气象要素对植物物候影响及其驱动机制研究进展

崔石林

摘要 气象要素对植物物候具有非常深远的影响，其中温度、水分以及光照是最重要的影响因素。大量研究表明，在世界范围内，近50年全球植物物候都呈现出春季物候提前和秋季物候延迟的趋势。分析了气象要素对植物物候造成的影响，并深入研究了气象要素对植物物候变化的驱动机制。

关键词 气象要素;植物物候;影响;驱动机制

中图分类号：Q948 文献标识码：B 文章编号：2095–3305（2021）09–0080–02

植物物候主要是指植物在气候和其他环境因素的影响下，出现以年为周期的一种自然现象，是植物适应环境过程中形成的一种生长发育规律[1]。研究植物物候的对象主要是植物生长发育节律与环境要素之间的关系，这种关系可以真实地反映出植物对环境变化的适应性。积极开展植物物候研究工作，不仅可以对各种农事活动起到良好的指导作用，同时还能对病虫害发生和气候变化趋势起到良好的预测作用。进入21世纪以来，全球气候变暖显著，极端天气频发。在这种背景下，植物物候也相应发生了显著的变化。

1 气象要素对植物物候的影响

1.1 温度对植物物候的影响

植物的生理活动涉及一系列的生化反应，其中酶的作用至关重要。酶的活性与外界温度的变化之间有着非常紧密的联系，在一定的限度内，当外界温度升高时，酶的活性就会升高，当外界温度下降时，酶的活性就会下降。温度因素对植物物候有非常重要的影响。在植物个体生长发育的前期，物候期的开始日期与前一阶段的气温息息相关。在地球的中纬度地区，气温会直接影响植物的抽芽、展叶以及开花等春季物候。在此过程中，只有当外界温度达到一定的水平，植物才能开始生长发育活动，同时植物的生长周期也需要达到一定的积温水平才能完成。对种子和果实的成熟而言，其成熟程度主要取决于该时期的积温;对秋季的黄叶和落叶而言，必须等外界气温达到一定的标准才能实现。除此之外，如果所处的季节不同，那么温度和温度变化对植物物候造成的影响也会存在较大的差距。当冬季的气温偏高时，较难打破冬季芽的休眠，并且植物的开花期也会推迟。但是也有数据表明，当冬季气温升高时，植物的开花期提前。

1.2 水分对植物物候的影响

水分是影响植物物候的重要气候因素。如果该地区的气候条件较为干旱，那么物候期就会推迟。在这种情况下，虽然该地区有较好的光条件和热条件，但是植物对光和热的实际利用率不高。对丘陵地区而言，如果植物在花序出现期遇到干旱气候，那么植物的开花期就会明显延后。对低地地区而言，如果种植人员科学合理地灌溉植物，那么植物的开花期普遍提前6 d左右。与此同时，降水对热带和干旱地区的植物开花也有非常重要的影响。比如，委内瑞拉东北部的荆棘林地受到干旱条件的影响相对较大，当该地区一旦出现降雨天气，植物就会立即开花，降雨与植物开花之间存在非常明显的一致性关系[2]。在全球气候变暖的背景下，地球上的部分冰川开始融化，同时地球上的年降水量也在逐渐增加，并且干旱性质的极端天气也愈加频繁。在这种情况下，学者必须切实加强对水分与植物物候之间关系的深入研究，从而为整个社会的可持续发展奠定坚实的基础。

1.3 光照对植物物候的影响

大多数植物有光敏色素，在其生长发育的各个阶段都离不开光照。在正常情况下，科学合理地缩短光照的实际时间，能够在一定程度上促进短日照植物的开花，使其开花期明显提前。如果显著缩短树木的光照周期，那么就会严重影响植物芽的休眠，但是这种影响并不包括正处于休眠期的树木。根据研究数据，当白天气温维持在20 ℃，夜间气温维持在10 ℃，日照时间维持在6 h的条件下，对植物进行有效的变温处理，能够使植物的萌芽期明显提前，其提前时间一般为10 d以上[3]。但是如果调整日照时间，使其远远﹤6 h，那么植物的萌芽期就会出现明显的延迟。与此同时，对于早春开花和冬季开花的植物，温度是影响开花的主要因素;对于晚春和早夏开花的植物，日照和温度均会影响植物的开花;对于晚夏开花等植物，温度会直接影响植物的花粉活性。

