1994—2015年福山區(qū)蘋果花期物候變化及其氣候影響因子分析

陳星宇 王冰 董宛麟 王曉晨

摘要：研究植物花期物候變化對園林管理、農(nóng)業(yè)措施管理、花期預(yù)報具有重要意義?；?994—2015年山東省煙臺市福山區(qū)蘋果物候期觀測數(shù)據(jù)，定量分析蘋果花期物候（始花期、末花期、花期長度）年際變化特征，并基于年尺度、月尺度和候尺度花前氣候要素對蘋果花期物候的影響。結(jié)果表明，蘋果始花期、末花期沒有顯著的年際變化。蘋果始花期有50%概率集中在4月16—20日?；ㄆ陂L度平均為（9±2.6） d，年際間呈顯著的延長趨勢（P<0.05）。蘋果始花期與花前總降水量、總氣溫日較差呈顯著正相關(guān)、與負(fù)積溫呈顯著負(fù)相關(guān)。蘋果始花期與1、2、3、1—3月的平均溫度、平均最低溫度、平均最高溫度呈顯著負(fù)相關(guān)性。蘋果始花期與距花前4候逐候的總氣溫日較差呈顯著相關(guān)性，與距花前1—4候總降水量呈顯著正相關(guān)?；ㄆ陂L度與花期總氣溫日較差和降水量呈顯著正相關(guān)。

關(guān)鍵詞：物候期;花期長度;降水量;總氣溫日較差;氣候影響因子;蘋果

中圖分類號： S162.5+5 ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A ?文章編號：1002-1302（2020）24-0135-05

植被物候是氣候與自然環(huán)境變化綜合指示器，國際上許多環(huán)境影響評價項目廣泛采用物候期指標(biāo)，同時在很大程度上受局部氣候因素的制約。植物的始花期、盛花期、末花期和花期長度的年際變化及其氣候因素的影響是花期物候研究的主要內(nèi)容[1]。

氣候變化背景下植物物候的研究越來越受到重視，以變暖為主要特征的氣候變化對植被生長發(fā)育產(chǎn)生了重大影響[2-3]。華北地區(qū)是我國氣溫上升較為明顯的地區(qū)[4]，對植被物候產(chǎn)生了重要影響[5-6]。華北地區(qū)的物候春季有明顯提早來臨的趨勢，主要是由于近40 年來冬春季氣溫的明顯上升[7]。由于溫度的升高，在過去40年中有385種植物始花期提前了4.5 d[8]。在加拿大，19種植物中有18種植物的始花期在2001—2012年提前了[9]。在美國東北部地區(qū)的72個站點中，有89%的站點丁香始花期在1965—2001年呈提前趨勢[10]。雖然大量研究揭示了全球各地植物始花期的變化趨勢與氣候因子之間的關(guān)系，但基于月和候尺度氣候要素對植物開花期變化的影響研究較少。

花期長度變化影響植物的繁殖和進(jìn)化，進(jìn)而影響植物生物量或產(chǎn)量。陶澤興等研究指出，在中國華北、西南和華南地區(qū)，大多數(shù)物種的花期長度呈延長趨勢[11]。Cˇrepinek等發(fā)現(xiàn)，在斯洛文尼亞東北部地區(qū)，1994—2007年期間大多數(shù)品種的榛樹花期長度比氣候相對較冷的1969—1979年期間更短[12]。當(dāng)前雖然關(guān)于植物花期長度變化趨勢的研究有一定積累，但關(guān)于影響植物花期長度的氣候因素變化的研究較少。

蘋果是我國傳統(tǒng)的優(yōu)勢經(jīng)濟(jì)作物，山東是我國蘋果的主產(chǎn)區(qū)之一。在全球氣候變暖和生產(chǎn)技術(shù)發(fā)生變化的情況下，研究分析氣候變化對蘋果花期物候的影響，有助于尋找應(yīng)對氣候變化提高蘋果產(chǎn)量的辦法。因此，基于1994—2015年山東省煙臺市福山區(qū)蘋果物候期觀測數(shù)據(jù)，定量分析蘋果花期物候的年際變化特征，并基于年尺度、月尺度和候尺度氣候要素變化對蘋果花期物候（始花期、末花期、花期長度）的影響，探討影響其變化的主要氣象因子。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

山東省煙臺市福山區(qū)（121.25°E、37.50°N）屬于暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候，四季變化和季風(fēng)進(jìn)退都較明顯，與同緯度內(nèi)陸地區(qū)相比，雨量適宜，年溫適中，光照充足。全區(qū)年平均氣溫12.7 ℃，年平均降水量為605 mm，年平均日照時數(shù)2 610 h，年平均相對濕度64%，年平均風(fēng)速3～4 m/s，全區(qū)平均無霜期222 d。

