1950—2015年中國(guó)植物物候變化的集成分析

徐佳，樊海東，倪健,2 *

(1. 浙江師范大學(xué) 化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院，浙江 金華 321004；2. 浙江金華山亞熱帶森林生態(tài)系統(tǒng)野外科學(xué)觀(guān)測(cè)研究站，浙江 金華 321004)

0 引言

諸多研究表明，人為排放的溫室氣體增加導(dǎo)致全球氣候發(fā)生變化[1]，而氣候變化必將對(duì)自然生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生重大影響[2-4]，如海洋生產(chǎn)力的下降[5]、物種分布格局的改變[6-7]、動(dòng)植物物候期發(fā)生變化[8-10]等。因此，研究氣候變化對(duì)自然生態(tài)系統(tǒng)已經(jīng)產(chǎn)生的影響及其生態(tài)機(jī)制，對(duì)于預(yù)測(cè)未來(lái)氣候變化的影響，并揭示生態(tài)系統(tǒng)的變化規(guī)律具有重要的意義[11]。

植物物候是較精確、長(zhǎng)期的生物變化證據(jù)，不僅可以從植物個(gè)體上進(jìn)行描述，也能利用遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行反演[12]，在預(yù)報(bào)農(nóng)時(shí)、全球氣候變化影響評(píng)估、氣候模型的建立驗(yàn)證、監(jiān)測(cè)和保護(hù)生態(tài)環(huán)境等方面具有重要的理論價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義[13-18]。因此，植物物候作為氣候變化對(duì)生態(tài)系統(tǒng)影響的最有效和最直接的證據(jù)，已經(jīng)成為當(dāng)今生態(tài)學(xué)和氣象學(xué)研究的熱點(diǎn)之一[19]。全球大量的物候期記錄表明，植物的展葉期、開(kāi)花期提前[20-21],落葉期推遲[22-23],生長(zhǎng)季節(jié)延長(zhǎng)[24-26]。中國(guó)的物候觀(guān)測(cè)也表明，東北、華北及長(zhǎng)江下游等地區(qū)物候期提前，西南東部、長(zhǎng)江中游等地區(qū)物候期推遲[27-28]。然而，植物物候期的改變程度因物種、地點(diǎn)和調(diào)查時(shí)間長(zhǎng)短而異[29-34]。

著名氣象學(xué)家、地理學(xué)家竺可楨先生是中國(guó)現(xiàn)代物候?qū)W的開(kāi)拓者和奠基人，他提出了現(xiàn)代物候?qū)W的定義，設(shè)計(jì)了現(xiàn)代物候觀(guān)測(cè)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)[13]，建立了中國(guó)現(xiàn)代物候觀(guān)測(cè)網(wǎng)系統(tǒng)；同時(shí)總結(jié)了中國(guó)古代物候?qū)W思想，挖掘史料中的物候信息，重建了中國(guó)過(guò)去5 000年溫度變化規(guī)律[35]。在他的實(shí)踐、倡導(dǎo)與推動(dòng)下，中國(guó)的物候?qū)W研究在過(guò)去的60多年里取得了巨大成就。近期，隨著全球變化研究的推進(jìn)，在過(guò)去單一地點(diǎn)、單一物種或少數(shù)物種的物候觀(guān)測(cè)研究基礎(chǔ)上，一些學(xué)者已經(jīng)總結(jié)集成了中國(guó)的植物物候變化現(xiàn)象，并試圖與氣候變化建立聯(lián)系，發(fā)現(xiàn)氣候變暖導(dǎo)致中國(guó)33°N以北大部分地區(qū)植物春季物候期，包括萌芽、展葉、開(kāi)花期等顯著提前，植被生長(zhǎng)季延長(zhǎng)[36-37]；隨著中國(guó)大部分地區(qū)春季氣溫的升高和秦嶺以南地區(qū)氣溫的降低，東北平原、長(zhǎng)江中下游平原和華北平原春季物候期都表現(xiàn)出顯著提前的趨勢(shì)，而云貴高原、四川盆地和華南地區(qū)春季物候期均有微弱提前的趨勢(shì)，秋季物候期整體呈推遲趨勢(shì)[38-40]；木本植物的花期長(zhǎng)度具有明顯的區(qū)域差異和種間差異，中高緯度地區(qū)木本植物的花期長(zhǎng)于低緯度地區(qū)，西部地區(qū)長(zhǎng)于東部地區(qū)，槐樹(shù)花期長(zhǎng)度的變幅遠(yuǎn)大于其他物種[41]。

