科爾沁沙地小葉楊物候期變化規(guī)律1)

高亞敏 韓永增

(通遼市氣象局，通遼，028000) (通遼市林業(yè)科學(xué)研究院)

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科爾沁沙地小葉楊物候期變化規(guī)律1)

高亞敏 韓永增

(通遼市氣象局，通遼，028000) (通遼市林業(yè)科學(xué)研究院)

為了真實(shí)準(zhǔn)確地反映科爾沁沙地生態(tài)環(huán)境變化，預(yù)測(cè)未來環(huán)境發(fā)展趨勢(shì)，指導(dǎo)農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐，對(duì)1981—2014年科爾沁沙地小葉楊(Populussimonii)花芽開放期、展葉始期、展葉盛期、開花始期、開花盛期、葉全變色期、落葉末期等7個(gè)物候的出現(xiàn)日期和日照時(shí)間、平均氣溫、降水量等3個(gè)氣候因子進(jìn)行回歸分析和相關(guān)分析，探討其年變化趨勢(shì)及其相關(guān)關(guān)系。結(jié)果表明：近34 a來，科爾沁沙地的日照時(shí)間平均以8.817 9 h·a-1速度顯著減少，平均氣溫以0.035 7 ℃·a-1速度極顯著上升，降水量平均以2.337 6 mm·a-1的速度呈不顯著的減少趨勢(shì)。小葉楊花芽開放期以0.407 d·a-1速度極顯著提前，展葉期和開花期較常年變化不顯著，葉全變色期和落葉末期分別以0.730、0.626 d·a-1速度極顯著推遲，生長(zhǎng)季以1.033 d·a-1速度呈極顯著延長(zhǎng)趨勢(shì)。平均氣溫是影響小葉楊各個(gè)物候期變化的主要因子，分別與花芽開放期、展葉始期、展葉盛期、開花始期、開花盛期均呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，而與葉全變色期、落葉末期均呈顯著正相關(guān)關(guān)系。日照時(shí)間與葉全變色期呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系。降水量對(duì)小葉楊物候期變化影響不顯著。

科爾沁沙地；小葉楊；物候期變化

科爾沁沙地(116°21′30″～123°43′E，41°41′40″～47°39′20″N)是中國(guó)四大沙地之一，屬遼河中游沖積平原，為干旱半干旱地區(qū)，是典型的農(nóng)牧交錯(cuò)地[1]。根據(jù)中國(guó)科學(xué)院寒區(qū)旱區(qū)環(huán)境與工程研究所的監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示，內(nèi)蒙古境內(nèi)科爾沁沙地1975年的土地沙漠化面積是51 394 km2，截至目前，科爾沁沙地沙化土地面積為5萬km2左右。內(nèi)蒙古自治區(qū)通遼市林業(yè)局的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，全市森林覆蓋率由1978年的8.90%上升到現(xiàn)在的27.99%，森林面積已達(dá)到167.7萬hm2，使科爾沁沙地在全國(guó)四大沙地中率先實(shí)現(xiàn)了治理速度大于沙化速度的良性逆轉(zhuǎn)。

實(shí)現(xiàn)良性逆轉(zhuǎn)主要?dú)w功于“三北”防護(hù)林、防沙治沙、退耕還林等國(guó)家重點(diǎn)生態(tài)建設(shè)項(xiàng)目在科爾沁沙地逐年實(shí)施，其中主要的喬木造林樹種就是小葉楊(Populussimonii)。然而截至目前，針對(duì)小葉楊的后續(xù)研究報(bào)道非常稀少，周海燕等[2]研究了科爾沁沙地環(huán)境對(duì)小葉楊和雜交楊(P. spp.)生理狀況的影響，結(jié)果表明，雜交楊在節(jié)水和抗旱能力方面優(yōu)于小葉楊，而小葉楊在生長(zhǎng)、幼葉抵抗干旱能力以及光合能力上強(qiáng)于雜交楊。這在一定程度上影響了國(guó)家生態(tài)建設(shè)的成效。

