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暖温带乔木和灌木物候变化及对气候变化的响应

2020-03-19王明桑卫国

生态科学 2020年1期
关键词:物候变色灌木

王明,桑卫国

中央民族大学生命与环境科学学院,北京 100081

0 前言

物候是指自然界生物受其所处环境(气候、水文、土壤)影响而出现的以年为周期的自然现象,而物候学是研究自然界生物和环境条件的周期性变化之间相互关系的科学[1-2]。自然物候是气候变化的重要指示器,是生物节律与环境变化的综合反映,被视为“大自然的语言”和全球变化的“诊断指纹”[3-5]。就植被物候而言,主要包括出芽、展叶、开花、叶变色和落叶等季节性规律发生的现象[6],物候期的早晚综合了气候等环境因子的变化受到愈来愈多的科学家的关注,其中植物物候变化以及对气候变化的响应是当今生态学和气候学研究的热点问题之一。

20世纪以来全球气候环境发生了显著变化,IPCC第五次评价报告指出,近 130年(1901—2012年)全球平均表面气温已上升了 0.89 ℃,许多地区的温度发生了明显的变化,并使植被的物候开始期和结束期都发生了变化[5,7-10]。最开始的物候和气候变化的研究主要是在国外,欧洲国际物候观测园近40年的资料表明,植物春季物候期提前了6.3 d,秋季物候期推迟了 4.5 d,生长季长度延长 10.8 d[11];欧洲和北美的很多研究表明,气候增暖春季物候期提前,秋季物候期推迟,生长季延长[12-14]。在我国暖温带地区的研究中,徐雨晴[15]等对北京近50年的研究表明,温度对北京树木的春季物候有明显的影响,芽萌动的早晚主要受冬季气温的影响,冬季及秋末气温的升高使春芽萌动有提前的效应;开花主要受春季温度的影响,春温每升高1℃,开花期平均提前3.6 d。仲舒颖[16]等研究1981—2010年北京的春、夏季物候期提前,秋、冬季物候期推迟,各个物候期的平均日期、最早日期、最晚日期在春、夏季以提前为主,在秋、冬季以推迟为主。其他地区的研究显示,邓晨晖[17]等研究秦岭地区52年来气温呈增加趋势,物候始期普遍呈提前趋势,提前速率1.2 d·10a-1,物候末期普遍呈推迟趋势,推迟速率 3.5 d·10a-1,物候生长期普遍延长。杨丽萍[18]等研究1987—2012年大兴安岭增温明显,气候倾向率 0.34 ℃·10a-1;降水量和日照时数变化不明显,兴安落叶松芽开放期、展叶期、叶变色期和落叶期都有所推迟,其中叶变色期和落叶期推迟17.282 d·10a-1和12.144 d·10a-1,生长季延长。虽然越来越多的证据表明,温度升高,春季物候期提前,秋季物候期推迟,植被生长季长度延长,但众多的研究结果中也有不同趋势,Yu[19]等利用归一化植被指数方法研究 1982—2006年西部青藏高原草甸和草原植被,结果表明冬季的强烈变暖导致春季物候期的推迟。Sherry[20]等的研究表明,温度升高使夏季最高温之前开花的植物物候提前,但在夏季最高温之后开花的植物的物候期会被推迟。Delbart[21]等的研究表明,亚欧大陆北方地区在1982年至1991年和1993年至2004年期间春季物候发现了8 d的提前和3.6 d的延迟。

在全球气候背景下,影响植被物候的气候因素不仅有温度,还包括降水、日照时数等,研究表明其主要影响因素为温度和降水,苏芬[22]等对青海牧草的研究表明,海晏牧草返青期主要受上年秋季降水量的影响,降水量每增加 10 mm,返青期提前 2.4 d;牧草黄枯期主要受降水的影响,降水量每增加 10 mm,海晏、天峻、刚察黄枯期推迟。Fu Yang[23]等研究柴达木盆地显示,低海拔湿润地区物候期对降水的响应不明显,生长始期提前,生长末期延迟;而在山区上部,生长始期延迟,生长末期随着温度的升高而升高,生长始期提前到达,生长末期随着降水的增加而延迟。由此可知植被物候的主要表现为:春季物候期提前,秋季物候期推迟,生长季长度延长。但是,该结论并不具有普遍性,植被物候对于全球变暖的响应表现出明显的区域和物种间差异。不同的生长环境下,植被对于温度的适应范围不同,温度对不同植被的影响也不尽相同。因此,暖温带植物物候与温度和降水的具体关系还需进一步研究。

