近39年民勤荒漠區(qū)氣溫變化對(duì)喬木植物物候的影響

張大彪 張逸君 萬翔

摘要利用甘肅民勤荒漠草地生態(tài)系統(tǒng)國家野外科學(xué)觀測(cè)研究站1975—2013年氣象資料，與當(dāng)?shù)貑棠旧硹棥⒍讞?、胡楊、小棗、家杏、桑?種喬木物候觀測(cè)資料，通過5年時(shí)間段統(tǒng)計(jì)物候發(fā)生日的偏離程度，統(tǒng)計(jì)春季物候年度展葉期、開花期變化趨勢(shì)，分析物候變化對(duì)氣溫變化的響應(yīng)關(guān)系。結(jié)果表明，近39年研究區(qū)春季平均氣溫以0.053 ℃/a的速度升高，荒漠植物的多種物候期出現(xiàn)同步性的提前；39年春季物候提前了7.6～12.1 d，即氣溫每提升1.0 ℃，可導(dǎo)致春季物候期提早2.1～5.8 d，秋季落葉期平均推遲3.8 d。

關(guān)鍵詞木本植物；物候；氣溫變化；響應(yīng)趨勢(shì)；民勤荒漠區(qū)

中圖分類號(hào)S716文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼

A文章編號(hào)0517-6611（2017）10-0193-04

Effect of Temperature Change on Ttree Phonology nearly 39 Years in Minqin Desert Area

ZHANG Dabiao1，2，Zhang Yijun1，2，WAN Xiang1

（1.Gansu Desert Control Research Institute，Lanzhou，Gansu 730070；2.Gansu Minqin National Field Obseruation & Research Station on Ecosystem of Desert Grassland，Minqin，Gansu 733300）

AbstractBased on the meteorological data of the Gansu Minqin National

Field Obseruation & Research Station on Ecosystem of Desert Grassland from 1975 to 2013 and the phenological data of six local tree as Elaeagnus angustifolia， Populous gansuensis， Populus euphratica， Ziziphus sativa，Prunus armeniaca，Morus alba，through the five years period of statistical basis for the occurrence of deviations，trends of leaf expansion period and flowering period in spring phenological year were counted，the response of phenological change to temperature change was analyzed.The results showed that the average temperature in spring of recent 39 years was rising as 0.053 ℃/a， a variety of phenological synchronization were synchronized in advance in different desert plant，the average advance of spring phenology was 7.6-12.1 days in the past 39 years，the temperature of each increase of 1.0 ℃， could lead to phenophase early 2.1-5.8 days in spring， the average postponement of 3.8 days in autumn deciduous.

Key wordsLigneous plants；Phenology；Temperature change； Tendency of responding；Minqin desert area

隨全球氣溫升高的影響，甘肅河西走廊石羊河、黑河、疏勒河3條主要河流下游地區(qū)相繼出現(xiàn)了民勤地區(qū)的羅布泊景觀、酒泉西北部居延海干涸、敦煌與金塔地區(qū)的樓蘭化趨向，表現(xiàn)出自然植被萎縮衰敗，群落調(diào)節(jié)水熱功能失衡，荒漠化沙質(zhì)地表加速活化，引起當(dāng)?shù)負(fù)P沙與沙塵暴天氣頻發(fā)，危及到周邊農(nóng)牧生產(chǎn)安全與人居環(huán)境質(zhì)量。有研究表明，我國氣候變暖與地域環(huán)境變化有一致性關(guān)系[1-2]，氣候變化與區(qū)域植物物候特征有相繼對(duì)應(yīng)關(guān)聯(lián)[3-4]。

植物物候是可觀測(cè)的一年中植物生長枯榮的生物節(jié)律，是所處自然環(huán)境，特別是氣候變化影響下的物候期差異，也是植物對(duì)過去一段時(shí)期內(nèi)積溫增減的綜合性反映[2]。近期各界學(xué)者研究得出，當(dāng)前春季物候期有提前趨勢(shì)，植物的生長季普遍延長[5-7]，并提供了全球氣候變暖后植物生態(tài)系統(tǒng)變化的佐證依據(jù)[8-12]。筆者利用1975—2013年民勤西沙窩的物候觀測(cè)記錄與氣象資料，參照氣候變化研究方法[13]，運(yùn)用植物物候變化響應(yīng)規(guī)律，探討內(nèi)陸河下游的民勤西沙窩地區(qū)氣溫變化速率與植物展葉、開花、落葉等物候期，分析物候變化對(duì)氣溫變化的響應(yīng)關(guān)系，為植物品種培育、有效開發(fā)與整合利用提供科學(xué)的理論支持。

