基于气象因子的吉林市区3种早春植物花期预测

高 博，韩喜越，唐抒圆

(北华大学林学院，吉林 吉林 132013)

早春植物是中国北方地区春季的主要景观植物之一，其中，连翘(Forsythiasuspensa)、京桃(Amygdaluspersicaf.rubro-plena)和山梨(Pyrusussuriensismaxim)是吉林市区栽种较多的景观类早春植物.连翘，落叶灌木，木樨科连翘属，是优良的早春观花灌木，花期一般为3—4月[1]；京桃，亚乔木，蔷薇科桃属，北方常见观赏树种，花期一般为4—5月[2]；山梨，乔木，蔷薇科梨属，广泛分布于东北、华北、西北，花期一般为4—5月，但受气象因子影响，波动较大[3].早春植物花期较短，且易受气候条件影响，适时开展花期预报，对于赏花及带动早春旅游具有重要意义.

周伟鸣等[4]、谭静等[5]、徐相明等[6]、岳高峰等[7]研究显示，基于气象因子(气温、积温、湿度、光照等)分析预测植物物候期具有较好效果.其中，积温对植物物候期有显著影响[8]，起决定性和关键性作用[9-10]，是花期预报的重要指标之一.虽然学者们已经开展了关于花期预测的研究，但由于研究对象所处的地理位置和气候环境不同，导致预测模型在不同区域的通用性较差，而针对吉林市区早春植物花期预测的研究更是少有报道.因此，本研究以吉林市区常见的连翘、京桃、山梨3种早春植物为研究对象，依托多年物候期和气象实地观测数据，分析气象因子对物候期的影响，建立花期预测模型.通过本项研究，不仅可以为吉林市区提供早春赏花期预报，帮助游人合理规划赏花路线，还可以为后续其他植物的花期预报和物候期分析提供研究基础.

1 材料与方法

1.1 研究区概况

1.2 数据来源

研究利用的数据为北华大学气象小组2015—2021年吉林市区常见早春观花植物(连翘、京桃和山梨)的物候和气象实地观测资料.物候资料主要包括花芽期、花絮期和花期(始花期、盛花期、末花期)数据，其中，始花期指观测植株有1朵或同时几朵花花瓣开始完全开放的时间；盛花期指观测植株超过50%花蕾都展开花瓣的时间；末花期指观测植株花瓣凋谢，只留有极少数(几朵)花的时间[11].气象资料主要包括气温、湿度、光照和日较差数据[6].

1.3 数据处理

多年观测显示，连翘、京桃和山梨的花絮期一般在日平均气温0 ℃左右出现，对应日期在每年4月1日前后，且其对应的花期均在每年4月1日之后出现.因此，以4月1日为花期日序数起始日，计算对应积温、光照等气象数据.利用SPSS 19.0软件，通过方差分析、Pearson相关性分析和回归分析等方法统计分析相关数据.2015—2019年数据用于分析物候期对气象因子的响应及建立花期预测模型，2021年数据用于验证预测模型的可靠性(受新冠疫情影响，2020年观测站封闭，未取得相关数据).

2 结果与分析

2.1 物候期

连翘、京桃和山梨花期日序数与花期长度见图1，各物候期间的关系见表1.

图13种早春植物花期日序数与花期长度Fig.1Flowering sequence and flowering period of the three early-spring herbs

表1 3种早春植物各物候期间的相关关系Tab.1 Correlation between phenological periods of the three early-spring herbs

由图1可知：连翘的始花期平均日序数为7.2(4月7日左右)，盛花期为10.4(4月10日左右)，末花期为21.8(4月22日左右)；平均始花期3.2 d，平均盛花期11.4 d，平均末花期8 d，平均花期长度22.6 d.

京桃的始花期平均日序数为14.2(4月14日左右)，盛花期为18.0(4月18日左右)，末花期为23.0(4月23日左右)；平均始花期3.8 d，平均盛花期4.4 d，平均末花期5.6 d，平均花期长度14.4 d.

山梨的始花期平均日序数为24.6(4月25日左右)，盛花期为27.8(4月28日左右)，末花期为35.2(5月5日左右)；平均始花期3.2 d，平均盛花期7.2 d，平均末花期5.8 d，平均花期长度16.2 d.

