興隆山自然保護(hù)區(qū)優(yōu)勢植物的物候格局對氣候變化的響應(yīng)

祁 軍，王 靜，潘世成，劉 瑞，孟秀祥

（1.甘肅興隆山國家級自然保護(hù)區(qū)管理局，蘭州 730117；2. 中國人民大學(xué) 環(huán)境學(xué)院，北京 100872）

興隆山自然保護(hù)區(qū)優(yōu)勢植物的物候格局對氣候變化的響應(yīng)

祁 軍1,2，王 靜2，潘世成1，劉 瑞1，孟秀祥2

（1.甘肅興隆山國家級自然保護(hù)區(qū)管理局，蘭州 730117；2. 中國人民大學(xué) 環(huán)境學(xué)院，北京 100872）

甘肅興隆山自然保護(hù)區(qū)地處青藏高原、黃土高原、蒙新高原交匯地帶，區(qū)域內(nèi)的植物物候變化對探索氣候變化對該地區(qū)的生態(tài)影響有重要意義。本文對1951 — 2014年的氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析，結(jié)果表明：60年來，興隆山地區(qū)的日均溫呈逐年上升趨勢，累積增溫0.92℃，年降水量逐年下降，平均減少率為83.09 mm · (10a)-1。通過對比2004 — 2007年和2012 — 2015年間兩時(shí)間段內(nèi)的鮮黃小檗（Berberis diaphana）等14種植物物種的開花等8種物候現(xiàn)象的發(fā)生時(shí)間發(fā)現(xiàn)，有42.86%的觀測物種的物候存在顯著差異，其中華北珍珠梅（Sorbaria kirilowii）、鮮黃小檗最為顯著。鮮黃小檗物候期都呈推遲趨勢。華北珍珠梅的春季物候期推遲，秋季物候期提前，其生長季減少率為15.49 d · a-1。在保護(hù)區(qū)的植被管理實(shí)踐中，應(yīng)特別加強(qiáng)對華北珍珠梅的保育。

興隆山自然保護(hù)區(qū)；氣候變化；物候期；優(yōu)勢植物

以氣候變暖為主要特征的氣候變化受到社會各界的廣泛關(guān)注，IPCC第五次評估報(bào)告（秦大河等，2014）顯示近130多年來，全球地表年平均溫度上升了0.85℃，其中1951 — 2012年全球地表年平均氣溫平均每10年上升0.12℃，是1880 — 1950年的近兩倍；而近60年來我國地表平均氣溫每10年上升0.23℃，氣候變暖的幅度明顯高于全球。物候是指示氣候變化的主要指標(biāo)之一（丁抗抗等，2010），是指生物長期適應(yīng)溫度條件的周期性變化，形成與此相適應(yīng)的生長發(fā)育節(jié)律，主要指動(dòng)植物的生長、發(fā)育、活動(dòng)規(guī)律與非生物的變化對節(jié)候的反映（陸佩玲等，2006）。

甘肅興隆山保護(hù)區(qū)地處我國黃土高原、青藏高原和蒙新高原的交匯地帶（劉鴻源等，2012），是我國的“綠色巖島”、生物多樣性中心及重要基因庫，區(qū)內(nèi)海拔跨度大、生態(tài)系統(tǒng)類型齊全，瀕危植物及特有植物物種極多（魏強(qiáng)等，2011）。然而，目前國內(nèi)外開展的植被物候觀測與預(yù)測研究對象多為中高緯度地區(qū)的植物，對“過渡帶”地區(qū)的物候研究較少。在全球變暖的氣候背景下，研究“過渡帶”地區(qū)的植物對氣候變化的響應(yīng)，是亟待解決的重要科學(xué)問題。對興隆山保護(hù)區(qū)主要樹種物候期的連續(xù)觀測，系統(tǒng)記錄物種的發(fā)芽、展葉、開花、枝條生長、結(jié)果及落葉等關(guān)鍵物侯格局，結(jié)合長時(shí)序氣象數(shù)據(jù)分析闡明局域氣候變化對興隆山植物物候的效應(yīng)及作用機(jī)制，其結(jié)果將為保護(hù)區(qū)的資源保護(hù)、林副業(yè)生產(chǎn)、病蟲害防治、生態(tài)旅游等提供科學(xué)依據(jù)和參考。