本次利用北京东灵山气象站进行森林植被物候的观测,北京东灵山为国家级森林公园,地处暖温带落叶阔叶林区,该地区植被种类丰富,辽东栎林、五角枫林等为中国暖温带具有代表性的森林植被类型,辽东栎等具有明显的暖温带落叶阔叶林区域北部亚带植被特色。本次研究主要从温度和降水两个方面研究气候变化对北京东灵山森林木本植被物候期的影响,主要包括辽东栎、五角枫、核桃楸、土庄绣线菊、毛叶丁香和六道木,分别为落叶乔木林和灌木林。分析气候变化下不同树种的物候变化,主要是乔木和灌木,同时分析不同气候因子与乔木和灌木物候的相关性的差异,探索气候变化对暖温带乔木以及灌木的影响,研究结果旨在分析乔木和灌木物候变化以及分别对气候变化的响应,对合理利用气候资源、科学预测不同植被物候期、指导林业生产实践等方面具有重要参考价值,同时可以更好的分析气候变化对暖温带森林不同植被林的影响,为暖温带森林应对气候变化提供更好的科学依据。

1 料与方法

1.1 资料来源

东灵山地区(40°00′N—40°02′N,115°26′E—115°30′E)位于北京市西郊门头沟,距市区约 100 km,属太行山脉小五台山余脉,海拔大多在 1000 m 以上,主峰2303 m,为北京最高峰。该区域属典型的暖温带半湿润大陆性季风气候,年平均气温为(5.00±0.42)℃,年降水量为(569.6±115.8) mm。该地区冬季多西北风,寒冷干燥;夏季温暖湿润,降水多集中在6—8月(占全年降水约64%)。≥5 ℃的年积温为2584 ℃,年平均日照百分率为45%,生长季一般5—10月,从4月底开始萌动到8月份达到生长高峰期。

所用物候资料取自中国科学院物候观测网,依据代表性森林种类,乔木选取辽东栎(Quercus wutaishanica Mayr.)、五角枫(Acer mono Maxim.)以及核桃楸(Juglans mandshurica)为研究对象,灌木选取土庄绣线菊(Spiraea pubescens)、毛叶丁香(Syringa tomentella)以及六道木(Abelia biflora Turcz.)为研究对象,这些物种观测时间长、连续性好,物候现象较为明显,且为东灵山优势种,物候期选取:出芽期、展叶期、首花期、秋季叶变色期和落叶期。

辽东栎(Quercus wutaishanica)隶属于壳斗科(Fagaceae)栎属(Quercus),为落叶乔木,是我国暖温带落叶阔叶林主要的优势种和建群种之一,遍布于黄河流域和辽东半岛等地,东灵山接近于该物种分布的中心,辽东栎林对该地区森林的外貌、结构、动态、物种组成等都有重要的影响。五角枫(Acer mono Maxim.)和核桃楸(Juglans mandshurica)是东灵山地区的优势种,暖温带森林的主要建群种,也是温带地区最具代表性的落叶乔木;森林群落建群种主要是乔灌木,组成北京东灵山辽东栎林的优势树种群在乔木层是辽东栎等,灌木层选取土庄绣线菊(Spiraea pubescens)、毛叶丁香(Syringa tomentella)和六道木(Abelia biflora Turcz.),灌木在维持群落稳定机制中起着重要作用。这些树种的种群动态和未来发展趋势可反映群落的演替方向。所以本文选取三种优势乔木和三种优势灌木作为代表物种来研究暖温带乔木物候和灌木物候变化的不同及其对气候变化的响应。

其木本植物的物候数据来自中国科学院物候观测网的自然物候观测数据集。为了研究乔木和灌木的物候变化特征、与气候变化的关系及其响应,选取出芽期、展叶期、首花期、秋季叶变色期、落叶期作为物候指示期。为保证数据的完整性,辽东栎、五角枫和核桃楸的物候期选取2003—2014年,对于其中物候期的缺漏,根据前后数据进行插值;土庄绣线菊选取2005—2014年的物候数据,毛叶丁香和六道木选取2003—2014年的物候数据。

