衡陽(yáng)市常見(jiàn)彩葉樹種物候期對(duì)氣候變化的響應(yīng)

謝光園 趙富群

摘要 以衡陽(yáng)市2018—2022年的氣象資料和物候觀察數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，分析水杉、銀杏、櫸樹、烏桕、金枝槐、雞爪槭、北美紅楓、二球懸鈴木8種彩葉樹種秋季葉始變色期和葉全變色期的變化趨勢(shì)，并研究葉始變色期、葉全變色期與物候觀測(cè)期間氣溫、日照時(shí)數(shù)和降水量的相關(guān)性，分析氣候變化對(duì)彩葉樹種物候的影響。結(jié)果表明，2018—2022年8種彩葉樹種的秋季物候推遲；所調(diào)查彩葉樹種物候特征各不一樣。彩葉樹種中樹葉開(kāi)始變色最早的是水杉，最晚是烏桕；葉全變色時(shí)間最早的是北美紅楓，最晚是烏桕；葉變色持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)的是二球懸鈴木，最短是北美紅楓；彩葉樹種葉變色期與氣溫和日照時(shí)數(shù)呈顯著正相關(guān)；降水量對(duì)彩葉樹種物候期的影響不顯著。

關(guān)鍵詞 物候；彩葉樹種；相關(guān)性；氣候變化

中圖分類號(hào) S 718.45? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A? 文章編號(hào) 0517-6611（2023）12-0181-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2023.12.041

Response of Phenological Period of Common Colored-leaf Tree Species to Climate Change in Hengyang City

XIE Guang-yuan，ZHAO Fu-qun

（School of Landscape Architecture，Hunan Polytechnic of Environment and Biology，Hengyang，Hunan 421001）

Abstract Based on the meteorological data and phenological observation data of Hengyang City from 2018 to 2022，the change trend of leaf onset and leaf full discoloration periods of eight colored-leaf tree species，including Metasequoia glyptostroboides， Ginkgo biloba，Zelkova serrata，Sapium sebiferum， Sophora japonica， Acer palmatum， Acer rubrum and Platanus acerifolia， the correlation between leaf onset and leaf full discoloration period and temperature， sunshine duration and precipitation during the phenological observation period were studied， and the effects of climate change on the phenology of colored-leaf tree species were analyzed. The results showed that the autumn phenology of 8 species of colored-leaf trees was delayed during 2018-2022.The phenological characteristics of the investigated colored-leaf trees were different. Among the colorful tree species， the first to change color in the leaves was Metasequoia glyptostroboides， and the latest was Sapium sebiferum.The earliest time for leaf color change was Acer rubrum， and the latest was Sapium sebiferum.The longest duration of leaf discoloration was Platanus acerifolia， and the shortest was Acer rubrum.There was significant positive correlation between leaf discoloration period and temperature and sunshine duration. The effect of precipitation on phenology of colored-leaf tree species was not significant.

Key words Phenology;Colored-leaf tree species;Correlation;Climate change

基金項(xiàng)目 湖南省教育廳科學(xué)研究項(xiàng)目（20C0700）；衡陽(yáng)市指導(dǎo)性項(xiàng)目（2020jh032673）；湖南環(huán)境生物職業(yè)技術(shù)學(xué)院培優(yōu)計(jì)劃科研專項(xiàng)（PY2022-02）。

作者簡(jiǎn)介 謝光園（1990—），女，湖南岳陽(yáng)人，講師，碩士，從事園林規(guī)劃與設(shè)計(jì)研究。

收稿日期 2023-01-16

植物物候是指植物受氣候和其他環(huán)境因子的影響而出現(xiàn)的周期性現(xiàn)象［1］，是植物為了適應(yīng)環(huán)境變化而呈現(xiàn)的規(guī)律性變化［2］。影響植物物候的主要?dú)夂蛞蜃影囟?、光照和土壤濕度等。?guó)外對(duì)于植物物候期與氣候因子的響應(yīng)研究表明，隨著氣候的變化，中歐、美國(guó)東部、地中海地區(qū)和德國(guó)的春季物候均提前，秋季物候推遲，只是變化速率不一致［3-7］。

