門源紅柳物侯特征及其對氣候變化的響應(yīng)

祁如英，聶永喜，鐘 存

（1青海省氣象信息中心，西寧 810001；2青海省同德氣象局，青海 同德 813299；3青海省貴德氣象局，青海 貴德 811799）

0 引言

物候觀測是對自然條件下植物生長發(fā)育狀況，候鳥、昆蟲等活動時間、地面凝結(jié)和雷電等出現(xiàn)時間、水文現(xiàn)象的觀測和記錄。物候觀測通常選擇當(dāng)?shù)爻Ｒ?，對季?jié)變化明顯的動植物。物候現(xiàn)象對季節(jié)的變化有指示，還反映生態(tài)系統(tǒng)對環(huán)境變化的響應(yīng)和適應(yīng)[1-3]。IPCC第六次評估報告提出：全球變暖導(dǎo)致極端高溫事件和強降水的頻率和強度增加，局部出現(xiàn)農(nóng)業(yè)和生態(tài)干旱，臺風(fēng)比例增加，海冰、積雪和多年凍土面積減少。青藏高原地區(qū)是氣候的敏感區(qū)，對氣候變暖的響應(yīng)更敏感。氣候變暖影響到植物生長發(fā)育期熱量、水分、光照等氣候因素，造成植物物候變化，春季物候期提前、秋季物候期推遲，全生長期延長[4]。李紅梅等[5]研究氣候變暖對青海高原地區(qū)草本植物物候期的影響，表明在氣候變暖背景下，東部農(nóng)業(yè)區(qū)、環(huán)青海湖地區(qū)、三江源區(qū)春季物候期呈提前趨勢，柴達(dá)木盆地呈推遲趨勢；黃枯普遍期均呈推遲趨勢，全生長期延長。李國玉等[6]對青海貴南小葉楊物候期進(jìn)行分析，貴南地區(qū)小葉楊春、秋季物候期推遲，生長期相對縮短。豆青芳等[7]分析1961—2015年門源地區(qū)氣溫變化特征，表明門源地區(qū)年和四季平均氣溫、最高和最低氣溫均呈極顯著的增加趨勢，而年和冬季氣溫日較差呈極顯著的減小趨勢。門源地區(qū)處于祁連山自然保護(hù)區(qū)核心區(qū)域，研究門源紅柳物候變化特征及其對氣候變暖的響應(yīng)，對保護(hù)祁連山生態(tài)系統(tǒng)有重要意義。因此，本研究利用1998—2020年紅柳物候和氣溫資料，分析紅柳春、秋季物候期的變化特征，研究門源地區(qū)紅柳物候期對氣候變暖的響應(yīng)，對祁連山生態(tài)環(huán)境保護(hù)和當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)具有十分重要的指導(dǎo)意義。

1 資料與方法

1.1 資料來源

利用門源國家基本氣象站1988—2020年紅柳物候和氣溫資料。門源站地理位置101°37′E、37°23′N，平均海拔高度為2800 m，年平均氣溫1.7℃，年降水量538.8 mm，年日照時數(shù)2481.5 h，屬高原大陸性氣候。根據(jù)觀測時間長、連續(xù)性好、代表性強的原則，選取紅柳(Tamarixramosissima)，屬灌木或小喬木，具有抗嚴(yán)寒、耐高溫、耐干旱的特性，經(jīng)林業(yè)局物種鑒定，發(fā)育正常，達(dá)到開花結(jié)實3年以上的中齡數(shù)要求。觀測地段位于烈士陵園遺址，氣象觀測場東側(cè)1000 m處，海拔高度2850.0 m，地形盆地，地勢平坦，沙壤土質(zhì)。春季物候期包括葉芽開放期、展葉始期、開花期，葉變色期和落葉期為秋季物候期。

1.2 數(shù)據(jù)處理

物候日期均采用年日序的表示方法，即自1月1日至該日期的日數(shù)，得到物候期的時間序列。利用氣候傾向率法[8]分析物候期變化趨勢，利用相關(guān)系數(shù)進(jìn)行趨勢的顯著性檢驗，利用M-K方法對物候期進(jìn)行突變檢查[9]，采用SPSS軟件對物候期與氣溫進(jìn)行相關(guān)分析。按照3—5月為春季，6—8月為夏季、9—11月為秋季，12月—翌年2月為冬季來劃分季節(jié)。

