長春市三個(gè)樹種秋季葉片顏色變化影響因子的研究

劉彩伶，易曉煜

(東北師范大學(xué)自然博物館，吉林 長春 130117)

長春市位于我國吉林省中部，地理位置125°20′E，43°52′N，典型的溫帶季風(fēng)性大陸氣候。每年秋季9月中旬以后，因氣溫的顯著降低，植物的葉片開始變色，進(jìn)入10月份以后，氣溫下降的速度更快，許多樹木的葉片完全變色，呈火紅和金黃色，再加上植物葉片原有的綠色，可謂層林盡染，美不勝收[1]。本文選取白樺(Betulaplatyphylla)、黃花落葉松(Larixolgensis)和五葉地錦(Parthenocissusquinquefolia)三種具有代表性的街區(qū)公園常見綠化樹種，研究其秋季葉片變色與氣溫、降水量和日照時(shí)數(shù)幾個(gè)氣候影響因子的相關(guān)關(guān)系，為今后準(zhǔn)確預(yù)測其秋季葉片變色的時(shí)間及為游人提供最佳的觀賞服務(wù)奠定基礎(chǔ)。

1 數(shù)據(jù)資料與研究方法

東北師范大學(xué)自然博物館(暨吉林省自然博物館)作為中國物候觀測網(wǎng)的成員單位，從2003年開始，一直對長春市南湖公園等地的百余種動植物及水文氣象現(xiàn)象進(jìn)行觀測。本文選取鄉(xiāng)土樹種白樺、黃花落葉松及外來樹種五葉地錦2007—2013年的秋季葉片變色觀測數(shù)據(jù)，采用連續(xù)日數(shù)計(jì)算時(shí)間的計(jì)時(shí)法，以9月1日為起點(diǎn)時(shí)間(即0日)，將三種樹木葉片開始變色和完全變色的日期轉(zhuǎn)化為距9月1日的實(shí)際日數(shù)(即序列累積日數(shù))，如9月26日為26 d，10月8日為38 d。同時(shí)結(jié)合長春市氣象局的氣象數(shù)據(jù)，通過Excel2010進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

樹木的葉片開始變色，從物候觀測的角度，以樹木整個(gè)綠色樹冠有明顯的變黃或者變紅等非綠色情況為特征，變色葉片的百分比常小于整個(gè)樹冠的1/5～1/4；樹木的葉片完全變色，從物候觀測的角度，以樹木整個(gè)樹冠的葉片完全變成黃色或紅色等非綠色情況為特征。因?yàn)榍锛緲淠救~片變色的同時(shí)往往也開始落葉，所以一棵樹會有葉片開始變色時(shí)樹冠上葉子很多，而葉片完全變色時(shí)，樹冠上只有開始變色時(shí)一半左右葉子的情況，當(dāng)然更多的時(shí)候是完全變色時(shí)樹上仍然有很多的葉子。雖然樹木葉片的變色和落葉是雙重動態(tài)的變化，但這里不考慮落葉的因素，只對葉片變色的情況進(jìn)行研究(見表1)。

表1 三種樹木2007—2013年葉開始變色和葉完全變色日期

2 結(jié)果與分析

2.1氣溫與樹木秋季葉片變色的相關(guān)性分析

將白樺、黃花落葉松、五葉地錦三種樹木2007—2013年的葉片開始變色和完全變色兩組原始數(shù)據(jù)，經(jīng)過統(tǒng)一量化處理后，分別和2007—2013年九月份和十月份的秋季平均氣溫?cái)?shù)據(jù)，用Excel2010的雙軸折線圖進(jìn)行分析對比，發(fā)現(xiàn)白樺秋季葉片開始變色的日期與九月份的平均氣溫略呈正相關(guān)(見圖1)，而十月份的葉片完全變色與十月份的平均氣溫不相關(guān)；黃花落葉松秋季葉片開始變色的日期與九月份的平均氣溫不相關(guān)，但葉片完全變色日期與十月份的平均氣溫呈負(fù)相關(guān)(見圖2)；五葉地錦秋季葉片開始變色的日期與九月份的平均氣溫不相關(guān)，而葉片完全變色日期與十月份的平均氣溫呈負(fù)相關(guān)(見圖3)。

圖1 白樺秋季葉開始變色日期與九月份平均氣溫的關(guān)系

圖2 黃花落葉松秋季葉完全變色日期與十月份平均氣溫的關(guān)系

圖3 五葉地錦秋季葉完全變色日期與十月份平均氣溫的關(guān)系

2.2 降水量與樹木秋季葉片變色的相關(guān)性分析

經(jīng)過統(tǒng)一量化處理后的兩組秋季葉片變色日期數(shù)據(jù)，分別和2007—2013年九月份和十月份的秋季平均降水量數(shù)據(jù)，用Excel2010的雙軸折線圖進(jìn)行對比分析，發(fā)現(xiàn)白樺秋季葉片開始變色的日期與九月份的平均降水量略呈負(fù)相關(guān)(見圖4)，而十月份的葉片完全變色與十月份的平均降水量不相關(guān)；黃花落葉松秋季葉片開始變色的日期與九月份的平均降水量不相關(guān)，但葉片完全變色日期與十月份的平均降水量略呈正相關(guān)(見圖5)；五葉地錦秋季葉片開始變色的日期與九月份的平均降水量不相關(guān)，葉片完全變色日期與十月份的平均降水量也不相關(guān)。