然而，過(guò)去的工作仍側(cè)重于少數(shù)植物種的物候變化現(xiàn)象描述，尚缺乏全國(guó)范圍多物種的定量統(tǒng)計(jì)與生態(tài)機(jī)理闡述，缺乏對(duì)區(qū)域間和物種間的差異分析，也由于發(fā)表時(shí)間較早而尚未囊括近期一些物候變化研究新成果。因此，采用文獻(xiàn)集成的方法，收集整合近23年來(lái)發(fā)表的中國(guó)植物物候在過(guò)去65年間變化的文章，統(tǒng)計(jì)與集成分析中國(guó)植被物候響應(yīng)氣候變化所發(fā)生的實(shí)際變化，比較不同物種和不同區(qū)域間的物候變化差異，揭示中國(guó)不同地區(qū)物候變化的特征及其生態(tài)學(xué)機(jī)制，為未來(lái)氣候變化對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的影響預(yù)測(cè)提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究方法

1.1 文獻(xiàn)收集

通過(guò)網(wǎng)絡(luò)文獻(xiàn)資料庫(kù)的檢索，配合圖書(shū)館查閱等方式，盡可能全面地收集1995—2018年發(fā)表的與氣候變化對(duì)植物物候期影響相關(guān)的文獻(xiàn)，從中篩選出氣候變化對(duì)中國(guó)植物物候影響的大量個(gè)案研究，然后對(duì)數(shù)據(jù)質(zhì)量進(jìn)行綜合評(píng)估，確認(rèn)有效的個(gè)案研究數(shù)據(jù)。

通過(guò)知網(wǎng)(CNKI)和維普網(wǎng)(VIP)利用相同檢索詞進(jìn)行交叉檢索中文文獻(xiàn)，通過(guò)ISI Web of Science(WoS)檢索英文文獻(xiàn)。檢索詞為氣候變化名詞如“氣候變化”“全球變化”“氣候變暖”等和“物候”，英文檢索詞為“China”“climate change”“phenology”。對(duì)可能發(fā)表物候變化文章較多的雜志，如《植物生態(tài)學(xué)報(bào)》、《生態(tài)學(xué)報(bào)》、《應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)》、《生態(tài)學(xué)雜志》、《林業(yè)科學(xué)》、《生物多樣性》、Global Change Biology、Global Ecology and Biogeography、Journal of Biogeography、Climatic Change等，則采用逐卷逐期瀏覽的方式，盡可能查找所有相關(guān)文章。檢索時(shí)間跨度為1980—2018年，主要側(cè)重1995—2018年出版物中的物候信息，共檢索到433篇研究氣候變化對(duì)植物物候影響的文獻(xiàn)。

仔細(xì)審查檢索到的所有文獻(xiàn)，逐篇仔細(xì)閱讀，按照以下標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行篩選：(1)文章的研究對(duì)象為植物，剔除氣候變化對(duì)動(dòng)物物候影響的個(gè)案研究；(2)文獻(xiàn)中的觀(guān)測(cè)點(diǎn)要精確定位，范圍不應(yīng)過(guò)大(如觀(guān)測(cè)點(diǎn)為黃土高原、秦嶺地區(qū)等類(lèi)似文獻(xiàn)則剔除)；部分文章是利用遙感技術(shù)監(jiān)測(cè)和描述大尺度的物候變化，沒(méi)有具體的坐標(biāo)信息，此類(lèi)文章亦剔除；(3)單一的研究地點(diǎn)要對(duì)應(yīng)單一物種或多個(gè)物種的單一物候指標(biāo)(如果是一個(gè)觀(guān)測(cè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)多種植物的物候指標(biāo)平均值，則剔除)；(4)至少有10年觀(guān)測(cè)年限(允許有中斷年份)的文獻(xiàn)才納入統(tǒng)計(jì)分析。經(jīng)過(guò)篩選剔除274篇無(wú)效文獻(xiàn)，最終有159篇文獻(xiàn)中的有效數(shù)據(jù)納入統(tǒng)計(jì)分析。

1.2 信息提取

文獻(xiàn)主要利用回歸分析、相關(guān)分析、線(xiàn)性?xún)A向估計(jì)、Mann-kendall檢驗(yàn)、Pearson相關(guān)系數(shù)、t檢驗(yàn)等方法，驗(yàn)證物候記錄與氣候變化是否存在顯著的相關(guān)關(guān)系，無(wú)相關(guān)者不納入本研究的進(jìn)一步集成與統(tǒng)計(jì)中。也就是說(shuō)，非氣候變化影響的相關(guān)物候記錄不屬于本研究的范圍。由此，摘錄所有的氣候變化導(dǎo)致的物候變化信息，包含觀(guān)測(cè)地點(diǎn)名稱(chēng)、觀(guān)測(cè)點(diǎn)的地理位置(經(jīng)度、緯度、海拔)、觀(guān)測(cè)點(diǎn)所處的省份、生物氣候帶、所涉及的物種(學(xué)名、拉丁名)、研究方法、物候觀(guān)測(cè)的起始年度和結(jié)束年度(計(jì)算年代跨度)、30種物候指標(biāo)的變化幅度(以d/10a為單位)等。部分文獻(xiàn)缺失觀(guān)測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)位置，則在Google Earth軟件中查找并添加。對(duì)所涉及的物種進(jìn)行分類(lèi)，按照生活型分為木本植物(喬木、灌木)和草本植物，按照起源將木本植物又分為自然木本植物、園林植物和果樹(shù)，草本植物又分為自然草本植物和農(nóng)作物。

