北京山桃開花期變化及其氣候影響因子分析

董宛麟 王林鵬 房志玲 王曉晨 李超 潘學(xué)標

摘 ?要：為了給植被開花期預(yù)報和氣候變化的生態(tài)影響評估提供科學(xué)依據(jù)，筆者利用1951—2004年北京頤和園山桃開花期觀測資料，分析山桃開花期年際、年代際變化和影響其的氣候因子。結(jié)果表明：山桃多年平均開花期為3月26日，年際間呈顯著提前趨勢。山桃開花期的轉(zhuǎn)折點在1980s，1980s后呈顯著提前趨勢（P<0.01），較1950s—1970s平均提前6天。山桃10年平均、最晚、最早開花期均顯著提前，尤其是2000年以后山桃的平均、最晚、最早開花期，較1951—1990年分別提前14天、14天、16天。影響山桃開花期時間最主要的是從當年1月1日到山桃開花期的平均氣溫。1980s開始影響山桃開花期顯著提前的主要氣候因子是時間段內(nèi)（冬、春季）平均氣溫的升高。

關(guān)鍵詞：山桃;物候;開花期;溫度;降水;年代際;氣候因子

中圖分類號：S1-6 ? ?文獻標志碼：A ? ?論文編號：cjas20190700116

Abstract： To provide a basis for the forecast of blooming stage and the ecological impact assessment of climate change， based on the observation data of Prunus davidiana at blooming stage in the Summer Palace in Beijing from 1951 to 2004， we analyzed the interannual and inter-decadal change of the blooming period of Prunus davidiana and the influencing climate factors. The results showed that： the average blooming date of Prunus davidiana was March 26， and there was a significant advance trend among the years; the turning point of the blooming period of Prunus davidiana was in 1980s， with a significant advance trend （P<0.01） after 1980s， which was 6 days earlier during 1980s-2000s than that during 1950s-1970s; the average， latest and earliest blooming period of Prunus davidiana of 10 years were all significantly advanced， especially after 2000， 14 days， 14 days and 16 days earlier， respectively， compared with those of 1951-1990; the average air temperature from 1 January to the blooming period was the main factor affecting the blooming date of Prunus davidiana; the increase of average air temperature （in winter and spring） before blooming was the main climate factor which significantly promoted the blooming of Prunus davidiana after 1980s.

Keywords： Prunus davidiana; Phenology; Blooming Stage; Temperature; Precipitation; Inter-decadal Variation; Climate Factor

0 ?引言

植被是自然生態(tài)系統(tǒng)中最活躍的因子，植被物候是自然環(huán)境中動植物生命活動的季節(jié)性現(xiàn)象，能夠指示自然環(huán)境中的某些氣象、水文變化，同時也受生態(tài)環(huán)境變化的影響。植物物候現(xiàn)象是過去和現(xiàn)在各種環(huán)境因素的綜合反映，而物候現(xiàn)象出現(xiàn)的日期在很大程度上受局部氣候因素的制約。

以變暖為主要特征的氣候變化對植被生長發(fā)育產(chǎn)生了重大影響[1-2]。華北地區(qū)是中國氣溫上升較為明顯地區(qū)[3]，且太陽總輻射呈現(xiàn)明顯的下降趨勢[4]，這都對植被物候產(chǎn)生重要影響[5-6]。由于溫度的升高，有385種植物的始花期在過去的40年中提前了4.5天[7]。研究表明，華北地區(qū)的物候春季有明顯提早來臨的趨勢，而造成此變化的主要因素是本地區(qū)近40年來冬春季氣溫的明顯上升，北京1963—2003年間1—3月及4月的平均氣溫分別上升了3.5℃與2.6℃，物候春季的起止日期分別提前了11天和10天[8]。而在中緯度地區(qū)，植物的春季物候（如發(fā)芽、開花期）主要取決于氣溫的高低，日照時間其次，降水對植物物候期的影響有滯后作用[9]。

