青海贵南自然物侯对气候变化的响应研究

2020-05-19李国玉聂永喜达娃央宗聂一丹

农业灾害研究 2020年2期

李国玉聂永喜达娃央宗聂一丹

摘要利用统计和突变分析方法，对贵南地区1978—2018年气候和4种植物物候（1992—2018年）的趋势变化特征进行了分析，探討了植物关键物候期与温度、降水的相关性以及对温度变化的响应趋势。结果表明，贵南地区温度、降水、日照时数的年际变化与气候变化基本相一致，温度呈上升趋势，降水呈增加趋势，日照时数呈下降趋势。物候期变化受当地气象条件及地理环境等因素的综合影响，温度、降水、日照是影响植物生长发育状况的重要气象因子。草本植物展叶盛期推迟明显，开花盛期趋势倾向率的变化幅度比展叶盛期要小一些，果实或种子完全成熟期变化趋势差异较大，黄枯普遍期一致提前;木本植物春季展叶盛期、落叶始期推迟的趋势不明显;果实或种子成熟期提前的趋势不明显。贵南地区年平均温度在1996年后开始逐步上升，突变发生在1994—1996年，植物全物候期突变点都发生在温度突变以后。植物物候对气候变化响应比较敏感，掌握当地气候和物候变化规律及可能产生的影响，对农业生产、生态环境监测、治理有一定的参考价值。

关键词物候期;气候变化;气象因子;突变

中图分类号：Q948 文献标识码：A 文章编号：2095-3305（2020）02-029-04

DOI： 10.19383/j.cnki.nyzhyj.2020.02.013

Response of Natural Climate to Climate Change in Guinan of Qinghai Province

LI Guo-yu et al（Guinan Meteorological Bureau of Qinghai Province，Guinan，Qinghai 813199）

Abstract By using the methods of statistics and mutation analysis，the trend change characteristics of climate in Guinan area from 1978 to 2018 and four plant phenology （1992-2018） were analyzed，and the correlation between key plant phenology and temperature，precipitation and the response trend to temperature change were discussed. The results showed that the interannual changes of temperature，precipitation and sunshine hours were basically consistent with the climate change，the temperature and the precipitation were on the rise，and the sunshine hours were on the decline. The change of phenology was affected by local meteorological conditions and geographical environment. Temperature，precipitation and sunshine were important meteorological factors that affect the growth and development of plants. The trend tendency rate of herbaceous plants in flowering stage was lower than that in leaf developing stage，and the trend of fruits or seeds in full maturity stage was different，and the general stage of yellow blight was advanced. The trend of delay in leaf development in spring and defoliation of woody plants was not obvious. The trend of advance in fruit or seed maturity was not obvious. The annual average temperature of Guinan area began to rise gradually after 1996，and the mutation occurred in 1994-1996. The whole phenological mutation of plants occurred after the temperature mutation. The response of plant phenology to climate change was relatively sensitive. Mastering the local climate and phenology change rules and possible impacts had certain reference value for agricultural production，ecological environment monitoring and governance.

Key words Phenology;Climate change;Meteorological factors;Mutation

物候指自然环境中植物、动物生命活动的季节现象和一年中特定时间出现某些气象、水文现象[1]。中国是世界上最先开始研究自然物候的。从古至今流传著许许多多的自然物候谚语，这些都是古代辛勤劳动者的智慧结晶。植物为了适应自然气候的节律变化而形成对应的发育情况就是物候。影响物候的气象条件主要有温度、光照、水分等因素，但物候对气候变化的响应依据不同区域和不同物种而异[2]。贵南地区属于半农半牧的高海拔地区，探讨物候期变化与各气象因子的相关关系，揭示气候变化条件下贵南地区木本、草本植物物候期变化对气候变化的响应状况，为当地农牧业生产及未来气候变化、充分利用气候资源等提供准确的依据。