气象数据来自中国科学院气象观测站,一般3—5月为春季,6—8 月为夏季,9—11 月为秋季,12—2 月为冬季,选取2003—2014年逐日平均气温及降水量数据,气温取算数平均值,降水取累计数值。

1.2 研究方法

物候观测数据选用Julian日换算法,即1月1日记为1,以此类推,将不同物候期出现的日期换算为对应的日序。生长季长度为出芽期到落叶期结束的天数。

数据分析,选用 excel、SPSS、R 等,采用线性倾向估计、回归等进行相关性分析。

2 结果分析

2.1 气候变化特征

2.1.1 温度变化特征

东灵山 2003—2014年各月平均温度分布在-10.3 ℃—18.7 ℃的范围内。温度最高的月份是七月,平均温度为 18.7 ℃;温度最低的月份是一月,平均温度为-10.3℃。生长季 4月—10 月温度范围在6.06℃—18.7 ℃。如图1所示。

2001—2014年北京东灵山春季(3—5月)的温度范围为 3.4 ℃—8.6 ℃,夏季(6—8月)温度范围为16.5 ℃—18.0 ℃,秋季(9—11 月)的温度范围 4.6 ℃—6.6 ℃,冬季(12—2 月)温度范围为-11.2 ℃—7.1 ℃。春季(3—5月)和夏季(6—8月)平均温度呈显著上升趋势,秋季(9—11月)温度和冬季(12—2月)温度不显著的下降趋势。全年平均气温的气候倾向率为0.200 ℃·10a-1,春季(3—5 月)气候倾向率为 0.815 ℃·10a-1,夏季(6—8 月)气候倾向率为 0.765 ℃·10a-1,秋季(9—11 月)气温的气候倾向率为-0.277 ℃·10a-1,冬季(12—2 月)气候倾向率为-0.377 ℃·10a-1,春季和夏季气候倾向率显著大于平均温度的气候倾向率,表明 2003—2014年北京东灵山春季和夏季的平均温度随时间的变化趋势是显著的。如图2所示。

图1 2003-2014年各月平均温度Figure 1 Average temperature for each month from 2003 to 2014

图2 各季平均温度和降水量变化Figure 2 Average temperature and precipitation change in each season

北京东灵山 2003—2014年年均气温变化有比较多的变化起伏,温度范围为 4.38 ℃—5.94 ℃。2007年和 2014 年是东灵山 2003—2014 年这 15年间的峰值,分别为5.74 ℃和5.94 ℃。2005年、2010年和 2011年为东灵山2003—2014年这11年间的谷值,分别为 4.5 ℃、4.4 ℃和 4.4 ℃。总体来说,北京东灵山11年间年均温度在以 0.02 ℃·a-1的速率缓慢地升高。如图4所示。

2.1.2 降水变化特征

东灵山2003— 2014年的月降水量范围在3.61 mm—138.22 mm 之间,降雨主要分布在 5—9 月,其中7月份时达到顶峰,平均降雨量达到138.22 mm。冬季 1月、2 月、12 月降雨量比较少。如图3所示。

2003—2014年北京东灵山年降水量呈下降的趋势,平均减少 71.63 mm·10a-1,春季(3—5 月)的降水量范围为 23.6 mm—147.8 mm,夏季(6—8月)降水量范围为75.70 mm—136.0 mm,秋季(9—11月)的降水量范围为 38.6 mm—170.4 mm,冬季(12—2月)的降水量范围为 0.80 mm—9.67 mm。春季和冬季降水呈明显的下降趋分别减少 26.960 mm·10a-1(P<0.05)、3.16 mm·10a-1;夏季和秋季降水呈不明显的上升趋势,分别上升 5.99 mm·10a-1、0.170 mm·10a-1。变化趋势表明 2003—2014 年东灵山四季的平均降水量随时间的变化趋势是不显著的。如图4所示。

