中推遲趨勢(shì)中最為明顯，推遲趨勢(shì)在4.603 d/10 a～11.150 d/10 a，說(shuō)明木本植物的秋季物候期中落葉末期對(duì)氣候變化響應(yīng)最為強(qiáng)烈。

(3)魯西南地區(qū)4種典型木本植物秋季物候期與氣溫、地溫、風(fēng)速的相關(guān)性一般高于其他氣象要素，說(shuō)明魯西南地區(qū)木本植物秋季物候期變化受氣溫、地溫、風(fēng)速的影響較大。其中與氣溫、地溫呈正相關(guān)性，說(shuō)明氣溫、地溫越高，木本植物秋季物候期會(huì)出現(xiàn)得越晚；而與風(fēng)速呈負(fù)相關(guān)性，說(shuō)明風(fēng)速越大，木本植物秋季物候期會(huì)出現(xiàn)得越早。

(4)魯西南地區(qū)4種典型木本植物僅有部分秋季物候期與日照、降水、空氣濕度呈顯著或極顯著相關(guān)性，相較于與氣溫、地溫、風(fēng)速的相關(guān)性偏低，且顯著性不普遍存在，說(shuō)明魯西南地區(qū)木本植物秋季物候期雖受日照、降水、空氣濕度等氣象要素影響，但影響并不顯著。

(5)自然物候變化不僅受氣象因子影響，而且受水文、土壤、周圍環(huán)境變化等綜合因素的影響。本文僅分析了影響木本植物秋季物候的氣象要素，缺乏其他相關(guān)因素變化對(duì)物候的影響分析，也未考慮植物本身的生物學(xué)特性，今后應(yīng)更為全面地研究綜合因子對(duì)物候的影響。物候研究的根本目的是為了更好地服務(wù)于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，在以后的工作中，應(yīng)在結(jié)合物候與氣候觀測(cè)資料的基礎(chǔ)上，深入研究自然物候與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的關(guān)系，以便于高效利用氣候資源，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供精確的理論支撐和技術(shù)支持。