贵南地处青藏高原东北部，由于受青藏高原的动力和热力作用对季风环流的影响，春季多大风天气，气候较为干燥，夏季受副热带高压外围影响，局地出现短时强降水频率较高;秋季易发生连阴雨天气;冬季受冷空气影响，多寒潮降温天气出现[3-5]。笔者对贵南近30年的自然物侯和气候变化的规律进行研究，对当地的农牧业生产和监测环境生态变化等具有十分重要的指导意义，能更好地为贵南地区农牧业生产服务。

1 资料与方法

1.1 资料来源

选用1978—2018年青海省贵南县气象观测站观测记录和1992—2018年物候资料。按照3—5月为春季，6—8月为夏季、9—11月为秋季，12月至翌年2月为冬季来划分季节。草本植物物候观测以当地常见，分布较广，指示性强，对季节变化反映明显，露地栽植或野生的蒲公英、车前、马蔺为例;木本植物以经过物种鉴定，发育正常，达到开花结实3年以上的中龄数的小叶杨为例。草本植物观测地段位于气象观测场北面，距气象观测场约20 m，木本植物观测地段位于气象观测场东北面，距气象观测场约30 m，草本和木本植物生长土壤质地均为沙壤土。

1.2 研究方法

采用气候倾向率法，用线性相关系数判断变化趋势的程度是否显著[6]。用相关系数r表示物候期参数与年份间线性相关的密切程度。利用Mann？鄄Kendall突变法[7-8]对物候日数变化情况进行突变检查。

2 结果与分析

2.1 气候与物候年季变化趋势

为了进行不同物理量间的对比，将物候和气候资料转化为无量纲参数表达，用气候倾向率法和线性估计法，对物候和气候的变化进行趋势特征分析。

从表1可以看出，贵南年平均气温呈逐步升高的趋势，年平均升温率为0.026℃;降水量呈增多趋势，降水量每年以4.681 mm增加;日照时数呈减少的趋势，平均每年减少3.6 h。夏、秋季温度上升趋势比冬、春季显著;夏季降水增加趋势明显，是春、秋季的3倍，冬季增加不明显;四季光照均呈减少趋势，春、夏、秋、冬季分别以0.01、0.41、0.41、0.49 h/年递减率递减。贵南地区温度、降水、日照时数的年际变化与气候变化基本相一致，温度呈上升趋势，降水呈增加趋势，日照时数呈下降趋势[9-10]。

在大的气候环境下，草本和木本植物物候期在一定程度上都发生了不同的变化。对3种草本植物的展叶盛期、开花盛期、果实或种子完全成熟期、黄枯普遍期和1种木本植物的展叶盛期、果实或种子成熟期、落叶始期进行趋势倾向率分析（表2～3）。为了更清楚地了解关键物候期变化趋势，给出了草本植物展叶盛期、黄枯普遍期和木本植物展叶盛期、落叶始期随时间变化的距平图（图1～4）。分析发现，草本植物展叶盛期推迟明显，趋势倾向率为0.64～1.08 d/年;开花盛期趋势倾向率的变化幅度比展叶盛期要小一些，变化趋势最大为马蔺（-0.7 d/年）;果实或种子完全成熟期变化趋势差异较大，蒲公英趋势倾向率为1.00 d/年，推迟明显，马蔺趋势倾向率为-2.87 d/年，提前显著;黄枯普遍期一致提前，蒲公英提前趋势达到1.42 d/年。木本植物春季展叶盛期、落叶始期推迟的趋势不明显，趋势倾向率为0.10～0.24 d/年;果实或种子完全成熟期提前的趋势不明显。从图1～2可以看出，草本植物开花盛期总体呈提前趋势，马蔺平均每10年提前7 d，蒲公英和车前平均每10年提前2 d;黄枯普遍期蒲公英提前最为明显，平均每10年提前14 d，马蔺和车前平均每10年提前6 d左右。木本植物展叶盛期和落叶始期呈推迟趋势，分别每10年推迟1 d和2 d左右。这一结论与许多文献研究的结果一致，春季草本植物和木本植物的发育期表现为一致推迟的现象，夏秋季草本植物物候发育期总体提前，生长季相对缩短;木本植物春季物候略有推后的趋势，果实或种子成熟期提前，秋季落叶始期推迟，生长季相对缩短。