1資料與方法

1.1研究區(qū)概況民勤西沙窩位于騰格里沙漠邊緣、阿拉善高原西南外延部分，民勤荒漠草地生態(tài)國家野外觀測(cè)研究站在此定點(diǎn)長期監(jiān)測(cè)，近39年受監(jiān)測(cè)的植物共108種，其中喬木23種，灌木及草本82種，包含新增觀測(cè)對(duì)象或中途消亡的植物種。該區(qū)年平均氣溫7.7 ℃，年降水量115.6 mm，蒸發(fā)量2 643 mm，干燥度5.85，年平均風(fēng)速2.4 m/s，年均≥17 m/s的大風(fēng)日數(shù)27.4 d，屬于典型的干旱荒漠氣候。該地域在漢代以前曾有廣闊的水域，漢代以來出現(xiàn)連片沙漠化景觀，生態(tài)環(huán)境質(zhì)量逐漸退化，荒漠化程度日趨嚴(yán)重[9，12]，目前呈現(xiàn)出連綿不斷的沙丘與稀疏零散植被，地下水埋深下降至19～21 m，植物已難以直接提升利用，自然分布植被以雨養(yǎng)的沙旱生灌木、小灌木和逐水草本植物為主[14-16]，一般蓋度在10%以下。

1.2資料來源所用資料選取1975—2013年民勤治沙綜合試驗(yàn)站下設(shè)的氣象基準(zhǔn)氣象站（102.59°E、38.34°N），以及中國科學(xué)研究院地理所物候觀測(cè)網(wǎng)民勤物候站長期觀測(cè)的物候資料。選擇二白楊（Populus gansuensis）、沙棗（Elaeagnus angustifolia L.）、家杏（Prunus armeniaca L.）、桑樹（Morus alba L.）、胡楊（Populus euphratica Oliv.）、小棗（Ziziphus sativa Gaertn）6種喬木，平均樹齡25年以上；這6種喬木均有可高度觀測(cè)的生命物候特征，代表地緣鄉(xiāng)土特色、成功引進(jìn)及主要用材、防護(hù)林種的特點(diǎn)。

1.3研究方法依托甘肅民勤荒漠草地生態(tài)系統(tǒng)國家野外科學(xué)觀測(cè)研究站觀測(cè)資料，選擇具有當(dāng)?shù)靥厣?種高大喬木，通過劃分年度段，計(jì)算主要?dú)庀笠蜃悠骄剑肊xcel軟件統(tǒng)計(jì)分析39年來民勤西沙窩氣象因子即年平均氣溫、地表溫度變化與濕度、降水量等影響程度，結(jié)合主要?dú)庀笥绊懸蜃幼兓攸c(diǎn)，分析6種喬木春季主要物候期的響應(yīng)關(guān)系；通過統(tǒng)計(jì)分析，比較年際間6種喬木物候提前日值與氣溫變化速率的相關(guān)程度，以主要物候發(fā)生期與春季平均氣溫變化關(guān)系建立春季年平均溫度與主要物候變化響應(yīng)的回歸關(guān)系式[17-18]，以此探求39年間主要物候期提前（或推遲）的變化規(guī)律。

2結(jié)果與分析

2.1年際氣候因子的變化速率差別研究以2年為一個(gè)過渡段，來平緩氣溫等氣象因子突變幅差。統(tǒng)計(jì)分析1975—2013年平均氣溫、地表溫度及年內(nèi)濕度、降水量的變化趨勢(shì)（圖1）發(fā)現(xiàn)，民勤西沙窩氣溫變化有逐漸升高的趨勢(shì)，近39年氣溫變暖速率為0.047 ℃/a，平均升高了1.79 ℃；地表溫度波動(dòng)較大，年均增高速率為0.034 ℃/a；全年濕度變化速率<-0.82%/a，降水量變幅為（123±18）mm，期間略有增減。

2.2木本植物物候變化趨勢(shì)民勤西沙窩地區(qū)受周邊沙漠與春季多風(fēng)的影響，春季3—5月氣溫變化強(qiáng)烈，平均遞升速率為0.053 ℃/a，月均升高（11.2±0.5）℃，多年比較增幅相對(duì)穩(wěn)定；秋季9—11月開始降溫，月均降低（5.4±0.3）℃；冬季變暖幅度略高于春秋時(shí)段，年度氣溫平穩(wěn)提升；3種鄉(xiāng)土喬木5年內(nèi)展葉、開花期出現(xiàn)日變幅差在6.1～11.3 d，5年內(nèi)物候期延續(xù)提前1.3～3.6 d，其中二白楊、沙棗對(duì)氣溫變化反映較強(qiáng)，物候差變幅較胡楊大（表1）；5年內(nèi)出現(xiàn)日期與春季溫度升高速率呈相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)r=0.874 3，顯著性檢驗(yàn)水平達(dá)72.6%，39年平均物候期變幅差達(dá)22.8 d，春季展葉與開花期持續(xù)提前趨勢(shì)明顯，平均提前7.6～14.5 d；秋季隨氣溫平穩(wěn)下降，落葉期平均推遲20.2 d；營養(yǎng)生長期順勢(shì)延長，沙棗延長時(shí)間最高達(dá)28.5 d，3種喬木物候期與生命節(jié)律存在較好的同步順延關(guān)系。