总体而言,东灵山研究区2003—2014年有暖、干的趋势(图4),主要体现在 3—5 月(春季)、6—8月(夏季)气温显著上升,3—5月(春季)降水量显著减少。

图3 2003-2014年各月平均降水量Figure 3 Average monthly precipitation from 2003 to 2014

图4 2003-2014年平均温度和降水量变化Figure 4 Average temperature and precipitation changes in 2003-2014

2.2 物候变化特征

2.2.1 乔木物候变化特征

从图5看出,2003—2014 年,辽东栎和五角枫的春季物候(出芽期、展叶期、首花期)均表现为推后趋势,辽东栎出芽期推迟33.01 d·10a-1、展叶期推迟5.53 d·10a-1、首花期推迟 12.76 d·10a-1;五角枫出芽期推迟 20.39 d·10a-1、展叶期推迟 0.22 d·10a-1、首花期推迟9.01 d·10a-1。核桃楸的出芽期和展叶期出现推后的趋势,首花期出现提前的趋势,出芽期和展叶期分别推迟 30.55 d·10a-1、9.09 d·10a-1,首花期提前6.09 d·10a-1。3种乔木的秋季物候(叶变色期和落叶期)趋势各不相同,辽东栎的叶变色期和落叶期都表现为提前的趋势,分别提前 10.77 d·10a-1、17.69 d·10a-1;五角枫的叶变色期表现为不显著的推迟,落叶期表现为提前趋势;核桃楸的叶变色期和落叶期都表现为不显著的推迟的趋势。表1显示,相关显著性检验 3种乔木物候平均发生期及变化特征果显示,辽东栎、五角枫和核桃楸的出芽期都达到显著性水平,辽东栎的秋季物候(叶变色期和落叶期)都达到显著水平,五角枫和核桃楸的秋季物候(叶变色期和落叶期)都没有达到显著水平。

3种乔木的生长季长度都缩短,辽东栎、五角枫和核桃楸平均生长季长度分别缩短50.70 d·10a-1、29.83 d·10a-1和 22.36 d·10a-1。3 种乔木的平均生长季长度相差不大,分别为163 d、168 d和144 d都具有显著性。

图5 3种乔木春季和秋季物候期变化Figure 5 Changes in spring and autumn phenology of three species of trees

2.2.2 灌木物候变化特征

从图7可以看出,2003—2014 年,3种灌木的春季物候(出芽期、展叶期、首花期)均表现为推后趋势,土庄绣线菊出芽期推迟 32.62 d·10a-1、展叶期推迟11.68 d·10a-1、首花期推迟 9.58 d·10a-1;毛叶丁香出芽期推迟 22.97 d·10a-1、展叶期推迟 4.73 d·10a-1、首花期推迟 12.86 d·10a-1;六道木的出芽期推迟19.23 d·10a-1、展叶期推迟 0.55 d·10a-1、首花期推迟8.63 d·10a-1。3种灌木的秋季物候(叶变色期和落叶期)表现不同,土庄绣线菊和毛叶丁香的叶变色期推迟,分别推迟 3.71 d·10a-1、40.71 d·10a-1,落叶期提前,分别提前 9.93 d·10a-1、15.44 d·10a-1;六道木的叶变色期和落叶期都出现提前,分别提前0.82 d·10a-1、10.50 d·10a-1。相关显著性检验3种灌木物候平均发生期及变化特征果显示,3种灌木的出芽期都达到显著性水平,秋季物候只有毛叶丁香的落叶期达到显著性水平。

图6 3种乔木生长季长度变化Figure 6 Length change of three tree growth seasons

表1 3种乔木各物候期特征及变化趋势统计Table 1 Statistics on phenological characteristics and trends of three species of trees

表2显示,3种灌木的生长季长度都缩短,土庄绣线菊、毛叶丁香和六道木的平均生长季长度分别缩短 42.55 d·10a-1、42.76 d·10a-1和 38.15 d·10a-1。3种灌木的平均生长季长度相差不大,分别为163 d、175 d和170 d,只有毛叶丁香的生长季长度具有显著性。