注：Ⅰ: 寒溫帶針葉林區(qū); Ⅱ: 溫帶針闊葉混交林區(qū);Ⅲ: 暖溫帶落葉闊葉林區(qū); Ⅳ: 亞熱帶常綠闊葉林區(qū); Ⅴ: 熱帶季雨林、雨林區(qū); Ⅵ: 溫帶草原區(qū); Ⅶ: 溫帶荒漠區(qū); Ⅷ: 青藏高原高寒植被區(qū)。圖 1 中國(guó)物候觀(guān)測(cè)點(diǎn)的空間分布 Figure 1 Spatial distribution of phenological observation sites in China

全國(guó)共記錄到297個(gè)觀(guān)測(cè)點(diǎn)，主要覆蓋東部與北方地區(qū)(圖1)。根據(jù)中國(guó)植被分區(qū)，這些觀(guān)測(cè)點(diǎn)多數(shù)位于暖溫帶落葉闊葉林區(qū)(29.0%)，其次為亞熱帶常綠闊葉林區(qū)(20.2%)、溫帶草原區(qū)(19.5%)、溫帶荒漠區(qū)(16.8%)、溫帶針闊葉混交林區(qū)(9.1%)、青藏高原高寒植被區(qū)(3.4%)和熱帶雨林、季雨林區(qū)(2.0%)。有關(guān)青藏高原的物候研究大都是利用遙感數(shù)據(jù)分析的，故而具體的觀(guān)測(cè)點(diǎn)很少。

共記錄了285種植物的物候信息，且每個(gè)點(diǎn)的觀(guān)測(cè)植物數(shù)量是不一致的(圖1)。在總計(jì)3 413條物候信息中(某一特定物種對(duì)應(yīng)特定物候期一個(gè)階段變化被認(rèn)為是一條物候信息)，有220種木本植物的物候信息2 159條，65種草本植物涉及的物候信息有1 254條。葉和花的物候期關(guān)注最多，尤其是展葉始期與開(kāi)花期，而芽和果實(shí)的物候期關(guān)注較少。從所有的物候觀(guān)測(cè)來(lái)看，記錄最多的物候觀(guān)測(cè)時(shí)間跨度為41～50 a(占39.0%)，21～30 a的次之(35.6%)，11～20 a占15.1%，31～40 a占8.9%，而51～60 a的物候記錄很少(1.4%)。重要物候期的觀(guān)測(cè)信息統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表1。

表 1 重要物候期的觀(guān)測(cè)信息Table 1 Statistic information about key phenophase observations

生活型物候期時(shí)間序列數(shù)物種數(shù)觀(guān)測(cè)站點(diǎn)數(shù)觀(guān)測(cè)起始年代觀(guān)測(cè)結(jié)束年代觀(guān)測(cè)時(shí)間跨度喬木展葉始期390671331972±122008±335.4±13.5開(kāi)花始期343761111974±112008±432.9±12.5葉始變色期11936571977±122008±331.2±11.7葉全變色期17357611970±122009±339.9±13.2生長(zhǎng)季長(zhǎng)度8126631984±112007±423.7±11.7灌木展葉始期8143211970±92008±437.6±11.5開(kāi)花始期10048241971±102008±335.4±11.3葉始變色期342871977±52008±232.5±4.3葉全變色期403061973±92009±336.8±11.0生長(zhǎng)季長(zhǎng)度6361991±102009±318.7±9.2草本播種期1394901982±72007±226.3±6.7返青期9518551984±62008±324.4±6.6開(kāi)花期17834981984±62007±224.1±6.1成熟期1016781983±42007±225.0±4.5枯黃期10732571985±62006±321.8±6.1生育期183281081985±62007±323.0±5.5總計(jì)2 1701892741974±122008±334.1±13.1

