氣象要素對植物物候影響及其驅(qū)動機(jī)制研究進(jìn)展

崔石林

摘要 氣象要素對植物物候具有非常深遠(yuǎn)的影響，其中溫度、水分以及光照是最重要的影響因素。大量研究表明，在世界范圍內(nèi)，近50年全球植物物候都呈現(xiàn)出春季物候提前和秋季物候延遲的趨勢。分析了氣象要素對植物物候造成的影響，并深入研究了氣象要素對植物物候變化的驅(qū)動機(jī)制。

關(guān)鍵詞 氣象要素;植物物候;影響;驅(qū)動機(jī)制

中圖分類號：Q948 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B 文章編號：2095–3305（2021）09–0080–02

植物物候主要是指植物在氣候和其他環(huán)境因素的影響下，出現(xiàn)以年為周期的一種自然現(xiàn)象，是植物適應(yīng)環(huán)境過程中形成的一種生長發(fā)育規(guī)律[1]。研究植物物候的對象主要是植物生長發(fā)育節(jié)律與環(huán)境要素之間的關(guān)系，這種關(guān)系可以真實(shí)地反映出植物對環(huán)境變化的適應(yīng)性。積極開展植物物候研究工作，不僅可以對各種農(nóng)事活動起到良好的指導(dǎo)作用，同時(shí)還能對病蟲害發(fā)生和氣候變化趨勢起到良好的預(yù)測作用。進(jìn)入21世紀(jì)以來，全球氣候變暖顯著，極端天氣頻發(fā)。在這種背景下，植物物候也相應(yīng)發(fā)生了顯著的變化。

1 氣象要素對植物物候的影響

1.1 溫度對植物物候的影響

植物的生理活動涉及一系列的生化反應(yīng)，其中酶的作用至關(guān)重要。酶的活性與外界溫度的變化之間有著非常緊密的聯(lián)系，在一定的限度內(nèi)，當(dāng)外界溫度升高時(shí)，酶的活性就會升高，當(dāng)外界溫度下降時(shí)，酶的活性就會下降。溫度因素對植物物候有非常重要的影響。在植物個(gè)體生長發(fā)育的前期，物候期的開始日期與前一階段的氣溫息息相關(guān)。在地球的中緯度地區(qū)，氣溫會直接影響植物的抽芽、展葉以及開花等春季物候。在此過程中，只有當(dāng)外界溫度達(dá)到一定的水平，植物才能開始生長發(fā)育活動，同時(shí)植物的生長周期也需要達(dá)到一定的積溫水平才能完成。對種子和果實(shí)的成熟而言，其成熟程度主要取決于該時(shí)期的積溫;對秋季的黃葉和落葉而言，必須等外界氣溫達(dá)到一定的標(biāo)準(zhǔn)才能實(shí)現(xiàn)。除此之外，如果所處的季節(jié)不同，那么溫度和溫度變化對植物物候造成的影響也會存在較大的差距。當(dāng)冬季的氣溫偏高時(shí)，較難打破冬季芽的休眠，并且植物的開花期也會推遲。但是也有數(shù)據(jù)表明，當(dāng)冬季氣溫升高時(shí)，植物的開花期提前。

1.2 水分對植物物候的影響

水分是影響植物物候的重要?dú)夂蛞蛩亍Ｈ绻摰貐^(qū)的氣候條件較為干旱，那么物候期就會推遲。在這種情況下，雖然該地區(qū)有較好的光條件和熱條件，但是植物對光和熱的實(shí)際利用率不高。對丘陵地區(qū)而言，如果植物在花序出現(xiàn)期遇到干旱氣候，那么植物的開花期就會明顯延后。對低地地區(qū)而言，如果種植人員科學(xué)合理地灌溉植物，那么植物的開花期普遍提前6 d左右。與此同時(shí)，降水對熱帶和干旱地區(qū)的植物開花也有非常重要的影響。比如，委內(nèi)瑞拉東北部的荊棘林地受到干旱條件的影響相對較大，當(dāng)該地區(qū)一旦出現(xiàn)降雨天氣，植物就會立即開花，降雨與植物開花之間存在非常明顯的一致性關(guān)系[2]。在全球氣候變暖的背景下，地球上的部分冰川開始融化，同時(shí)地球上的年降水量也在逐漸增加，并且干旱性質(zhì)的極端天氣也愈加頻繁。在這種情況下，學(xué)者必須切實(shí)加強(qiáng)對水分與植物物候之間關(guān)系的深入研究，從而為整個(gè)社會的可持續(xù)發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

