近55年來(lái)民勤綠洲胡楊林物候?qū)夂蜃兓捻憫?yīng)

武 紅，張松林，季 云

（1.西北師范大學(xué) 地理與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，蘭州730070；2.南京大學(xué) 地理與海洋科學(xué)學(xué)院 海岸與海島開發(fā)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南京210046）

植被是陸地生態(tài)系統(tǒng)中最重要的組分［1］，同時(shí)植被物候是地球與大氣科學(xué)應(yīng)用中研究植被生命周期及其與氣候關(guān)系的一個(gè)重要參量［2］，因而物候變化在確定植物如何響應(yīng)區(qū)域氣候和氣候變化方面，被公認(rèn)為是最敏感、最理想的重要感應(yīng)器［3－8］。有關(guān)植被與氣候變化響應(yīng)的研究，國(guó)內(nèi)外已有較多成果。在國(guó)外，Sparks等［9］研究了英國(guó)11個(gè)植物物種58a的平均開花時(shí)間，發(fā)現(xiàn)由于氣候變暖，春季和夏季物種的開花時(shí)間將會(huì)進(jìn)一步提前。Zhou等［10］用NDVI資料分析發(fā)現(xiàn)，在40°N以北歐亞地區(qū)植被生長(zhǎng)季已經(jīng)延長(zhǎng)了近18d，春天提早了7d，秋季滯后了10d；北美地區(qū)生長(zhǎng)季也延長(zhǎng)了12d，生長(zhǎng)季的這種變化與氣溫的變化有很強(qiáng)的對(duì)應(yīng)關(guān)系。Fitter等［11］以及 Sparks and Carey［12］對(duì)英國(guó)物候趨勢(shì)的研究認(rèn)為，全球溫度升高3.15℃，春季開花將提前2周左右。在國(guó)內(nèi)，陳效逑等［13］對(duì)近50a來(lái)，北京春季物候的變化分析發(fā)現(xiàn)，近50a來(lái)北京春季物候經(jīng)歷了3個(gè)周期的早晚振蕩，近10多年來(lái)北京的物候異常偏早，這與北京連續(xù)10多年的暖冬和春季偏早一致，且未來(lái)10a春季物候仍將偏早。崔海亭等［14］利用NOAA的NDVI分析了植被物候節(jié)律，探討了在氣候年、季波動(dòng)情形下植被的時(shí)空變化特征。趙茂盛等［15］針對(duì)我國(guó)不同類型植被與氣候的關(guān)系進(jìn)行了研究。結(jié)果表明：在多年平均狀態(tài)下，植被NDVI變化主要受降水的影響；在年內(nèi)變化上，氣溫對(duì)植被季相變化的影響大于降水［16］。

隨著全球氣候變化、自然條件的惡化和人為干擾，胡楊的生存正受到日益嚴(yán)重的威脅。為改變這一狀況，更好地保護(hù)胡楊這一抗風(fēng)沙、耐鹽堿、抗熱、抗旱的優(yōu)良種質(zhì)資源［17］，認(rèn)識(shí)胡楊林對(duì)氣候變化的響應(yīng)成為亟待解決的科學(xué)問題。本文通過(guò)胡楊對(duì)氣候變化的響應(yīng)研究，將為當(dāng)?shù)靥岢鰬?yīng)對(duì)氣候變化的有效措施，為保護(hù)胡楊林，恢復(fù)生態(tài)環(huán)境，促進(jìn)區(qū)域可持續(xù)發(fā)展提供參考和依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

民勤綠洲位于甘肅河西走廊東端北側(cè)石羊河下游，西、北、東三面被巴丹吉林沙漠和騰格里沙漠包圍，南靠武威盆地，地處于 38°05′—39°06′N，102°02′—103°02′E，面積約1.6萬(wàn)km2，包括壩區(qū)、泉山區(qū)、湖區(qū)3個(gè)灌溉農(nóng)業(yè)區(qū)［18］，是我國(guó)風(fēng)沙危害最嚴(yán)重和水資源最缺乏的地區(qū)之一。該區(qū)為典型的溫帶大陸性荒漠氣候，氣候干燥，多年平均氣溫8.3℃，多年平均降水量115.9mm，平均蒸發(fā)量為2 637.7mm，年平均風(fēng)速2.8m／s，全年平均揚(yáng)沙59d，全年沙塵暴日數(shù)27d。地貌類型為平原、沙漠和低山丘陵，地帶性土壤以風(fēng)沙土、灰棕漠土、草甸土、草甸沼澤土為主，非地帶性土壤為灌漠土。境內(nèi)胡楊林等天然植被退化嚴(yán)重、沙塵暴頻發(fā)，已嚴(yán)重危害到人民生命財(cái)產(chǎn)的安全和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