在我國(guó)，楊琪等［8］研究發(fā)現(xiàn)物候變化在1982年出現(xiàn)轉(zhuǎn)折，轉(zhuǎn)折后春季物候和秋季物候變化速率變快，春季物候提前3.8 d/10 a，秋季物候推遲4.7 d/10 a。白潔等［9］研究發(fā)現(xiàn)貴陽(yáng)木本植物展葉始期和始花期呈現(xiàn)提前趨勢(shì)，秋季葉全變色期和落葉期呈現(xiàn)推遲趨勢(shì)。我國(guó)其他地區(qū)的研究也如此，都呈現(xiàn)春季物候提前、秋季物候推遲的現(xiàn)象。關(guān)于植物物候與氣候因子的響應(yīng)關(guān)系，目前主要探討的是氣候變化對(duì)春季物候特征、果實(shí)生長(zhǎng)季、高寒草原牧草花期的影響［10-12］，對(duì)于彩葉樹種的秋季物候?qū)夂蛞蜃拥捻憫?yīng)較少提及。另外對(duì)于物候與氣候因子的研究主要集中在西北地區(qū)［13-14］，對(duì)于華中地區(qū)少有提及。

關(guān)于湖南地區(qū)植物物候的研究，目前主要探討的是植物的開(kāi)花物候期觀測(cè)和引種植物物候期與生長(zhǎng)特性觀察。如蔣瑤等［15］觀察了14個(gè)適合在湖南地區(qū)生長(zhǎng)的薄殼山核桃品

種的開(kāi)花物候期，為湖南地區(qū)薄殼山核桃的品種配置提供參考。蔣輝等［16］從荷蘭引種了葡萄風(fēng)信子并對(duì)其在湖南地區(qū)的物候期進(jìn)行了觀察，以確定其適合在湖南地區(qū)種植［16］。在湖南地區(qū)物候期對(duì)氣候的變化響應(yīng)很少提及。因此，筆者利用相關(guān)性分析的方法，分析了位于華中地區(qū)的衡陽(yáng)市的水杉（Metasequoia glyptostroboides）、銀杏（Ginkgo biloba）、櫸樹（Zelkova serrata）、烏桕（Sapium sebiferum）、金枝槐（Sophora japonica）、雞爪槭（Acer palmatum）、北美紅楓（Acer rubrum）、二球懸鈴木（Platanus acerifolia）8種彩葉樹種的秋季始變色期和全變色期，并探討了秋季氣溫、降水量和日照時(shí)數(shù)對(duì)其物候期的響應(yīng)關(guān)系。

1 資料與方法

1.1 研究區(qū)概況

衡陽(yáng)位于湖南省中南部，屬北半球低緯度，年平均氣溫18 ℃，年降水量1 325 mm，為亞熱帶季風(fēng)氣候。

該研究選取位于衡陽(yáng)市區(qū)的西湖公園作為物候觀察點(diǎn)。西湖公園的植被具有一定的代表性，同時(shí)還是衡陽(yáng)八景之一，有著“西湖夜放白蓮花”的美譽(yù)。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

1.2.1 物候數(shù)據(jù)。

該研究中的物候數(shù)據(jù)均來(lái)源于西湖公園的觀測(cè)記錄，選擇地勢(shì)平坦、開(kāi)闊的地方作為主要觀測(cè)地點(diǎn)。將觀察時(shí)間長(zhǎng)、長(zhǎng)勢(shì)好、物候現(xiàn)象強(qiáng)的8種植物（水杉、銀杏、櫸樹、烏桕、金枝槐、雞爪槭、北美紅楓、二球懸鈴木）作為研究對(duì)象。

為了研究彩葉樹種的物候變化與氣候因子之間的關(guān)系，在2018年8月7日—2022年12月31日選擇了秋季葉始變色期、葉全變色期作為彩葉樹種物候觀測(cè)的主要指示期。物候期采用日換算方法進(jìn)行換算［8］，即從1月1日起至所記錄的日期總共天數(shù)為日數(shù)。

1.2.2 氣象數(shù)據(jù)。

該研究中的氣象數(shù)據(jù)包括衡陽(yáng)市2018—2022年的日平均氣溫、降水量和日照時(shí)數(shù)，其數(shù)據(jù)均來(lái)源于中國(guó)氣象站的氣象數(shù)據(jù)。

1.3 物候觀測(cè)記錄方法

參照“中國(guó)物候觀測(cè)網(wǎng)”所介紹的物候觀測(cè)方法，將彩葉樹種物候觀測(cè)分為5類：葉始變色期、葉半變色期、葉全變色期、葉落半期、葉落盡期，該研究著重記錄葉始變色期和葉全變色期數(shù)據(jù)。在2018—2022年每隔2～5 d對(duì)西湖公園綠地進(jìn)行實(shí)地調(diào)查。秋季植物生長(zhǎng)發(fā)育迅速，至少2 d觀測(cè)1次，冬季可5 d觀測(cè)1次，每次調(diào)查完將數(shù)據(jù)記錄在物候觀測(cè)表上。