1 研究方法

1.1 研究區(qū)概況

興隆山自然保護(hù)區(qū)位于甘肅省蘭州市東南部的榆中縣境內(nèi)（103°50′ — 104°10′E、35°38′ — 35°58′N），屬祁連山的東延余脈，總面積約295.84 km2，屬于森林生態(tài)系統(tǒng)類型的國家級保護(hù)區(qū)，主要保護(hù)對象為野生動(dòng)物馬麝（Moschus chrysogaster）、原始云杉林（Picea asperata）及其相應(yīng)的生態(tài)系統(tǒng)?？偟臍夂蛱卣鞅憩F(xiàn)為溫帶半濕潤氣候，屬于大陸性氣候，春季多風(fēng)少雨，夏季降水增多。保護(hù)區(qū)初霜凍一般發(fā)生在10月初，終霜凍在5月中、下旬，主要的氣象災(zāi)害包括霜凍、冰雹和暴雨。保護(hù)區(qū)內(nèi)平均溫度為4.1℃，平均年降水量為621.6 mm，平均年蒸發(fā)量為918.6 mm，相對濕度68%（祁軍等，2009）。

1.2 觀測物種的選定

由于研究區(qū)域內(nèi)物種涵蓋層次多樣，故特定選取以下14種優(yōu)勢物種作為觀測對象，包括5種喬木：白樺（Betula platyphylla）、遼東櫟（Quercus wutaishansea）、落葉松（Larix gmelinii）、山楊（Populus davidiana）、油松（Pinus tabulaeformis）；9種灌木：刺毛櫻桃（Cerasus setulosa）、刺鼠李（Rhamnus dumetorum）、甘肅山楂（Crataegus kansuensis）、互葉醉魚草（Buddleja alternifolia）、華北珍珠梅（Sorbaria kirilowii）、黃薔薇（Rosa hugonis）、山梅花（Philadelphus incanus）、鮮黃小檗（Berberis diaphana）、紫丁香（Syringa oblata）。

1.3 物候觀測方法

參照《中國物候觀測方法》（宛敏渭和劉秀珍，1979），在2004 — 2007年、2012 — 2015年分別進(jìn)行了連續(xù)觀測記錄，當(dāng)觀測對象有物候現(xiàn)象變化時(shí)，加強(qiáng)觀測次數(shù)，進(jìn)行每日觀測，將觀測對象50%出現(xiàn)變化的當(dāng)天，即該物候現(xiàn)象的高峰期，確定為對應(yīng)的物候期。

觀測并記錄的物候期包括：發(fā)芽期，即50%的枝條出現(xiàn)新芽；芽膨大期，即枝條上的50%新芽已經(jīng)膨大，即芽的鱗片開始分裂或分離；展葉期，即50%卷曲的小葉出現(xiàn)葉片平展時(shí)的階段；開花期，即50%的花朵開放，且雌蕊、雄蕊從花被中暴露出來；結(jié)果期，即50%的果實(shí)長出；果實(shí)膨大期，即50%的幼果膨大，體形增大；抽枝期，即50%的老枝條上出現(xiàn)新枝；果實(shí)成熟期，即50%果實(shí)成熟，出現(xiàn)顏色變化或體形變化。

1.4 數(shù)據(jù)處理

氣候數(shù)據(jù)來源于中國氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)網(wǎng)，包括1951 — 2014年甘肅省蘭州市榆中縣日最高溫、日最低溫、日均溫、日降水量的數(shù)據(jù)。

對于2004 — 2007年及2012 — 2015年所有物候數(shù)據(jù)，將所記錄的全部物候期轉(zhuǎn)為日序，即為距當(dāng)年1月1日的天數(shù)，并對其進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析。通過t檢驗(yàn)判斷觀測物種兩階段的物候期有無顯著差異，對有顯著差異的物候，用具有生態(tài)學(xué)意義的最優(yōu)模型分別對物候期和年份進(jìn)行回歸分析，所有操作均在Excel、SPSS軟件平臺上進(jìn)行。

