氣候變化對(duì)黑龍江紫丁香物候期的影響

韓俊杰，王萍，孫淑榮，呂佳佳，李秀芬，姜麗霞

（1黑龍江省氣象科學(xué)研究所，哈爾濱 150030；2中國(guó)氣象局東北地區(qū)生態(tài)氣象創(chuàng)新開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室，哈爾濱 150030；3富裕縣氣象局，黑龍江齊齊哈爾 161210）

0 引言

植物物候期不僅能反映自然季節(jié)的變化，還能指示所在生態(tài)系統(tǒng)對(duì)全球環(huán)境變化的響應(yīng)和適應(yīng)，因而也被視為全球變化的“診斷指紋”[1-2]，在指導(dǎo)農(nóng)事活動(dòng)，指示季節(jié)氣候變化，預(yù)測(cè)病蟲(chóng)害發(fā)生時(shí)間，預(yù)測(cè)植物觀賞旅游時(shí)節(jié)等方面具有重要價(jià)值[3-5]，植物物候?qū)W在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、全球氣候變化、生態(tài)學(xué)實(shí)踐等方面的應(yīng)用日趨普遍[6-7]。近百年來(lái)全球氣候變暖毋庸置疑，IPCC第五次評(píng)估報(bào)告指出，1880—2012年全球地表平均溫度大約升高了0.85℃[8-9]。以變暖為主要趨勢(shì)的全球氣候變化對(duì)人類社會(huì)各方面及自然界帶來(lái)的重大影響已成為人類共同關(guān)注的焦點(diǎn)，全球很多地區(qū)的物候現(xiàn)象發(fā)生了明顯變化。而中國(guó)東北地區(qū)是受全球氣候變暖影響增溫最顯著的地區(qū)之一[10]。

近年來(lái)大量研究集中在物候變化與氣候變化，從不同區(qū)域[11-18]、不同物候觀測(cè)對(duì)象[19-24]、不同數(shù)據(jù)源[25-26]等多個(gè)方面取得了豐碩的成果。李榮平等[15]研究表明1980—2005 年?yáng)|北木本植物展葉初期主要呈提前趨勢(shì)，枯黃初期主要表現(xiàn)為推后趨勢(shì)；李長(zhǎng)海等[16]研究了近50 a 來(lái)氣候變化對(duì)哈爾濱市木本植物物候期的影響，結(jié)果均表明了芽開(kāi)放期、展葉始期、脫落末期等物候期有不同程度的提前和推后；劉赫男等[17]分析了1998—2008年黑龍江省紫丁香、旱柳、小葉楊、榆樹(shù)等4 種木本植物物候期變化特征，春秋季物候期均表現(xiàn)出不同程度的推遲趨勢(shì)。賴欣等[18]研究了中國(guó)20 個(gè)物候站點(diǎn)的草本木本植物物候變化特征及其對(duì)降水變化的響應(yīng)，認(rèn)為物候變化較大，對(duì)氣候的變化較為敏感；陳群等[20]認(rèn)為東北地區(qū)氣候變暖使春玉米、水稻等主要作物的生長(zhǎng)期發(fā)生變化，可根據(jù)氣候條件改良作物品種從而提高作物產(chǎn)量；國(guó)志興等[25]利用衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)也得到東北地區(qū)植被生長(zhǎng)季開(kāi)始日期普遍提前的結(jié)論；胡植等[26]總結(jié)了利用控制實(shí)驗(yàn)研究植物物候?qū)夂蜃兓捻憫?yīng)的一些研究進(jìn)展。

以上研究揭示了物候受氣候變化影響而發(fā)生明顯變化，紫丁香是中國(guó)有代表性的物候觀測(cè)樹(shù)種，因抗寒性、抗旱性較強(qiáng)，在黑龍江省廣泛栽植。其因觀賞價(jià)值較高，且有著獨(dú)特的芳香，花期成為當(dāng)?shù)卮杭镜闹匾坝^。目前現(xiàn)有的研究中植物物候變化分析時(shí)所選取資料所含站點(diǎn)數(shù)目較少，尚未有針對(duì)黑龍江省紫丁香物候期的變化對(duì)氣候響應(yīng)的研究。本研究擬利用黑龍江省氣象站點(diǎn)1990—2018年觀測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)物候資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，探討氣候變化對(duì)物候期的影響情況，為研究區(qū)域氣候變化的生態(tài)影響提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