蘋果開花期物候數(shù)據(jù)來自山東省煙臺市福山區(qū)農(nóng)業(yè)氣象觀測站1994—2015年蘋果物候期觀測數(shù)據(jù)，蘋果品種為紅富士，為煙臺市當(dāng)前主要蘋果品種之一。福山區(qū)1994—2015年逐日氣象觀測數(shù)據(jù)來自山東省煙臺市福山區(qū)氣象局。

1.2 研究方法

1.2.1 花期物候觀測 根據(jù)《農(nóng)業(yè)氣象觀測規(guī)范》規(guī)定，開花期物候觀測分為始花期、盛花期、末花期。

1.2.2 物候資料處理 采用儒略日（julian days）換算方法將物候觀測記錄中物候期出現(xiàn)的日期轉(zhuǎn)化為距當(dāng)年1月1日的時間，以天數(shù)計，建立其物候期的時間序列。

1.2.3 氣候資料處理 負(fù)積溫指日平均氣溫<0 ℃的日平均氣溫總和。正積溫指日平均氣溫≥0 ℃的日平均氣溫總和?；ㄇ皻夂蛞蜃又抵笍漠?dāng)年1月1日開始到蘋果始花期這段時間的相應(yīng)數(shù)值。

1.2.4 變異系數(shù) 指標(biāo)準(zhǔn)差與均值的比值，用來比較不同觀測序列離差程度，變異系數(shù)越大，說明要素變化越大、越不穩(wěn)定。計算公式如下：

1.3 數(shù)據(jù)分析方法

采用Excel 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)整理計算，并對試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 蘋果開花期年際變化

由圖1-A可知，蘋果始花期平均日序為（112±1.5） d（4月22日），年際間沒有顯著的變化趨勢。最早始花期日序是93 d（2002年4月3日），最晚始花期日序是125 d（2010年5月5日）。由圖1-B可知，蘋果末花期平均日序為（121±1.5） d（5月1日），年際間沒有顯著性變化趨勢。最早末花期日序為101 d（2002年4月11日），最晚末花期日序為132 d（2010年5月12日）。

2.2 基于候尺度蘋果始花期出現(xiàn)概率變化

由圖2可知，從候尺度角度，蘋果始花期有50%的概率集中在第22候即4月16—20日，有23%的概率集中在第24候（4月26—30日），有18%的概率集中在第23候（4月21—25日），有5%的概率集中在第19候（4月1—5日）、25候（5月1—5日）。

2.3 氣候要素對蘋果開花期的影響

2.3.1 蘋果始花期與花前氣候要素的關(guān)系 蘋果花前總降水量為（58.70±32.4） mm（表1），降水量與蘋果始花期呈顯著正相關(guān)（P<0.05）?；ㄇ翱倸鉁厝蛰^差為1 007 ℃·d，與蘋果始花期呈極顯著正相關(guān)（P<0.01）?；ㄇ柏?fù)積溫為-104 ℃·d，與蘋果始花期呈顯著負(fù)相關(guān)（P<0.05）?；ㄇ捌骄鶞囟?、平均最低溫度、平均最高溫度對蘋果始花期影響不大。

2.3.2 月尺度上蘋果始花期與氣候要素的關(guān)系 從月尺度分析（表1）可知，除去1月平均最高溫度外，蘋果始花期與1、2、3、1—3月的平均溫度、平均最低溫度、平均最高溫度呈顯著負(fù)相關(guān)（P<0.05）。溫度越高，有利于促進(jìn)蘋果開花。蘋果始花期與2、1—3月負(fù)積溫呈顯著負(fù)相關(guān)（P<0.05），與2、3、1—3月的正積溫呈顯著正相關(guān)（P<0.05）。蘋果始花期與1—3月逐月的降水量、總氣溫日較差沒有顯著的相關(guān)性。

2.3.3 候尺度上蘋果始花期與氣候要素的關(guān)系 從候尺度上分析（表2）可知，對蘋果始花期與前4候溫度和降水量相關(guān)性進(jìn)行分析。蘋果始花期與花前各候的總氣溫日較差呈顯著相關(guān)性，與距花前第4、第3、第1候的總氣溫日較差呈顯著相關(guān)性。蘋果始花期與距花前4候總降水量呈顯著正相關(guān)（P<0.05），與其他氣象要素沒有顯著相關(guān)性。

2.4 蘋果花期長度與氣候要素的關(guān)系

蘋果花期長度平均為（9±0.6） d，且年際間呈顯著的延長趨勢（P<0.05）。最短花期長度為5 d，最長花期長度為14 d。從2003年開始蘋果花期長度開始增加，1994—2002年蘋果花期平均為（7±0.7） d左右，2003—2015年蘋果花期為（11±0.5） d 左右。