物候觀測(cè)是氣候變化最直觀的植物信號(hào)記錄，物候變化是氣候與自然環(huán)境變化的綜合指標(biāo)[3-6]。通過對(duì)物候資料和現(xiàn)象的分析，掌握植物物候的變化規(guī)律，不僅能清楚地了解氣候的變化情況及其對(duì)植物物候的影響，而且對(duì)了解氣候變化對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的影響、尋找緩解氣候變化的措施以及保護(hù)生態(tài)環(huán)境均具有重要的指導(dǎo)意義[7-8]。目前，國(guó)內(nèi)外研究物候變化的報(bào)道較多，特別是20世紀(jì)60年代就已經(jīng)開展春小麥(TriticumaestivumL.)的研究[9]，其他農(nóng)作物及牧草方面的研究也有大量報(bào)道[10-13]，而木本植物的研究多針對(duì)經(jīng)濟(jì)樹種和珍稀樹種。劉璐[14]等分析了1971—2010年陜北紅棗(ZiziphusjujubaMill.)種植區(qū)氣候變化特征及其對(duì)物候期的影響，發(fā)現(xiàn)各生育期平均氣溫呈上升趨勢(shì)，日照時(shí)間呈減少趨勢(shì)，降水量在不同生育期內(nèi)的變化趨勢(shì)不一，紅棗物候期呈弱延長(zhǎng)趨勢(shì)，開花期和幼果期的平均氣溫與幼果期和脆熟采收期呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，開花期到9月上旬的降水量與脆熟采收期呈正相關(guān)關(guān)系。彭嘉棟等[15]研究了氣象因子對(duì)湖南油茶(Camelliaoleifera)產(chǎn)量的影響，發(fā)現(xiàn)開花期的平均氣溫與油茶產(chǎn)量呈正相關(guān)，果實(shí)膨大高峰期的降水時(shí)間也與油茶產(chǎn)量呈正相關(guān)，花芽成熟期的平均氣溫與油茶產(chǎn)量呈負(fù)相關(guān)，并根據(jù)影響油茶產(chǎn)量的主要?dú)庀笠蛩貥?gòu)建了產(chǎn)量模型。林磊等[16]對(duì)銀杏(GinkgobilobaL.)的物候特征及觀賞性與氣象條件之間關(guān)系進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)溫度不僅會(huì)影響銀杏的生長(zhǎng)發(fā)育，而且是決定銀杏物候期的很重要的因子之一，降水越多的地方，其物候期會(huì)相應(yīng)提前。日照對(duì)其葉全變色期和落葉初期影響顯著，也是衡量銀杏觀賞性的重要指標(biāo)。而關(guān)于防護(hù)林常用樹種的相關(guān)研究較少[17-18]，文中就此針對(duì)科爾沁沙地小葉楊的物候變化進(jìn)行初步分析和探討，以期更加真實(shí)準(zhǔn)確地反映科爾沁沙地生態(tài)環(huán)境的變化及未來發(fā)展趨勢(shì)，為指導(dǎo)農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

材料來源于內(nèi)蒙古自治區(qū)通遼市通遼氣象觀測(cè)站1981—2014年的小葉楊物候觀測(cè)資料和氣象資料。選擇的物候觀測(cè)資料包括花芽開放期、展葉始期、展葉盛期、開花始期、開花盛期、葉全變色期和落葉末期等7個(gè)物候的出現(xiàn)日期。選擇的氣象資料包括日照時(shí)間、平均氣溫和降水量等3個(gè)因子的逐月數(shù)據(jù)。

