物候跟我們有什么關(guān)系？

馬勇剛

新疆大學(xué)生態(tài)與環(huán)境學(xué)院教授、博士生導(dǎo)師，主要研究方向?yàn)橹脖晃锖蚺c生態(tài)遙感，擔(dān)任新疆自然資源學(xué)會(huì)理事、新疆地理學(xué)會(huì)理事。

趙萌：歡迎馬老師做客我們的科普演播室。您是研究物候的專家。很多人看到這個(gè)詞，可能都覺得它跟氣候有關(guān)。物候到底是什么？它和氣候有什么關(guān)系呢？

馬勇剛：物候和氣候是兩種不同的概念。物候可以理解成是氣候變化的一種證據(jù)，我們有時(shí)候也把物候稱為氣候變化的指紋。物候能夠反映出氣候的變化，主要是包含一些植物的、動(dòng)物的，還有一些非生物性這種周期性的變化現(xiàn)象?，F(xiàn)在，物候的概念可能拓寬得更多，不管是農(nóng)業(yè)還是牧業(yè)，例如有一些植物開花，或者是青草發(fā)芽，我們都認(rèn)為算是物候的一種現(xiàn)象。

其實(shí)很多同學(xué)都知道我們國家的二十四節(jié)氣里每一個(gè)節(jié)氣含有三個(gè)候，全年有七十二候。七十二候就可以理解成我們古代傳統(tǒng)記錄的這種物候的現(xiàn)象。

趙萌：請(qǐng)您給我們舉例說一說。

馬勇剛：一年之計(jì)始于春，立春是二十四節(jié)氣中最早的一個(gè)。它含有三候，一候叫東風(fēng)解凍，二候叫蟄蟲始振，三候叫魚陟負(fù)冰。第一個(gè)東風(fēng)解凍，實(shí)際上就是東風(fēng)來了，土壤從凍土變成可以耕種的狀態(tài)了。第二個(gè)蟄蟲始振，是指蟄伏在地下的蟲子開始慢慢蘇醒，慢慢爬上地面。第三個(gè)魚陟負(fù)冰，是指冰面開始融化，但是沒有化完，還有一層薄冰，魚想在這種狀態(tài)下跳出冰面，就好像是扛著冰塊在游走。

趙萌：古人非常有智慧，用形象又精辟的語言記錄了氣候的變化。

馬勇剛：其實(shí)物候歷的形成，是一個(gè)比較久遠(yuǎn)的過程。在西周時(shí)期，就已經(jīng)有人開始記錄物候變化。到了漢代，二十四節(jié)氣完全確立下來。

趙萌：古人是經(jīng)過長時(shí)間的觀察與積累，最終總結(jié)出了這些現(xiàn)象。那么現(xiàn)在我們?cè)傺芯课锖颍钟玫搅四男┛茖W(xué)方法呢？

馬勇剛：我們現(xiàn)在研究物候的方法，主要分三種。第一種同古人一樣，主要還是靠觀察。比如在新疆大學(xué)校園進(jìn)行人工觀測(cè)，每天我去看這棵榆樹是不是發(fā)芽了，如果哪天發(fā)現(xiàn)它發(fā)芽了，我記錄下“× 月× 日× 編號(hào)的榆樹發(fā)芽了”。這種記錄就是一種簡(jiǎn)單的人工觀測(cè)的方法，但是它觀測(cè)的面太窄。

趙萌：日常我大概只能觀察到方圓一千米之內(nèi)的事物。

馬勇剛：對(duì)，那就已經(jīng)很大了。一個(gè)人把自己家門口附近的10 棵樹仔細(xì)觀察一遍，可能也得花上一二十分鐘。個(gè)人想要把一個(gè)非常大的區(qū)域觀察完是很難做到的，所以現(xiàn)在我們做研究工作主要是采用第二種方法，就是以遙感技術(shù)把物候信息提取出來。

趙萌：我們經(jīng)常會(huì)聽到遙感衛(wèi)星這個(gè)詞。用遙感技術(shù)來進(jìn)行物候觀察，它究竟是一種怎樣的技術(shù)？

馬勇剛：我們先來看一下這個(gè)視頻。每天、每三天或者是每周用遙感衛(wèi)星觀測(cè)我們的地球，每次拍一張地球的照片，那么一年下來，我們就會(huì)形成一套有時(shí)間序列的遙感影像數(shù)據(jù)。