1.3 統(tǒng)計(jì)分析

以物種為單元的統(tǒng)計(jì)分析，將某一物種或某一類(lèi)群物種平均的物候觀(guān)測(cè)變化值作為該物種或物種類(lèi)群的物候變化值。對(duì)于以觀(guān)測(cè)點(diǎn)為單元的統(tǒng)計(jì)分析，則將該觀(guān)測(cè)點(diǎn)包含的所有植物或者某一類(lèi)群植物的物候觀(guān)測(cè)變化值進(jìn)行平均，作為該觀(guān)測(cè)點(diǎn)的物候變化值。以植被分區(qū)為單元的統(tǒng)計(jì)分析，則將該植被區(qū)內(nèi)包含的所有植物的物候觀(guān)測(cè)變化值進(jìn)行平均。由于很大部分物候指標(biāo)的有效數(shù)據(jù)不全，因此本研究重點(diǎn)關(guān)注物候記錄多的物候期變化，主要包括木本植物的展葉始期、開(kāi)花始期、葉始變色期、葉全變色期和生長(zhǎng)季長(zhǎng)度，草本植物/農(nóng)作物的播種期、返青期、開(kāi)花期、成熟期、枯黃期和生育期。

首先統(tǒng)計(jì)分析不同生活型植物(木本與草本)在不同植被區(qū)的物候期變化，再分析同一生活型植物的不同分布方式植物(自然分布與人工種植)的物候期在同一植被區(qū)的變化，最后分析各種植物物候期變化的空間變異特征。利用SPSS統(tǒng)計(jì)軟件，采用單因素方差分析(One-way ANOVA)檢驗(yàn)?zāi)颈局参镏械膱@林植物、果樹(shù)和自然木本植物在同一植被區(qū)之間物候變化速率的差異，采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)方法分析草本植物中自然草本植物和農(nóng)作物間的物候變化差異。地理分布繪圖采用ArcGIS軟件。

2 結(jié)果

2.1 不同生活型植物的物候變化

全國(guó)不同植被區(qū)木本和草本植物的不同物候期變化存在差異。在溫帶針闊葉混交林區(qū)、暖溫帶落葉闊葉林區(qū)、亞熱帶常綠闊葉林區(qū)、溫帶草原區(qū)和溫帶荒漠區(qū)(圖2)，所有木本植物的展葉始期和開(kāi)花始期均呈提前趨勢(shì)，葉始變色期/枯黃初期和葉全變色期均呈推遲趨勢(shì)，前者以暖溫帶落葉闊葉林區(qū)提前最多，且與其他4個(gè)植被區(qū)展葉始期均具有顯著性差異(P<0.05)，其開(kāi)花始期與溫帶針闊葉混交林區(qū)和溫帶草原區(qū)也具有顯著性差異(P<0.05)。亞熱帶常綠闊葉林區(qū)的葉始變色期推遲幅度極顯著高于其他4個(gè)植被區(qū)(P<0.01)，4個(gè)植被區(qū)的葉全變色期均呈不顯著推遲趨勢(shì)，溫帶草原區(qū)推遲幅度最大。生長(zhǎng)季均呈不顯著延長(zhǎng)趨勢(shì)，以溫帶針闊葉混交林延長(zhǎng)幅度最大(圖2)。

注：植被分區(qū)同圖1。圖 2 中國(guó)木本植物的物候變化趨勢(shì)(各植被區(qū)域平均值±標(biāo)準(zhǔn)差) Figure 2 Phenological trends of woody plants in China (mean value ±SD in each vegetation division)

對(duì)草本植物(包括農(nóng)作物)而言(圖3)，暖溫帶落葉闊葉林區(qū)、亞熱帶常綠闊葉林區(qū)和溫帶草原區(qū)的農(nóng)作物播種期呈不明顯推遲趨勢(shì)(冬小麥的物候記錄居多)，而青藏高原高寒植被區(qū)和溫帶荒漠區(qū)則呈不顯著提前趨勢(shì)。亞熱帶常綠闊葉林區(qū)和溫帶荒漠區(qū)草本植物的返青期呈推遲趨勢(shì)，而暖溫帶落葉闊葉林、青藏高原高寒植被區(qū)和溫帶草原區(qū)則呈提前趨勢(shì)，且青藏高原高寒植被區(qū)提前幅度顯著高于其他4個(gè)植被區(qū)(P<0.05)，溫帶荒漠區(qū)與溫帶草原區(qū)、暖溫帶落葉闊葉林區(qū)的返青期具有極顯著性差異(P<0.01)。各大植被區(qū)的開(kāi)花期均呈不顯著提前趨勢(shì)，在青藏高原高寒植被區(qū)提前幅度最小，而在溫帶荒漠區(qū)提前幅度最大。所有植被區(qū)的成熟期均呈不顯著提前趨勢(shì)，以暖溫帶落葉闊葉林區(qū)提前幅度最大；只有暖溫帶落葉闊葉林區(qū)的植被枯黃期呈提前趨勢(shì)，亞熱帶常綠闊葉林區(qū)無(wú)枯黃期物候記錄，溫帶荒漠區(qū)、溫帶草原區(qū)和青藏高原高寒植被區(qū)均呈推遲趨勢(shì)，暖溫帶落葉闊葉林區(qū)與青藏高原高寒植被區(qū)具有顯著性差異(P<0.05)，其他植被區(qū)無(wú)顯著性差異。暖溫帶落葉闊葉林區(qū)、亞熱帶常綠闊葉林區(qū)、溫帶草原區(qū)和青藏高原高寒植被區(qū)生育期均呈延遲趨勢(shì)，而溫帶荒漠區(qū)生育期呈微弱縮短趨勢(shì)，植被區(qū)間無(wú)顯著性差異(圖3)。