2.2 植物物候与气候变化的相关分析

根据许多研究表明，植物物候期的变化与相应时间内的气象因素有十分密切的相关[11]，根据贵南气候趋势变化及气象因素的特征分析，近40年气温每10年以0.26℃升高，降水和日照时数变化比较显著，降水量每10年以46.8 mm增加，日照时数每10年以35.6 h减少。植物生长的每个阶段与光照密切相关，光照对植物的生长有促进作用。虽然贵南地区日照时数呈逐年递减趋势，但贵南属于光照充足地带，光照能满足植物的生长。由于物候期与其发生时和发生前2～3个月的气象条件相关性比较显著[12]，所以该文对物候期发生时前1个月、前3个月的平均温度、降水量与植物各个发育期进行了相关性分析。因为植物全物候期时间跨度较长从3月一直到11月，所以全物候期只分析了当年相关的气象要素。

从表4～5可以看出，草本植物展叶盛期与前1月温度呈负相关，与前1月降水呈正相关，与前3月温度呈正相关，与前3月降水呈负相关，相关性均不显著。3月开始贵南地区温度缓慢回升，3月底0～30 cm土壤完全解冻，降水增加了土壤墒情，蒲公英、车前对温度、降水的反应比较敏感。草本植物开花期、果实或种子成熟期、黄枯普遍期，与前1月、前3月温度和降水呈负相关，开花期与降水的相关性最为显著，黄枯普遍期与温度的相关性显著，说明开花-黄枯普遍期植物对温度、水分反应较为敏感。可见，展叶期对温度较敏感，相对较高的温度有利于加速植物体内酶反应，加速细胞的分裂和伸长，随着地温的升高，植物根系变发达，吸水储水能力加强;充足的阳光促进了植物光合作用，促进了叶芽的生长，从而促进了叶片的发育，使展叶期提前。相对较高的温度和充足的阳光有利于植物的生长和发育，而且充足的阳光能使植物种子内的有机物累积，从而增加种子内的蛋白质。植物物候期的变化不仅受气象因素的影响，还受地理环境等多方面因素的影响，所以气象要素与部分草本植物物候期相关性不太明显。

木本植物小叶杨展叶期与温度和前期的降水呈负相关，可见温度、降水量对展叶盛期迟早的影响很大，气温偏高，降水偏多，展叶盛期提前。相对较高的温度有利于加速植物体内酶反应，加速细胞的分裂和伸长，随着地温的升高，植物根系变发达，吸水储水能力加强;充足的阳光促进了植物光合作用，促进了叶芽的生长，从而促进了叶片的发育;木本植物体内的含水量达70%，所以充足的水分才能使细胞维持正常形态，能够维持细胞的紧张度，使植物体的树叶挺立，所以展叶盛期对降水响应较为敏感[13]。果实或种子成熟期与温度呈较弱的正相关，与降水呈明显的负相关;落叶始期与温度和降水相关性不明显。9月贵南地区已进入霜期，小叶杨生长已进入末期，对温度、水分变化已不敏感。

2.3 植物物候与温度突变的响应

常见的气候突变是被定义为气候从一个平均值到另一个平均值的急剧变化，它表现为气候变化的不连续性，这个定义能够较好地反映一个气候某基本状况（特征平均值）的变化。该文使用M-K突变的方法对草本及木本植物的全物候期和年平均温度的变化趋势进行了突变检验，UF、UB两条折线分别表示正反向变化趋势，二者相交的点为突变点。

因为植物各个物候期发生时间不一样，而且同一物候期在不同年份出现的月份也不同，所以该文只绘制了全物候期与年温度突变图（图5～9），表6中展示草本、木本植物关键物候期与前1、3月温度的突变年份点。从图5～9可以看出，突变发生于1994—1996年，1996年后年平均温度开始逐步上升，很多文献中提出20世纪80年代初期出现温度升高的情况，温度突变发生在20世纪80年代中后期，而贵南地区略微延后，突变发生后，植物全物候期都出现了延长的趋势，在温度突变以后出现了物候期突变，小叶杨在2001年，草本植物（车前、马蔺、蒲公英）在1995—1996年。一般，展叶期和果实或种子成熟期的突变发生于前1月或前3月平均温度，温度突变之后。其中展叶盛期与其前1月的平均温度突变有较好的对应关系，基本上物候期发生突变出现在温度突变发生的一两年内（表6）。

