2001—2020年藏东南苹果物候期变化特征分析

白宇轩，杜 军，王 挺，索朗旺堆

（1西藏自治区林芝市气象局，西藏 林芝 860000；2西藏高原大气环境科学研究所，西藏 拉萨 850001；3中国气象局墨脱大气水分循环综合观测野外科学试验基地，西藏 林芝 860700）

0 引言

物候变化被认为是全球气候变化的一项独立证据[1-2]，它能够反应植被生长变化与气候变化，帮助理解植被生态过程、量化气象变化对陆地生态系统的影响[3]。大量研究表明，气候变化可影响植物物候期变化[4-6]和生长季变化[7-9]。MENZEL等[10]分析认为欧洲78%的植物展叶、开花、果实物候均有提前趋势，只有3%明显推迟；而叶变色和落叶物候期变化趋势不明显。徐佳等[11]研究指出1950—2015年中国木本植物春/夏季物候期（展叶始期、开花始期）有87.4%的记录呈现提前趋势；秋季物候期（叶始变色期、叶全变色期）有71.5%记录呈推迟趋势，而57.7%的生长季物候记录呈延长趋势。张震等[12]认为气候变暖背景下中国大部地区果树春季物候期提前，秋季物候期推迟。孟凡栋等[13]认为青藏高原的物候初始期变化总体表现为返青期和初花期提前、枯黄期推迟的趋势，而果实期则保持相对稳定。孔冬冬等[14]指出，青藏高原植被生长开始期平均每10年提前2～3天，生长终止日平均每10年延迟1～2天，生长季长度平均每10年延迟1～2天。

在气候变化和人类活动的影响下，青藏高原植物物候发生了显著的变化，而物候的变化将会对植被生态系统的生产力以及碳循环等产生重要的影响[15]。目前，青藏高原草地、作物物候期变化已有研究[16-21]。受苹果物候观测数据较少的限制，西藏苹果物候研究鲜见报道，为此本研究选取藏东南苹果长期连续的物候观测数据，分析苹果关键物候期对气候变暖的响应，以期为当地苹果栽培、管理、育种及种植区划等提供科技支撑。

1 研究区概况

西藏自治区林芝市巴宜区(29°21′—30°15′N，93°27′—95°17′E)地处青藏高原念青唐古拉山东南麓，位于西藏东南部。南部为冈底斯山余脉，北部属念青唐古拉山支脉高山地段，境内平均海拔3000 m。受印度洋暖湿气流的影响，区域属高原温带季风半湿润气候，夏季温暖湿润、雨水多，冬季较冷、干燥。年平均气压708.1 hPa，年日照时数2022.0 h，年太阳总辐射4224.2 MJ/m2，年平均气温9.1℃，气温年较差15.1℃，年极端最高气温30.6℃，年极端最低气温-13.7℃，≥0℃积温3319.9℃·d；年降水量692.7 mm，最大日降水量65.6 mm，年蒸发量1808.3 mm，年平均相对湿度64%，年无霜期173天。

苹果是西藏主要经济林果之一，在自治区果业生产中占有举足轻重的地位。藏东南（林芝市）苹果产区是西藏重要苹果产区，也是产量最大的地区。2020年全自治区苹果种植面积为1670 hm2，总产量达7959 t[22]，其中林芝市苹果种植面积为557 hm2，总产量为4506 t，分别占全自治区种植面积和总产量的33.4%和56.6%。

2 数据来源和研究方法

2.1 数据来源和处理

苹果物候期数据来源于西藏自治区林芝农业气象观测站，观测依据和标准按照中国气象局《农业气象观测规范》[23]。西藏物候观测较晚，始于21世纪初。本研究选取2001—2020年林芝苹果芽开放期(Buds opening，BO)、展叶始期(First leaf unfolding，LU)、开花始期(First flowering，FF)、可采成熟期(Fruit maturing，FM)、叶变色末期(End of leaf coloring，LC)和落叶末期(End of leaf fall，LF)为关键物侯期，并根据苹果生长发育特点，增加了果实生长发育期(Length of fruit growing period，FG)和果树生长季(Length of tree growing season，TG)进行分析。果实生长发育期指苹果花子房授精后到苹果成熟期（子房授精时间定为始花期后8天），果树生长季指展叶始期至叶变色末期[24-25]。其中，芽开放期、展叶始期和开花始期为春季物候期，可采成熟期、叶变色末期和落叶末期为秋季物候期。

气象要素来源于西藏自治区气象信息网络中心，选取同时段的逐日平均气温(Tm)、最高气温(Tmax)、最低气温(Tmin)、相对湿度(RH)、降水量(Pr)和日照时数(S)等数据。

2.2 研究方法

苹果物候期及生长期长度、气候要素的变化趋势均利用线性倾向估计法，并采用F检验法对其显著性进行检验（P＜0.10、P＜0.05、P＜0.01和P＜0.001）。

运用Pearson相关系数分析各气候要素与物候期及生长期长度的相关性，采用t检验进行显著性检验，再利用优势分析方法[26]讨论影响物候期及生长期长度变化的主导因子。