注：植被分區(qū)同圖1。圖 3 中國(guó)草本植物的物候變化趨勢(shì)(各植被區(qū)域平均值±標(biāo)準(zhǔn)差) Figure 3 Phenological trends of herbaceous plants in China (mean value±SD in each vegetation division)

2.2 不同起源植物的物候變化

木本植物中不同起源物種在同一植被區(qū)的物候變化趨勢(shì)也存在差異(圖4)。溫帶針闊葉混交林區(qū)與暖溫帶落葉闊葉林區(qū)中園林植物、果樹(shù)和自然木本植物的展葉始期和開(kāi)花始期均呈提前趨勢(shì)，葉始變色期和葉全變色期呈推遲趨勢(shì)，但前者不同物種類(lèi)型間物候期變化無(wú)顯著性差異，園林植物的生長(zhǎng)季呈延長(zhǎng)趨勢(shì)、自然植物呈縮短趨勢(shì)，而后者園林植物與自然木本植物的葉始變色期具有顯著性差異(P<0.05)，生長(zhǎng)季均呈延長(zhǎng)趨勢(shì)，園林植物延長(zhǎng)幅度極顯著高于果樹(shù)(P<0.01)。亞熱帶常綠闊葉林區(qū)中園林植物和果樹(shù)展葉始期和開(kāi)花始期均呈提前趨勢(shì)，而自然木本植物展葉始期呈推遲趨勢(shì)，葉始變色期和葉全變色期呈推遲趨勢(shì)，生長(zhǎng)季呈延長(zhǎng)趨勢(shì)，物種間物候期變化無(wú)顯著性差異。溫帶草原區(qū)中園林植物和果樹(shù)的展葉始期呈提前趨勢(shì)，自然木本植物的展葉始期呈推遲趨勢(shì)且與園林植物、果樹(shù)的展葉始期均具有極顯著差異(P<0.01)，它們的開(kāi)花始期均呈不顯著提前趨勢(shì)，園林植物和果樹(shù)的葉始變色期呈推遲趨勢(shì)，而自然木本植物呈不顯著提前趨勢(shì)，生長(zhǎng)季均呈不顯著延長(zhǎng)趨勢(shì)。溫帶荒漠區(qū)中園林植物、果樹(shù)和自然木本植物的展葉始期和開(kāi)花始期均呈提前趨勢(shì)，其中果樹(shù)展葉始期提前幅度極顯著高于園林植物(P<0.01)，園林植物和果樹(shù)的葉始變色期和葉全變色期均呈推遲趨勢(shì)，而自然木本植物則均呈提前趨勢(shì)，且在3種植物間均具有顯著性差異(P<0.05)，自然木本植物的生長(zhǎng)季呈延長(zhǎng)趨勢(shì)(圖4)。

注：FL: 展葉始期; FF: 開(kāi)花始期; BLC: 葉始變色期; ELC: 葉全變色期; GS: 生長(zhǎng)季。植被分區(qū)同圖1。圖 4 不同木本植物的物候變化趨勢(shì)Figure 4 Phenological trends of different woody species in China

注：(a) 中國(guó); (b) 溫帶草原區(qū); (c) 溫帶荒漠區(qū)。FD: 開(kāi)花期; MD: 成熟期; GP: 生育期。圖 5 不同草本植物的物候變化趨勢(shì)Figure 5 Phenological trends of different herbaceous plants in China