2 研究結(jié)果

2.1 氣候變化趨勢

2.1.1 氣溫變化趨勢

（1）年內(nèi)溫度變化

如圖1所示，興隆山地區(qū)年內(nèi)氣溫呈拋物線狀分布，其變化具有季節(jié)性。冬季（12月、1月、2月）的平均溫度均在冰點(diǎn)溫度以下，其中1月平均氣溫達(dá)（-7.63 ± 0.56）℃，為全年溫度最低月份，平均最低溫度可達(dá)（-13.20 ± 0.56）℃；平均溫度最高為7月，達(dá)（18.90 ± 0.48）℃，平均最高溫度可達(dá)（25.64 ± 0.52）℃。

圖1 興隆山地區(qū)1951 — 2014年月平均氣溫變化圖Fig.1 Average monthly temperature change from 1951 — 2014 in Xinglongshan Natural Reserve

（2）年際溫度變化

對60余年的氣溫年際變化進(jìn)行分析，如圖2所示，可知60余年的氣溫變化主要可分為四個(gè)階段：第一階段（1951 — 1960年）呈上升趨勢；第二階段（1960 — 1980年）氣溫下降，其中20世紀(jì)70年代到20世紀(jì)80年代平均氣溫均為6.53℃，但20世紀(jì)80年代的氣溫變率略大于20世紀(jì)70年代（Yr= 0.045 ＞ 0.042）；第三階段（1980 — 2008年）氣溫上升；第四階段（2008 — 2014年）又出現(xiàn)年均溫下降的變化趨勢。

總體來看，興隆山地區(qū)氣溫呈上升趨勢，達(dá)0.15℃· (10a)-1，并以0.17℃· (10a)-1的速率增加，63年間累計(jì)增加了0.95℃。最高氣溫出現(xiàn)在2006年，年平均溫度達(dá)8.04℃；最低氣溫出現(xiàn)在1952年，年平均溫度為4.03℃，兩者相差4.01℃，上升幅度很大。

2.1.2 降水變化趨勢

（1）年內(nèi)降水量變化

興隆山地區(qū)夏季多雨水，月降水量呈拋物線分布，對年內(nèi)降水量進(jìn)行曲線擬合，模型為y= 25.875x3+ 28.875x2- 2.616x- 89.765的擬合效果較好（R2= 0.84）（圖3）。

圖2 興隆山地區(qū)1954 — 2014年氣溫年際變化圖Fig.2 Yearly temperature change from 1954 — 2014 in Xinglongshan Natural Reserve

圖3 興隆山地區(qū)1951 — 2014月降水量變化圖Fig.3 Monthly precipitation from 1951 — 2014 in Xinglongshan Natural Reserve

年均降水量為316.19 mm，主要為7、8月大量降水，降水峰值為8月，其平均降水量達(dá)807.00 mm。冬季（12月、1月、2月）降水量很少，且多以降雪的形式，最低降水量出現(xiàn)在12月，僅15.78 mm。

（2）年際降水量變化

如圖 4所示，興隆山地區(qū)歷年降水量變化可分為三個(gè)階段。1960年以前年降水量呈上升趨勢，1960 — 1980年降水量減少，1980 — 2000年降水量基本持平，2000至今年降水量緩慢減少，除2007年降水量遠(yuǎn)高于平均值外（5555.00 mm ＞ 3794.25 mm），多數(shù)年份降水量低于歷年降水量平均值。

圖4 興隆山地區(qū)1951 — 2014年降水量年際變化Fig.4 Yearly precipitation from 1951 — 2014 in Xinglongshan Natural Reserve

對60余年來興隆山地區(qū)年降水量進(jìn)行線性擬合，模型為y= -8.3085x+ 4135.8，R2 = 0.53，即年降水量以83.09 mm · (10a)-1的速率減少，趨勢較為明顯。年降水量最高值出現(xiàn)在1964年，年降水量達(dá)6073.00 mm，而在2011年，年降水量為2628.00 mm，不到前者的1/2，降水量差異顯著。