雖然植物物候與生態(tài)環(huán)境的關(guān)系方面的研究取得了顯著成果。陳效逑等[10]對北京地區(qū)近50年多種植物物候研究表明，春季物候現(xiàn)象出現(xiàn)的早晚與春季月份的氣溫波動有高度相關(guān)。氣溫對植物始花期的影響主要集中在春季及冬末，春季最高氣溫對始花期的影響最強，平均氣溫的影響其次，最低氣溫的影響最弱[11]。紅棗開花期和幼果期的平均氣溫每升高1℃，幼果期和脆熟采收期將分別提前0.6天和0.8天，開花期到9月上旬的降水量每增加1 mm，脆熟采收期將推遲0.3天[12]。在大多數(shù)研究結(jié)果表明，在影響物候的眾多環(huán)境因子中，溫度起的作用最大[13-15]。但是，植物物候?qū)夂蜃兓捻憫?yīng)存在地域上的差別，同時也存在自身的生物學(xué)和生態(tài)學(xué)特性的影響。研究表明，文冠果物候期隨著經(jīng)緯度升高，氣溫逐漸下降，春季達到生長臨界溫度的日期越晚，文冠果開花、展葉、結(jié)實越晚[16]。山桃始花期也存在明顯的地理分布規(guī)律，每向北擴展1個緯度，山桃始花期推遲3天;但山桃始花期對經(jīng)向和海拔的變化不甚敏感[17]。梭梭物候期與氣溫呈顯著負相關(guān)，春季氣溫越高，梭梭春季物候期提前;秋季氣溫越高，秋季物候期推遲。梭梭物候期與3—6月降水呈顯著正相關(guān)，降水量越多，梭梭物候越遲。而氣溫與刺蓬物候呈顯著正相關(guān)，溫度越高，物候期越遲;而刺蓬物候期的出現(xiàn)需要適宜的水分條件，高溫干旱不利于刺蓬生長[18]。此外，物種進化順序可能是造成植物開花期種間、時間和空間上的變異[19]。植物物候響應(yīng)隨氣候類型呈現(xiàn)出不一致性，不同氣候類型下影響植物物候的關(guān)鍵因素也不同。植物物候研究需結(jié)合植物生長環(huán)境，綜合討論相關(guān)影響因素[20]。

因此，在相同氣候變化背景下的同一地域內(nèi)，不同植物物候?qū)庀笞兓挠绊懘嬖诓町悺１本┑貐^(qū)由于城市化進程的不斷加速，以及城市熱島作用，且隨著氣候變化植被物候期發(fā)生顯著變化。隨著人們生活水平的提高，賞花旅游也日益受關(guān)注。本研究基于1951—2004年北京氣象觀測數(shù)據(jù)，分析1951—2004年頤和園山桃開花期變化，探討影響開花期的主要氣象因子，以期為山桃開花期預(yù)報和氣候變化的生態(tài)影響評估提供科學(xué)依據(jù)。

1 ?資料與方法

1.1 ?資料來源

山桃開花期物候數(shù)據(jù)來自北京市頤和園1951—2004年觀測數(shù)據(jù);北京市1951—2004年逐日氣象觀測數(shù)據(jù)來自中國氣象局氣象數(shù)據(jù)共享網(wǎng)。

1.2 ?研究方法

1.2.1 ?物候資料處理 ?采用儒略日（Julian days）換算方法將物候觀測記錄中物候期出現(xiàn)日期轉(zhuǎn)化為距當年1月1日的天數(shù)，建立其物候期的時間序列。

1.2.2 ?氣象資料處理 ?本研究中所有氣候因子值均是從當年1月1日開始到山桃開花日期這段時間的相應(yīng)數(shù)值。降水為時間段內(nèi)總降水量。為消除由于開花期長短不同，造成時間段內(nèi)氣候要素累積和的不同，本研究采用平均日照時數(shù)和平均氣溫。

1.3 ?統(tǒng)計分析

采用Microsoft Excel 2010進行數(shù)據(jù)整理分析計算，在a=0.05顯著水平上對試驗數(shù)據(jù)進行方差分析。

2 ?結(jié)果與分析

2.1 ?山桃開花期年變化

山桃開花期平均日序為85±1.0天（3月26日），山桃開花期年際間呈顯著提前趨勢（P<0.01）（圖1A）。1950s—1970s，山桃開花期沒有呈顯著提前趨勢（P=0.59）（圖1B），山桃開花期日序平均為88±1.0天（3月29日）。從1980s開始，山桃開花期呈顯著提前趨勢（P<0.01），山桃開花期日序平均為81±1.6天（3月22日）（圖1C）。

2.2 ?開花期年代際變化

山桃開花期5年滑動平均值85±0.7天（3月26日）（圖2A）。1950s，山桃開花期呈波動性變化，先推遲后提前。1960s—1970s，山桃開花期呈推遲趨勢。1970s—1980s前期，山桃開花期變化不大，呈平緩趨勢。從1980s中期開始（1982—1987年），山桃開花期顯著提前。

