巴彥淖爾市17種植物春季物候特征研究

劉 靜，王樹森，張宏武，溫蘇雅勒圖，王景圓，王國林，王事成，張 俊

(1. 內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學 沙漠治理學院，內(nèi)蒙古 呼和浩特010011； 2. 巴彥淖爾市臨河自然公園保護中心，內(nèi)蒙古 臨河 015000；3. 烏拉特后旗林業(yè)和草原局，內(nèi)蒙古 烏拉特后旗 015500)

植物的萌芽、展葉、開花、葉變色、結(jié)果和落葉，會隨著季節(jié)氣候變化而變化，這種現(xiàn)象叫植物物候[1]。物候特征規(guī)律的研究可為不同時間節(jié)點植物的配置提供理論參考，更好地挖掘植物景觀時序之美，營造五彩繽紛的季節(jié)景觀[2-3]。雖然旱生植物很少用于園林綠化中，但是內(nèi)蒙古西部地區(qū)均為干旱、半干旱地區(qū)，在自然環(huán)境惡劣、管理粗放、植物資源有限并且景觀可持續(xù)發(fā)展較弱的情況下，可以將一些不常用于園林且具有一定特色觀賞性的旱生植物用于景觀空間，作為其他植物的補充和互換植物。目前已有的研究多集中于植物一個物候階段特征的研究，但植物多個物候序列的研究對于了解物候的生態(tài)功能比單個物候事件更為重要[4-6]。鑒于此，本研究以內(nèi)蒙古巴彥淖爾市17種中生與旱生植物作為研究對象開展其春季物候的研究，在對植物萌芽、展葉、花蕾、開花物候與規(guī)律特征的調(diào)查研究基礎上，結(jié)合萌芽期與展葉期、花蕾期與開花期的相關(guān)性分析，揭示內(nèi)蒙古巴彥淖爾市植物的春季物候特征，以期為內(nèi)蒙古西部干旱地區(qū)春季植物的營建提供理論基礎，同時結(jié)合物候觀測結(jié)果，對內(nèi)蒙古巴彥淖爾地區(qū)植物的選擇與配置提出合理化的建議。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于內(nèi)蒙古巴彥淖爾市，海拔1 000～2 020 m，東接包頭市，西與阿拉善盟毗鄰，南隔黃河與鄂爾多斯市相望，北與蒙古國接壤，國境線長369 km。研究區(qū)春季干旱多風，夏季炎熱少雨，秋季霜早短暫，冬季干冷漫長，屬于中溫帶半干旱大陸性季風氣候。年均氣溫 7.6 ℃，7月氣溫最高，平均氣溫23.9 ℃，1月氣溫最低，平均氣溫 -10 ℃。平均無霜期144 d，最長163 d，最短102 d。年總輻射量 641.1 kJ·cm-2，年均日照時數(shù) 3 209.5 h。年均降水量 188.0 mm，最大年為 288.4 mm，最小年為 59.4 mm[7]。全市野生植物區(qū)系中所含單科屬有49個，占全市野生植物總科數(shù)的 52.0%，其中單種科28個，超過20種以上12科，共有643種植物，占全市野生植物總種數(shù)的 67.4%，其中菊科、禾本科、豆科、薔薇科、藜科植物430種，占全市野生植物總種數(shù)的 45.0%。單屬種196屬，而含10種以上的屬僅8屬，其中蒿屬最多，有26種，其次是黃芪屬23種，委陵菜屬22種，其余還有薹草屬、蔥屬、蓼屬、棘豆屬和風毛菊屬等[8]。

2 材料與方法

2.1 試驗材料

由于巴彥淖爾市具有氣候干燥、日照強、降水量少、蒸發(fā)量大、風沙多、鹽堿性土壤等環(huán)境特點，在植物資源有限的情況下，選擇該地區(qū)常見的17種生長良好、無病蟲害的中生、旱生植物作為觀測對象。每種植物選擇5株重復，進行編號掛牌并監(jiān)測。