通过分析各物候期间的关系发现，3种早春植物的盛花期和花絮期存在显著负相关关系，2015—2019年，花期长度呈现上升趋势.

3种早春植物花期长度与逐年变化差异见表2.均方差分析发现：连翘和京桃的花期长度较为稳定，5 a间花期长度与平均花期长度相差在2～3 d；山梨的花期长度波动较大，最长花期与最短花期相差可达12 d，5 a间花期长度与平均花期长度相差可达 4～5 d.

表2 3种早春植物花期长度与逐年变化差异Tab.2 Yearly difference and change of the flowering duration of the three early-spring herbs

2.2 气象因子对早春植物花期长度的影响

3种早春植物花期长度与气象因子相关性见表3.通过Pearson相关性分析发现：光照时间与花期长度存在极显著正相关关系，最低平均气温均与花期长度存在极显著负相关关系，但平均气温、最高平均气温、气温平均日较差及平均湿度与花期长度无显著相关关系.2015—2019年，连翘与京桃花期内光照时间与最低平均气温均无显著差异；山梨花期内光照时间无显著差异，但最低平均气温差异显著(P<0.05).连翘和京桃花期长度较为平稳，而山梨的花期长度波动较大.分析结果与观测数据一致.

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表3 3种早春植物花期长度与气象因子相关性Tab.3 Correlation between the flowering duration and meteorological factors of the three early-spring herbs

表4 3种早春植物花期日序数与气象因子相关性Tab.4 Correlation between flowering sequence and meteor-ological factors of the three early-spring herbs

2.3 花期预测模型

2.3.1 预测因子选取

实地观测发现，3种早春植物花期集中在4月初至5月初，始花期的平均气温在0～5 ℃波动.根据文献[4，6-7]，分析积温、平均湿度、光照时间与花期日序数的相关关系，见表4.结果表明：0 ℃积温、3 ℃积温、5 ℃积温和光照时间与花期日序数存在极显著相关关系，可以作为花期的预测因子.

2.3.2 预测模型建立

以积温为自变量，花期日序数为因变量，通过回归分析，建立花期日序数预测模型，见表5.结果发现：以0 ℃积温为自变量的回归模型的拟合度较高(R2=0.813).

表5 3种早春植物花期日序数预测模型Tab.5 Flowering sequence prediction models of the three early-spring herbs

3 结 论

本文以吉林市区常见的连翘、京桃和山梨3种早春植物为研究对象，分析了植物物候期对气象因子的响应，建立了基于气象因子的花期预测模型，得出的主要结论如下：

1)2015—2019年，连翘的始花期平均日序数为7.2(4月7日左右)；京桃的始花期平均日序数为14.2(4月14日左右)；山梨的始花期平均日序数为24.6(4月25日左右).

2)2015—2019年，3种早春植物的花期长度呈现上升趋势，但连翘和京桃的花期长度相对较为稳定，分别为(22.6 ± 2.19)d和(14.4 ± 2.51)d；山梨的花期长度波动较大，平均花期长度为(16.2 ± 4.76)d.分析发现，光照时间和最低平均气温对花期长度影响显著，由于不同年份山梨花期内的最低平均气温差异明显，所以山梨花期长度呈现较大波动.关于最低平均气温对花期长度的影响，本文结论与谭静等[5]的研究结论基本一致.

3)0 ℃积温、3 ℃积温、5 ℃积温和光照时间与花期日序数都存在极显著相关关系，可以作为花期的预测因子，但以0 ℃积温为预测因子的曲线模型拟合度最高.

由于观测数据有限，且缺乏本地早春植物花期研究的相关基础，本研究还处于初步探究阶段，还需要持续累积数据，以保证花期预测的准确性.

致谢：本文由国家级大学生创新创业训练计划项目“基于气象因子的吉林市早春植物花期预测模型”(120719032)资助，感谢北华大学林学院环境科学系学生潘仔杰、苗乐乐整理分析数据，感谢北华大学气象小组成员侯立伟等参与观测.