由于草本植物的物候記錄較少，此處選取記錄較多的溫帶草原區(qū)、溫帶荒漠區(qū)與全國(guó)草本植物的物候期進(jìn)行對(duì)比。從草本植物中的自然植物和農(nóng)作物共有物候指標(biāo)開(kāi)花期、成熟期和生育期來(lái)看(圖5)，全國(guó)農(nóng)作物和自然草本植物的開(kāi)花期、成熟期均呈提前趨勢(shì)，農(nóng)作物生育期呈縮短趨勢(shì)，而自然草本植物的生育期呈延長(zhǎng)趨勢(shì)，它們之間的物候期變化無(wú)顯著性差異。溫帶草原區(qū)和溫帶荒漠區(qū)自然草本植物和農(nóng)作物的開(kāi)花始期均呈不顯著提前趨勢(shì)，溫帶草原區(qū)自然草本植物生育期呈延長(zhǎng)趨勢(shì)，農(nóng)作物生育期呈縮短趨勢(shì)，兩者并無(wú)顯著性差異。不同植被區(qū)間農(nóng)作物和自然草本植物的物候期也沒(méi)有顯著性差異。

2.3 植物物候變化的空間趨勢(shì)

中國(guó)植物物候期變化具有顯著的時(shí)空差異性(圖6)。對(duì)木本植物來(lái)說(shuō)，大部分區(qū)域其展葉始期呈提前趨勢(shì)，只有華南、華中與西北少部分地區(qū)呈現(xiàn)推遲趨勢(shì)，而東部、北方植物的開(kāi)花始期提前，只有西南地區(qū)呈現(xiàn)推遲趨勢(shì)；全國(guó)范圍的展葉始期和開(kāi)花始期從西南向東北方向提前趨勢(shì)減弱。葉始變色期與葉全變色期在全國(guó)整體呈現(xiàn)推遲趨勢(shì)，從西北向東南推遲趨勢(shì)逐漸減弱，但前者在華中北部、西北東部和東北的少部分地區(qū)呈現(xiàn)微弱提前趨勢(shì)，而后者在華南和東北少部分地區(qū)呈現(xiàn)提前趨勢(shì)。生長(zhǎng)季整體呈延長(zhǎng)趨勢(shì)，華北、東北北部、西北中部和華中南部少數(shù)觀(guān)測(cè)點(diǎn)呈縮短趨勢(shì)。統(tǒng)計(jì)來(lái)看，春/夏季物候期(展葉始期、開(kāi)花始期)記錄有87.4%呈提前趨勢(shì)，平均提前2.786 d/10a，而秋季物候期(葉始變色期、葉全變色期)記錄有71.5%呈推遲趨勢(shì)，平均推遲1.903 d/10a，57.7%的生長(zhǎng)季物候記錄呈延長(zhǎng)趨勢(shì)，平均延長(zhǎng)2.120 d/10a。

草本植物物候觀(guān)測(cè)點(diǎn)多集中在中部與北部地區(qū)，其物候期變化的空間趨勢(shì)不明顯，提前與推后并存，且在空間上無(wú)截然界限(圖6)。其中，播種期(農(nóng)作物為主體)和返青期的變化在大部分區(qū)域相對(duì)平衡，分別有51.1%和53.7%呈提前趨勢(shì)，平均提前0.190 d/10a與0.617 d/10a。開(kāi)花期和成熟期的整體提前趨勢(shì)強(qiáng)烈，分別有78.7%和68.3%的記錄呈提前趨勢(shì)，平均提前3.383 d/10a和1.570 d/10a，而且開(kāi)花期的提前與推后的極端值較多。全國(guó)范圍內(nèi)播種期、返青期、開(kāi)花期和成熟期自西向東提前趨勢(shì)減弱?？蔹S期(自然草本植物為主體)整體上呈推遲趨勢(shì)(53.3%的記錄)，平均推遲0.301 d/10a，但也有部分地區(qū)呈提前趨勢(shì)。生育期整體呈延長(zhǎng)趨勢(shì)(52.5%的記錄)，平均延長(zhǎng)0.464 d/10a，但縮短趨勢(shì)也較明顯。這些變化與草本植物的生物學(xué)特性相關(guān)，也與草本植物響應(yīng)氣候變化較敏感有關(guān)聯(lián)。

