基于氣象因子的吉林市區(qū)3種早春植物花期預(yù)測

高 博，韓喜越，唐抒圓

(北華大學(xué)林學(xué)院，吉林 吉林 132013)

早春植物是中國北方地區(qū)春季的主要景觀植物之一，其中，連翹(Forsythiasuspensa)、京桃(Amygdaluspersicaf.rubro-plena)和山梨(Pyrusussuriensismaxim)是吉林市區(qū)栽種較多的景觀類早春植物.連翹，落葉灌木，木樨科連翹屬，是優(yōu)良的早春觀花灌木，花期一般為3—4月[1]；京桃，亞喬木，薔薇科桃屬，北方常見觀賞樹種，花期一般為4—5月[2]；山梨，喬木，薔薇科梨屬，廣泛分布于東北、華北、西北，花期一般為4—5月，但受氣象因子影響，波動較大[3].早春植物花期較短，且易受氣候條件影響，適時開展花期預(yù)報，對于賞花及帶動早春旅游具有重要意義.

周偉鳴等[4]、譚靜等[5]、徐相明等[6]、岳高峰等[7]研究顯示，基于氣象因子(氣溫、積溫、濕度、光照等)分析預(yù)測植物物候期具有較好效果.其中，積溫對植物物候期有顯著影響[8]，起決定性和關(guān)鍵性作用[9-10]，是花期預(yù)報的重要指標(biāo)之一.雖然學(xué)者們已經(jīng)開展了關(guān)于花期預(yù)測的研究，但由于研究對象所處的地理位置和氣候環(huán)境不同，導(dǎo)致預(yù)測模型在不同區(qū)域的通用性較差，而針對吉林市區(qū)早春植物花期預(yù)測的研究更是少有報道.因此，本研究以吉林市區(qū)常見的連翹、京桃、山梨3種早春植物為研究對象，依托多年物候期和氣象實地觀測數(shù)據(jù)，分析氣象因子對物候期的影響，建立花期預(yù)測模型.通過本項研究，不僅可以為吉林市區(qū)提供早春賞花期預(yù)報，幫助游人合理規(guī)劃賞花路線，還可以為后續(xù)其他植物的花期預(yù)報和物候期分析提供研究基礎(chǔ).

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

1.2 數(shù)據(jù)來源

研究利用的數(shù)據(jù)為北華大學(xué)氣象小組2015—2021年吉林市區(qū)常見早春觀花植物(連翹、京桃和山梨)的物候和氣象實地觀測資料.物候資料主要包括花芽期、花絮期和花期(始花期、盛花期、末花期)數(shù)據(jù)，其中，始花期指觀測植株有1朵或同時幾朵花花瓣開始完全開放的時間；盛花期指觀測植株超過50%花蕾都展開花瓣的時間；末花期指觀測植株花瓣凋謝，只留有極少數(shù)(幾朵)花的時間[11].氣象資料主要包括氣溫、濕度、光照和日較差數(shù)據(jù)[6].

1.3 數(shù)據(jù)處理

多年觀測顯示，連翹、京桃和山梨的花絮期一般在日平均氣溫0 ℃左右出現(xiàn)，對應(yīng)日期在每年4月1日前后，且其對應(yīng)的花期均在每年4月1日之后出現(xiàn).因此，以4月1日為花期日序數(shù)起始日，計算對應(yīng)積溫、光照等氣象數(shù)據(jù).利用SPSS 19.0軟件，通過方差分析、Pearson相關(guān)性分析和回歸分析等方法統(tǒng)計分析相關(guān)數(shù)據(jù).2015—2019年數(shù)據(jù)用于分析物候期對氣象因子的響應(yīng)及建立花期預(yù)測模型，2021年數(shù)據(jù)用于驗證預(yù)測模型的可靠性(受新冠疫情影響，2020年觀測站封閉，未取得相關(guān)數(shù)據(jù)).

2 結(jié)果與分析

2.1 物候期

連翹、京桃和山梨花期日序數(shù)與花期長度見圖1，各物候期間的關(guān)系見表1.

圖13種早春植物花期日序數(shù)與花期長度Fig.1Flowering sequence and flowering period of the three early-spring herbs

表1 3種早春植物各物候期間的相關(guān)關(guān)系Tab.1 Correlation between phenological periods of the three early-spring herbs

由圖1可知：連翹的始花期平均日序數(shù)為7.2(4月7日左右)，盛花期為10.4(4月10日左右)，末花期為21.8(4月22日左右)；平均始花期3.2 d，平均盛花期11.4 d，平均末花期8 d，平均花期長度22.6 d.

京桃的始花期平均日序數(shù)為14.2(4月14日左右)，盛花期為18.0(4月18日左右)，末花期為23.0(4月23日左右)；平均始花期3.8 d，平均盛花期4.4 d，平均末花期5.6 d，平均花期長度14.4 d.

山梨的始花期平均日序數(shù)為24.6(4月25日左右)，盛花期為27.8(4月28日左右)，末花期為35.2(5月5日左右)；平均始花期3.2 d，平均盛花期7.2 d，平均末花期5.8 d，平均花期長度16.2 d.