圖4 白樺秋季葉開始變色日期與九月份平均降水量的關(guān)系

圖5 黃花落葉松秋季葉完全變色日期與十月份平均降水量的關(guān)系

2.3日照時(shí)數(shù)與樹木秋季葉片變色的相關(guān)性分析

經(jīng)過統(tǒng)一量化處理后的兩組秋季葉片變色日期數(shù)據(jù)，分別和2007—2013年九月份和十月份的秋季平均日照時(shí)數(shù)數(shù)據(jù)，用Excel2010的雙軸折線圖進(jìn)行對比分析，發(fā)現(xiàn)白樺秋季葉片開始變色的日期與九月份的平均日照時(shí)數(shù)呈負(fù)相關(guān)(見圖6)，而葉片完全變色與十月份的平均日照時(shí)數(shù)呈正相關(guān)(見圖7)；黃花落葉松秋季葉片開始變色的日期與九月份的平均日照時(shí)數(shù)呈負(fù)相關(guān)(見圖8)，但葉片完全變色日期與十月份的平均日照時(shí)數(shù)不相關(guān)；五葉地錦秋季葉片開始變色的日期與九月份的平均日照時(shí)數(shù)呈正相關(guān)(見圖9)，葉片完全變色日期與十月份的平均日照時(shí)數(shù)相關(guān)性不明顯。

圖6 白樺秋季葉開始變色日期與九月份平均日照時(shí)數(shù)的關(guān)系

圖7 白樺秋季葉完全變色日期與十月份平均日照時(shí)數(shù)的關(guān)系

圖8 黃花落葉松秋季葉開始變色日期與九月份平均日照時(shí)數(shù)的關(guān)系

圖9 五葉地錦秋季葉開始變色的日期與九月份平均日照時(shí)數(shù)的關(guān)系

3 結(jié)論與討論

綜合上述，氣溫、降水量、日照時(shí)數(shù)三種氣候因子與樹木秋季葉片顏色變化的相關(guān)性分析，發(fā)現(xiàn)不同樹木對氣候因子變化的反應(yīng)有所不同。其中，白樺對氣溫、日照時(shí)數(shù)和降水量三項(xiàng)氣候因子的變化反應(yīng)都較為敏感，具體體現(xiàn)在其葉片開始變色的日期與九月份的平均氣溫略呈正相關(guān)，與九月份的平均降水量略呈負(fù)相關(guān)，與九月份的平均日照時(shí)數(shù)呈負(fù)相關(guān)，即九月份平均氣溫越高，降水量越少，日照時(shí)數(shù)越少，葉片開始變色的日期越晚。同時(shí)，它的葉片完全變色與十月份的平均日照時(shí)數(shù)又呈正相關(guān)，即月平均日照的時(shí)間越長，完全變色的時(shí)間越晚，總體上對日照時(shí)數(shù)和氣溫的反應(yīng)更為敏感。

黃花落葉松對氣溫、日照時(shí)數(shù)和降水量三項(xiàng)氣候因子的變化反應(yīng)也較為敏感，其葉片完全變色日期與十月份的平均氣溫呈負(fù)相關(guān)，同時(shí)與十月份的平均降水量略呈正相關(guān)，秋季葉片開始變色的日期與九月份的平均日照時(shí)數(shù)呈負(fù)相關(guān)，即平均氣溫越高，日照越長，降水越少，葉片變色的日期也越早。

五葉地錦對氣溫和日照時(shí)數(shù)的變化反應(yīng)較為敏感，對降水量反應(yīng)較不敏感。其葉片完全變色日期與十月份的平均氣溫呈負(fù)相關(guān)，葉片開始變色的日期與九月份的平均日照時(shí)數(shù)呈正相關(guān)，即日照時(shí)間越長，葉片開始變色的時(shí)間越晚。十月份平均氣溫越高，葉片完全變色的日期越早。

綜上所述，氣溫、降水量、日照時(shí)數(shù)三種氣候因子當(dāng)中，氣溫和日照時(shí)數(shù)對植物秋季葉片變色的影響更為顯著一些，且日照時(shí)數(shù)對闊葉樹的影響要大于針葉樹[2]。另外，在氣溫對樹木葉片變色影響的研究中，因?yàn)闅鉁厥窃缕骄鶜鉁?，而沒有考慮到具體日最低溫的影響和變化。當(dāng)日最低溫在某些范圍內(nèi)進(jìn)行天數(shù)積累后，葉片會因葉綠素的破壞而開始變色到完全變色[3]。同時(shí)，本文在研究樹木秋季葉片變色的過程中，是分別從氣溫、降水量、日照時(shí)數(shù)單個(gè)角度進(jìn)行對比研究的，而實(shí)際氣候因子對樹木秋季葉片顏色變化的影響很可能是共同綜合作用的，這也是今后需要我們繼續(xù)研究和探索的問題。