2.2 試驗方法

試驗方法參照《中國物候觀測方法》[9]以及美國國家物候觀測網(wǎng)(USA-NPN)規(guī)范要求[10-11]，于2020年3—6月對選定植物的春季萌芽期、展葉期、花蕾期以及開花期進行定株，固定專業(yè)人員定期觀測，觀察以目測為主[12-13]。 春季物候特征觀察標準如下：萌芽期，冬芽開始膨大，鱗片裂開松動，芽上邊出現(xiàn)幼嫩的葉，芽鱗片開始脫落。展葉期包括展葉始期、展葉盛期和展葉末期3個時期：展葉始期是指全株萌發(fā)的葉芽中有 25% 的芽的第一片葉開展；展葉盛期， 85% 以上幼葉展開結(jié)束，初期葉幕形成；展葉末期，全株有 90% 以上的葉片完全平展；展葉持續(xù)時間是指展葉開始到展葉結(jié)束的時間間隔?；ɡ倨?，芽開始膨大，鱗片已經(jīng)松動，花蕾裂開后出現(xiàn)花蕾。開花期分為開花始期、開花盛期和開花末期：開花始期，第一朵花蕾開放，開始開花；開花盛期， 25%～75% 花開；開花末期，最后一朵花敗落。

該研究以2020年3月1日為第1 d并計為1，3月2日為第2 d并計為2，以此類推，參照常兆豐等[14]的方法將樹種萌芽與展葉、花蕾與開花物候發(fā)生日期按照1個月的上旬、中旬、下旬進行統(tǒng)計分類描述，計算萌芽展葉和花蕾開花物候在每旬出現(xiàn)的植物數(shù)量占觀測植物總數(shù)的百分比，其中一旬中發(fā)生萌芽或展葉、花蕾或開花的物種數(shù)量≥25%定為高峰期[15-16]。

2.3 數(shù)據(jù)分析

各個參數(shù)之間采用Spearman非參數(shù)進行分析檢驗試驗，采用Excel和SPSS軟件對數(shù)據(jù)進行處理分析。

3 結(jié)果與分析

3.1 萌芽物候特征

植物萌芽物候觀測結(jié)果表明，植物萌芽物候差異較大，萌芽開始發(fā)生的時間分散，萌芽最早和最晚相差43 d，其中黃刺玫(Rosaxanthina)萌芽最早，是3月14日，其次為華北珍珠梅(Sorbariakirilowii)，是3月15日，酸棗(Ziziphusjujubavar.spinosa)萌芽最晚，是4月26日；在3月中旬開始萌芽的有4種植物(占23.5%)，分別是沙冬青(Ammopiptanthusmongolicus)、華北珍珠梅、黃刺玫、小葉黃楊(Buxussinicavar.parvifolia)。3月下旬萌芽的有蒙古扁桃 (Amygdalusmongolica)、小葉錦雞兒(Caraganamicrophylla)、玫瑰(Rosarugosa) 3個物種(占 17.6%)。4月上旬為萌芽的高峰期，有7種植物(占 41.2%)，分別是檉柳(Tamarixchinensis)、紫葉小檗(Berberisthunbergii)、霸王(Zygophyllumxanthoxylon)、土莊繡線菊(Spiraeapubescens)、榆葉梅(Amygdalustriloba)、紅瑞木(Cornusalba)、旱榆(Ulmusglaucescens)；4月中旬萌芽的有紫穗槐(Amorphafruticosa)、連翹(Forsythiasuspensa)；4月下旬萌芽的植物僅有酸棗(表1、圖1)。

表1 植物物候觀測種類及萌芽展葉物候Tab.1 Phenological observation plant species, germination stage and leaf-opening stage

圖1 巴彥淖爾市17種植物萌芽物候Fig.1 Germination phenophase of 17 kinds of plant in Bayannur City