1.3 光照對植物物候的影響

大多數(shù)植物有光敏色素，在其生長發(fā)育的各個(gè)階段都離不開光照。在正常情況下，科學(xué)合理地縮短光照的實(shí)際時(shí)間，能夠在一定程度上促進(jìn)短日照植物的開花，使其開花期明顯提前。如果顯著縮短樹木的光照周期，那么就會嚴(yán)重影響植物芽的休眠，但是這種影響并不包括正處于休眠期的樹木。根據(jù)研究數(shù)據(jù)，當(dāng)白天氣溫維持在20 ℃，夜間氣溫維持在10 ℃，日照時(shí)間維持在6 h的條件下，對植物進(jìn)行有效的變溫處理，能夠使植物的萌芽期明顯提前，其提前時(shí)間一般為10 d以上[3]。但是如果調(diào)整日照時(shí)間，使其遠(yuǎn)遠(yuǎn)﹤6 h，那么植物的萌芽期就會出現(xiàn)明顯的延遲。與此同時(shí)，對于早春開花和冬季開花的植物，溫度是影響開花的主要因素;對于晚春和早夏開花的植物，日照和溫度均會影響植物的開花;對于晚夏開花等植物，溫度會直接影響植物的花粉活性。

2 氣象要素對植物物候變化的驅(qū)動機(jī)制

2.1 植物開始休眠的驅(qū)動因子

對高緯度的落葉植物而言，它們通過休眠，有效避免惡劣環(huán)境造成的不良影響，從而保證自身能夠安全地度過寒冷的冬季。當(dāng)秋季日照時(shí)間開始減少時(shí)，植物就會開始進(jìn)入休眠狀態(tài);如果保持日照時(shí)間不變，即使降低外界環(huán)境中的溫度，也不會導(dǎo)致植物進(jìn)入休眠狀態(tài)。日照長度短于臨界日照長度時(shí)就能引起休眠，大于臨界日照長度則不發(fā)生休眠，如刺槐、樺樹、落葉松幼苗在短日照下經(jīng)10～14 d即停止生長，進(jìn)入休眠;短日照和高溫可以誘發(fā)某些水生植物的冬季休眠芽的形成;短日照也促進(jìn)大花捕蟲槿芽休眠。而鈴蘭、洋蔥則相反，長日照誘發(fā)其休眠。春季和夏季，植物的休眠主要為抑制性休眠;秋季和冬季，植物的休眠主要為生理性休眠;冬末時(shí)節(jié)至春初時(shí)節(jié)，植物的休眠主要為被迫休眠。對草本植物而言，前期月平均氣溫越低，那么植物的枯黃期就越晚;反之，前期月平均氣溫越高，那么植物的枯黃期就越早。造成這種現(xiàn)象的原因主要表現(xiàn)在以下2個(gè)方面：（1）如果外界環(huán)境中的氣溫過高，那么水分的蒸發(fā)速度就會明顯加快，從而導(dǎo)致草本植物處于缺水狀態(tài)，進(jìn)一步加快草本植物的枯黃。（2）植物的枯黃是在積溫達(dá)到一定程度上才能實(shí)現(xiàn)的，外界的高溫會加快草本植物的枯黃。對禾本植物而言，外界環(huán)境中的溫度與植物葉變色期之間存在著非常緊密的聯(lián)系。如果外界環(huán)境中的最低氣溫上升1 ℃，那么植物葉變色期的時(shí)間就會推遲3 d;如果外界環(huán)境中的最低氣溫下降1 ℃，那么植物葉變色期的時(shí)間就會提早3 d[4]。與此同時(shí)，如果外界環(huán)境存在嚴(yán)重的鹽漬化，或者處于嚴(yán)重干旱的狀態(tài)，那么植物的葉片就會出現(xiàn)大面積凋落。