2.3 物候期与气象要素的相关关系

2.3.1 乔木物候期与气象要素的相关关系

2.3.1.1 乔木物候期与温度相关关系

研究区3种乔木各物候期与2003—2014年各季气温的相关分析结果如表3所示,各物候期与气温总体表现为负相关,即气温升高,物候期提前。出芽期与6—8月份的相关性最好,表现为正相关,相关系数为 0.555(p<0.1)-0.707(p<0.01),其中核桃楸和 6—8月份的温度相关性最显著;展叶期与3—5月份的温度相关性最显著,为负相关,相关系数为-0.693(p<0.05)—0.842(p<0.01),其中辽东栎的展叶期与3—5月份温度的相关性最显著;3种乔木的首花期与温度的相关性表现不同,五角枫的首花期与6—8月份的温度呈显著正相关,相关系数为 0.751(p<0.01),核桃楸的首花期与 3—5月以及 12—2月的温度的相关性最显著,呈负相关,相关系数为-0.743—0.790,都通过了 0.01水平显著性检验;叶变色期 与3—5月和6—8月有相关性,辽东栎叶变色期与 3—5月的温度表现为负相关,相关系数为-0.657(p<0.05),五角枫和核桃楸与 6—8月的温度为正相关,相关系数分别为0.752(p<0.01)、0.758(p<0.01);落叶期与各季温度相关性不明显,只有辽东栎与3—5月的温度表现为负相关。从各物候期与温度的相关性来看,3种乔木的春季物候和秋季物候都与夏季(6—8月)的温度表现出显著的正相关,即夏季温度升高,物候期有提前的趋势,冬季(12—2月)的温度对春季物候(出芽期、展叶期和首花期)温度也有—定的影响,例如对辽东栎和核桃楸的展叶期以及核桃楸的首花期都有影响,相关系数达-0.534(p<0.1)—0.658**(p<0.05),即冬季温度升高使得春季物候推迟。

2.3.1.2 乔木物候期与降水相关关系

3种乔木与各季的降水的相关关系分析表4可知,3种乔木春季物候(出芽期、展叶期和首花期)与各季降水没有明显的相关性,但是秋季物候(叶变色期和落叶期)与各季降水相关性表现不同,辽东栎的秋季物候(叶变色期和落叶期)与3—5月的降水呈正相关,相关系数分别为 0.522(p<0.1)、0.658(p<0.05),五角枫落叶期与3—5月的降水呈正相关,相关系数为 0.544(p<0.1),核桃楸的落叶期与 6—8月的降水呈负相关,相关系数为-0.620(p<0.05),和 9—11 月的降水呈正相关,相关系数为 0.601(p<0.05),表明春季物候(出芽期、展叶期和首花期)与降水没有明显相关性,与温度的相关性更明显,即温度变化对春季物候(出芽期、展叶期和首花期)的影响更大,对于秋季物候(叶变色期和落叶期),温度和降水都有影响。

图7 3种灌木春季和秋季物候变化Figure 7 Three species of shrubs in spring and autumn phenological changes

2.3.2 灌木物候期与气象要素的相关关系

2.3.2.1 灌木物候期与温度相关关系

研究区3种灌木各物候期与2003—2014年各季气温的相关分析结果如表5所示,各物候期与气温总体表现为负相关,即气温升高,物候期提前,其中土庄绣线菊和毛叶丁香的首花期与总体温度负相关性最好,相关系数分别为-0.620(p<0.05)、-0.625(p<0.05)。出芽期与 6—8月份的相关性最好,表现为正相关,相关系数为 0.594(p<0.05)—0.703(p<0.01),其中六道木和 6—8月份的温度相关性最显著;展叶期与3—5月份的温度相关性最显著,为负相关,相关系数为-0.566(p<0.1)—0.842(p<0.01),其中六道木的展叶期与 3—5月份温度的相关性最显著;3种灌木的首花期与温度的相关性表现不同,土庄绣线菊和毛叶丁香的首花期与12—2月份的温度呈显著负相关,相关系数为-0.620(p<0.05)、-0.625(p<0.05),而六道木的首花期与 6—8月的温度的相关性最显著,呈正相关,相关系数为0.653(p<0.05);叶变色期与3—5月和6—8月有相关性,土庄绣线菊叶变色期与 3—5月和 6—8月的温度相关,与 3—5月的温度呈负相关,相关系数为-0.627(p<0.05),与 6—8 月的温度呈正相关,相关系数为0.580(p<0.05),毛叶丁香与6—8月的温度为正相关,相关系数为 0.603(p<0.05),六道木叶变色期与 3—5月的温度呈负相关,相关系数为-0.600(p<0.05);落叶期与各季温度相关性不明显,只有土庄绣线菊与3—5月的温度表现为负相关,相关系数为-0.640(p<0.05)。从各物候期与温度的相关性来看,3种灌木的春季物候和秋季物候普遍与春季(3—5月)和夏季(6—8月)的温度表现出显著的相关性,与春季(3—5月)温度表现显著负相关性,即春季(3—5月)的温度升高,物候期推迟,与夏季(6—8月)温度表现为显著正相关,即夏季(6—8月)温度升高,物候期有提前的趋势,气候分析显示,2003—2014年温度升高,其中夏季温度升高最明显,因此夏季温度的强烈升高对物候期有较大影响。