2 結(jié)果與分析

2.1 門源紅柳物候期及其變化

從表1可以看出，1988—2020年紅柳物候期平均葉芽開放期、展葉始期、開花始期平均日期分別為4月23日、5月5日、5月3日，展葉、開花始期達(dá)到盛期需要7～8天，平均開花末期為5月21日。葉變色始期于8月30日，10月6日達(dá)到全變期，平均落葉末期于10月2日。紅柳物候期歷史最早和最晚出現(xiàn)日期差異較大，展葉期相差最小為29～33天，與蔣菊芳、雷俊等[10-11]對甘肅旱柳的研究結(jié)果相近。

表1 1988—2020年門源紅柳春、秋季物候期觀測資料(月/日)

對門源紅柳春、秋季物候的變化趨勢分析可知（表2），葉芽開放期未通過顯著性水平檢驗，提前趨勢不明顯；展葉期、開花期表現(xiàn)出極顯著的提前趨勢(P＜0.01)，展葉期趨勢變化率達(dá)7.12～8.15 d/10 a，開花期變化速率達(dá)10.29～12.46 d/10 a；葉變色期和落葉期表現(xiàn)出推遲的趨勢，葉全變色期和落葉末期通過0.01顯著性水平檢驗，變化速率分別為0.861 d/10 a和0.577 d/10 a?？梢娂t柳開花期提前的趨勢最為明顯，與鄭景云等的研究結(jié)果一直，溫度升高影響木本植物春季物候期提前[12]。

表2 1988—2020年門源紅柳物候期趨勢變化率(d/a)

2.2 紅柳物候生長季及其變化分析

木本植物的全生長期是展葉始期到落葉末期的間隔天數(shù)。統(tǒng)計結(jié)果顯示，門源紅柳平均生長季168天。由圖1可知，1998—2020年紅柳生長季隨時間表現(xiàn)為極顯著的延長趨勢(P＜0.01)，線性變化率為13 d/10 a。

圖1 1988—2020年門源紅柳生長季變化

2.3 紅柳物候期對氣溫變化的響應(yīng)

2.3.1 門源氣溫變化 從圖2可見，1988—2020年門源縣年、季平均氣溫均呈升高趨勢，和全球變暖一致，年平均氣溫變化的氣候傾向率為0.54℃/10 a(P＜0.001)，32年上升了約1.7℃。氣溫的季節(jié)變化存在較明顯的差異，春、夏季升溫趨勢最為明顯，其氣候傾向率均為0.61℃/10 a(P＜0.001)，升溫幅度高于年平均氣溫，秋季氣候傾向率為0.48℃/10 a(P＜0.01)，升溫幅度低于年平均氣溫，冬季氣候傾向率為0.45℃/10 a(P＜0.05)，升溫幅度最小。

圖2 1988—2020年門源年平均氣溫變化

2.3.2 門源氣溫對紅柳物候期的影響 張福春[13]論證了氣溫是影響中國木本植物物候的主要因子，通過研究木本植物物候期始期與前2～3個月的氣溫的相關(guān)性，春季物候期的變化主要取決于氣溫的高低[14]。門源紅柳展葉和開花期多年平均出現(xiàn)日期在5月，分析展葉和開花物候期與不同時段氣溫的相關(guān)性表明（見表3），紅柳展葉期與當(dāng)月和前1月平均氣溫極顯著相關(guān)(P＜0.01)，相關(guān)系數(shù)在-0.490～-0.585，開花始期與當(dāng)月平均氣溫變化顯著相關(guān)(P＜0.05)?？梢?，紅柳展葉期對前期溫度變化很敏感，展葉期開始當(dāng)月和前1～3月氣溫升高，物候期就提前。就季節(jié)和年尺度而言，展葉期與春、冬季和年平均期期溫極顯著相關(guān)(P＜0.01)，相關(guān)系數(shù)達(dá)到-0.519～-0.785，開花始期與春、冬季和年平均氣溫顯著相關(guān)(P＜0.05)，相關(guān)系數(shù)達(dá)到-0.387～-0.546，開花盛期和末期與冬季和年平均氣溫相關(guān)性好(P＜0.05)，相關(guān)系數(shù)達(dá)到-0.423～-0.558。整體來看，紅柳展葉、開花物候期與年和春季平均氣溫的相關(guān)性最好。展葉期與早春（3—4月）平均氣溫極顯著相關(guān)(P＜0.01)，相關(guān)系數(shù)達(dá)到-0.578～-0.615，表明紅柳展葉期隨著早春平均氣溫升高而提前，早春平均溫度升高1℃，展葉期提前10～11天。