2.2 物候期變化

2.2.1 兩個(gè)階段對比

如圖5所示，對比2004 — 2007年和2012 — 2015年兩個(gè)階段不同觀測物種的物候期，2012 — 2015年遼東櫟發(fā)芽期較2004 — 2007年明顯推遲（P= 0.032 ＜ 0.05）；白樺、華北珍珠梅、山楊、鮮黃小檗芽膨大期顯著推遲（P= 0.018＜0.05；P= 0.01 ＜ 0.05；P= 0.0045 ＜ 0.05；P= 0.005＜0.05）；華北珍珠梅、落葉松、鮮黃小檗展葉期顯著推遲（P= 0.001 ＜ 0.05；P= 0.044 ＜ 0.05；P= 0.024 ＜ 0.05）；華北珍珠梅、鮮黃小檗開花期兩階段均有顯著變化，但華北珍珠梅表現(xiàn)為開花期提前（P= 0.001 ＜ 0.05），而鮮黃小檗卻表現(xiàn)為開花期推遲（P= 0.001 ＜ 0.05）；同樣，對于兩個(gè)時(shí)間段的結(jié)果期而言，有顯著變化的觀測物種，其變化趨勢卻不同：華北珍珠梅表現(xiàn)出結(jié)果期提前的趨勢（P= 0.005 ＜ 0.05），而落葉松、鮮黃小檗結(jié)果期顯著推遲（P= 0.001 ＜ 0.05；P= 0.007 ＜ 0.05）；鮮黃小檗果實(shí)膨大期顯著推遲（P= 0.003 ＜ 0.05）；華北珍珠梅、山梅花果實(shí)成熟期顯著提前（P= 0.000 ＜ 0.05；P= 0.010 ＜ 0.05）；即包括白樺、華北珍珠梅、山楊、鮮黃小檗的大部分春季物候期（發(fā)芽期、芽膨大期、展葉期、開花期）明顯提前；華北珍珠梅、落葉松、鮮黃小檗、山梅花的秋季物候期（結(jié)果期、果實(shí)膨大期、果實(shí)成熟期）明顯推遲。即有42.86%的觀測物種的2012 — 2015年物候期明顯區(qū)別于2004 — 2007年，其中華北珍珠梅、鮮黃小檗這兩種物種的春季物候期和秋季物候期均有明顯變化。由于不同植物對氣候變化的敏感性不同，對其作出的響應(yīng)也不盡相同，表現(xiàn)為物候期的推遲或者提前。

2.2.2 變化趨勢

對2012 — 2015年物候期顯著區(qū)別于2004 — 2007年的觀測物種，即華北珍珠梅和鮮黃小檗的趨勢預(yù)測如圖 6所示。

對于鮮黃小檗而言，結(jié)果期約推遲4.53 d·a-1（y= 4.5311x- 8944.7，R2 = 0.95），展葉期約推遲3.18 d·a-1（y= 3.1793x- 6267.7，R2 = 0.87），開花期約推遲3.91 d·a-1（y= 3.9149x- 7719，R2 = 0.89）；而對于華北珍珠梅，其物候期變化線性擬合較好的包括：芽膨大期約推遲3.97 d·a-1（y= 3.9676x- 7886.4，R2 = 0.86），果實(shí)成熟期約提前3.83 d·a-1（y= - 3.8339x+ 7948.6，R2 = 0.82）。

總體來看，鮮黃小檗所有的物候期都呈現(xiàn)推遲的趨勢，其中推遲現(xiàn)象最明顯的就是結(jié)果期；而對于華北珍珠梅既有物候期推遲的物候型，也有物候期提前的物候型，果實(shí)膨大期、結(jié)果期、果實(shí)成熟期和開花期候期提前，其中最顯著的是果實(shí)成熟期，而包括以芽膨大期為代表的抽枝期、發(fā)芽期、展葉期，呈現(xiàn)物候期推遲的趨勢，即華北珍珠梅的春季物候期多數(shù)呈現(xiàn)推遲趨勢，秋季物候期主要呈現(xiàn)提前的趨勢，整個(gè)生長季（春季物候 — 秋季物候）的時(shí)間會減短，可多達(dá)15.49 d·a-1，不利于華北珍珠梅的生長發(fā)育。

3 分析與結(jié)論

近60年的氣候數(shù)據(jù)顯示，興隆山地區(qū)整體呈現(xiàn)氣溫逐年上升（0.15℃· (10a)-1），降水量逐年下降（-83.09 mm · (10a)-1）的趨勢，這和先前對該地區(qū)的氣象研究結(jié)果基本一致，如1951 — 2010年對甘肅省氣溫變化的研究結(jié)果顯示60年間全省氣溫增長率為0.175℃· (10a)-1（馬玉霞和張軍，2012），1961 — 2008平均年降水量總線性趨勢變化率為-80.77 mm · (10a)-1（楊封科等，2015）。

