科尔沁沙地小叶杨物候期变化规律1)

高亚敏 韩永增

(通辽市气象局，通辽，028000) (通辽市林业科学研究院)



科尔沁沙地小叶杨物候期变化规律1)

高亚敏 韩永增

(通辽市气象局，通辽，028000) (通辽市林业科学研究院)

为了真实准确地反映科尔沁沙地生态环境变化，预测未来环境发展趋势，指导农林业生产实践，对1981—2014年科尔沁沙地小叶杨(Populussimonii)花芽开放期、展叶始期、展叶盛期、开花始期、开花盛期、叶全变色期、落叶末期等7个物候的出现日期和日照时间、平均气温、降水量等3个气候因子进行回归分析和相关分析，探讨其年变化趋势及其相关关系。结果表明：近34 a来，科尔沁沙地的日照时间平均以8.817 9 h·a-1速度显著减少，平均气温以0.035 7 ℃·a-1速度极显著上升，降水量平均以2.337 6 mm·a-1的速度呈不显著的减少趋势。小叶杨花芽开放期以0.407 d·a-1速度极显著提前，展叶期和开花期较常年变化不显著，叶全变色期和落叶末期分别以0.730、0.626 d·a-1速度极显著推迟，生长季以1.033 d·a-1速度呈极显著延长趋势。平均气温是影响小叶杨各个物候期变化的主要因子，分别与花芽开放期、展叶始期、展叶盛期、开花始期、开花盛期均呈显著负相关关系，而与叶全变色期、落叶末期均呈显著正相关关系。日照时间与叶全变色期呈显著负相关关系。降水量对小叶杨物候期变化影响不显著。

科尔沁沙地；小叶杨；物候期变化

科尔沁沙地(116°21′30″～123°43′E，41°41′40″～47°39′20″N)是中国四大沙地之一，属辽河中游冲积平原，为干旱半干旱地区，是典型的农牧交错地[1]。根据中国科学院寒区旱区环境与工程研究所的监测结果显示，内蒙古境内科尔沁沙地1975年的土地沙漠化面积是51 394 km2，截至目前，科尔沁沙地沙化土地面积为5万km2左右。内蒙古自治区通辽市林业局的统计数据显示，全市森林覆盖率由1978年的8.90%上升到现在的27.99%，森林面积已达到167.7万hm2，使科尔沁沙地在全国四大沙地中率先实现了治理速度大于沙化速度的良性逆转。

实现良性逆转主要归功于“三北”防护林、防沙治沙、退耕还林等国家重点生态建设项目在科尔沁沙地逐年实施，其中主要的乔木造林树种就是小叶杨(Populussimonii)。然而截至目前，针对小叶杨的后续研究报道非常稀少，周海燕等[2]研究了科尔沁沙地环境对小叶杨和杂交杨(P. spp.)生理状况的影响，结果表明，杂交杨在节水和抗旱能力方面优于小叶杨，而小叶杨在生长、幼叶抵抗干旱能力以及光合能力上强于杂交杨。这在一定程度上影响了国家生态建设的成效。

物候观测是气候变化最直观的植物信号记录，物候变化是气候与自然环境变化的综合指标[3-6]。通过对物候资料和现象的分析，掌握植物物候的变化规律，不仅能清楚地了解气候的变化情况及其对植物物候的影响，而且对了解气候变化对生态系统的影响、寻找缓解气候变化的措施以及保护生态环境均具有重要的指导意义[7-8]。目前，国内外研究物候变化的报道较多，特别是20世纪60年代就已经开展春小麦(TriticumaestivumL.)的研究[9]，其他农作物及牧草方面的研究也有大量报道[10-13]，而木本植物的研究多针对经济树种和珍稀树种。刘璐[14]等分析了1971—2010年陕北红枣(ZiziphusjujubaMill.)种植区气候变化特征及其对物候期的影响，发现各生育期平均气温呈上升趋势，日照时间呈减少趋势，降水量在不同生育期内的变化趋势不一，红枣物候期呈弱延长趋势，开花期和幼果期的平均气温与幼果期和脆熟采收期呈负相关关系，开花期到9月上旬的降水量与脆熟采收期呈正相关关系。彭嘉栋等[15]研究了气象因子对湖南油茶(Camelliaoleifera)产量的影响，发现开花期的平均气温与油茶产量呈正相关，果实膨大高峰期的降水时间也与油茶产量呈正相关，花芽成熟期的平均气温与油茶产量呈负相关，并根据影响油茶产量的主要气象因素构建了产量模型。林磊等[16]对银杏(GinkgobilobaL.)的物候特征及观赏性与气象条件之间关系进行了分析，发现温度不仅会影响银杏的生长发育，而且是决定银杏物候期的很重要的因子之一，降水越多的地方，其物候期会相应提前。日照对其叶全变色期和落叶初期影响显著，也是衡量银杏观赏性的重要指标。而关于防护林常用树种的相关研究较少[17-18]，文中就此针对科尔沁沙地小叶杨的物候变化进行初步分析和探讨，以期更加真实准确地反映科尔沁沙地生态环境的变化及未来发展趋势，为指导农林业生产提供理论依据。