3.2 展葉物候特征

展葉物候數(shù)據(jù)表明(圖2)，17種植物展葉開始比較早，且集中在4月，展葉始期從4月上旬一直持續(xù)到5月上旬。展葉盛期集中在4月下旬，從4月上旬一直持續(xù)到5月下旬，持續(xù)時間較長。展葉末期集中在5月上旬，6月上旬結(jié)束。具體來看，展葉始期較早的有蒙古扁桃、黃刺玫、小葉黃楊、沙冬青(4月上旬)，占 23.5%；41.2% 的植物集中在4月中旬開始展葉，包括華北珍珠梅、小葉錦雞兒、玫瑰、紫葉小檗、榆葉梅、紅瑞木、霸王；4月下旬與5月上旬開始展葉的樹種分別占 23.5% 和 11.8%。展葉開始較晚的有酸棗、連翹。展葉始期最早和最晚相差35 d。小葉黃楊最早進入展葉盛期(4月6日)，23.5% 的植物在4月中旬進入展葉盛期，包括黃刺

圖2 巴彥淖爾市17種植物展葉物候期Fig.2 Leaf expansion phenological period of 17 kinds of plant in Bayannur City

玫、紫葉小檗、沙冬青、紅瑞木；展葉盛期在4月下旬的植物有檉柳、華北珍珠梅、小葉錦雞兒、玫瑰、土莊繡線菊，占 29.4%；展葉盛期在5月上旬、中旬和下旬的分別占 11.8%、23.5% 和 5.9%，其中在上旬的植物有紫穗槐、榆葉梅，中旬的有蒙古扁桃、酸棗、旱榆、霸王，下旬的有連翹(5月24日)。展葉盛期最早(小葉黃楊)和最晚(連翹)相差 48 d。4月中旬進入展葉末期，小葉黃楊是較早進入展葉末期的植物(4月11日)，連翹在6月5日進入展葉末期。展葉末期多集中在5月上旬和下旬，分別占 35.2% 和 29.4%，其中上旬的植物有檉柳、華北珍珠梅、小葉錦雞兒、玫瑰、紫穗槐和土莊繡線菊，下旬有蒙古扁桃、酸棗、榆葉梅、旱榆、霸王。展葉末期時間跨度較大，最早和最晚相差 55 d。各觀測植物的展葉持續(xù)時間大部分集中在10～30 d內(nèi)，超過30 d的植物有蒙古扁桃、榆葉梅、連翹、旱榆、霸王。

3.3 花蕾物候特征

通過植物花蕾物候觀測表明(表2、圖3)，花蕾期最早和最晚相差76 d。具體來說，連翹花蕾期最早(3月24日)。經(jīng)過觀測調(diào)查，檉柳1 a開2次花，其中一次花蕾期在4月中旬，另一次在6月8日，也是花蕾期最晚的。在4月花蕾開始開放的有10種植物(占 58.8%)，分別是蒙古扁桃、小葉錦雞兒、旱榆、紫葉小檗、沙冬青、榆葉梅、霸王、檉柳、小葉黃楊、黃刺玫，而它們在上、中、下旬分別占 41.2%、11.8%、5.9%，花蕾期在4月多集中在上旬；5月花蕾開放的有玫瑰、紫穗槐、酸棗、土莊繡線菊、紅瑞木、華北珍珠梅(占 35.3%)，其中5月上旬最多(占 23.5%)；在6月上旬僅有1種植物(占 5.9%)。

圖3 巴彥淖爾市17種植物花蕾物候期Fig.3 Flower bud phenological period of 17 kinds of plant in Bayannur City

表2 植物物候觀測種類及花蕾開花物候Tab.2 Phenological observation species and flowering period of bud