統(tǒng)計(jì)1975—2013年民勤西沙窩沙棗、胡楊、二白楊、家杏、桑樹、小棗等6種植物的展葉始期和開花始期的變化狀況（表2）可以看出，39年來春季物候表現(xiàn)出不同程度的提前趨勢(shì)，提前速率為0.212～0.281 d/a，可見39年民勤西沙窩的春季物候提早，且提早7.6～12.1 d。從秋季落葉的物候期來看，木本植物表現(xiàn)為推遲落葉，39年落葉始期平均推遲19.3～21.6 d。

統(tǒng)計(jì)39年間荒漠植物沙棗、二白楊、胡楊的3個(gè)物候期發(fā)現(xiàn)，展葉期平均提前11.6 d，開花期提前13.3 d，落葉期推遲21.8 d，年際間物候變化趨勢(shì)線相似，復(fù)合系數(shù)均超過0.875以上；二白楊、沙棗、家杏春季展葉始期、開花始期變化與氣溫升高速率的關(guān)系均通過0.05的顯著性檢驗(yàn)；沙棗、家杏展葉期和開花期提前與氣溫升高幅度相關(guān)性程度較高（表1～2），相關(guān)系數(shù)分別達(dá)0.904和0.933；物候漸變與氣候變暖過程趨向一致，物候特征在時(shí)間上存在相繼性關(guān)聯(lián)。

2.3春季氣溫變化對(duì)木本植物物候的影響統(tǒng)計(jì)39年民勤地區(qū)6種木本植物物候，對(duì)照歷年3—5月氣溫變化速率，得出植物展葉始期和開花始期，提前日與春季氣溫升高速率均存在相關(guān)關(guān)系，溫度提升速度越快，物候發(fā)生日提前幅度加大，展葉始期和開花始期同步提前的水平顯著（表3）；其中二白楊、沙棗、家杏物候?qū)鉁厣叻从齿^為敏感，提前幅度較小棗、桑樹、胡楊大；荒漠區(qū)植物隨氣候變暖過程，春季植物展葉始期與開花始期存在較好的相關(guān)性與先后相繼性。

統(tǒng)計(jì)分析1975—2013年物候數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，歷年春季段平均氣溫升高與植物主要物候期提前存在較好的相繼性關(guān)系，以春季植物展葉期、開花期發(fā)生日與當(dāng)月平均氣溫之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系建立回歸方程（表4），得出木本植物展葉、開花始期與發(fā)生月平均溫度均呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，依據(jù)39年民勤西沙窩地區(qū)春季平均氣溫變化的速率與植物主要物候期提前日數(shù)的關(guān)聯(lián)程度，計(jì)算得到年平均氣溫每升高1.0 ℃，可導(dǎo)致主要物候期提前2.1～5.8 d，是39年來導(dǎo)致該地區(qū)春季物候提前7.6～12.1 d的重要依據(jù)。如假定21世紀(jì)民勤地區(qū)年平均氣溫變化幅度趨勢(shì)與我國西北地區(qū)保持線性關(guān)系[13]，即可推測(cè)21世紀(jì)末較20世紀(jì)末氣溫升高4.4 ～ 4.7 ℃，春季各物候?qū)⑻嵩?9.3～27.3 d。

3結(jié)論與討論

（1）荒漠區(qū)氣候存在變暖趨勢(shì)，變暖速率為0.047 ℃/a，39年來平均氣溫已上升了1.79 ℃，高于我國北方地區(qū)21世紀(jì)平均增速（0.031 ℃/a）[13]，也是引發(fā)當(dāng)?shù)匚锖蚱诎l(fā)生變化的主要因素。

（2）民勤春季6種鄉(xiāng)土木本植物春季物候變化明顯，平均提早速率為0.275 d/a，經(jīng)測(cè)算，近39年春季植物展葉與開花始期提前了7.6～12.1 d，春季植物物候與氣溫升高有較好的相關(guān)性與先后相繼性關(guān)系。

（3）民勤木本植物春季物候與年平均氣溫也有較好的相關(guān)關(guān)系，年平均氣溫每升高1.0 ℃，可導(dǎo)致春季物候期提早2.1～5.8 d，秋季落葉推遲3.8 d；近39年導(dǎo)致春季物候期平均提前10.8 d，秋季落葉期推遲15.2 d，以此預(yù)測(cè)21世紀(jì)末民勤年平均氣溫較20世紀(jì)末升高3.5～4.1 ℃，該區(qū)春季物候期提前7.3～23.6 d，秋季落葉期推遲14.9 d。

（4）研究區(qū)地處我國西北內(nèi)陸河下游，受騰格里與巴丹吉林沙漠影響，表現(xiàn)為白天炎熱、地表及植物水分蒸散量大[18]，特別是春季氣候特征突變頻繁，用全年平均氣溫與植物物候變化的相關(guān)關(guān)系描述全球變暖影響下荒漠區(qū)展葉期與開花期變化，反映出6個(gè)樹種生理生態(tài)適應(yīng)氣候變暖的差異，以及存在的生產(chǎn)力結(jié)構(gòu)改變方向或形式區(qū)別，有助于揭示特定環(huán)境條件生長發(fā)育過程[19]，為當(dāng)?shù)刂参锂a(chǎn)品種植結(jié)構(gòu)、技術(shù)改良提供應(yīng)對(duì)調(diào)整的依據(jù)。

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