黑龍江省氣象數(shù)據(jù)中心海倫、撫遠(yuǎn)、富錦、青岡、湯原、佳木斯、哈爾濱、肇源、勃利、五常等10個(gè)紫丁香觀測(cè)站（圖1）1994—2018 年物候期觀測(cè)資料；1994—2018年日平均氣溫、降水、日照資料。

圖1 研究區(qū)站點(diǎn)分布示意圖

1.2 研究方法

物候期均采用年日序方法，計(jì)算各物候期的時(shí)間序列，得出各物候期的逐年平均值，利用日平均氣溫、降水量、日照時(shí)數(shù)等資料，與典型物候期進(jìn)行相關(guān)分析，得到影響物候期的氣象因子。

2 結(jié)果與分析

2.1 紫丁香1994—2018年物候期變化

研究區(qū)域1994—2018 年紫丁香各物候期年際間變化較大，芽膨大期出現(xiàn)在4月中旬，芽開(kāi)放期出現(xiàn)在4月下旬，展葉始期出現(xiàn)在4月下旬—5月上旬；花蕾或花序出現(xiàn)期為5 月上旬，5 月上旬左右紫丁香開(kāi)始開(kāi)花，花期持續(xù)10～18 d；落葉始期在10 月中旬，末期在10月下旬，落葉期長(zhǎng)度平均為16 d（表1）。

表1 1994—2018年黑龍江省紫丁香物候期

各物候期中芽膨大期、芽開(kāi)放期、展葉始期、花蕾或花序出現(xiàn)期、開(kāi)花始期在1994—2018年變化規(guī)律基本一致，2010 年前有小幅波動(dòng)，2010 年后基本維持逐年提前趨勢(shì)（圖2）。

圖2 1994—2018年黑龍江省紫丁香春季物候期變化

研究區(qū)域1994—2018 年紫丁香芽膨大期年平均為4 月13 日（圖2），且在4 月5—25 日之間變化，1998年最早，為4 月5 日；2010 年最晚，為4 月25 日。總體來(lái)說(shuō)1994—2018 年芽膨大期的變化表現(xiàn)為先推遲后提前，基本分為3個(gè)時(shí)段，1994—2004年基本在4月15日前，2005—2013 年平均在4 月15—25 日之間變化，2014—2018年日期相對(duì)提前，在4月6—9日之間。

1994—2018 年紫丁香芽開(kāi)放期年平均為4 月23日，且在4月9日—5月4日之間變化，2008年最早，為4月9日；2013年最晚，為5月14日。1994—2000年平均為4 月22 日，2001—2010 年平均為4 月18 日，2011—2018年平均為4月27日。

1994—2018 年紫丁香展葉始期年平均為5 月4日，在4月24日—5月13日之間變化，展葉盛期年平均為5 月9 日，在4 月29 日—5 月18 日之間變化，始期及盛期出現(xiàn)時(shí)間均是1998年最早，2010年最晚。

1994—2018 年紫丁香花蕾或花序出現(xiàn)期年平均為5月4日，且在4月24日—5月12日之間變化（圖2），1998 年最早，為4 月24 日；2010 年、2011 年和2013 年最晚，為5 月12 日。1994—2000 年平均為5 月2 日，2001—2010年平均為5月3日，2011—2018年平均為5月7日。

1994—2018 年紫丁香開(kāi)花始期平均為5 月11 日（表2），開(kāi)花盛期在5 月17 日，開(kāi)花末期在5 月25 日，開(kāi)花始期至末期天數(shù)平均為14 d，1998年開(kāi)花期最早，2010 年開(kāi)花期最晚，2018 年開(kāi)花期持續(xù)時(shí)間最短，為9 d；2008年開(kāi)花期持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)，為18 d。

表2 1994—2018年黑龍江省紫丁香開(kāi)花期及其持續(xù)日數(shù)