2 資料與方法

選取民勤氣象站1955年1月1日到2009年12月31日的日平均氣溫資料，資料源于國(guó)家氣象信息中心。胡楊年生長(zhǎng)期開始于日平均氣溫穩(wěn)定≥5℃左右，終止于氣溫＜5℃；所謂“穩(wěn)定”，就是指生長(zhǎng)期后期不再出現(xiàn)連續(xù)平均氣溫低于5℃或高于5℃的天數(shù)。胡楊自葉芽膨脹開始，到冬初黃葉脫落；其中，春季胡楊展葉始于日平均溫度14℃，稱為展葉始日；秋天胡楊部分葉子開始變黃，稱為葉黃始日，始于日平均溫度18.5℃［19－20］。但一般葉黃期不包括因?yàn)楦珊?、炎熱、病蟲害或其他原因引起的葉子變黃現(xiàn)象［21］。將開始日轉(zhuǎn)化為日序數(shù)（即用站點(diǎn)中各時(shí)期開始日開始最早的那一天記為1，第二天記為2，…，依此類推），并計(jì)算出各期天數(shù)。利用Mann－Kendall非參數(shù)統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)法對(duì)民勤綠洲胡楊年生長(zhǎng)期開始日、終止日及其生長(zhǎng)天數(shù)進(jìn)行突變分析，以確定較可靠的突變年份［22］。Mann－Kendall非參數(shù)檢驗(yàn)法是進(jìn)行氣候變化客觀性檢測(cè)中一種很好的方法，其優(yōu)點(diǎn)是不需要樣本遵從一定的分布，也不受少數(shù)異常值的干擾，是檢驗(yàn)時(shí)間序列的理想方法。

3 結(jié)果與分析

3.1 胡楊年生長(zhǎng)期變化趨勢(shì)

近55a來(lái)，民勤綠洲胡楊年生長(zhǎng)期開始日有提早趨勢(shì)，終止日有明顯推遲趨勢(shì)（圖1，表1）。其變化傾向率分 別為 －0.99d／10a，1.48d／10a（α＝0.01），55a共計(jì)提早了5.4d，推遲了8.1d。胡楊平均年生長(zhǎng)期開始日為3月22日，最早為2006年3月5日，最晚為1996年4月7日。胡楊平均年生長(zhǎng)期終止日為10月26日，最早為1957年10月14日，最晚為1998年11月14日。胡楊年生長(zhǎng)期天數(shù)有顯著延長(zhǎng)趨勢(shì)，其變化傾向率為2.48d／10a（α＝0.01），55a共計(jì)延長(zhǎng)了13.6d。胡楊平均生長(zhǎng)期為218d，最短在1987年，為198d；最長(zhǎng)在2006年，長(zhǎng)達(dá)251d。從年代際變化看，1955—1970s，胡楊開始日由3月20日推遲到3月28日；之后開始日逐漸提早，到2001—2009年，提早到3月17日，比1970s和1980s分別提早了11d，8d。1960s—1970s，胡楊年生長(zhǎng)期終止日逐漸提早，1980s比1960s提早了3d，而1980s之后，年生長(zhǎng)期終止日又逐漸推遲，到2001—2009年，推遲到11月2日，比1960s和1970s分別推遲了5d和8d。1955—1960s，胡楊年生長(zhǎng)期由215d延長(zhǎng)到218d；1960s—1970s逐漸縮短到211d；1970s之后，又開始延長(zhǎng)，到2001—2009年，延長(zhǎng)至230d，比1970s延長(zhǎng)了19d。胡楊年生長(zhǎng)期在2001—2009年延長(zhǎng)最為顯著，這與1980s以來(lái)西北地區(qū)木本植物春季物候期提前，特別是21世紀(jì)初我國(guó)北方地區(qū)顯著增溫、致使生長(zhǎng)季延長(zhǎng)的結(jié)論相一致［23－24］。

圖1 民勤綠洲胡楊年生長(zhǎng)期變化趨勢(shì)

表1 民勤綠洲胡楊年生長(zhǎng)期年代際變化趨勢(shì)

3.2 胡楊展葉始日和葉黃始日變化趨勢(shì)

民勤綠洲胡楊展葉始日有明顯提早趨勢(shì)，其變化傾向率為－1.14d／10a（α＝0.05），近55a共提早了6.3d（圖2）。胡楊平均展葉始日為4月22日，最早為2009年4月8日，最晚為1976年5月7日。胡楊葉黃始日有明顯推遲趨勢(shì)，其變化傾向率為1.27 d／10a（α＝0.05），近55a共推遲了7d（圖2）。胡楊平均葉黃始日為9月5日，最早為1978年和1979年8月24日，最晚為1987年9月22日。從表2可以看出，1955—1960s，胡楊展葉始日由4月24日提早到4月22日；1970s為4月25日；從1980s開始逐漸提早，到2001—2009年，提早到4月18日，比1970s，1980s和1990s分別提早了7d，6d和2d。從1955—1960s，胡楊葉黃始日由9月2日推遲到9月5日；從1980s開始逐漸推遲，到2001—2009年，推遲到9月9日，比1970s，1980s和1990s分別推遲了7d，3d和2d（表2）。