2 气象要素对植物物候变化的驱动机制

2.1 植物开始休眠的驱动因子

对高纬度的落叶植物而言，它们通过休眠，有效避免恶劣环境造成的不良影响，从而保证自身能够安全地度过寒冷的冬季。当秋季日照时间开始减少时，植物就会开始进入休眠状态;如果保持日照时间不变，即使降低外界环境中的温度，也不会导致植物进入休眠状态。日照长度短于临界日照长度时就能引起休眠，大于临界日照长度则不发生休眠，如刺槐、桦树、落叶松幼苗在短日照下经10～14 d即停止生长，进入休眠;短日照和高温可以诱发某些水生植物的冬季休眠芽的形成;短日照也促進大花捕虫槿芽休眠。而铃兰、洋葱则相反，长日照诱发其休眠。春季和夏季，植物的休眠主要为抑制性休眠;秋季和冬季，植物的休眠主要为生理性休眠;冬末时节至春初时节，植物的休眠主要为被迫休眠。对草本植物而言，前期月平均气温越低，那么植物的枯黄期就越晚;反之，前期月平均气温越高，那么植物的枯黄期就越早。造成这种现象的原因主要表现在以下2个方面：（1）如果外界环境中的气温过高，那么水分的蒸发速度就会明显加快，从而导致草本植物处于缺水状态，进一步加快草本植物的枯黄。（2）植物的枯黄是在积温达到一定程度上才能实现的，外界的高温会加快草本植物的枯黄。对禾本植物而言，外界环境中的温度与植物叶变色期之间存在着非常紧密的联系。如果外界环境中的最低气温上升1 ℃，那么植物叶变色期的时间就会推迟3 d;如果外界环境中的最低气温下降1 ℃，那么植物叶变色期的时间就会提早3 d[4]。与此同时，如果外界环境存在严重的盐渍化，或者处于严重干旱的状态，那么植物的叶片就会出现大面积凋落。

2.2 植物休眠解除的驱动因子

植物休眠解除的驱动因子主要是光周期和低温环境。（1）光周期对植物休眠解除的影响。对大部分常绿植物而言，光周期会对它们的发育基因起到一定的调控作用。对于春季的桦木芽，更长时间的光照能够有效促进桦木进入发芽状态。（2）低温对植物休眠解除的影响。对于大多数树芽，解除其休眠的的最佳温度是5 ℃～7 ℃之间;部分专家认为，如果将树芽长期暴露于低温环境中，那么也可以达到休眠解除的目的，这里的低温环境为-5 ℃～10 ℃[5]。在果树发育和萌芽的过程中，如果它们无法获得外界环境中的低温刺激，那么它们就会呈现出一种不正常的状态。在桃树开花的过程中，良好的低温刺激显得尤为重要，其整体的重要程度远远高于对热量的满足程度。

2.3 植物活动期的驱动因子

当植物解除休眠之后，它们的生长发育会获得外界环境的有效调控。（1）基础温度和积温阈值对植物活动期的影响十分显著，如果环境中的温度比植物发育的基础温度低，那么植物的发育就会处于停滞状态。控制积温阈值的方法已经在种子萌发率和叶片发育研究中得到了非常广泛的应用。根据相关的研究数据，与温带物种相比，热带物种的基础温度更高，但是热带物种的发育速度明显高于温带物种。（2）光照对植物活动期的影响也十分重要，对大多数植物而言，它们在开花期受到光敏色素的影响较大。利用这一研究成果，很多有经验的花农在养花过程中会科学合理地调节光照，实现对不同花朵开放时间的有效控制，从而进一步提高经济效益。（3）水分对植物活动期的驱动作用。对大多数热带植物和草本植物而言，干旱的环境会在很大程度上抑制它们的生長发育。在这种情况下，当地的雨季会成为驱动植物物候的首要因素。

3 结束语

随着环境的不断演变，植物的生理特征和物候节律随之发生明显的变化。近几十年来，生态环境正在发生巨大的变化，这对植物的生长发育造成了非常重大的影响。在此背景下，相关部门必须切实加大对气象要素与植物物候关系的研究力度，从而更加准确地评估植被生产力与全球碳收支之间的关系，为我国实现碳中和、碳达峰的中长期目标提供可靠的评估手段与实现路径，为生态环境的系统性优化提供坚实的理论基础。

参考文献

[1] 李红英，王啸天，郑晓倩，等.新疆农八师垦区木本植物物候期对气候变暖的响应[J].中国农学通报，2021，37（12）：58-63.

[2] 杨丽萍，张存厚，代海燕，等.气候变化对阴山北麓木本植物物候期的影响[J].气象与环境学报，2020，36（1）：102-107.

[3] 陈菲菲，周志强，张玉红，等.黑龙江木本植物果实成熟期对气象变化的响应[J].东北林业大学学报，2017，45（7）：18-21.

[4] 杨丽慧，吴滨，马佳嘉.福建省植物物候期对气候变化的响应[J].中国农学通报，2016，32（35）：139-150.

[5] 杨扬，罗贤，李荣平，等.气象要素对植物物候影响及其驱动机制研究进展[J].气象与环境学报，2016，32（5）：154-159.

责任编辑：黄艳飞