落葉始期與落葉末期變化基本一致，1998—2002年及2012—2015年波動(dòng)較大，其它年份波動(dòng)較為平穩(wěn)（圖3）。

圖3 1994—2018年黑龍江省紫丁香落葉期變化

1994—2018 年紫丁香落葉始期平均日期為10 月13 日，各年在10 月6—21 日之間變化；落葉末期平均為10月29日，各年在10月22日—11月3日之間變化；落葉期長(zhǎng)度平均為16 d，在10～22 d 之間變化，基本呈下降趨勢(shì)，2011年、2013年、2015年最短，為10 d，2003年最長(zhǎng)，為22 d。1994—2001 年落葉期長(zhǎng)度維持在12～17 d，而2002—2010年則達(dá)到18～22 d，2011—2018年落葉期長(zhǎng)度有所下降，在10～16 d（圖4）。

圖4 1994—2018年黑龍江省紫丁香落葉期長(zhǎng)度

2.2 氣象要素對(duì)紫丁香物候期的影響

紫丁香各物候期是對(duì)當(dāng)?shù)丶竟?jié)變化的反應(yīng)，物候期的早晚受當(dāng)?shù)貧夂?、環(huán)境等影響較大，近些年氣候變暖帶來(lái)的溫度、降水、日照等氣象因子的變化，對(duì)紫丁香的物候期有一定影響。將1994—2018 年10 個(gè)站點(diǎn)春季芽膨大期、芽開(kāi)放期、展葉期、花蕾或花序出現(xiàn)期、開(kāi)花期共50個(gè)序列數(shù)據(jù)與上年10月—當(dāng)年4月氣溫、降水、日照數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)分析，落葉期共10 個(gè)序列數(shù)據(jù)與6—10 月氣溫、降水、日照數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)分析，了解各氣象要素對(duì)春季、秋季物候期的影響。

2.2.1 氣象要素對(duì)春季物候期的影響上年10 月的氣溫對(duì)春季物候期的影響絕大部分呈正相關(guān)；上年11月的氣溫對(duì)春季各物候期的影響各地表現(xiàn)不一致，其中五常、勃利、佳木斯、富錦、撫遠(yuǎn)、海倫以正相關(guān)為主；上年12 月的氣溫對(duì)春季各物候期的影響絕大部分呈負(fù)相關(guān)，部分達(dá)到顯著水平(p＜0.05)；1 月氣溫對(duì)春季各物候期影響不一致；2—4月的氣溫對(duì)春季物候期的總體影響呈負(fù)相關(guān)，而且達(dá)到顯著、極顯著水平(p＜0.01)的序列數(shù)隨著月份逐漸增加，2月只有6、2個(gè)，3月分別為8、14 個(gè)，4 月則分別為11、23 個(gè)（表3）。由此可見(jiàn)，12 月、3—4 月氣溫對(duì)春季物候期影響較大，這些時(shí)段溫度升高，對(duì)應(yīng)芽膨大期、芽開(kāi)放期、展葉期、花蕾或花序出現(xiàn)期、開(kāi)花期提前，反之拖后，因此這幾個(gè)月份的氣溫是影響紫丁香各發(fā)育期早晚的重要因子，而且還發(fā)現(xiàn)，離物候期越近的月份，氣溫影響越明顯，4 月的氣溫影響最顯著。

表3 10個(gè)站點(diǎn)春季5個(gè)物候期與氣象要素的相關(guān)分析

各月降水對(duì)春季物候期的影響不一致，多數(shù)月份降水的影響以正相關(guān)為主，部分序列顯示降水的影響顯著。各月日照對(duì)春季物候期的影響以負(fù)相關(guān)為主，其中12 月負(fù)相關(guān)顯著的序列較多，可以看出，12 月的日照是另一個(gè)影響春季物候期的氣象因子，日照多，春季物候期出現(xiàn)的早，日照少，春季物候期則出現(xiàn)的晚。