2.2 植物休眠解除的驅(qū)動因子

植物休眠解除的驅(qū)動因子主要是光周期和低溫環(huán)境。（1）光周期對植物休眠解除的影響。對大部分常綠植物而言，光周期會對它們的發(fā)育基因起到一定的調(diào)控作用。對于春季的樺木芽，更長時(shí)間的光照能夠有效促進(jìn)樺木進(jìn)入發(fā)芽狀態(tài)。（2）低溫對植物休眠解除的影響。對于大多數(shù)樹芽，解除其休眠的的最佳溫度是5 ℃～7 ℃之間;部分專家認(rèn)為，如果將樹芽長期暴露于低溫環(huán)境中，那么也可以達(dá)到休眠解除的目的，這里的低溫環(huán)境為-5 ℃～10 ℃[5]。在果樹發(fā)育和萌芽的過程中，如果它們無法獲得外界環(huán)境中的低溫刺激，那么它們就會呈現(xiàn)出一種不正常的狀態(tài)。在桃樹開花的過程中，良好的低溫刺激顯得尤為重要，其整體的重要程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于對熱量的滿足程度。

2.3 植物活動期的驅(qū)動因子

當(dāng)植物解除休眠之后，它們的生長發(fā)育會獲得外界環(huán)境的有效調(diào)控。（1）基礎(chǔ)溫度和積溫閾值對植物活動期的影響十分顯著，如果環(huán)境中的溫度比植物發(fā)育的基礎(chǔ)溫度低，那么植物的發(fā)育就會處于停滯狀態(tài)?？刂品e溫閾值的方法已經(jīng)在種子萌發(fā)率和葉片發(fā)育研究中得到了非常廣泛的應(yīng)用。根據(jù)相關(guān)的研究數(shù)據(jù)，與溫帶物種相比，熱帶物種的基礎(chǔ)溫度更高，但是熱帶物種的發(fā)育速度明顯高于溫帶物種。（2）光照對植物活動期的影響也十分重要，對大多數(shù)植物而言，它們在開花期受到光敏色素的影響較大。利用這一研究成果，很多有經(jīng)驗(yàn)的花農(nóng)在養(yǎng)花過程中會科學(xué)合理地調(diào)節(jié)光照，實(shí)現(xiàn)對不同花朵開放時(shí)間的有效控制，從而進(jìn)一步提高經(jīng)濟(jì)效益。（3）水分對植物活動期的驅(qū)動作用。對大多數(shù)熱帶植物和草本植物而言，干旱的環(huán)境會在很大程度上抑制它們的生長發(fā)育。在這種情況下，當(dāng)?shù)氐挠昙緯蔀轵?qū)動植物物候的首要因素。

3 結(jié)束語

隨著環(huán)境的不斷演變，植物的生理特征和物候節(jié)律隨之發(fā)生明顯的變化。近幾十年來，生態(tài)環(huán)境正在發(fā)生巨大的變化，這對植物的生長發(fā)育造成了非常重大的影響。在此背景下，相關(guān)部門必須切實(shí)加大對氣象要素與植物物候關(guān)系的研究力度，從而更加準(zhǔn)確地評估植被生產(chǎn)力與全球碳收支之間的關(guān)系，為我國實(shí)現(xiàn)碳中和、碳達(dá)峰的中長期目標(biāo)提供可靠的評估手段與實(shí)現(xiàn)路徑，為生態(tài)環(huán)境的系統(tǒng)性優(yōu)化提供堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

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責(zé)任編輯：黃艷飛