我們現(xiàn)在看到的變綠的部分，代表這片植被的植物長勢(shì)是比較好的，如果顏色變黃，就代表植物長勢(shì)是比較弱的。

趙萌：那第三種方法又是什么呢？

馬勇剛：第三種方法產(chǎn)生的原因和第二種方法是有關(guān)系的。因?yàn)檫b感是“遙遠(yuǎn)的感知”，不是近距離的、很精確的，所以在遙感領(lǐng)域有一個(gè)很重要的詞叫作遙感驗(yàn)證。也就是說，無論你用遙感數(shù)據(jù)做什么事情，都需要到實(shí)地去看一看，來確定遙感數(shù)據(jù)的精確性。后來我們就采用了一種叫作物候相機(jī)的方法，也就是把相機(jī)固定在每一個(gè)我們想要的位置上，來確認(rèn)這里的遙感觀測(cè)數(shù)據(jù)是否精確。以新疆地區(qū)為例，新疆地大物博，很多高海拔山區(qū)是無人區(qū)，做遙感驗(yàn)證的時(shí)候依靠它會(huì)大大提高工作效率。利用物候相機(jī)的數(shù)據(jù)，不僅能確定遙感數(shù)據(jù)提取的物候性是否準(zhǔn)確，還能優(yōu)化遙感提取物候的方法和技術(shù)。

趙萌：將兩組數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，從而讓科學(xué)研究更具可操作性和準(zhǔn)確性。目前您們?cè)谌鱾€(gè)地方放置了多少臺(tái)物候相機(jī)呢？

馬勇剛：現(xiàn)在有30 多臺(tái)了。

趙萌：把30 多臺(tái)物候相機(jī)放在無人區(qū)，每天用它們拍攝，然后定期搜集和整理里面的數(shù)據(jù)，您們開展這項(xiàng)工作的過程中有遇到什么困難嗎？

馬勇剛：我們確實(shí)遇到了瓶頸。新疆太大，我們放的物候相機(jī)在海拔三四千米的無人區(qū)，每年都需要定期去看一下數(shù)據(jù)采集的情況，進(jìn)行一些數(shù)據(jù)回收或者是儀器保養(yǎng)的工作。

這些工作會(huì)耗費(fèi)一個(gè)月，目前還沒有找到太好的辦法省下這個(gè)時(shí)間。

趙萌：在做這些工作的過程中，有沒有一些難忘的經(jīng)歷和我們分享？

馬勇剛：特別讓我記憶猶新的是一開始放物候相機(jī)的事。第一次放的時(shí)候，我們很開心地將一臺(tái)相機(jī)放到一個(gè)海拔四千多米的地方，然后高高興興地就回來了。等到第二年再上去的時(shí)候，當(dāng)時(shí)課題組六個(gè)人，從海拔兩千米一直爬到海拔四千多米，非常辛苦，等爬到跟前把這臺(tái)相機(jī)打開，忽然發(fā)現(xiàn)里面的存儲(chǔ)卡損壞了。這等于說它一年沒有采集到任何數(shù)據(jù)。其中有兩位同事，當(dāng)場(chǎng)就在海拔四千多米的地方號(hào)啕大哭。當(dāng)然我們也從中吸取了很多經(jīng)驗(yàn)，再遇到一些關(guān)于存儲(chǔ)卡、電源供應(yīng)等方面的問題，無論事前事后，都能很好地進(jìn)行處理，因此后面再也沒有出現(xiàn)這樣的問題。

馬勇剛：今天我也帶來了物候相機(jī)在巴音布魯克的勝利道班那個(gè)位置，采集了約兩年的數(shù)據(jù)，給大家展示一下。

趙萌：通過這樣的研究，能得出一些關(guān)于物候的什么結(jié)論？

馬勇剛：我們分析出，在整個(gè)巴音布魯克草原里，生長季開始提前的面積是非常大的，這就意味著巴音布魯克對(duì)全球變暖的響應(yīng)是比較明顯的。通過我們制作的巴音布魯克觀測(cè)數(shù)據(jù)成果圖，大家可以看到紅色的都是植物生長期提前的區(qū)域。以前3 月10 號(hào)發(fā)芽，現(xiàn)在可能3 月1 號(hào)就開始發(fā)芽了，這是一個(gè)明顯的提前的信號(hào)。

趙萌：研究了巴音布魯克的物候特征，對(duì)我們的生活有哪些現(xiàn)實(shí)意義呢？

馬勇剛：準(zhǔn)確提取出來巴音布魯克草原植物的發(fā)芽期和生長期的時(shí)間，有助于指導(dǎo)當(dāng)?shù)氐牧謽I(yè)和草原管理部門或者牧民什么時(shí)候可以去哪些區(qū)域放牧。

我們?cè)诋?dāng)?shù)氐恼{(diào)查工作中還發(fā)現(xiàn)，巴音布魯克草原最近這些年出現(xiàn)了毒害草的問題。但是毒害草具體的分布比較難追蹤，因?yàn)槎竞Σ菰谟酌缙陂g和普通的牧草是很難區(qū)分的。現(xiàn)在，我們利用毒害草和牧草在發(fā)芽期特別是開花期的時(shí)間上的錯(cuò)位信息，把毒害草的空間分布提取出來，這樣也為當(dāng)?shù)氐牧謽I(yè)和草原管理部門進(jìn)行毒害草防治和管理提供一些科學(xué)的依據(jù)和支撐。