3 討論

本研究從氣候變化對(duì)中國(guó)植物物候影響的文獻(xiàn)中提取長(zhǎng)時(shí)間序列、不同區(qū)域和不同物種的有效物候變化信息，從而集成分析其在過(guò)去65年間的變化趨勢(shì)，及其在物種間、區(qū)域間的差異。研究發(fā)現(xiàn)，大部分植物在大部分區(qū)域的春季物候期(萌芽、開(kāi)花、展葉期等)總體呈現(xiàn)提前趨勢(shì)，而秋季物候期(枯黃期、落葉期、葉變色期等)總體呈推遲趨勢(shì)，但物種間和區(qū)域間的變化存在差異。對(duì)于木本植物而言，暖溫帶落葉闊葉林區(qū)展葉始期和開(kāi)花始期提前幅度明顯高于其他植被區(qū)，亞熱帶常綠闊葉林區(qū)葉始變色期推遲幅度明顯高于其他植被區(qū)，溫帶草原區(qū)葉全變色期推遲幅度最大，溫帶針闊葉混交林區(qū)生長(zhǎng)季延長(zhǎng)趨勢(shì)最為顯著。而對(duì)于草本植物而言則更加復(fù)雜，溫帶荒漠區(qū)和青藏高原高寒植被區(qū)播種期呈提前趨勢(shì)，而暖溫帶落葉闊葉林區(qū)、亞熱帶落葉闊葉林區(qū)和溫帶草原區(qū)的播種期呈現(xiàn)不同程度的推遲趨勢(shì)，暖溫帶落葉闊葉林區(qū)、溫帶草原區(qū)和青藏高原高寒植被區(qū)返青期呈提前趨勢(shì)，而溫帶荒漠區(qū)和亞熱帶常綠闊葉林區(qū)呈推遲趨勢(shì)，溫帶草原區(qū)、溫帶荒漠區(qū)和青藏高原高寒植被區(qū)枯黃期呈推趨勢(shì)，而暖溫帶落葉闊葉林區(qū)呈提前趨勢(shì)，暖溫帶落葉闊葉林區(qū)、亞熱帶常綠闊葉林區(qū)和溫帶荒漠區(qū)生育期呈縮短趨勢(shì)，而溫帶草原區(qū)和青藏高原高寒植被區(qū)呈延長(zhǎng)趨勢(shì)。上述結(jié)果均顯示，在氣候變化的大背景下，物種間的生物學(xué)與生態(tài)學(xué)特性不同導(dǎo)致其物候變化趨勢(shì)的差異，而不同植被區(qū)域間的氣候、土壤、地形等要素對(duì)植物生長(zhǎng)的影響程度不同，從而也導(dǎo)致其氣候變化所影響的物候變化趨勢(shì)的差異[42-45]。南方與北方的本底熱量，以及東部與西部基礎(chǔ)水分的差異，均可能導(dǎo)致更寒冷和更干旱地區(qū)植物更易遭受氣候變化的影響[46-47]。

圖 6 中國(guó)主要物候期的空間變化(-為提前/縮短，+為推后/延長(zhǎng))Figure 6 Spatial change of main phenological phases in China (-advance/shorten, + delay/expansion)

在同一植被區(qū)自然生態(tài)系統(tǒng)與人為管理生態(tài)系統(tǒng)中植物的物候期變化也存在差異。其中，在亞熱帶常綠闊葉林區(qū)和溫帶草原區(qū)園林植物和果樹(shù)展葉始期均呈提前趨勢(shì)，而自然木本植物均呈推遲趨勢(shì)；溫帶草原區(qū)園林植物、果樹(shù)葉始變色期均呈提前趨勢(shì)，而自然木本植物呈推遲趨勢(shì)；溫帶荒漠區(qū)園林植物和果樹(shù)葉始變色期和葉全變色期均呈推遲趨勢(shì)，而自然木本植物均呈提前趨勢(shì)。溫帶荒漠區(qū)和溫帶草原區(qū)自然草本植物成熟期均呈推遲趨勢(shì)，而農(nóng)作物均呈提前趨勢(shì)；溫帶草原區(qū)自然草本植物生育期呈延長(zhǎng)趨勢(shì)，而農(nóng)作物呈縮短趨勢(shì)；從全國(guó)范圍來(lái)看，農(nóng)作物生育期呈縮短趨勢(shì)，而自然草本生育期呈延長(zhǎng)趨勢(shì)。由此看出，自然植物與人工管理植物間的物候期變化存在差異，人工管理措施之下的部分園林植物與果樹(shù)展葉期提前、落葉期延遲，從而延長(zhǎng)其生長(zhǎng)季，更能提高觀(guān)賞價(jià)值和生產(chǎn)力；而農(nóng)作物的生育期則相對(duì)縮短，人工促進(jìn)生長(zhǎng)是一方面原因，而氣候變暖也是另一個(gè)重要因素[48-50]。

在文獻(xiàn)檢索和提取有效物候變化記錄時(shí)，刻意規(guī)避了人為干擾等影響，對(duì)人工管理的生態(tài)系統(tǒng)亦是如此，僅關(guān)注來(lái)自氣候變化的影響，因此本研究的集成發(fā)現(xiàn)應(yīng)該是氣候變暖影響物候變化的植物學(xué)與生態(tài)學(xué)證據(jù)[40]，這從大空間尺度、長(zhǎng)時(shí)間序列的遙感分析也可以得到佐證[51-52]。但目前尚無(wú)法剔出物種本身生長(zhǎng)對(duì)物候變化的影響，從而只突出氣候變化的影響[53]。當(dāng)然，由于很多物候觀(guān)測(cè)點(diǎn)位于城市，也有不少記錄來(lái)自園林、經(jīng)濟(jì)林以及農(nóng)作物，城市化所造成的城市熱島效應(yīng)(間接人為干擾)也會(huì)疊加在氣候變暖的影響之上，人工管理措施(施肥等)是否改變植物的物候特征，也是值得注意的[54-57]。