圖5 觀測植物種2004 — 2007年與2012 — 2015年物候期對比（注：1.白樺；2.刺毛櫻桃；3.刺鼠李；4.甘肅山楂；5.互葉醉魚草；6.華北珍珠梅；7.黃薔薇；8.遼東櫟；9.落葉松；10.山梅花；11.山楊；12.鮮黃小檗；13.油松；14.紫丁香）Fig.5 Compared the phenophases of observed plants between 2004 — 2007 and 2012 — 2015 (Note: 1.Betula platyphylla; 2.Cerasus setulosa; 3.Rhamnus dumetorum; 4.Crataegus kansuensis; 5.Buddleja alternifolia; 6.Sorbaria kirilowii; 7.Rosa hugonis; 8.Quercus wutaishansea; 9.Larix gmelinii; 10.Philadelphus incanus; 11.Populus davidiana; 12.Berberis diaphana; 13.Pinus tabulaeformis; 14.Syringa oblata)

圖6 華北珍珠梅和鮮黃小檗的各物候期年份變化Fig.6 Phenophases changes ofSorbaria kirilowiiandBerberis diaphanafrom 2004 — 2007 and 2012 — 2015

但由于興隆山地處青藏高原、黃土高原、蒙新高原的交匯地帶，受地形等因素影響，其氣溫變化的速率稍緩于全國平均水平（0.23℃· (10a)-1）（秦大河等，2014），而本研究范圍蘭州市榆中縣位于蘭州市東南部，甘肅省南部地區(qū)，正好處在干旱半干旱整體南移（寧惠芳等，2010）的范圍內(nèi)，和年降水量下降的趨勢相符合。

整體來看，興隆山地區(qū)溫度逐年升高，降水量逐年減少。降水量能夠直接改變保護(hù)區(qū)內(nèi)可燃物的濕度，因而在降水量較低（1月份、2月份、3月份、12月份）的月份，要尤其注意森林防火。由于保護(hù)區(qū)為內(nèi)陸大陸性氣候，春季干燥多風(fēng)，冬季冷旱降水少，風(fēng)對森林火災(zāi)的形成和發(fā)展影響巨大（張愛萍，2015a）。此外，已有研究表明保護(hù)區(qū)近年的火警、火災(zāi)的發(fā)生主要出現(xiàn)在清明節(jié)前后（張愛萍，2015b），起火的導(dǎo)火索主要是人為因素，如燒地埂、野外燒秸稈、上墳燒紙等。所以在降水量少、風(fēng)力增強(qiáng)、人為引發(fā)火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)較大的3月份要格外加強(qiáng)森林火災(zāi)的防護(hù)工作。

通過對比2004 — 2007年及2012 — 2015年兩個(gè)階段的物候期，可以發(fā)現(xiàn)42.86%的觀測物種物候出現(xiàn)顯著變化，其中華北珍珠梅、鮮黃小檗最為顯著。華北珍珠梅的春季物候期推遲，秋季物候期提前，整個(gè)生長季（春季物候 — 秋季物候）的時(shí)間減短，可達(dá)15.49 d· a-1。雖然對1963 — 2008年的研究中顯示，哈爾濱珍珠梅的芽開放期提前7.5 d，展葉期提前9.2 d，開花期提前17.8 d，即呈現(xiàn)春季物候期提前的趨勢（李長海等，2011）；但對1982 — 1999年中國北方植被生長季空間變化研究顯示，甘肅部分地區(qū)植被生長季結(jié)束較早（王宏等，2007）。此外，興隆山自然保護(hù)區(qū)2004 — 2014年溫度呈現(xiàn)下降趨勢（y= -0.0186x+ 7.5058，R2 = 0.02），而且物候期受溫度、降水等各方面因素影響，這可能是興隆山保護(hù)區(qū)內(nèi)華北珍珠梅春季物候期呈現(xiàn)推遲趨勢的原因，需要進(jìn)一步的探究。

鮮黃小檗物候期整體呈現(xiàn)推遲的趨勢，這和植物本身特性相關(guān)，鮮黃小檗的耐寒性強(qiáng)于華北珍珠梅，在引種到內(nèi)蒙古地區(qū)時(shí)，越冬率達(dá)到100%（任利超，2011）。其耐寒性部分解釋了其在溫度下降的情況下春季、秋季物候期均呈現(xiàn)推遲的趨勢，但其具體原因需要進(jìn)一步探討。此外，雖然鮮黃小檗物候期均呈現(xiàn)推遲的趨勢，但生長季的變化不清楚，需要下一步分析。