可見，胡楊展葉始日與葉黃始日的年際變化趨勢(shì)，與1970s全球氣溫尤其是北半球偏冷、1980s以后全球氣候開始變暖，民勤綠洲秋季氣溫增幅明顯、天數(shù)延長(zhǎng)的結(jié)論相一致［25－27］。

3.3 胡楊年生長(zhǎng)期與其月平均氣溫相關(guān)性分析

相關(guān)分析表明，近55a來(lái)，民勤綠洲胡楊年生長(zhǎng)期終止日、天數(shù)、葉黃始日與其對(duì)應(yīng)的10月、3—11月、9月平均氣溫呈顯著正相關(guān)關(guān)系（圖3），相關(guān)系數(shù)分別為0.580 5，0.610 7，0.489 9，（α＝0.01）；而胡楊年生長(zhǎng)期開始日、展葉始日與其對(duì)應(yīng)的3月和4月平均氣溫呈顯著的負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別高達(dá)0.728 7，0.660 3（α＝0.01）?？梢姡缕骄鶜鉁厥怯绊懨袂诰G洲胡楊生長(zhǎng)的主要因素。這與已有研究［26］表明的“民勤綠洲春、夏、秋季開始日提早和冬季開始日推遲，且以21世紀(jì)初最為顯著”的結(jié)論相一致。

表2 民勤綠洲胡楊展葉始日與葉黃始日年代際變化趨勢(shì)

圖2 民勤綠洲胡楊展葉始日和葉黃始日變化趨勢(shì)

圖3 民勤綠洲月平均氣溫和胡楊生長(zhǎng)期之間的相關(guān)性

3.4 胡楊年生長(zhǎng)期開始日、終止日、天數(shù)、展葉始日及葉黃始日的突變分析

采用Mann－Kendall非參數(shù)統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)方法對(duì)民勤綠洲胡楊年生長(zhǎng)期開始日、終止日、天數(shù)、展葉始日和葉黃始日進(jìn)行突變檢驗(yàn)，來(lái)確定比較可靠的突變年份。胡楊年生長(zhǎng)期開始日具有多個(gè)突變，分別發(fā)生在1957年、2005年和2007年；年生長(zhǎng)期終止日也具有多個(gè)突變，發(fā)生在1961年、1997年和1998年，這主要與1980s以后全球開始變暖，尤其是北半球的年平均氣溫在1988年有一次突變，以及21世紀(jì)初我國(guó)北方地區(qū)增溫顯著有關(guān)［24－28］，這表明胡楊對(duì)氣候變化的響應(yīng)比較明顯。當(dāng)然，生長(zhǎng)期天數(shù)也會(huì)相應(yīng)發(fā)生突變，具體發(fā)生在1960年和2002年。展葉始日具有多個(gè)突變，發(fā)生在1958年、1997年和2003年；葉黃始日也具有多個(gè)突變，發(fā)生在1962年、1987年和1988年。據(jù)已有研究［29］顯示，中國(guó)冬季增溫明顯，1985年以來(lái)，中國(guó)已經(jīng)連續(xù)出現(xiàn)了16個(gè)全國(guó)大范圍的暖冬，1998年冬季最暖，2002年次之，這表明胡楊主要物候的突變發(fā)生年份與這一結(jié)論相一致。

4 結(jié) 論

（1）民勤綠洲胡楊年生長(zhǎng)期開始日有提早趨勢(shì)，終止日有明顯推后趨勢(shì)，胡楊生長(zhǎng)期天數(shù)有顯著延長(zhǎng)趨勢(shì)。胡楊年生長(zhǎng)期開始日的提早和終止日的推遲，致使其生長(zhǎng)期明顯延長(zhǎng)，這一現(xiàn)象有利于胡楊萌芽和良好的生長(zhǎng)發(fā)育。

（2）民勤綠洲胡楊展葉始日有提早趨勢(shì)，葉黃始日有明顯推遲趨勢(shì)。胡楊展葉始日的提早和葉黃始日的推遲，與胡楊生長(zhǎng)發(fā)育所需營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的積累過(guò)程有著密切聯(lián)系。

（3）民勤綠洲胡楊年生長(zhǎng)期終止日、天數(shù)、葉黃始日與其對(duì)應(yīng)的平均氣溫呈正相關(guān)關(guān)系，而開始日、展葉始日與其對(duì)應(yīng)的平均氣溫呈顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系。表明研究區(qū)月平均氣溫的變化趨勢(shì)密切影響著胡楊的生長(zhǎng)發(fā)育。

（4）民勤綠洲胡楊年生長(zhǎng)期開始日、終止日及生長(zhǎng)期的突變分析表明，年生長(zhǎng)期開始日、終止日、天數(shù)、展葉始日和葉黃始日發(fā)生多個(gè)突變，表明研究區(qū)胡楊林對(duì)氣候變化的相應(yīng)十分敏感。

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