1.4 數(shù)據(jù)分析

為了研究物候期與單一氣候因子的關(guān)系，首先對(duì)2018—2022年所觀測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，建立數(shù)據(jù)庫(kù)；然后利用SPSS軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行Pearson相關(guān)性分析。Pearson 相關(guān)分析可以對(duì)2個(gè)隨機(jī)變量進(jìn)行分析，分析他們之間是否有相關(guān)性以及相關(guān)程度［17］。

2 結(jié)果與分析

2.1 衡陽(yáng)市氣候因子變化

氣溫是影響彩葉樹種物候期的主要?dú)夂蛞蜃?。氣溫的波?dòng)會(huì)影響植物的春季物候和秋季物候變化［18］。

從圖1可看出，2018—2022年衡陽(yáng)市物候觀測(cè)期間平均氣溫以4.2 ℃/10 a的速率呈顯著的上升狀態(tài)。從2018—2022年8—12月氣溫變化（圖2）可以看出，2021年氣溫變化最大，在8月份就出現(xiàn)溫度驟降的現(xiàn)象；2022年氣溫整體偏高，到10月份才突然驟降；2019年溫度是最平穩(wěn)的，整體沒(méi)有大幅度的改變。2018—2022年物候觀測(cè)期間平均氣溫分別為19.03、20.55、18.43、19.10、22.31 ℃。由此可見(jiàn)，在物候觀測(cè)期間2022年氣溫是最高的，2020年氣溫最低。

從圖1可看出，物候觀測(cè)期間衡陽(yáng)市累計(jì)日照時(shí)數(shù)以74.0 h/10 a的速率呈增加趨勢(shì)；2018—2022年日照時(shí)數(shù)分別為185、204、142、164、242 h。由此可見(jiàn)近5年物候觀測(cè)期間日照時(shí)數(shù)相差較大，其中2022年日照時(shí)數(shù)最大，2020年日照時(shí)數(shù)最小。

從圖1可看出，2018—2022年衡陽(yáng)市8—12月的降水趨勢(shì)與氣溫剛好相反，以127.0 mm/10 a的速率呈下降趨勢(shì)。2022年降水量最?。?7 mm），2020年降水量最大（114 mm）?？傮w來(lái)看，近5年衡陽(yáng)市氣候呈現(xiàn)溫度升高、日照時(shí)數(shù)增加、降水減少的趨勢(shì)。

2.2 物候變化特征

從圖3可看出，8種彩葉樹種的葉始變色期和葉全變色期變化趨勢(shì)一致。從擬合函數(shù)可看出葉全變色期比葉始變色期對(duì)氣候變化的響應(yīng)更加敏感。8種彩葉樹種葉始變色期發(fā)生在第271～318天，葉全變色期發(fā)生在第315～365天。8種彩葉樹種葉始變色期均呈現(xiàn)推遲現(xiàn)象，其中烏桕物候變化最為明顯，銀杏的物候變化最小。8種彩葉樹種葉全變色期也均呈現(xiàn)推遲現(xiàn)象，其中烏桕物候變化最為明顯，銀杏的物候變化最小。從統(tǒng)計(jì)結(jié)果可看出，8種彩葉樹種中銀杏對(duì)氣候變化的敏感性反應(yīng)最弱。

從表1可以看出，所觀察的8種彩葉樹種的葉開(kāi)始變色時(shí)間差異很大，開(kāi)始變色最早的是水杉，平均為全年的第275天；開(kāi)始變色最晚的是烏桕，平均為全年的第303天。

所觀察的8種彩葉樹種的葉全變色時(shí)間差異很大，平均為全年的第325～337天；葉全變色時(shí)間最早的是北美紅楓，平均為全年的第325天，葉全變色時(shí)間最晚的是烏桕，平均為全年的第337天。葉變色持續(xù)時(shí)間相差很大，為25～57 d；葉變色持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)的是二球懸鈴木，持續(xù)57 d，葉變色持續(xù)時(shí)間最短的是北美紅楓，持續(xù)25 d。