表3 門源紅柳展葉和開花物候期與不同時段氣溫的相關(guān)性

2.3.3 春季物候?qū)Υ杭練鉁刈兓捻憫?yīng)程度 春季植物物候期主要受春季氣溫的影響，也是植物對氣候響應(yīng)最敏感和最易觀察的一個要素。對展葉和開花始期、盛期及末期距平和春季氣溫距平進(jìn)行回歸分析，定量分析春季物候期對春季氣溫變化的響應(yīng)程度，由表4可以看出，紅柳展葉始期距平與春季氣溫距平呈負(fù)相關(guān)，展葉盛期、開花期距平與春季氣溫距平呈正相關(guān)，均達(dá)到極顯著性水平。春季氣溫每升高1℃，展葉期提前7～8天，開花期提前6～7天。

表4 門源紅柳展葉和開花物候期距平與春季氣溫距平的回歸分析

2.4 紅柳物候期與氣溫突變的響應(yīng)

用M-K突變的方法對1998—2020年門源紅柳全物候期和年平均溫度的變化趨勢進(jìn)行了突變檢驗，從圖3、4可看出，UF與UB兩條曲線在臨界值±1.96之間沒有交點，說明1988—2020年期間門源年平均氣溫未發(fā)生突變，1995年平均氣溫降到0.3℃，從1996年后年平均溫度開始逐步上升；紅柳全物候期也未發(fā)生突變，1993年全物候期最短，之后紅柳物候期呈延長的趨勢。

圖3 1988—2020年門源平均氣溫M-K統(tǒng)計量曲線

圖4 1988—2020年門源紅柳全物候期天數(shù)M-K統(tǒng)計曲線

3 結(jié)論與討論

（1）1988—2020年門源紅柳葉芽開放期、展葉始期、開花始期平均日期分別為4月23日、5月5日、5月3日，展葉、開花始期達(dá)到盛期需要7～8天，平均開花末期為5月21日。葉變色始期于8月30日，10月6日達(dá)到全變期，平均落葉末期于10月2日。紅柳物候期歷史最早和最晚出現(xiàn)日期差異較大，展葉期相差最小為29～33天。春季物候期呈現(xiàn)提前趨勢，開花期提前的趨勢最為明顯，秋季物候期表現(xiàn)出推遲的趨勢。

（2）門源紅柳平均生長季168天，生長季隨時間表現(xiàn)為極顯著的延長趨勢，變化速率為13 d/10 a。

（3）1988—2020年門源縣年、季平均氣溫均呈升高趨勢，年平均氣溫氣候傾向率為0.54℃/10 a，32年上升了約1.7℃。季節(jié)氣溫變化存在較明顯的差異，春、夏季升溫趨勢最為明顯，升溫幅度高于年平均氣溫，冬季升溫幅度最小。

（4）紅柳展葉期對前1～3月溫度變化敏感，隨著早春平均氣溫升高而提前，早春平均溫度升高1℃，展葉期提前10～11天。展葉、開花物候期與年、春季平均氣溫的相關(guān)性好。

（5）1988—2020年門源年平均氣溫未發(fā)生突變，1995年平均氣溫降到0.3℃，之后年平均溫度逐步上升；紅柳全物候也未發(fā)生突變，1993年物候期最短，之后紅柳物候期出現(xiàn)了延長的趨勢。