由于不同文獻(xiàn)來(lái)源的物候觀(guān)測(cè)時(shí)間跨度不一致，本集成分析尚無(wú)法在時(shí)間尺度上給出中國(guó)植物物候變化的異同點(diǎn)，這是在今后的工作中需要深入研究的。同時(shí)，由于文獻(xiàn)信息的限制，無(wú)法獲得一個(gè)觀(guān)測(cè)點(diǎn)的長(zhǎng)時(shí)間序列氣候變化記錄，而附近的氣象臺(tái)站也較稀少，文獻(xiàn)中的氣象數(shù)據(jù)參差不齊，因此無(wú)法在一個(gè)統(tǒng)一框架下重復(fù)分析這些物候變化的氣候變化機(jī)制。今后需要利用統(tǒng)一的氣候變化數(shù)據(jù)庫(kù)，如英國(guó)氣候研究小組(CRU)的高分辨率時(shí)間序列[58]，以重要生物氣候指標(biāo)[59]開(kāi)展分析。

目前獲得的物候觀(guān)測(cè)點(diǎn)多集中在華北、西北和東北地區(qū)以及三大高原(內(nèi)蒙古高原、青藏高原和黃土高原)，對(duì)華南和西南地區(qū)的研究尚少，而青藏高原區(qū)域的物候變化記錄絕大部分都是來(lái)自遙感信息，因此，應(yīng)加強(qiáng)這些地區(qū)的野外觀(guān)測(cè)研究，這對(duì)分析亞熱帶和熱帶植物以及世界第三極高寒植物對(duì)氣候變化的響應(yīng)具有重要意義。今后，全國(guó)各地的新觀(guān)測(cè)點(diǎn)應(yīng)兼顧城市、鄉(xiāng)村與野外，從而可進(jìn)行對(duì)比研究。另外，在不同植被區(qū)域有各自獨(dú)特的觀(guān)測(cè)物種，這是基于當(dāng)?shù)刂参飬^(qū)系特征而考慮的，是可以接受的，但在此基礎(chǔ)上，不同區(qū)域應(yīng)盡可能選擇相同物種或相對(duì)應(yīng)科屬進(jìn)行物候觀(guān)測(cè)，以發(fā)現(xiàn)物種內(nèi)與物種間的異同。

物候觀(guān)測(cè)花費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)，消耗人力物力多，但因其重要性與必要性，還是需要繼續(xù)堅(jiān)持的生態(tài)學(xué)觀(guān)測(cè)任務(wù)。慶幸的是，由竺可楨先生倡導(dǎo)、1963年建成的“中國(guó)物候觀(guān)測(cè)網(wǎng)”(CPON：http://www.cpon.ac.cn)仍在有效運(yùn)行中，現(xiàn)有觀(guān)測(cè)站30個(gè)，包括自然物候觀(guān)測(cè)站26個(gè)、觀(guān)賞性花木觀(guān)測(cè)基地4個(gè)，主要觀(guān)測(cè)35種共同觀(guān)測(cè)植物、127種地方性觀(guān)測(cè)植物、12種動(dòng)物、4種農(nóng)作物和12種氣象水文現(xiàn)象。國(guó)家生態(tài)系統(tǒng)觀(guān)測(cè)研究網(wǎng)絡(luò)(CNERN：www.cnern.org)與中國(guó)生態(tài)系統(tǒng)研究網(wǎng)絡(luò)(CERN：http://www.cern.ac.cn)所屬的野外臺(tái)站，從20世紀(jì)80—90年代也開(kāi)始進(jìn)行物候觀(guān)測(cè)，大部分臺(tái)站位于偏遠(yuǎn)地區(qū)，有助于自然植被物候變化的研究。目前在很多野外臺(tái)站都安裝有植物生長(zhǎng)節(jié)律在線(xiàn)自動(dòng)觀(guān)測(cè)系統(tǒng)，由高像素?cái)z像機(jī)、大容量數(shù)據(jù)采集器、多光譜成像儀為核心部件組成，可自動(dòng)監(jiān)測(cè)植物的生長(zhǎng)發(fā)育節(jié)律，這是將來(lái)的一個(gè)重要發(fā)展方向。

志謝:

感謝劉曉彤、郭丹丹、許藝君、趙丹藝協(xié)助摘錄物候信息，李凱指導(dǎo)ArcGIS軟件使用。