3.4 開花物候特征

通過對開花物候觀測表明，各觀測植物花期從3月下旬持續(xù)到9月上旬，其中檉柳特殊，1 a開2次花，開花始期第1次是4月26日，第2次是6月20日。開花始期高峰在4月中旬，開花盛期和開花末期則主要集中在4月下旬到5月下旬。具體來看，開花始期從3月下旬開始一直持續(xù)到6月下旬結(jié)束，開花始期較早的植物僅有1種，為連翹(3月28日)；47.1% 的植物開花始期集中在4月中旬，包括蒙古扁桃、小葉錦雞兒、紫葉小檗、沙冬青、榆葉梅、旱榆、霸王(4月12—20日)；4月下旬開始開花植物占 5.9%。在5月上旬開始開花的植物只有黃刺玫，在5月中旬開始開花的有5種植物，分別是玫瑰、紫穗槐、酸棗、土莊繡線菊、紅瑞木(占 29.4%)。華北珍珠梅的開花始期在6月上旬，檉柳第2次開花始期是6月20日，開花始期最早和最晚相差84 d。開花盛期較早的為連翹(4月上旬)，開花盛期在4月中旬的植物有2種(占 11.8%)，分別是霸王和榆葉梅。開花盛期集中在4月下旬到5月下旬，在4月下旬進入開花盛期的植物有3種(占 17.6%)，分別是蒙古扁桃、沙冬青、旱榆。在5月上旬進入開花盛期的植物有4種(占 23.5%)，分別是檉柳、小葉錦雞兒、紫葉小檗、小葉黃楊。5月中、下旬進入開花盛期的植物各有3種(占 17.6%)。6月進入開花盛期的僅有華北珍珠梅。開花盛期最晚的植物是檉柳，在8月26日。開花盛期時間跨度較大，最早(連翹)和最晚(檉柳)相差143 d。開花末期開始于4月下旬，榆葉梅最早(4月24日)，其次是連翹和霸王(4月25日)，蒙古扁桃是4月30日。黃刺玫、小葉錦雞兒、紫葉小檗、沙冬青、旱榆、檉柳在5月上、中旬進入開花末期(占 35.3%)。小葉黃楊、紫穗槐、酸棗、土莊繡線菊在5月下旬進入開花末期(占 23.5%)。6月上旬、7月上旬和中旬進入開花末期的植物各占 5.9%，分別是紅瑞木(6月8日)、華北珍珠梅(7月4日)、玫瑰(7月19日)。最晚進入開花末期的植物是檉柳(9月3日)。開花末期時間跨度也很大，最早和最晚相差132 d。各觀測植物的開花持續(xù)時間大部分集中在10～30 d內(nèi)，超過30 d的植物有華北珍珠梅、小葉黃楊、玫瑰、紫葉小檗、檉柳(表2、圖4)。

圖4 巴彥淖爾市17種植物開花物候期Fig.4 Flowering phenological period of 17 kinds of plant in Bayannur City

3.5 物候現(xiàn)象之間的相關(guān)性

為了進一步揭示萌芽與展葉、花蕾與開花的物候關(guān)系，對所觀測植物的萌芽期與展葉期、花蕾期與開花期數(shù)據(jù)進行相關(guān)性分析，結(jié)果見表3。萌芽期與展葉期(展葉始期、展葉盛期、展葉末期)參數(shù)兩兩之間均存在正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)均大于 0.5，展葉盛期與末期相關(guān)系數(shù)最高，為 0.975，表明各觀測植物萌芽早晚嚴重影響著展葉進程，植物萌芽期越早，展葉始期、盛期和末期也越早；而展葉持續(xù)時間與萌芽期、展葉始期不相關(guān)，與展葉盛期和末期極顯著相關(guān)，說明展葉盛期和末期開始越早的植物展葉持續(xù)時間越長，同時展葉開始晚的植物，則在短時間內(nèi)完成展葉整個過程，趙小雷等[13]、劉聰?shù)萚14]研究中也得到相似的結(jié)果。上述結(jié)果證實了萌芽期與展葉期物候之間存在顯著性關(guān)系(表3)。

表3 萌芽展葉物候參數(shù)的相關(guān)性分析Tab.3 Correlation analysis of phenological parameters of germination and leaf-developing stage