為研究方便，文中對(duì)小葉楊物候出現(xiàn)時(shí)間轉(zhuǎn)化為從1月1日開始計(jì)算的序日。首先，用回歸分析法分析當(dāng)?shù)毓狻?、水氣象因子以及各物候出現(xiàn)日期的年度變化規(guī)律，同時(shí)計(jì)算出Pearson相關(guān)系數(shù)并進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)；其次，采用Pearson相關(guān)分析法研究物候出現(xiàn)日期年變化與其前期各月及1～2個(gè)月、1～3個(gè)月，…,1～8個(gè)月氣候因子的相關(guān)性并進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)，通過α=0.05檢驗(yàn)為顯著，通過α=0.01檢驗(yàn)為極顯著。文中用EXCEL和SPSS19.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理和統(tǒng)計(jì)。

2 結(jié)果與分析

2.1 日照時(shí)間、平均氣溫、降水量的變化

從日照時(shí)間年度變化趨勢(shì)(圖1)可以看出，日照時(shí)間呈現(xiàn)逐年減少趨勢(shì)，平均減少8.817 9 h·a-1，并且達(dá)到顯著水平(r=-0.418，P=0.014)。從平均氣溫年度變化趨勢(shì)(圖2)可以看出，平均氣溫呈現(xiàn)逐年上升趨勢(shì)，平均上升0.035 7 ℃·a-1，并且達(dá)到極顯著水平(r=0.510，P=0.002)。從降水量年度變化趨勢(shì)(圖3)可以看出，降水量呈現(xiàn)逐年下降趨勢(shì)，平均下降2.337 6 mm·a-1，但沒有達(dá)到顯著水平(r=-0.249，P=0.155)。這些氣候條件組成了小葉楊物候期變化的基礎(chǔ)。

圖1 日照時(shí)間年度變化趨勢(shì)

2.2 小葉楊物候期的年度變化

從小葉楊物候出現(xiàn)時(shí)間年度變化趨勢(shì)(表1)可以看出，花芽開放期呈提前趨勢(shì)，平均提前0.407 d·a-1，而且達(dá)到極顯著水平(r=-0.514，P=0.003)。展葉始期和盛期呈現(xiàn)延遲趨勢(shì)，分別延遲0.071、0.123 d·a-1，較常年變化不顯著。開花始期和盛期呈現(xiàn)提前趨勢(shì)，分別提前0.195、0.126 d·a-1，較常年變化不顯著。葉全變色期呈延遲趨勢(shì)，平均延遲0.730 d·a-1，達(dá)到極顯著水平(r=0.837，P=0)。落葉末期也呈現(xiàn)延遲趨勢(shì)，平均推遲0.626 d·a-1，達(dá)到極顯著水平(r=0.726，P=0)。從花芽開放期至落葉末期的間隔時(shí)間呈現(xiàn)延長(zhǎng)趨勢(shì)，平均延長(zhǎng)1.033 d·a-1，達(dá)到極顯著水平(r=0.745，P=0)。這一變化規(guī)律與很多研究結(jié)論一致[17-20]。

圖2 平均氣溫年度變化趨勢(shì)

圖3 降水量年度變化趨勢(shì)

表1 小葉楊物候期年度變化趨勢(shì)

注：α為氣候傾向率；r為相關(guān)系數(shù)，P為概率值；** 為通過0.01信度；間隔時(shí)間為花芽開放期至落葉末期的間隔天數(shù)。

2.3 氣候變化對(duì)小葉楊物候期的影響

2.3.1 日照時(shí)間對(duì)小葉楊物候期的影響

從日照時(shí)間與小葉楊物候期的相關(guān)系數(shù)(表2)可以看出，日照時(shí)間對(duì)葉全變色期的影響最為明顯，兩者均呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)關(guān)系，部分時(shí)段的影響達(dá)到極顯著水平，如上一年10月份到當(dāng)年4月份，上一年11月份到當(dāng)年5月份，上一年12月份到當(dāng)年6月份。主要原因就是日照增加有利于葉黃素的生成，促進(jìn)葉色變黃，導(dǎo)致葉全變色期的提前?；ㄑ块_放期受部分時(shí)段日照影響，兩者呈現(xiàn)顯著正相關(guān)關(guān)系，即日照越多花芽開放越晚。日照時(shí)間與展葉始期和展葉盛期呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，均未通過α=0.05水平檢驗(yàn)。與開花始期和開花盛期均呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系，僅上一年10月份到當(dāng)年2月份日照時(shí)間達(dá)到顯著水平。落葉末期和間隔時(shí)間受部分時(shí)段日照影響，兩者呈現(xiàn)顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，即日照越多落葉末期將提前，間隔時(shí)間將縮短。此外還可看出，短時(shí)間段內(nèi)的日照時(shí)間變化幾乎不影響小葉楊物候期變化，只有到達(dá)或超過3個(gè)月的時(shí)間段日照變化才會(huì)影響部分物候期變化，說明日照時(shí)間不是影響物候變化的關(guān)鍵因子。