生長季的縮短不利于植物的生長繁育，因而對于這種物候期變化明顯的植物，尤其是具有極大生態(tài)價(jià)值、經(jīng)濟(jì)價(jià)值的植物，需要加強(qiáng)保護(hù)保育工作。由于水熱條件的變化，也可能導(dǎo)致觀測物種的分布范圍的變化（王鶴齡等，2008），需要長時(shí)間的持續(xù)觀測。

丁抗抗, 高慶先, 李 輯. 2010. 我國植物物候變化及對氣候變化的響應(yīng)綜述[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué), 38(14): 7414 – 7417. [Ding K K, Gao Q X, Li J. 2010. Review on the plant phenology changes in China and the responses to the climate changes [J].Journal of Anhui Agricultural Sciences, 38(14): 7414 – 7417.]

李長海, 裴順祥, 郭泉水,等. 2011. 哈爾濱市3種灌木物候?qū)夂蜃兓捻憫?yīng)[J].東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 39(5): 58 – 61. [Li C H, Pei S X, Guo Q S, et al. 2011. Phenological responses of three shrub species to climate change in Harbin, Heilongjiang Province [J].Journal of Northeast Forestry University, 39(5): 58 – 61.]

劉鴻源, 魏 強(qiáng), 凌 雷. 2012.甘肅興隆山森林生態(tài)效益評價(jià)指標(biāo)體系與方法[J].中國水土保持, (11): 52 – 54. [Liu H Y, Wei Q, Ling L. 2012. Gansu Xinglong mountain forest ecological benefit evaluation index system and method [J].Soil and Water Conservation in China, (11): 52 – 54.]

陸佩玲, 于 強(qiáng), 賀慶棠. 2006. 植物物候?qū)夂蜃兓捻憫?yīng)[J].生態(tài)學(xué)報(bào), 26(3) : 923 – 929．[Lu P L, Yu Q, He Q T. 2006. Responses of plant phenology to climatic change [J].Acta Ecologica Sinica, 26(3): 923 – 929.]

馬玉霞, 張 軍. 2012. 甘肅省近60年氣溫變化特征分析[C]//中國氣象學(xué)會. 第29屆中國氣象學(xué)會年會: S7 氣候環(huán)境變化與人體健康. 沈陽: 中國氣象學(xué)會. [Ma Y X, Zhang J. 2012. The analysis of characteristics of temperature change in Gansu Province nearly 60 years [C]// Chinese Meteorological Society. The 29th annual meeting of China Meteorological Society: S7 climate change and human health. Shenyang: Chinese Meteorological Society.]

寧惠芳, 林婧婧, 陳佩璇. 2010. 甘肅省氣候暖干化與農(nóng)業(yè)干旱災(zāi)害的聯(lián)系[J].干旱氣象, 28(2): 198 – 201. [Ning H F, Lin J J, Chen P X. 2010. Impacts of warming and drying climate on agricultural drought disaster in Gansu Province [J].Journal of Arid Meteorology, 28(2): 198 – 201.]

祁 軍, 張學(xué)炎, 蘆月芳,等. 2009. 興隆山自然保護(hù)區(qū)植物物候觀測研究[J].甘肅林業(yè)科技, 34(3): 36 – 40. [Qi J, Zhang X Y, Lu Y F, et al. 2009. Phenological research on plant in Xinglongshan nature reserve [J].Journal of Gansu Forestry Science and Technology, 34(3): 36 – 40.]

秦大河, Thomas S, 259名作者和TSU（駐伯爾尼和北京）. 2014. IPCC第五次評估報(bào)告第一工作組報(bào)告的亮點(diǎn)結(jié)論[J].氣候變化研究進(jìn)展, 10(1): 1 – 6. [Qin D H, Thomas S, 259 Authors and TSU (Bern & Beijing).2014. Highlights of the IPCC Working GroupⅠ Fifth Assessment Report [J].Progressus Inquisitiones de Mutatione Climatis, 10(1): 1 – 6.]