趙萌：除此之外，物候研究還應(yīng)用于哪些領(lǐng)域呢？

馬勇剛：現(xiàn)在，物候?qū)W的應(yīng)用領(lǐng)域是非常廣泛的。它在天文學(xué)、地理學(xué)、生物學(xué)、中醫(yī)藥學(xué)方面都有很多應(yīng)用。

最有代表性的，是地理學(xué)和氣象學(xué)的老一輩科學(xué)家竺可楨先生研究的氣候變化。他利用物候的證據(jù)，很細(xì)致地描述了中國過去五千年氣候的變遷，并集結(jié)成物候?qū)W的經(jīng)典之作——《物候?qū)W》。

第二個(gè)，物候還能夠很好地應(yīng)用于旅游業(yè)。比如說我們可以通過物候模型的方法，準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)出塔里木河下游那片胡楊林什么時(shí)候是最美的。對(duì)物候的預(yù)測(cè)，可以為文旅部門提供有力的信息支撐。

第三個(gè)比較突出的是在人體健康方面。通過研究物候，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)植物的開花時(shí)間變長了。對(duì)于不少人來說，花粉的物候期延長，那么自身過敏的癥狀也會(huì)持續(xù)得越長，或是癥狀變得更嚴(yán)重。

第四個(gè)方面可能更多的是在我們科學(xué)的范疇里。在聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署發(fā)布的全球三大環(huán)境問題中，物候不匹配占據(jù)了很重要的位置，它會(huì)對(duì)我們的生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生比較大的影響。

趙萌：什么是物候不匹配？

馬勇剛：舉例來說，有一種鳥叫斑姬鹟，它每年會(huì)從非洲飛越幾千公里到歐洲去撫育它的小寶寶，會(huì)選在大約開春的時(shí)候飛到當(dāng)?shù)?，也就是歐洲的冬蛾毛蟲剛剛出現(xiàn)的時(shí)候。冬蛾毛蟲大量繁殖，斑姬鹟利用這段時(shí)間捕捉它們來撫育小寶寶，以保證自己種群的穩(wěn)定?，F(xiàn)在由于氣候變化，冬蛾毛蟲出現(xiàn)的時(shí)間更早了，等到斑姬鹟回到歐洲把小寶寶孵化出來的時(shí)候，冬蛾毛蟲已經(jīng)不見了，所以造成了斑姬鹟的種群數(shù)量大幅減少。這就是物候不匹配，是指由于全球氣候變化，導(dǎo)致動(dòng)植物的生長、繁殖等生命活動(dòng)與季節(jié)變化之間的節(jié)奏不一致，從而破壞了物種間長期進(jìn)化形成的種間關(guān)系，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生嚴(yán)重影響的現(xiàn)象。

趙萌：通過您的介紹，我們發(fā)現(xiàn)物候的研究是非常重要的，它可以影響生物的食物鏈，從而對(duì)我們?nèi)祟惖纳a(chǎn)生活也產(chǎn)生一定影響。那么我們普通人能不能參與到物候的研究當(dāng)中呢？

馬勇剛：當(dāng)然可以。物候研究，在我們這個(gè)行當(dāng)里稱之為平民科學(xué)，因?yàn)樗蠖鄶?shù)的工作都是靠觀測(cè)。我們現(xiàn)在特別希望有更多的民眾來參與物候觀測(cè)工作，大家提供的物候觀測(cè)數(shù)據(jù)能為我們的科學(xué)研究提供非常寶貴的數(shù)據(jù)支撐。

趙萌：那么我們平時(shí)在觀測(cè)物候的時(shí)候該怎么做記錄？有什么要求嗎？請(qǐng)您給大家做個(gè)提示。

馬勇剛：做物候觀測(cè)有幾件核心的事情：第一是一定要知道你觀測(cè)的動(dòng)植物的名字；第二是你一定要記錄好觀測(cè)的地點(diǎn)，最好包含經(jīng)緯度這樣的信息；第三是最好找一到兩個(gè)小伙伴同時(shí)觀測(cè)，因?yàn)槿藶橛^測(cè)的不確定性還是比較大的。我們現(xiàn)在已經(jīng)編制了一些人工觀測(cè)的指導(dǎo)手冊(cè)，下一步也會(huì)通過更多科普平臺(tái)，把這些手冊(cè)分發(fā)給公眾。

趙萌：感謝您！我們也會(huì)呼吁群眾多參與物候觀測(cè)工作，借助這些手冊(cè)，將這項(xiàng)工作持續(xù)做下去。