對各觀測植物的花蕾期與開花期數(shù)據(jù)進行相關(guān)性分析?；ɡ倨谂c開花期(開花始期、開花盛期、開花末期)參數(shù)兩兩均存在極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)均大于 0.5，花蕾期與開花始期相關(guān)系數(shù)最高，為 0.994。說明植物開花進程與花蕾時間早晚有著緊密關(guān)系，花蕾期開始越早的植物，其開花始期、盛期和末期開始的也越早；開花持續(xù)時間與花蕾期和開花始期顯著相關(guān)，與開花盛期和開花末期極顯著相關(guān)，說明花蕾期和開花期開始越早的植物開花持續(xù)時間越長，開花期開始晚的植物則會在短時間內(nèi)快速完成開花，分析可知植物在長期進化過程中可能對外界環(huán)境適應而形成最適開花持續(xù)時間。因此花蕾期與開花期物候之間存在顯著性關(guān)系(表4)。

表4 花蕾開花物候參數(shù)的相關(guān)性分析Tab.4 Correlation analysis of flowering phenological parameters of flower bud

4 討論與結(jié)論

萌芽展葉和花蕾開花是春季的標志特征，開展植物個體的春季物候規(guī)律的研究可對植物色彩與植物配置的選擇提供依據(jù)。本研究以內(nèi)蒙古巴彥淖爾市17種植物為研究對象，采用物候觀測的方式開展其春季萌芽展葉、花蕾開花物候的研究，結(jié)果表明：不同的植物其物候差異較大。各觀測植物中萌芽最早和最晚的相差43 d，展葉物候參數(shù)相差也較大，展葉始期最早和最晚相差35 d，盛期相差48 d，末期相差55 d?；ɡ倨谧钤绾妥钔淼南嗖?6 d，開花物候參數(shù)相差也較大，開花始期相差84 d，盛期相差143 d，末期相差132 d，主要是由于不同植物在長期進化過程中對外界環(huán)境適應形成了最適的萌芽展葉時間與花蕾開花時間。許多研究表明植物物候特征主要受植物分布、溫度、降雨、氣候等因素影響[15-17]。

隨著季節(jié)性氣候的變化，植物萌芽、展葉、開花、結(jié)果等物候會出現(xiàn)有序的相關(guān)性規(guī)律。該研究中17種植物的物候現(xiàn)象相關(guān)性分析結(jié)果表明，萌芽期與展葉期之間均存在顯著正相關(guān)，萌芽期開始越早的植物，其展葉始期、盛期和末期開始的也越早，而展葉盛期和末期開始越早的植物展葉持續(xù)時間越長?；ɡ倨谂c開花期之間均存在極顯著正相關(guān)，花蕾期開始越早的植物，其開花始期、盛期和末期開始的也越早，而開花期開始越早的植物開花持續(xù)時間越長。

研究植物物候特征有利于掌握植物物候的發(fā)生時間、重疊、匹配關(guān)系，從而提高植物造景的美觀價值。植物色彩的變化是景觀造景的重要因素。對于內(nèi)蒙古干旱少雨的地方，隨著春季氣溫回升，植物開始萌芽展葉，植物物候特征在視覺上變化明顯。該研究表明巴彥淖爾市的植物萌芽從3月中旬開始持續(xù)到4月下旬，各物種之間展葉持續(xù)時間差異較大。利用植物物候特征進行合理搭配，可以滿足空間色彩需求，同時還可以延長植物群落的觀賞期，使景觀空間更為豐富。如將萌芽早且展葉持續(xù)時間短的紫葉小檗、紅瑞木、土莊繡線菊、小葉錦雞兒、玫瑰、紫穗槐、檉柳與展葉持續(xù)時間長的榆葉梅、旱榆、霸王、蒙古扁桃等植物進行搭配，在整個春季，不同的植物搭配在不同的時間點形成色彩鮮明的景觀，這樣春季景觀就可以實現(xiàn)可持續(xù)變化，同時可以增加植物色彩的對比。萌芽展葉、花蕾開花物候是城市植物春季色彩的重要因素，合理運用植物的物候特征可為植物配置和選擇提供理論依據(jù)。同種物候期的植物之間可以相互補充替換，利用多種植物合理組合，使空間色彩發(fā)生變化，增添內(nèi)蒙古西部干旱、半干旱地區(qū)春季景觀的色彩。