图8 3种灌木生长季长度变化Figure 8 Length changes of three shrub growth season

表2 3种灌木各物候期特征及变化趋势统计Table 2 Statistics on phenological characteristics and trends of three shrub species

表3 3种乔木物候期与各季温度的相关分析Table 3 Correlation analysis between three species of phenological phenology and temperature in each season

表4 3种乔木物候期与各季降水的相关分析Table 4 Correlation analysis between three species of phenological phenology and precipitation in each season

表5 3种灌木物候期与各季温度的相关分析Table 5 Correlation analysis between three shrub species of phenological phenology and temperature in each season

2.3.2.2 灌木物候期与降水相关关系

3种灌木与各季降水的相关关系分析表6可知,3种灌木春季物候(出芽期、展叶期和首花期)与各季降水没有明显的相关性,只有六道木的展叶期与9-11月的降水有正相关,相关系数为 0.511(p<0.1),而秋季物候(叶变色期和落叶期)与各季降水表现出不同的相关性,土庄绣线菊的落叶期与3—5月的降水呈明显的正相关关系,相关系数为0.721(p< 0.01),与6—8月的降水呈明显的负相关关系,相关系数为-0.674(p<0.05),与 9—11 月的降水也呈正相关,相关系数为 0.626(p<0.05);毛叶丁香的叶变色期与6—8月的降水表现为负相关,相关系数为-0.568(p<0.1),落叶期与 3—5月的降水表现为正相关,相关系数为 0.523(p<0.1);六道木叶变色期与6—8月的降水表现为负相关,相关系数为-0.568(p<0.1),落叶期与3—5月和9—11月降水表现正相关,相关系数为 0.601(p<0.05)、0.570(p<0.1),与 6—8 月降水表现负相关,相关系数为-0.505(p<0.1)。表明春季物候(出芽期、展叶期和首花期)与降水没有明显相关性,与温度的相关性更明显,即温度变化对春季物候(出芽期、展叶期和首花期)的影响更大,秋季物候(叶变色期和落叶期)和降水的相关性较好,叶变色期主要与夏季(6—8月)的降水呈负相关,即夏季(6—8月)降水增多,叶变色期提前;落叶期主要与春季(3—5月)降水呈正相关,即春季(3—5月)降水增多,落叶期推迟。

表6 3种灌木物候期与各季降水的相关分析Table 6 Correlation analysis between three shrub species of phenological phenology and precipitation in each season

3 结论和讨论

在2003—2014年,研究区年平均温度呈不显著的上升趋势,气候倾向率为 0.200 ℃·10a-1。春季(3—5月)、夏季(6—8月)温度呈显著上升趋势,气候倾向率分别为0.815 ℃·10a-1、0.765 ℃·10a-1(P< 0.05);秋季(9—11月)和冬季(12—2月)的温度呈缓慢的下降的趋势,气候倾向率分别为-0.277 ℃·10a-1、-0.377 ℃·10a-1。研究区年降水量呈下降的趋势,平均减少71.63 mm·10a-1。春季(3—5 月)、秋季(9—11 月)、冬季(12月— 2月)降水量都呈减少的趋势,其中3—5月呈显著减少的趋势,分别减少 26.960 mm·10a-1(P<0.05)、0.170 mm·10a-1、3.160 mm·10a-1;夏季(6—8月)降水量呈略微增加的趋势,平均增加5.990 mm·10a-1。 总 体而言,东 灵 山研究区2003—2014年有暖、干的趋势,主要体现在春季(3—5 月)和夏季(6—8 月)气温显著上升,3—5 月(春季)降水量显著减少。