数据处理、分析和绘图均采用Excel 2007软件完成，并利用DPS数据处理系统[27]提供的优势分析方法进行计算和分析。

3 结果与分析

3.1 物候期和生长发育期长度平均态特征

如表1所示，2001—2020年藏东南苹果芽开放期平均出现在3月19日，最早可提早到3月初，最晚延迟至4月初，早晚相差29天；展叶始期出现在3月中旬—4月上旬，平均日期为3月29日；开花始期最早在3月下旬，最晚较最早偏迟33天，出现在4月下旬，平均日期为4月15日；可采成熟期平均日期为9月23日，最早9月中旬，最迟10月中旬，两者相差30天；叶变色末期最晚可推迟到11月底，最早11月初，早晚相差24天，平均日期为11月14日；落叶末期出现在11月中旬—12月下旬，早晚相差33天。苹果全生育期长度平均为241天，最长与最短相差30天；果实生长发育期长度平均为153天，最长与最短长度相差41天。与中国苹果主产地比较[24]，藏东南果树生长季长度要偏长15～18天，而果实生长发育期长度却偏短8～33天。

3.2 物候期及其长度的变化趋势

从2001—2020年藏东南苹果各物候期和生长发育期长度的变化趋势来看（表1），苹果各物候期均呈推迟趋势，平均每10年推迟2.11～10.20天（除可采成熟期未通过显著性检验外，P＜0.10），以开花始期推迟的最多(P＜0.01)，其次是展叶始期，为9.53 d/10 a(P＜0.01)；春季物候期较秋季物候期推迟的明显。果实生长发育期长度表现为显著的缩短趋势，平均每10年缩短8.10天（图1，P＜0.01），而果树生长季长度缩短趋势不显著，为-1.59 d/10 a。与中国苹果主产地比较[24]，主产地秋季物候期为推迟，春季物候期为提前，而藏东南各物候期均为推迟。主产地果实生长发育期长度和果树生长季长度均呈延长趋势，然而藏东南两者却趋于缩短。

表1 2001—2020年藏东南苹果物候期的气候特征值

图1 2001—2020年藏东南苹果果实生长发育期长度的变化

3.3 物候期气候要素的变化趋势

表2给出了2001—2020年苹果各物候期间气候要素的线性变化趋势，结果显示：（1）芽开放期—可采成熟期Tm、Tmax、Tmin呈升高趋势，升幅为0.57～1.38℃/10 a，其中以芽开放期—展叶始期Tmin升幅最大(P＜0.01)；期间的Pr呈现出增加趋势，为0.84～13.84 mm/10 a；而S倾向于减少，平均每10年减少6.31～150.74 h，以开花始期—可采成熟期S减幅最为明显；≥0℃积温(∑T0)以升高趋势为主。（2）可采成熟期以后，Tm、Tmax、Tmin、RH、Pr均趋于下降，气温平均每10年降低0.15～1.41℃，以叶变色末期—落叶末期间的Tmin降温率最大；DTR趋于增大，以可采成熟期—叶变色末期最为明显，平均每10年增大0.50℃；S、∑T0在可采成熟期—叶变色末期趋于增加，而在叶变色末期—落叶末期却呈减少趋势。（3）在果实生长生育期内，Tm、Tmax、Tmin、Pr均表现为上升趋势，其他要素趋于下降，其中S减幅达152.89 h/10 a(P＜0.01)。（4）就整个果树生长季而言，只有Pr、RH、S呈下降趋势，仍以S减幅最大，为112.47 h/10 a(P＜0.01)；其他气候要素均表现为上升趋势。

表2 2001—2020年藏东南部苹果物候期气候要素的变化趋势

此外，还发现2001—2020年果树生长季的Tmax、DTR表现出先增后降的二次曲线变化趋势（图2a、b），其中前10年（2001—2010年）趋于显著的升高，升幅分别 为 0.16℃/a(P＜0.01)、0.13℃/a(P＜0.01)；后 10 年（2011—2020年）呈显著的下降趋势，平均每年分别降低0.07℃(P＜0.05)和0.13℃(P＜0.01)。S也表现出先增后降的二次曲线变化（图2c），其中前10年呈升高趋势，为24.16 h/a(P＜0.10)，后10年以-21.82 h/a的速度趋于减少(P＜0.05)。如图2d、e所示，RH、Pr波动较大，总体上呈现为“降—升—降”的变化趋势，RH在2001—2006、2007—2015、2016—2020年3个阶段的变幅分别为-1.27%/a、0.89%/a、-1.24%/a，其中前2个通过P＜0.01；Pr在2001—2006、2007—2015、2016—2020年3个阶段的变幅较大，依次为-34.06、23.22、-40.85 mm/a，但未通过显著性检验水平。∑T0不同，表现为“升—降—升”的变化趋势（图 2f），在 2001—2006、2007—2015、2016—2020年 3个时段分别以 41.07、-32.79、93.61(℃·d)/a的速度显著变化(P＜0.05)，增幅明显大于减幅。