1 材料与方法

材料来源于内蒙古自治区通辽市通辽气象观测站1981—2014年的小叶杨物候观测资料和气象资料。选择的物候观测资料包括花芽开放期、展叶始期、展叶盛期、开花始期、开花盛期、叶全变色期和落叶末期等7个物候的出现日期。选择的气象资料包括日照时间、平均气温和降水量等3个因子的逐月数据。

为研究方便，文中对小叶杨物候出现时间转化为从1月1日开始计算的序日。首先，用回归分析法分析当地光、热、水气象因子以及各物候出现日期的年度变化规律，同时计算出Pearson相关系数并进行显著性检验；其次，采用Pearson相关分析法研究物候出现日期年变化与其前期各月及1～2个月、1～3个月，…,1～8个月气候因子的相关性并进行显著性检验，通过α=0.05检验为显著，通过α=0.01检验为极显著。文中用EXCEL和SPSS19.0统计软件进行数据整理和统计。

2 结果与分析

2.1 日照时间、平均气温、降水量的变化

从日照时间年度变化趋势(图1)可以看出，日照时间呈现逐年减少趋势，平均减少8.817 9 h·a-1，并且达到显著水平(r=-0.418，P=0.014)。从平均气温年度变化趋势(图2)可以看出，平均气温呈现逐年上升趋势，平均上升0.035 7 ℃·a-1，并且达到极显著水平(r=0.510，P=0.002)。从降水量年度变化趋势(图3)可以看出，降水量呈现逐年下降趋势，平均下降2.337 6 mm·a-1，但没有达到显著水平(r=-0.249，P=0.155)。这些气候条件组成了小叶杨物候期变化的基础。

图1 日照时间年度变化趋势

2.2 小叶杨物候期的年度变化

从小叶杨物候出现时间年度变化趋势(表1)可以看出，花芽开放期呈提前趋势，平均提前0.407 d·a-1，而且达到极显著水平(r=-0.514，P=0.003)。展叶始期和盛期呈现延迟趋势，分别延迟0.071、0.123 d·a-1，较常年变化不显著。开花始期和盛期呈现提前趋势，分别提前0.195、0.126 d·a-1，较常年变化不显著。叶全变色期呈延迟趋势，平均延迟0.730 d·a-1，达到极显著水平(r=0.837，P=0)。落叶末期也呈现延迟趋势，平均推迟0.626 d·a-1，达到极显著水平(r=0.726，P=0)。从花芽开放期至落叶末期的间隔时间呈现延长趋势，平均延长1.033 d·a-1，达到极显著水平(r=0.745，P=0)。这一变化规律与很多研究结论一致[17-20]。

图2 平均气温年度变化趋势

图3 降水量年度变化趋势

表1 小叶杨物候期年度变化趋势

注：α为气候倾向率；r为相关系数，P为概率值；** 为通过0.01信度；间隔时间为花芽开放期至落叶末期的间隔天数。

2.3 气候变化对小叶杨物候期的影响

2.3.1 日照时间对小叶杨物候期的影响

从日照时间与小叶杨物候期的相关系数(表2)可以看出，日照时间对叶全变色期的影响最为明显，两者均呈现负相关关系，部分时段的影响达到极显著水平，如上一年10月份到当年4月份，上一年11月份到当年5月份，上一年12月份到当年6月份。主要原因就是日照增加有利于叶黄素的生成，促进叶色变黄，导致叶全变色期的提前。花芽开放期受部分时段日照影响，两者呈现显著正相关关系，即日照越多花芽开放越晚。日照时间与展叶始期和展叶盛期呈负相关关系，均未通过α=0.05水平检验。与开花始期和开花盛期均呈现正相关关系，仅上一年10月份到当年2月份日照时间达到显著水平。落叶末期和间隔时间受部分时段日照影响，两者呈现显著负相关关系，即日照越多落叶末期将提前，间隔时间将缩短。此外还可看出，短时间段内的日照时间变化几乎不影响小叶杨物候期变化，只有到达或超过3个月的时间段日照变化才会影响部分物候期变化，说明日照时间不是影响物候变化的关键因子。

2.3.2 平均气温对小叶杨物候期的影响

从平均气温与小叶杨物候期的相关系数(表3)可以看出，平均气温对各个物候期均有显著影响，其中对花芽开放期、展叶始期和展叶盛期影响最大是当年4月份及以前7个月的平均气温，呈极显著负相关关系；对开花始期和开花盛期影响最大的是当年3月和4月平均气温，呈现极显著负相关关系；对叶全变色期和落叶末期影响最大的是当年9月份及以前7个月的平均气温，呈极显著正相关关系；平均气温与间隔时间呈极显著正相关关系。分析原因主要是气温升高有利于打破树木休眠状态，促进花芽开放，同时有利于入秋时期的能量积累，推迟树木进入冬季休眠状态，延长了生长时间。从另一方面看，不同时段的平均气温均会影响小叶杨物候期变化，尤其是物候出现日期的前2个月影响最为显著，说明平均气温是影响小叶杨物候期的主要因子。