通過分析各物候期間的關(guān)系發(fā)現(xiàn)，3種早春植物的盛花期和花絮期存在顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，2015—2019年，花期長度呈現(xiàn)上升趨勢.

3種早春植物花期長度與逐年變化差異見表2.均方差分析發(fā)現(xiàn)：連翹和京桃的花期長度較為穩(wěn)定，5 a間花期長度與平均花期長度相差在2～3 d；山梨的花期長度波動較大，最長花期與最短花期相差可達(dá)12 d，5 a間花期長度與平均花期長度相差可達(dá) 4～5 d.

表2 3種早春植物花期長度與逐年變化差異Tab.2 Yearly difference and change of the flowering duration of the three early-spring herbs

2.2 氣象因子對早春植物花期長度的影響

3種早春植物花期長度與氣象因子相關(guān)性見表3.通過Pearson相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)：光照時間與花期長度存在極顯著正相關(guān)關(guān)系，最低平均氣溫均與花期長度存在極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，但平均氣溫、最高平均氣溫、氣溫平均日較差及平均濕度與花期長度無顯著相關(guān)關(guān)系.2015—2019年，連翹與京桃花期內(nèi)光照時間與最低平均氣溫均無顯著差異；山梨花期內(nèi)光照時間無顯著差異，但最低平均氣溫差異顯著(P<0.05).連翹和京桃花期長度較為平穩(wěn)，而山梨的花期長度波動較大.分析結(jié)果與觀測數(shù)據(jù)一致.

我撕到最后一頁時，聽到有人在樓下跟我媽講話，聽我媽那反應(yīng)就知道來人不是扒鍋街的人，她平時的嗓門震得門框都會抖三抖，哪像那會，明明想笑卻拼命壓著喉嚨，像只有痰的老母雞。

表3 3種早春植物花期長度與氣象因子相關(guān)性Tab.3 Correlation between the flowering duration and meteorological factors of the three early-spring herbs

表4 3種早春植物花期日序數(shù)與氣象因子相關(guān)性Tab.4 Correlation between flowering sequence and meteor-ological factors of the three early-spring herbs

2.3 花期預(yù)測模型

2.3.1 預(yù)測因子選取

實地觀測發(fā)現(xiàn)，3種早春植物花期集中在4月初至5月初，始花期的平均氣溫在0～5 ℃波動.根據(jù)文獻(xiàn)[4，6-7]，分析積溫、平均濕度、光照時間與花期日序數(shù)的相關(guān)關(guān)系，見表4.結(jié)果表明：0 ℃積溫、3 ℃積溫、5 ℃積溫和光照時間與花期日序數(shù)存在極顯著相關(guān)關(guān)系，可以作為花期的預(yù)測因子.

2.3.2 預(yù)測模型建立

以積溫為自變量，花期日序數(shù)為因變量，通過回歸分析，建立花期日序數(shù)預(yù)測模型，見表5.結(jié)果發(fā)現(xiàn)：以0 ℃積溫為自變量的回歸模型的擬合度較高(R2=0.813).

表5 3種早春植物花期日序數(shù)預(yù)測模型Tab.5 Flowering sequence prediction models of the three early-spring herbs

3 結(jié) 論

本文以吉林市區(qū)常見的連翹、京桃和山梨3種早春植物為研究對象，分析了植物物候期對氣象因子的響應(yīng)，建立了基于氣象因子的花期預(yù)測模型，得出的主要結(jié)論如下：

1)2015—2019年，連翹的始花期平均日序數(shù)為7.2(4月7日左右)；京桃的始花期平均日序數(shù)為14.2(4月14日左右)；山梨的始花期平均日序數(shù)為24.6(4月25日左右).

2)2015—2019年，3種早春植物的花期長度呈現(xiàn)上升趨勢，但連翹和京桃的花期長度相對較為穩(wěn)定，分別為(22.6 ± 2.19)d和(14.4 ± 2.51)d；山梨的花期長度波動較大，平均花期長度為(16.2 ± 4.76)d.分析發(fā)現(xiàn)，光照時間和最低平均氣溫對花期長度影響顯著，由于不同年份山梨花期內(nèi)的最低平均氣溫差異明顯，所以山梨花期長度呈現(xiàn)較大波動.關(guān)于最低平均氣溫對花期長度的影響，本文結(jié)論與譚靜等[5]的研究結(jié)論基本一致.

3)0 ℃積溫、3 ℃積溫、5 ℃積溫和光照時間與花期日序數(shù)都存在極顯著相關(guān)關(guān)系，可以作為花期的預(yù)測因子，但以0 ℃積溫為預(yù)測因子的曲線模型擬合度最高.

由于觀測數(shù)據(jù)有限，且缺乏本地早春植物花期研究的相關(guān)基礎(chǔ)，本研究還處于初步探究階段，還需要持續(xù)累積數(shù)據(jù)，以保證花期預(yù)測的準(zhǔn)確性.

致謝：本文由國家級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目“基于氣象因子的吉林市早春植物花期預(yù)測模型”(120719032)資助，感謝北華大學(xué)林學(xué)院環(huán)境科學(xué)系學(xué)生潘仔杰、苗樂樂整理分析數(shù)據(jù)，感謝北華大學(xué)氣象小組成員侯立偉等參與觀測.