长春市三个树种秋季叶片颜色变化影响因子的研究

刘彩伶，易晓煜

(东北师范大学自然博物馆，吉林 长春 130117)

长春市位于我国吉林省中部，地理位置125°20′E，43°52′N，典型的温带季风性大陆气候。每年秋季9月中旬以后，因气温的显著降低，植物的叶片开始变色，进入10月份以后，气温下降的速度更快，许多树木的叶片完全变色，呈火红和金黄色，再加上植物叶片原有的绿色，可谓层林尽染，美不胜收[1]。本文选取白桦(Betulaplatyphylla)、黄花落叶松(Larixolgensis)和五叶地锦(Parthenocissusquinquefolia)三种具有代表性的街区公园常见绿化树种，研究其秋季叶片变色与气温、降水量和日照时数几个气候影响因子的相关关系，为今后准确预测其秋季叶片变色的时间及为游人提供最佳的观赏服务奠定基础。

1 数据资料与研究方法

东北师范大学自然博物馆(暨吉林省自然博物馆)作为中国物候观测网的成员单位，从2003年开始，一直对长春市南湖公园等地的百余种动植物及水文气象现象进行观测。本文选取乡土树种白桦、黄花落叶松及外来树种五叶地锦2007—2013年的秋季叶片变色观测数据，采用连续日数计算时间的计时法，以9月1日为起点时间(即0日)，将三种树木叶片开始变色和完全变色的日期转化为距9月1日的实际日数(即序列累积日数)，如9月26日为26 d，10月8日为38 d。同时结合长春市气象局的气象数据，通过Excel2010进行数据分析。

树木的叶片开始变色，从物候观测的角度，以树木整个绿色树冠有明显的变黄或者变红等非绿色情况为特征，变色叶片的百分比常小于整个树冠的1/5～1/4；树木的叶片完全变色，从物候观测的角度，以树木整个树冠的叶片完全变成黄色或红色等非绿色情况为特征。因为秋季树木叶片变色的同时往往也开始落叶，所以一棵树会有叶片开始变色时树冠上叶子很多，而叶片完全变色时，树冠上只有开始变色时一半左右叶子的情况，当然更多的时候是完全变色时树上仍然有很多的叶子。虽然树木叶片的变色和落叶是双重动态的变化，但这里不考虑落叶的因素，只对叶片变色的情况进行研究(见表1)。

表1 三种树木2007—2013年叶开始变色和叶完全变色日期

2 结果与分析

2.1气温与树木秋季叶片变色的相关性分析

将白桦、黄花落叶松、五叶地锦三种树木2007—2013年的叶片开始变色和完全变色两组原始数据，经过统一量化处理后，分别和2007—2013年九月份和十月份的秋季平均气温数据，用Excel2010的双轴折线图进行分析对比，发现白桦秋季叶片开始变色的日期与九月份的平均气温略呈正相关(见图1)，而十月份的叶片完全变色与十月份的平均气温不相关；黄花落叶松秋季叶片开始变色的日期与九月份的平均气温不相关，但叶片完全变色日期与十月份的平均气温呈负相关(见图2)；五叶地锦秋季叶片开始变色的日期与九月份的平均气温不相关，而叶片完全变色日期与十月份的平均气温呈负相关(见图3)。

图1 白桦秋季叶开始变色日期与九月份平均气温的关系

图2 黄花落叶松秋季叶完全变色日期与十月份平均气温的关系

图3 五叶地锦秋季叶完全变色日期与十月份平均气温的关系

2.2 降水量与树木秋季叶片变色的相关性分析

经过统一量化处理后的两组秋季叶片变色日期数据，分别和2007—2013年九月份和十月份的秋季平均降水量数据，用Excel2010的双轴折线图进行对比分析，发现白桦秋季叶片开始变色的日期与九月份的平均降水量略呈负相关(见图4)，而十月份的叶片完全变色与十月份的平均降水量不相关；黄花落叶松秋季叶片开始变色的日期与九月份的平均降水量不相关，但叶片完全变色日期与十月份的平均降水量略呈正相关(见图5)；五叶地锦秋季叶片开始变色的日期与九月份的平均降水量不相关，叶片完全变色日期与十月份的平均降水量也不相关。

图4 白桦秋季叶开始变色日期与九月份平均降水量的关系

图5 黄花落叶松秋季叶完全变色日期与十月份平均降水量的关系

2.3日照时数与树木秋季叶片变色的相关性分析

经过统一量化处理后的两组秋季叶片变色日期数据，分别和2007—2013年九月份和十月份的秋季平均日照时数数据，用Excel2010的双轴折线图进行对比分析，发现白桦秋季叶片开始变色的日期与九月份的平均日照时数呈负相关(见图6)，而叶片完全变色与十月份的平均日照时数呈正相关(见图7)；黄花落叶松秋季叶片开始变色的日期与九月份的平均日照时数呈负相关(见图8)，但叶片完全变色日期与十月份的平均日照时数不相关；五叶地锦秋季叶片开始变色的日期与九月份的平均日照时数呈正相关(见图9)，叶片完全变色日期与十月份的平均日照时数相关性不明显。

图6 白桦秋季叶开始变色日期与九月份平均日照时数的关系

图7 白桦秋季叶完全变色日期与十月份平均日照时数的关系

图8 黄花落叶松秋季叶开始变色日期与九月份平均日照时数的关系

图9 五叶地锦秋季叶开始变色的日期与九月份平均日照时数的关系

3 结论与讨论

综合上述，气温、降水量、日照时数三种气候因子与树木秋季叶片颜色变化的相关性分析，发现不同树木对气候因子变化的反应有所不同。其中，白桦对气温、日照时数和降水量三项气候因子的变化反应都较为敏感，具体体现在其叶片开始变色的日期与九月份的平均气温略呈正相关，与九月份的平均降水量略呈负相关，与九月份的平均日照时数呈负相关，即九月份平均气温越高，降水量越少，日照时数越少，叶片开始变色的日期越晚。同时，它的叶片完全变色与十月份的平均日照时数又呈正相关，即月平均日照的时间越长，完全变色的时间越晚，总体上对日照时数和气温的反应更为敏感。

黄花落叶松对气温、日照时数和降水量三项气候因子的变化反应也较为敏感，其叶片完全变色日期与十月份的平均气温呈负相关，同时与十月份的平均降水量略呈正相关，秋季叶片开始变色的日期与九月份的平均日照时数呈负相关，即平均气温越高，日照越长，降水越少，叶片变色的日期也越早。

五叶地锦对气温和日照时数的变化反应较为敏感，对降水量反应较不敏感。其叶片完全变色日期与十月份的平均气温呈负相关，叶片开始变色的日期与九月份的平均日照时数呈正相关，即日照时间越长，叶片开始变色的时间越晚。十月份平均气温越高，叶片完全变色的日期越早。

综上所述，气温、降水量、日照时数三种气候因子当中，气温和日照时数对植物秋季叶片变色的影响更为显著一些，且日照时数对阔叶树的影响要大于针叶树[2]。另外，在气温对树木叶片变色影响的研究中，因为气温是月平均气温，而没有考虑到具体日最低温的影响和变化。当日最低温在某些范围内进行天数积累后，叶片会因叶绿素的破坏而开始变色到完全变色[3]。同时，本文在研究树木秋季叶片变色的过程中，是分别从气温、降水量、日照时数单个角度进行对比研究的，而实际气候因子对树木秋季叶片颜色变化的影响很可能是共同综合作用的，这也是今后需要我们继续研究和探索的问题。