任利超. 2011. 白云鄂博礦區(qū)13種木本植物引種及耐旱耐寒性研究[D]. 北京: 北京林業(yè)大學(xué). [Ren L C. 2011. Study on introduction of 13 woody plants and their resistance to drought and cold in Bayan Obo [D]. Beijing: Beijing Forestry University.]

宛敏渭, 劉秀珍. 1979. 中國物候觀測方法[M]. 北京: 科學(xué)出版社. [Wan M W, Liu X Z. 1979. Chinese phenology observation method [M]. Beijing: Science Press.]

王鶴齡, 鄧振鏞, 王潤元,等. 2008. 甘肅省越冬作物對氣候變暖響應(yīng)及其原因研究[C]// 中國氣象學(xué)會. 中國氣象學(xué)會2008年年會論文集. 北京: 中國氣象學(xué)會. [Wang H L, Deng Z Y, Wang Y Y, et al. 2008. Responses of winter crops to climate warming planting in Gansu Province [C]// Chinese Meteorological Society. Proceedings of 2008 annual meeting of China Meteorological Society. Beijing: Chinese Meteorological Society.]

王 宏, 李曉兵, 李 霞,等. 2007. 基于NOAA NDVI和MSAVI研究中國北方植被生長季變化[J].生態(tài)學(xué)報(bào), 27(2): 504 – 515. [Wang H, Li X B, Li X, et al. 2007. The variability of vegetation growing season in the northern China based on NOAA NDVI and MSAVI from 1982 to 1999 [J].Acta Ecologica Sinica, 27(2): 504 – 515.]

魏 強(qiáng), 凌 雷, 張廣忠,等. 2011. 甘肅興隆山主要森林類型凋落物累積量及持水特性[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào), 22(10): 2589 – 2598. [Wei Q, Ling L, Zhang G Z, et al. 2011. Water-holding characteristics and accumulation amount of the litters under main forest types in Xinglong Mountain of Gansu, Northwest China [J].Chinese Journal of Applied Ecology, 22(10): 2589 – 2598.]

楊封科, 何寶林, 高世銘. 2015. 氣候變化對甘肅省糧食生產(chǎn)的影響研究進(jìn)展[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào), 26(3): 930 – 938. [Yang F K, He B L, Gao S M. 2015. Impacts of climate change on food production in Gansu: A review [J].Chinese Journal of Applied Ecology, 26(3): 930 – 938. ]

張愛萍. 2015a. 森林氣候?qū)Ω拭C興隆山防火工作的影響[J].北京農(nóng)業(yè), (28): 108 – 109. [Zhang A P. 2015a. Forest climate infl uence on gansu xinglong mountain fi re prevention work [J].Beijing Agriculture, (28): 108 – 109.]

張愛萍. 2015b. 興隆山國家級自然保護(hù)區(qū)森林防火現(xiàn)狀及預(yù)防措施[J].甘肅林業(yè)科技, 40(2): 48 – 51. [ Zhang A P. 2015b. Situation and preventive measures of forest fi re prevention in Xinglong Mountain National Nature Reserve [J].Journal of Gansu Forestry Science and Technology, 40(2): 48 – 51.]

The phenological patterns of dominant plants in Xinglongshan Natural Reserve and the response to the regional climate change

QI Jun1,2, WANG Jing2, PAN Shicheng1, LIU Rui1, MENG Xiuxiang2
(1. Gansu Xinglongshan National Nature Reserve, Lanzhou 730117, China; 2. School of Environment and Natural Resources, Renmin University of China, Beijing 100872, China)