2.2.2 氣象要素對(duì)落葉期的影響從表4可以看出，6—10 月的氣溫對(duì)落葉的影響以正相關(guān)居多，其中海倫8月、撫遠(yuǎn)8 月、青岡9 月這3 個(gè)月份氣溫對(duì)落葉的影響顯著或極顯著；降水對(duì)落葉期的影響也以正相關(guān)居多，其中湯原9月、佳木斯9月、勃利10月這3個(gè)月的降水對(duì)落葉的影響顯著；而日照的影響則以負(fù)相關(guān)居多，其中湯原8月、佳木斯9月、撫遠(yuǎn)9月相關(guān)顯著。

表4 10個(gè)站點(diǎn)落葉期與氣象因素的相關(guān)分析

3 結(jié)論與討論

3.1 結(jié)論

黑龍江省紫丁香春季物候期年際間變化較大，芽膨大期、芽開(kāi)放期、展葉始期花序出現(xiàn)日期最早和最晚相差18～25 d不等，2010年以后逐年提前趨勢(shì)；開(kāi)花期持續(xù)時(shí)間平均14 d，最短9 d，最長(zhǎng)18 d；秋季物候期落葉始期、末期最早、最晚分別相差15、12 d，有的年份波動(dòng)較大；落葉期長(zhǎng)度平均16 d。

黑龍江省紫丁香春季的物候期主要與上一年10、12月和2—4月的氣候因子有關(guān)。紫丁香春季物候期與氣溫整體呈負(fù)相關(guān)，其中3—4月氣溫在各氣候要素中影響較大，是制約黑龍江省紫丁香芽膨大期、芽開(kāi)放期、展葉期、花蕾或花序出現(xiàn)期、開(kāi)花期的關(guān)鍵氣象因子，氣溫越高，這幾個(gè)物候期越提前，反之拖后；日照和降水對(duì)其影響相對(duì)較小，多數(shù)月份降水對(duì)春季物候期的影響以正相關(guān)為主，日照的影響以負(fù)相關(guān)為主，12月的日照是另一個(gè)影響春季物候期的氣象因子，日照多，春季物候期出現(xiàn)的早，日照少，春季物候期則出現(xiàn)的晚。

黑龍江省紫丁香落葉期受多種氣象要素的影響，氣溫和降水的影響均以正相關(guān)為主，而日照的影響則以負(fù)相關(guān)居多。

3.2 討論

氣溫是制約黑龍江省紫丁香春季物候期的關(guān)鍵氣象因子，這與王彥平等[27]、神祥金等[28]、范廣洲等[29]許多木本植物研究結(jié)果一致。其中3—4 月氣溫的變化決定著紫丁香春季物候期的提前和推后，這與神祥金的論點(diǎn)基本一致，李榮平等[15]的研究指出的4 月的氣溫對(duì)于植物展葉提前作用大于2、3 月氣溫的作用，本研究分析結(jié)果與其相同。

針對(duì)黑龍江省氣溫的研究[30-31]表明，黑龍江省春季氣溫年代際變化呈上升趨勢(shì)，而且春季氣溫異常偏冷大范圍發(fā)生頻率較高，因此本研究時(shí)段內(nèi)紫丁香春季物候期變化幅度較大，2010年以后有明顯提前的特點(diǎn)。

日照和降水對(duì)春季物候期的影響相對(duì)較小，其中多數(shù)月份降水對(duì)春季物候期的影響以正相關(guān)為主，這與賴欣等[18]的觀點(diǎn)一致；而12月日照對(duì)紫丁香春季物候期的影響印證了胡植等[26]的觀點(diǎn)，即較長(zhǎng)的光周期能使部分植物的展葉始期提前，也說(shuō)明黑龍江省部分區(qū)域的紫丁香春季物候期對(duì)光周期長(zhǎng)度敏感。

紫丁香秋季物候期與溫度的相關(guān)沒(méi)有春季顯著，這與范廣洲等[29]的論點(diǎn)一致。降水對(duì)秋季物候期以正向影響居多，有水分脅迫下植物會(huì)提前變色與落葉[26]這一原因；與賴欣等[18]研究結(jié)論不同，這可能與資料序列的起止時(shí)間和空間范圍差異有關(guān)。

黑龍江省紫丁香物候變化起伏較大，對(duì)氣候變化比較敏感，除了對(duì)單個(gè)氣象因子影響外，還有多個(gè)要素的綜合影響[26]，這還需進(jìn)一步分析。