表2 日照时间与小叶杨物候期的相关系数

注：*为通过0.05水平显著性检验；** 为通过0.01水平显著性检验；—为无数据；S表示上一年，后面数字表示月份；D表示当年，后面数字表示月份，如S12-D1为上年12月份到当年1月份日照时间之和，依此类推。

表3 平均气温与小叶杨物候期的相关系数

续(表3)

注：*为通过0.05水平显著性检验；** 为通过0.01水平显著性检验；—为无数据；S表示上一年，后面数字表示月份；D表示当年，后面数字表示月份，如S12-D1为上年12月份到当年1月份日照时间之和，依此类推。

2.3.3 降水量对小叶杨物候期的影响

通过各时段的降水量与小叶杨各物候出现日期的相关性分析，发现他们之间并不存在显著相关关系，而且表现各异，如当年3月份降水量与落叶末期呈正相关关系，而与其他物候期均呈现负相关关系；当年4月份降水量与花芽开放期、开花始期、开花盛期呈负相关关系，而与展叶始期、展叶盛期、叶全变色期和落叶末期又呈现正相关关系；当年8月份降水量与叶全变色期呈现负相关关系，而与落叶末期又呈现正相关关系；当年9月份降水量与叶全变色期和落叶末期均呈现负相关关系；当年10月份降水量与叶全变色期和落叶末期均呈现正相关关系。可能降水量对物候期的影响是非线性的，有待进一步研究，这也说明降水量并不是影响小叶杨物候期变化的关键因子，这与杨丽桃等[17]的研究结果一致。

3 结束语

近34 a来，科尔沁沙地的日照时间平均以8.817 9 h·a-1速度显著减少，平均气温以0.035 7 ℃·a-1速度极显著上升，降水量平均以2.337 6 mm·a-1速度呈不显著的减少趋势。

近34 a来，科尔沁沙地的小叶杨花芽开放期显著提前，平均提前0.407 d·a-1，展叶期和开花期较常年变化不显著，叶全变色期和落叶末期均极显著推迟，分别推迟0.730、0.626 d·a-1，生长季呈现延长趋势，平均延长1.033 d·a-1。

气温是影响小叶杨各个物候期变化的主要因子，与花芽开放期、展叶始期、展叶盛期、开花始期、开花盛期均呈负相关关系，而与叶全变色期、落叶末期均呈正相关关系。日照时间与叶全变色期呈显著负相关关系。降水量对小叶杨物候期变化影响不显著，可能呈现非线性关系。

因本研究所选气象资料较少，未进行小叶杨物候期对气候变化的响应研究，下一步将增加气象资料种类，综合分析小叶杨各物候期对气候变化的响应，建立各物候期变化的预估模型，为指导农林业生产和监测环境变化提供理论依据。

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Phenological Changes ofPopulussimoniiin Horqin Sandy Land//

Gao Yamin

(Tongliao Meteorological Bureau, Tongliao 028000, P. R. China); Han Yongzeng(Forestry Academy of Tongliao City)//

Journal of Northeast Forestry University，2017,45(5)：29-34.

In order to reflect the change of ecological environment in Horqin sandy land, predict the future development trend of environment, guide the practice of agricultural and forestry production, based on regression analysis and correlation analysis, we studied the three climatic factors including the sunshine hours, average temperature and precipitation, and the seven phenological stages ofPopulussimoniiof 1981-2014 in Horqin sandy land, including the flower buds opening phase, leaf unfolding primary and prevailing phases, blossoming primary and prevailing phases, leaf coloring phase, leaf falling ending phase, and found out the regularity of the annual changes and the relationship. In the past 34 a, the sunshine duration was significantly reduced at a rate of 8.817 9 h·a-1, the average temperature was significantly increased at a rate of 0.035 7 ℃·a-1, and the precipitation decreased at 2.337 6 mm·a-1though not so significant. The flower bud opening phase was significantly advanced at a rate of 0.407 d·a-1, while the leaf unfolding primary and prevailing phases, and blossoming primary and prevailing phase did not change significantly. The leaf coloring phase and leaf falling ending phase were significantly postponed at 0.730 and 0.626 d·a-1, and the growing season was significantly advanced at 1.033 d·a-1. The dominant influencing factor of this phenological changes was average temperature, and it was significantly negatively correlated with flower buds opening phase, leaf unfolding primary and prevailing phases, blossoming primary and prevailing phases, while it was significantly positively correlated with leaf coloring phase and leaf falling ending phase. Sunshine duration was significantly negatively correlated with leaf coloring phase. The influence of precipitation to the phenology phase changes ofP.simoniiwas not significant.

Horqin sandy land;Populussimonii; Phenological changes

高亚敏，女，1984年1月生，通辽市气象局，工程师。E-mail:gaoyaminok@163.com。

2016 年 11 月 21 日。

S716.5

1)内蒙古自治区通辽市气象局科技创新项目 (201509)。

责任编辑：任 俐。