2.3 物候期與單一氣候因子的關(guān)系 所調(diào)查的彩葉樹種與氣候因子的相關(guān)分析結(jié)果如表2所示。從表2可以看出，葉始變色期、葉全變色期與物候觀測(cè)期間平均氣溫表現(xiàn)為顯著或極顯著正相關(guān)，即溫度升高，彩葉樹種的葉始變色期推遲，葉全變色期也會(huì)推遲，這可能是因?yàn)闇囟茸兓绊懥酥参锩傅幕钚?。其中櫸樹、烏桕葉始變色期與平均氣溫呈極顯著正相關(guān)（P＜0.01）；雞爪槭、二球懸鈴木、櫸樹、水杉、金枝槐葉全變色期與平均氣溫呈極顯著正相關(guān)（P＜0.01）。烏桕葉始變色期與平均氣溫正相關(guān)性最好，相關(guān)系數(shù)為0.983（P＜0.01），雞爪槭葉全變色期與氣溫正相關(guān)性最好，相關(guān)系數(shù)為0.979（P＜0.01）。

從表2可以看出，彩葉樹種葉始變色期和葉全變色期與物候觀測(cè)期間日照時(shí)數(shù)呈現(xiàn)正相關(guān)，即日照時(shí)數(shù)增多，物候期推遲，這可能與日照時(shí)數(shù)影響植物的光合作用有關(guān)。葉始變色期受日照時(shí)數(shù)影響較大的植物是烏桕（0.956）、櫸樹（0.945）和銀杏（0.930），葉全變色期受日照時(shí)數(shù)影響較大的是雞爪槭（0.944）、銀杏（0.937）和櫸樹（0.934）。

由表2可知，彩葉樹種葉色物候變化與物候觀測(cè)期間降水量相關(guān)性各不相同，其中銀杏、水杉和金枝槐的葉全變色期與降水量呈負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為-0.907、-0.887、-0.882（P＜0.05），北美紅楓、雞爪槭、水杉的葉始變色期與降水量呈負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為-0.927、-0.880、-0.891（P＜0.05）。

3 結(jié)論與討論

3.1 結(jié)論

（1）2018—2022年物候觀測(cè)期間衡陽(yáng)市平均氣溫和日照時(shí)數(shù)呈現(xiàn)波動(dòng)上升的趨勢(shì)，降水量變化趨勢(shì)與之相反，呈下降趨勢(shì)。

（2）近5年，8種彩葉樹種的物候均推遲。在葉始變色期中烏桕物候變化最為明顯，銀杏的物候變化最小。在葉全變色期中烏桕物候變化最為明顯，銀杏的物候變化最小。

（3）彩葉樹種葉始變色期、葉全變色期與物候觀測(cè)期間氣溫、日照時(shí)數(shù)呈正相關(guān)，即氣溫升高、日照時(shí)數(shù)增多，物候期延遲。彩葉樹種葉始變色期、葉全變色期與降水量相關(guān)性各不相同，即降水量對(duì)彩葉樹種影響不顯著。

3.2 討論

該研究表明隨著氣候的變化，彩葉樹種的物候呈現(xiàn)推遲的趨勢(shì)，這與其他學(xué)者的研究一致［8］。相關(guān)性研究結(jié)果顯示，植物物候的變化受溫度的影響較大，溫度會(huì)影響酶的活性，溫度升高加快酶的活性，使植物的發(fā)育過(guò)程延長(zhǎng)［19］。葉全變色期與溫度呈現(xiàn)正相關(guān)，氣溫升高使葉片的變色推遲，這與其他學(xué)者的研究一致［20］。光是植物光合作用的必備要素，而且對(duì)植物的生長(zhǎng)發(fā)育起到很重要的調(diào)節(jié)作用［21］。彩葉樹種葉始變期和葉全變色期與日照時(shí)數(shù)呈現(xiàn)正相關(guān)，日照時(shí)數(shù)減少，植物水分充足，物候期提前。這與東北地區(qū)蒙古櫟的研究結(jié)果相似［22］。已有研究發(fā)現(xiàn)，不同植物的物候期與降水量的相關(guān)性各不一樣，沒(méi)有明顯的規(guī)律性［8］。這與該研究對(duì)于植物物候與降水量的響應(yīng)一致。

植物物候變化受多種因素的影響，著重分析了單一氣候因子（氣溫、日照時(shí)數(shù)和降水量）對(duì)植物物候的影響，在以后的研究中除了關(guān)注氣溫、日照時(shí)數(shù)和降水等氣候因子之外，還要關(guān)注二氧化碳含量、氮含量、土壤溫度和人為因素等對(duì)植物物候變化的影響。另外在未來(lái)的研究中除了關(guān)注單一氣象因子對(duì)植物物候變化的影響，還要考慮多種氣候因子對(duì)植物物候的綜合影響。

參考文獻(xiàn)

［1］ 陳珂，李星華，管小彬，等.武漢市植被物候變化規(guī)律及影響因素分析［J］.華中師范大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2019，53（3）：433-442.