3种乔木的生长季长度都缩短,辽东栎、五角枫和核桃楸平均生长季长度分别缩短 50.70 d·10a-1、29.83 d·10a-1和 22.36 d·10a-1。春季物候整体表现推迟趋势,辽东栎和五角枫的出芽期、展叶期、首花期均表现为推后趋势,核桃楸的出芽期和展叶期出现推后的趋势,首花期出现提前的趋势,3种乔木的出芽期推迟最显著,辽东栎出芽期推迟33.01 d·10a-1,五角枫出芽期推迟 20.39 d·10a-1,核桃楸出芽期推迟 30.55 d·10a-1;秋季物候中,辽东栎和五角枫表现提前的趋势,核桃楸表现推后的趋势,但都没有达到显著水平。

3种灌木的生长季长度也都缩短,土庄绣线菊、毛叶丁香和六道木的平均生长季长度分别缩短42.55 d·10a-1、42.76 d·10a-1和 38.15 d·10a-1。春季物候整体都推迟,且 3种灌木出芽期推迟最明显,土庄绣线菊出芽期推迟 32.62 d·10a-1,毛叶丁香出芽期推迟 22.97 d·10a-1,六道木的出芽期推迟 19.23 d·10a-1;秋季物候中,土庄绣线菊和六道木整体表现为提前趋势,毛叶丁香整体表现为推迟趋势。

由此可见,乔木和灌木的物候变化趋势相同,整体表现为春季物候推迟,秋季物候提前,生长季长度都缩短且生长季长度相差不大。乔木和灌木都表现出芽期推迟最明显,每10年推迟达19天以上。

分析3种乔木辽东栎、五角枫和核桃楸和3种灌木土庄绣线菊、毛叶丁香和六道木的各物候期(出芽期、展叶期、首花期、叶变色期以及落叶期)与春、夏、秋、冬平均气温、降水量等气候因子的相关关系可知:乔木和灌木各物候期与气温总体表现为负相关,即气温升高,物候期提前,春季物候(出芽期、展叶期和首花期)与春季(3—5月)和夏季(6—8月)的气温具有相关性,秋季物候(叶变色期和落叶期)与夏季(6—8月)的温度相关性最好,显示出夏季(6—8月)温度对植被物候期影响较大,夏季温度与各物候期表现为正相关,即夏季温度升高,物候期推迟。同时乔木和灌木与总体降水没有明显的相关关系,但秋季物候与不同时段降水表现不同的相关性,乔木辽东栎的秋季物候和春季(3—5月)的降水表现正相关,即春季降水增多,秋季物候期推迟,核桃楸落叶期夏季(6—8月)降水表现负相关,即夏季(6—8月)降水增多,落叶期提前,灌木落叶期与春季(3—5月)降水表现正相关,即春季降水增多,落叶期推迟。由此可见夏季温度变化对木本植物春季物候(出芽期、展叶期和首花期)的影响更大,而秋季物候(叶变色期和落叶期)受温度和降水共同影响。

王连喜[24]在研究植物物候与气候的研究中表明近 50a左右,世界范围内的植物物候呈现出了春季物候提前,秋季物候推迟或略有推迟的特征,从而导致了多数植物生长季节的延长,这是普遍现象,但是本研究的结果相反,在北京东灵山地区植被春季物候期推迟,秋季物候期提前,生长季缩短,可能是由于北京山区春季和夏季气温升高都很明显,同时降水量也发生明显减少,这种暖干的天气,使夏季气温对春季物候影响更大,使降水对秋季物候的影响变大,造成了物候的差异,也验证了徐波[25]的研究:植被物候对气候变化的响应十分敏感,在全球气候变化下,植物物候并不是简单地表现为春季植物物候提前,秋季物候推迟,植物的生长季延长,而是存在明显的区域、物种和研究尺度上的差异。

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