温度出现突变以后，基本上物候期都紧接着发生了突变，可以看出，气候变化对植物物候期影响较为明显，可以对同一时间段或前期的气候变化做出响应，在衡量区域气候变化和环境变化时可以作为一项重要指标。从另一个角度看，物候期对气候变化敏感，能对相同或更早的气候变化做出反应，它可以作为区域气候变化的指标[15]。

3 小结

（1）1978—2018年贵南地区温度、降水、日照时数的年际变化与气候变化基本相一致，温度呈上升趋势，降水呈增加趋势，日照时数呈下降趋势。夏、秋季温度上升趋势比冬、春季显著;夏季降水增加趋势明显，是春、秋季的3倍，冬季降水增加不明显;四季光照均呈减少趋势，春、夏、秋、冬季分别以每年0.01、0.41、0.14、0.49 h递减。

（2）草本植物展葉盛期推迟明显，开花盛期趋势倾向率的变化幅度比展叶盛期要小一些;果实或种子完全成熟期变化趋势差异较大，蒲公英趋势倾向率为1.00，推迟明显，马蔺趋势倾向率为-2.87 d/年，提前显著;黄枯普遍期一致提前，蒲公英提前趋势达到1.42 d/年。木本植物春季展叶盛期、落叶始期推迟的趋势不明显;果实或种子成熟期提前趋势为0.18 d/年，较为不明显。

（3）植物物候期的变化不仅受气象因素的影响，还受地理环境等多方面因素的影响，温度、降水、日照是影响植物生长发育状况的重要气象因子。草本植物展叶盛期与前1月温度呈负相关，与前1月降水呈正相关，与前3月温度呈正相关，与前3月降水呈负相关，相关性均不显著;3月开始贵南地区温度缓慢回升，3月底0～30 cm土壤完全解冻，降水增加了土壤墒情，蒲公英、车前对温度、降水的反应比较敏感;开花期、果实或种子成熟期、黄枯普遍期，与前1月、前3月温度、降水呈负相关，开花期与降水的相关性最为显著，黄枯普遍期与温度的相关性显著。木本植物小叶杨展叶期与温度和前期的降水呈负相关，气温偏高，降水偏多，展叶盛期提前;果实或种子成熟期与温度呈较弱的正相关，与降水呈明显的负相关;落叶始期与温度和降水相关性不明显。9月中下旬贵南地区最低温度达到0℃以下，进入霜期，木本植物小叶杨树叶逐渐枯黄，对气象要素的变化已不敏感。

（4）贵南地区年平均温度在1996年后开始逐步上升，突变发生在1994—1996年，植物全物候期突变点都发生在温度突变以后，小叶杨在2001年，草本植物（车前、马蔺、蒲公英）在1995—1996年。一般，展叶期和果实或种子成熟期的突变发生于前1月或前3月平均温度，温度突变之后。其中展叶盛期与其前1月的平均温度突变有较好的对应关系，基本上物候期发生突变出现在温度突变发生的一两年之内。物候期发生突变一般都出现在温度突变之后，而且都是紧随其后，从另一角度说明，气候变化对植物物候期变化较为明显，可以对同一时间段或前期的气候变化做出响应，在衡量区域气候变化和环境变化时可以作为一项重要指标。另外，通过分析植物物候期与温度突变的关系和差异可以看出植物物候期与温度有非常密切的关系，一般在温度发生突变的近几年或者同一年物候期也都发生了突变。可以看出当气候从一个平均值的稳定状态到另一个平均值的稳定状态时，植物物候期也会发生类似的突变现象。说明物候与气候条件确实存在着许多联系，不同物候期对气候变化会做出不同的响应。

参考文献

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