蘋果花期長度與花期這段時間的總降水量、總?cè)蛰^差呈顯著正相關(guān)（圖3-B、圖3-C）?；ㄆ诳偨邓科骄鶠?2 mm，總?cè)蛰^差平均為112 ℃· d。

3 討論與結(jié)論

蘋果始花期和末花期均沒有顯著的年際變化趨勢，但花期長度呈現(xiàn)顯著的延長趨勢，這與陶澤興等的研究結(jié)果[11]一致。研究表明，在1963—2012年中國42個站點259條木本植物花期長度序列中，有61.39%的花期長度序列呈延長趨勢。Ziello等的研究表明，在歐洲地區(qū)1971—2000年有29種植物的花期長度總體上呈現(xiàn)延長的趨勢[13]。但也有研究結(jié)果與之相反，Bock等的研究表明，英吉利海峽根西島的232種花期長度顯著縮短，平均每10年縮短10 d[14]。Nagahama等基于多年生植物擬南芥主要開花時間基因的表達(dá)動態(tài)分析，模擬預(yù)測氣候變暖條件下將縮短其花期時間[15]?；ㄆ陂L度變化的差異一方面是由于植物所處的環(huán)境不同導(dǎo)致的，另一方面與植物自身的遺傳特性有關(guān)。不同植物對氣候類型的響應(yīng)不同，導(dǎo)致花期長度變化趨勢不同。在海洋性氣候或地中海氣候條件下，植物可能會因氣候變暖加快花器官發(fā)育的進(jìn)程，從而使花期縮短[16]。而在其他氣候類型下，植物可能隨氣候變暖延長其花期，通過不斷地適應(yīng)提高其生殖的成功率[17]。植物花期長度受環(huán)境因素和遺傳因素的共同作用，植物通過自身的不斷調(diào)整來適應(yīng)不同的環(huán)境條件變化達(dá)到自身不斷繁殖。

氣候要素變化影響花期物候特征，尤其是在全球氣候暖干化背景下。本研究1—3月逐月溫度變化影響蘋果花期進(jìn)程。蘋果始花期隨1—3月溫度的增加，促進(jìn)其開花。在分析眾多氣候要素對蘋果開花期的影響中發(fā)現(xiàn)，氣溫日較差的變化顯著影響蘋果開花期物候，尤其是花前總氣溫日較差和基于候尺度的氣溫日較差的變化。總體上看，蘋果始花期與距花前1—4候的逐候總氣溫日較差呈顯著負(fù)相關(guān)性，但花前總氣溫日較差呈顯著負(fù)相關(guān)。鄭奕等對塔里木盆地主要林果物候期研究表明，林果春季物候期大部分與前1個月的月均日較差呈極顯著負(fù)相關(guān)（P<0.01）[18]。蘋果花期長度隨花期總氣溫日較差增大而顯著延長。白天溫度高影響植物的光合作用和蒸騰作用，夜間溫度低影響作物的呼吸作用和干物質(zhì)積累。一般情況下，氣溫日較差大有利于提高作物品質(zhì)，但相關(guān)生理生化過程還須進(jìn)一步研究。此外，蘋果花期物候受降水影響較顯著，降水增加有利于促進(jìn)蘋果開花，尤其是距開花前4候的總降水增加，顯著促進(jìn)蘋果始花期的出現(xiàn)。

蘋果始花期平均日期為4月22日，末花期平均日期為5月1日，年際間均沒有顯著的變化趨勢。蘋果始花期有50%概率集中在4月16—20日（第22候），分別有18%、23%的概率集中4月21—25日（第23候）、4月26—30日（第24候）。從年尺度分析，蘋果始花期與花前總降水量、總氣溫日較差呈顯著正相關(guān)、與負(fù)積溫呈顯著負(fù)相關(guān)。從月尺度分析，蘋果始花期與1、2、3、1—3月的平均溫度、平均最低溫度、平均最高溫度呈顯著負(fù)相關(guān)性。與1—3月負(fù)積溫呈顯著負(fù)相關(guān)、與正積溫呈顯著正相關(guān)。逐月的降水量、總氣溫日較差對蘋果始花期影響較小。從候尺度上分析可知，蘋果始花期與距花前第4候、第3候、第1候的總?cè)蛰^差呈顯著相關(guān)性，與距花前4候總降水量呈顯著正相關(guān)。蘋果花期長度平均為（9±2.6） d，年際間呈顯著的延長趨勢（P<0.05）。蘋果花期長度與花期總降水量、總氣溫日較差呈顯著正相關(guān)。

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