2.3.2 平均氣溫對(duì)小葉楊物候期的影響

從平均氣溫與小葉楊物候期的相關(guān)系數(shù)(表3)可以看出，平均氣溫對(duì)各個(gè)物候期均有顯著影響，其中對(duì)花芽開放期、展葉始期和展葉盛期影響最大是當(dāng)年4月份及以前7個(gè)月的平均氣溫，呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系；對(duì)開花始期和開花盛期影響最大的是當(dāng)年3月和4月平均氣溫，呈現(xiàn)極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系；對(duì)葉全變色期和落葉末期影響最大的是當(dāng)年9月份及以前7個(gè)月的平均氣溫，呈極顯著正相關(guān)關(guān)系；平均氣溫與間隔時(shí)間呈極顯著正相關(guān)關(guān)系。分析原因主要是氣溫升高有利于打破樹木休眠狀態(tài)，促進(jìn)花芽開放，同時(shí)有利于入秋時(shí)期的能量積累，推遲樹木進(jìn)入冬季休眠狀態(tài)，延長(zhǎng)了生長(zhǎng)時(shí)間。從另一方面看，不同時(shí)段的平均氣溫均會(huì)影響小葉楊物候期變化，尤其是物候出現(xiàn)日期的前2個(gè)月影響最為顯著，說明平均氣溫是影響小葉楊物候期的主要因子。

表2 日照時(shí)間與小葉楊物候期的相關(guān)系數(shù)

注：*為通過0.05水平顯著性檢驗(yàn)；** 為通過0.01水平顯著性檢驗(yàn)；—為無數(shù)據(jù)；S表示上一年，后面數(shù)字表示月份；D表示當(dāng)年，后面數(shù)字表示月份，如S12-D1為上年12月份到當(dāng)年1月份日照時(shí)間之和，依此類推。

表3 平均氣溫與小葉楊物候期的相關(guān)系數(shù)

續(xù)(表3)

注：*為通過0.05水平顯著性檢驗(yàn)；** 為通過0.01水平顯著性檢驗(yàn)；—為無數(shù)據(jù)；S表示上一年，后面數(shù)字表示月份；D表示當(dāng)年，后面數(shù)字表示月份，如S12-D1為上年12月份到當(dāng)年1月份日照時(shí)間之和，依此類推。

2.3.3 降水量對(duì)小葉楊物候期的影響

通過各時(shí)段的降水量與小葉楊各物候出現(xiàn)日期的相關(guān)性分析，發(fā)現(xiàn)他們之間并不存在顯著相關(guān)關(guān)系，而且表現(xiàn)各異，如當(dāng)年3月份降水量與落葉末期呈正相關(guān)關(guān)系，而與其他物候期均呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)關(guān)系；當(dāng)年4月份降水量與花芽開放期、開花始期、開花盛期呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，而與展葉始期、展葉盛期、葉全變色期和落葉末期又呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系；當(dāng)年8月份降水量與葉全變色期呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)關(guān)系，而與落葉末期又呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系；當(dāng)年9月份降水量與葉全變色期和落葉末期均呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)關(guān)系；當(dāng)年10月份降水量與葉全變色期和落葉末期均呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系?？赡芙邓繉?duì)物候期的影響是非線性的，有待進(jìn)一步研究，這也說明降水量并不是影響小葉楊物候期變化的關(guān)鍵因子，這與楊麗桃等[17]的研究結(jié)果一致。