Background, aim, and scopeGlobal warming as the main characteristics of the climate change received extensive attention of the society from different fi elds. Phenology is one of the main indicators of climate change. Gansu Xinglongshan National Reserve is located at the intersection among Tibetan Plateau, Loess Plateau and Mengxin Plateau; the phenological period in where can be an important indicator of climate change. However, researches at home and abroad of vegetation phenology observation and prediction are focused on that in high latitudes, the phenological study of “transition zone” region is relative less. Therefore, solving the demanding problem can benefit future longtime phenological observations and predictions, which provide scientific proof for conservation and management.Materials and methodsClimate data are provides by China meteorological data sharing service system, including the highest temperature, lowest temperature, average temperature and daily precipitation from 1951 — 2014 in Yuzhong County, Gansu Province. Phenological data of 14 plants are recorded artifi cially in Xinglongshan Natural Reserve from 2004 — 2007 and 2012 — 2015, including 8 phenophases, namelygermination, bud expansion, leaf unfolding, blooming, fruiting, fruit expansion, branching and fruit ripping, and making the day when 50% twigs of observation have the phenological appearance as the corresponding phenophase. Then use Julian Day series to transfer all phenological data, and analyzing the change pattern by fitting, the relationship between regional climate data and phenological data by correlation and fi tting.ResultsThe temperature in Xinglongshan increased year by year, reaching 0.92℃in 60 years. While monthly precipitation tends to decrease at the rate of 83.09 mm · (10a)-1. Compared the 8 phenological phases of 14 observed species, 42.86% have the signifi cant change, especially forSorbaria kirilowiiandBerberis diaphana. The former species has shorter grow season for later spring phenophase and earlier autumn phenophases, reaching 15.49 d · a-1, and for the later species, the whole phenological period delay.DiscussionThe result of regional climate change in this research is similar with the former research result, namely have the same change tendency of increase in temperature and decrease in precipitation. However, because Xinglongshan National Natural Reserve is located at the Qinghai, Tibet and Mengxin Plateau, the coastal area of these plateaus, affected by the factors such as topography, its temperature change rate is a bit slow than the average rate in China. What is more, the research scope, Yuzhong County is located in the southeast of Lanzhou City, the southern part of Gansu Province, where is in the scale that arid and semi-arid move to south, and the annual precipitation decreased. The change pattern of phenophases is identical with the former research in northern part of China from 1982 — 1999.Sorbaria kirilowiiandBerberis diaphanashow different change tendency and response to regional climate change because its own characteristics, especially the cold tolerance of the later one.ConclusionsThe regional climate change in Xinglongshan National Natural Reserve have the tendency of increasing in temperature and decrease in precipitation, which is similar with most former study on relative area, and the change of phenophases of 14 observed plants, also the dominant plants in this study area, showing the tendency of delaying or in advance because of own characters. There are two plants, namelySorbaria kirilowiiandBerberis diaphana, showing significant change among 14 observations. The former one has a shorter growing season caused by higher temperature and less precipitation, while the later one has the tendency of delaying on all kinds of phenophases because of its better resistant ability against cold.Recommendations and perspectivesPrecipitation can directly change the humidity of fuel, and therefore in the month with low precipitation (January, February, March and December), should pay special attention to forest fi re prevention. Due to the inland continental climate in Xinglongshan National Natural Reserve, where has a dry and windy spring, and less rainfall in cold dry winter, and the wind effect on the formation and development of forest fire. In addition, the existing research shows that reserves in recent years, the occurrence of fi re mainly appears in the period before and after Qingming Festival, the fuse of the fi re is mainly man-made factors, such as burning DeGeng, fi eld burning straw, grave burn, etc. So when there are less rainfall, stronger wind and higher man-made fi re risk, namely around March, extra work to strengthen the protection of forest fi re is strongly needed. Because of the regional climate change, including temperature and precipitation, the phenological change in observed plants provide us management suggestions. For theSorbaria kirilowii, the shorter growing season will be unfavorable to its growth, and it continue the decreasing trend, it is necessary to strengthen artifi cial conservation work for it. However the mechanism of how plants response to climate change and why plants have different response to same climate change need to future study, and the longtime constant phenological observation can be helpful to solve this problem and showing a more specifi c and real change pattern on phenology, which benefi ts on better prediction and useful management measures.

Xinglongshan Natural Reserve; climate change; phenophases; dominant plants

MENG Xiuxiang, E-mail: meng2014@ruc.edu.cn

10.7515/JEE201603005

2016-02-29；錄用日期：2016-04-19

Received Date:2016-02-29;Accepted Date:2016-04-19

2015年度甘肅省省級林業(yè)科技計(jì)劃項(xiàng)目（2015kj056）；香港海洋公園保育基金（OPCFHK）項(xiàng)目（TM01_1516）

Foundation Item:Gansu Provincial Forestry Science and Technology Plan for 2015(2015kj056) ; Ocean Park Conservation Fundation Hong Kong (TM01_1516)

孟秀祥，E-mail: meng2014@ruc.edu.cn