图2 2001—2020年藏东南苹果果树生长季的气候要素变化

3.4 物候期与气候要素的关系

3.4.1 物候期 首先采用Pearson相关系数分析了前期逐旬气候要素与藏东南苹果物候期的相关性，再通过优势分析方法，从通过显著性检验(P＜0.05)的气候因子中选取主导因子（表3），结果发现：（1）芽开放期不仅与1月下旬Tmin、2月上旬RH呈显著的正相关，还与1月上旬Pr、3月上旬S存在显著的负相关。其中，1月上旬Pr是主导因子，从图3a可知，1月上旬Pr平均每增加（减少）1 mm，芽开放期推迟（提前）1.78天。（2）展叶始期和开花始期与3月上中旬Tm、Tmax呈显著的负相关，也与3月上中旬S有着显著的负相关关系。其中，3月中旬S是影响展叶始期变化的主导因子，而3月上旬Tmax却是影响开花始期早晚的主导因子。如图3b、c所示，3月中旬S每增加（减少）10 h，展叶始期提前（推迟）4.58天；3月上旬Tmax每升高（降低）1℃，开花始期提前（推迟）3.29天。（3）8月下旬Tm是影响可采成熟期变化的主导因子，两者相关系数为0.534，为正相关，也就是说Tm每升高1℃，可采成熟期推迟3.15天（图3d）。（4）影响叶变色末期变化的气候因子有10月上中旬Tmin和10月中旬S，其中10月中旬S为主导因子，两者为负相关，相关系数为-0.557(P＜0.05)。从图3e来看，10月中旬S每增加（减少）10 h，叶变色末期提前（推迟）2.97天。（5）与落叶末期存在显著相关的气候因子有10月上旬Tm、Tmin和11月上旬Tm、Tmin，其中10月上旬Tmin是主导因子，相关关系为0.498，如图3f所示，10月上旬Tmin升高（下降）1℃，落叶末期推迟（提早）2.84天。

表3 影响藏东南苹果物候期的主要气候因子

图3 藏东南苹果物候期与主导气候因子的点聚图

3.4.2 物候生长期长度 根据表4给出的藏东南部苹果物候期长度与同期气候要素的相关系数来看，各物候期长度均与DTR的相关性不显著；大部分物候期长度与S、∑T0呈显著的正相关，相关系数大于0.620(P＜0.01)；仅有个别物候期长度与Tm、Tmax、Tmin、RH和Pr存在显著的相关性，如开花始期—可采成熟期长度、果实生长发育期长度与Tm、Tmax呈显著的负相关(P＜0.05)；可采成熟期—叶变色末期长度与RH存在较显著的负相关(P＜0.10)；降水量只与芽开放期—展叶始期长度、叶变色末期—落叶末期长度有着显著的正相关关系(P＜0.10)。

表4 2001—2020年藏东南部苹果物候期长度与气象要素的相关系数

同理分析了影响各物候生长期长度变化的主导气候因子，除叶变色末期—落叶末期是S外，其他物候期为∑T0。其中，∑T0对果实生长发育期长度和果树生长季长度的影响，其贡献率分别24.9%、29.9%。

4 结论与讨论

（1）藏东南苹果果树生长季长度和果实生长发育期长度平均值分别为241、153天。与中国苹果主产地比较，藏东南果树生长季长度偏长15～18天，而果实生长发育期长度却偏短8～33天。

（2）2001—2020年藏东南苹果各物候期均呈推迟趋势，平均每10年推迟2.11～10.20天，以开花始期推迟的最多；春季物候期较秋季物候期推迟的明显。果实生长发育期长度以8.10 d/10 a的速度显著缩短，而果树生长季长度呈略缩短趋势。中国苹果主产地秋季物候期为推迟，春季物候期为提前，而藏东南各物候期均为推迟；主产地果实生长发育期长度、果树生长季长度都呈延长趋势，然而藏东南两者却趋于缩短。

（3）2001—2020年藏东南苹果可采成熟期之前各物候期间Tm、Tmax、Tmin、Pr趋于增加，S减少，∑T0以升高为主。可采成熟期之后，Tm、Tmax、Tmin、RH、Pr均趋于下降，DTR增大；S、∑T0表现不一，叶变色末期前为增加，之后却呈减少趋势。整个果树生长季内，只有Pr、RH、S呈下降趋势，气温等其他气候要素均表现为上升趋势。

（4）藏东南春季物候期的主导因子为1月上旬Pr、3月上旬Tmax、3月中旬S，秋季物候期的主导因子是8月下旬Tm、10月上旬Tmin、10月中旬S。其中，3月中旬S每增加（减少）10 h，展叶始期提前（推迟）4.58天；3月上旬Tmax每升高（降低）1℃，开花始期提前（推迟）3.29天；8月下旬Tm每升高1℃，可采成熟期推迟3.15天。

（5）藏东南苹果大部分物候期长度与S、∑T0呈显著的正相关，仅有个别物候期长度与Tm、Tmax、Tmin、RH和Pr存在显著的相关性。影响物候期长度的主导气候因子，除叶变色末期—落叶末期是S外，其他物候期为∑T0。