［2］ 李曉婷，郭偉，倪向南，等.高寒草甸植物物候?qū)囟茸兓捻憫?yīng)［J］.生態(tài)學(xué)報(bào)，2019，39（18）：6670-6680.

［3］ ROETZER T，WITTENZELLER M，HAECKEL H，et al.Phenology in central Europe：Differences and trends of spring phenophases in urban and rural areas［J］.International journal of biometeorology，2000，44（2）：60-66.

［4］ MENZEL A，F(xiàn)ABIAN P.Growing season extended in Europe［J］.Nature，1999，397（6721）：659.

［5］ WHITE M A，RUNNING S W，THORNTON P E.The impact of growing-season length variability on carbon assimilation and evapotranspiration over 88 years in the eastem US deciduous forest［J］.International journal of biometeorology，1999，42（3）：139-145.

［6］ PEUELAS J，F(xiàn)ILELLA I.Phenology.Responses to a warming world［J］.Science，2001，294（5543）：793-795.

［7］ MENZEL A.Plant phenological anomalies in Germany and their relation to air temperature and NAO［J］.Climatic change，2003，57（3）：243-263.

［8］ 楊琪，李書恒，李家豪，等.西安4種落葉喬木物候期對(duì)氣候變化的響應(yīng)［J］.生態(tài)學(xué)報(bào)，2022，42（4）：1462-1473.

［9］ 白潔，葛全勝，戴君虎.貴陽(yáng)木本植物物候?qū)夂蜃兓捻憫?yīng)［J］.地理研究，2009，28（6）：1606-1614.

［10］ 杜家銘，劉暢，鄭凱.韶關(guān)木本植物春季物候特征及其對(duì)氣溫的響應(yīng)［J］.廣東氣象，2022，44（5）：36-38.

［11］ 胡啟瑞，張玲，火勛國(guó)，等.石河子墾區(qū)蟠桃生長(zhǎng)季氣候變化特征及其對(duì)物候期的影響［J］.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2022，45（5）：383-390.

［12］ 婁仲山.高寒草原針茅牧草花期物候變化特征及其影響因子分析［J］.中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào)，2022，38（29）：129-134.

［13］ 趙麗蓉.2001—2020年中國(guó)北方植被物候變化及其對(duì)氣候因子的響應(yīng)［D］.呼和浩特：內(nèi)蒙古師范大學(xué)，2022.

［14］ 姚榮鵬.中國(guó)西北地區(qū)植被物候變化及其對(duì)氣候變化的響應(yīng)［D］.蘭州：西北師范大學(xué)，2022.

［15］ 蔣瑤，魏海林，高昌虎，等.湖南低山丘陵區(qū)薄殼山核桃的開(kāi)花物候期觀測(cè)及品種配置［J］.南京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2021，45（1）：53-62.

［16］ 蔣輝，陳海霞.湖南地區(qū)引種葡萄風(fēng)信子的物候期及生長(zhǎng)特性觀察［J］.天津農(nóng)業(yè)科學(xué)，2014，20（4）：89-91.

［17］ 王俊杰.青海不同生境鐵棒錘抗炎成分與生態(tài)因子相關(guān)性研究［D］.西寧：青海師范大學(xué)，2022.

［18］ 劉亞軍，祝連慶，楊德斌，等.基于空氣濕度的土壤含水量估計(jì)模型研究［J］.儀器儀表學(xué)報(bào)，2016，37（11）：2582-2587.

［19］ 李榮平，周廣勝，張慧玲.植物物候研究進(jìn)展［J］.應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2006，17（3）：3541-3544.

［20］ 王連喜，陳懷亮，李琪，等.植物物候與氣候研究進(jìn)展［J］.生態(tài)學(xué)報(bào)，2010，30（2）：447-454.

［21］ 韓瑾璇，李敏，胡俊峰，等.植物物候變化研究進(jìn)展［J］.黑龍江生態(tài)工程職業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2021，34（5）：49-55.

［22］ 馬成祥，周廣勝，宋興陽(yáng)，等.增溫、光照時(shí)間和氮添加對(duì)蒙古櫟主要物候期的影響［J］.應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2022，33（12）：3220-3228.