山桃10年平均、最晚、最早開花期均呈提前趨勢（圖2B）。1951—1960年，山桃開花日期平均日序為90±1.8天（3月31日），最晚開花日期平均日序為97天（4月7日），最早為82天（3月23日）。1961—1970年，山桃開花日期平均日序為87±2.1天（3月28日），最晚為98天（4月8日），最早為78天（3月19日）。1971—1980年，山桃開花日期平均日序為88±1.2天（3月29日），最晚為94天（4月4日），最早為82天（3月23日）。1981—1990年，山桃開花日期平均日序為86±1.9天（3月27日），最晚為95天（4月5日），最早為79天（3月20日）。1991—2000年，山桃開花日期平均日序為79±2.0天（3月20日），最晚為91天（4月1日），最早為71天（3月12日）。2001—2004年，山桃開花日期平均日序為74±3.8天（3月15日），最晚為82天（3月23日），最早為64天（3月5日）。

2.3 ?氣候因子對山桃開花期的影響

2.3.1 ?降水對山桃開花期的影響 ?1950s—2000s，從當年1月1日到山桃開花期的總降水約為7.4±1.1 mm，降水和山桃開花期沒有相關(guān)性（圖3A）。1950s—1970s，山桃開花前降水總量平均為4.3±1.3 mm（圖3B）。1980s—2000s，山桃開花前降水總量平均為11.3± ? ? 1.7 mm（圖3C）。

2.3.2 ?日照時數(shù)對山桃開花期的影響 ?1950s—2000s，從當年1月1日到山桃開花期的平均日照時數(shù)為6.9±0.1 h，平均日照時數(shù)與山桃開花期沒有相關(guān)性（圖4A）。1950s—1970s，山桃開花前平均日照時數(shù)為7.1±0.1 h（圖4B）。1980s—2000s，山桃開花前平均日照時數(shù)為6.7±0.1 h（圖4C）。

2.3.3 ?溫度對山桃開花期的影響 ?1950s—2000s，從當年1月1日到山桃開花期的平均氣溫為-0.4±0.1℃，平均氣溫與山桃開花期呈顯著的負相關(guān)（圖5A）。1950s—1970s，山桃開花前平均氣溫為-1.0±0.1℃（圖5B）。1980s—2000s，山桃開花前平均氣溫為0.4±0.1℃（圖5C）。

3 ?結(jié)論與討論

山桃多年平均開花期為3月26日，年際間呈顯著提前趨勢。從1980s開始呈顯著提前趨勢（P<0.01），開花日期為3月22日，較1950s—1970s提前6天。山桃10年平均、最晚、最早開花期均呈提前趨勢。從1991年開始，山桃10年平均開花日期由3月下旬提前到了中旬，尤其是在2000年以后，提前到3月15日，較1951—1990年平均提前了14天。1951—2000年最晚開花日期在4月上旬，2000年以后提前到下旬，較1951—1990年提前了14天。1951—1990年最早開花日期平均在3月下旬，1990年后提前到3月中上旬，2000年以后提前到上旬，較1951—1990年提前了16天。影響山桃開花期時間最主要的是從當年1月1日到山桃開花期的平均氣溫。尤其是1980s后山桃開花期顯著提前，主要是由于這段時期的平均氣溫顯著提高，較1950s—1970s提高1.5℃，溫度促進了山桃的生長發(fā)育期的提前。降水和日照時數(shù)對山桃開花期影響較小。

不同植被生態(tài)特性不同，對氣候變化和生態(tài)環(huán)境的影響不同。通過對植物物候期與氣候指標進行相關(guān)分析，是研究物候與氣候變化的主要途徑。確定哪個氣候要素變化對植被物候期變化起決定性作用，對準確預(yù)報植被花期提供科學(xué)參考依據(jù)。在中緯度地區(qū)，植物的春季物候（如發(fā)芽、開花期）主要取決于氣溫的高低，日照時間其次，降水對植物物候期的影響有滯后作用[11]。日本學(xué)者對城市熱島對日本櫻花花期影響研究表明，如果全球平均氣溫上升1.1℃，日本櫻花開花將提前2.3天;如果上升2.2℃，將提前4.7天[21]。冬季、春季溫度高低決定了開花期時間。本研究中冬、春季溫度顯著提高，導(dǎo)致山桃開花期顯著提前。這與研究Sparks和Carey[22]一致，即冬季溫度的升高與某些植物開花提前相關(guān)。

本研究中雖然明確了冬、春季溫度的升高是促進了山桃開花期提前的主要原因。但是，關(guān)于影響山桃開花期準確的溫度界限點，以及降水、日照時數(shù)等氣候因子綜合作用對山桃物候期的影響還需進一步研究。

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