3 結(jié)束語(yǔ)

近34 a來，科爾沁沙地的日照時(shí)間平均以8.817 9 h·a-1速度顯著減少，平均氣溫以0.035 7 ℃·a-1速度極顯著上升，降水量平均以2.337 6 mm·a-1速度呈不顯著的減少趨勢(shì)。

近34 a來，科爾沁沙地的小葉楊花芽開放期顯著提前，平均提前0.407 d·a-1，展葉期和開花期較常年變化不顯著，葉全變色期和落葉末期均極顯著推遲，分別推遲0.730、0.626 d·a-1，生長(zhǎng)季呈現(xiàn)延長(zhǎng)趨勢(shì)，平均延長(zhǎng)1.033 d·a-1。

氣溫是影響小葉楊各個(gè)物候期變化的主要因子，與花芽開放期、展葉始期、展葉盛期、開花始期、開花盛期均呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，而與葉全變色期、落葉末期均呈正相關(guān)關(guān)系。日照時(shí)間與葉全變色期呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系。降水量對(duì)小葉楊物候期變化影響不顯著，可能呈現(xiàn)非線性關(guān)系。

因本研究所選氣象資料較少，未進(jìn)行小葉楊物候期對(duì)氣候變化的響應(yīng)研究，下一步將增加氣象資料種類，綜合分析小葉楊各物候期對(duì)氣候變化的響應(yīng)，建立各物候期變化的預(yù)估模型，為指導(dǎo)農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)和監(jiān)測(cè)環(huán)境變化提供理論依據(jù)。

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Phenological Changes ofPopulussimoniiin Horqin Sandy Land//

Gao Yamin

(Tongliao Meteorological Bureau, Tongliao 028000, P. R. China); Han Yongzeng(Forestry Academy of Tongliao City)//

Journal of Northeast Forestry University，2017,45(5)：29-34.

In order to reflect the change of ecological environment in Horqin sandy land, predict the future development trend of environment, guide the practice of agricultural and forestry production, based on regression analysis and correlation analysis, we studied the three climatic factors including the sunshine hours, average temperature and precipitation, and the seven phenological stages ofPopulussimoniiof 1981-2014 in Horqin sandy land, including the flower buds opening phase, leaf unfolding primary and prevailing phases, blossoming primary and prevailing phases, leaf coloring phase, leaf falling ending phase, and found out the regularity of the annual changes and the relationship. In the past 34 a, the sunshine duration was significantly reduced at a rate of 8.817 9 h·a-1, the average temperature was significantly increased at a rate of 0.035 7 ℃·a-1, and the precipitation decreased at 2.337 6 mm·a-1though not so significant. The flower bud opening phase was significantly advanced at a rate of 0.407 d·a-1, while the leaf unfolding primary and prevailing phases, and blossoming primary and prevailing phase did not change significantly. The leaf coloring phase and leaf falling ending phase were significantly postponed at 0.730 and 0.626 d·a-1, and the growing season was significantly advanced at 1.033 d·a-1. The dominant influencing factor of this phenological changes was average temperature, and it was significantly negatively correlated with flower buds opening phase, leaf unfolding primary and prevailing phases, blossoming primary and prevailing phases, while it was significantly positively correlated with leaf coloring phase and leaf falling ending phase. Sunshine duration was significantly negatively correlated with leaf coloring phase. The influence of precipitation to the phenology phase changes ofP.simoniiwas not significant.

Horqin sandy land;Populussimonii; Phenological changes

高亞敏，女，1984年1月生，通遼市氣象局，工程師。E-mail:gaoyaminok@163.com。

2016 年 11 月 21 日。

S716.5

1)內(nèi)蒙古自治區(qū)通遼市氣象局科技創(chuàng)新項(xiàng)目 (201509)。

責(zé)任編輯：任 俐。