门源红柳物侯特征及其对气候变化的响应

祁如英，聂永喜，钟 存

（1青海省气象信息中心，西宁 810001；2青海省同德气象局，青海 同德 813299；3青海省贵德气象局，青海 贵德 811799）

0 引言

物候观测是对自然条件下植物生长发育状况，候鸟、昆虫等活动时间、地面凝结和雷电等出现时间、水文现象的观测和记录。物候观测通常选择当地常见，对季节变化明显的动植物。物候现象对季节的变化有指示，还反映生态系统对环境变化的响应和适应[1-3]。IPCC第六次评估报告提出：全球变暖导致极端高温事件和强降水的频率和强度增加，局部出现农业和生态干旱，台风比例增加，海冰、积雪和多年冻土面积减少。青藏高原地区是气候的敏感区，对气候变暖的响应更敏感。气候变暖影响到植物生长发育期热量、水分、光照等气候因素，造成植物物候变化，春季物候期提前、秋季物候期推迟，全生长期延长[4]。李红梅等[5]研究气候变暖对青海高原地区草本植物物候期的影响，表明在气候变暖背景下，东部农业区、环青海湖地区、三江源区春季物候期呈提前趋势，柴达木盆地呈推迟趋势；黄枯普遍期均呈推迟趋势，全生长期延长。李国玉等[6]对青海贵南小叶杨物候期进行分析，贵南地区小叶杨春、秋季物候期推迟，生长期相对缩短。豆青芳等[7]分析1961—2015年门源地区气温变化特征，表明门源地区年和四季平均气温、最高和最低气温均呈极显著的增加趋势，而年和冬季气温日较差呈极显著的减小趋势。门源地区处于祁连山自然保护区核心区域，研究门源红柳物候变化特征及其对气候变暖的响应，对保护祁连山生态系统有重要意义。因此，本研究利用1998—2020年红柳物候和气温资料，分析红柳春、秋季物候期的变化特征，研究门源地区红柳物候期对气候变暖的响应，对祁连山生态环境保护和当地的农牧业生产具有十分重要的指导意义。

1 资料与方法

1.1 资料来源

利用门源国家基本气象站1988—2020年红柳物候和气温资料。门源站地理位置101°37′E、37°23′N，平均海拔高度为2800 m，年平均气温1.7℃，年降水量538.8 mm，年日照时数2481.5 h，属高原大陆性气候。根据观测时间长、连续性好、代表性强的原则，选取红柳(Tamarixramosissima)，属灌木或小乔木，具有抗严寒、耐高温、耐干旱的特性，经林业局物种鉴定，发育正常，达到开花结实3年以上的中龄数要求。观测地段位于烈士陵园遗址，气象观测场东侧1000 m处，海拔高度2850.0 m，地形盆地，地势平坦，沙壤土质。春季物候期包括叶芽开放期、展叶始期、开花期，叶变色期和落叶期为秋季物候期。

1.2 数据处理

物候日期均采用年日序的表示方法，即自1月1日至该日期的日数，得到物候期的时间序列。利用气候倾向率法[8]分析物候期变化趋势，利用相关系数进行趋势的显著性检验，利用M-K方法对物候期进行突变检查[9]，采用SPSS软件对物候期与气温进行相关分析。按照3—5月为春季，6—8月为夏季、9—11月为秋季，12月—翌年2月为冬季来划分季节。

2 结果与分析

2.1 门源红柳物候期及其变化

从表1可以看出，1988—2020年红柳物候期平均叶芽开放期、展叶始期、开花始期平均日期分别为4月23日、5月5日、5月3日，展叶、开花始期达到盛期需要7～8天，平均开花末期为5月21日。叶变色始期于8月30日，10月6日达到全变期，平均落叶末期于10月2日。红柳物候期历史最早和最晚出现日期差异较大，展叶期相差最小为29～33天，与蒋菊芳、雷俊等[10-11]对甘肃旱柳的研究结果相近。

表1 1988—2020年门源红柳春、秋季物候期观测资料(月/日)

对门源红柳春、秋季物候的变化趋势分析可知（表2），叶芽开放期未通过显著性水平检验，提前趋势不明显；展叶期、开花期表现出极显著的提前趋势(P＜0.01)，展叶期趋势变化率达7.12～8.15 d/10 a，开花期变化速率达10.29～12.46 d/10 a；叶变色期和落叶期表现出推迟的趋势，叶全变色期和落叶末期通过0.01显著性水平检验，变化速率分别为0.861 d/10 a和0.577 d/10 a。可见红柳开花期提前的趋势最为明显，与郑景云等的研究结果一直，温度升高影响木本植物春季物候期提前[12]。

表2 1988—2020年门源红柳物候期趋势变化率(d/a)

2.2 红柳物候生长季及其变化分析

木本植物的全生长期是展叶始期到落叶末期的间隔天数。统计结果显示，门源红柳平均生长季168天。由图1可知，1998—2020年红柳生长季随时间表现为极显著的延长趋势(P＜0.01)，线性变化率为13 d/10 a。

图1 1988—2020年门源红柳生长季变化

2.3 红柳物候期对气温变化的响应

2.3.1 门源气温变化 从图2可见，1988—2020年门源县年、季平均气温均呈升高趋势，和全球变暖一致，年平均气温变化的气候倾向率为0.54℃/10 a(P＜0.001)，32年上升了约1.7℃。气温的季节变化存在较明显的差异，春、夏季升温趋势最为明显，其气候倾向率均为0.61℃/10 a(P＜0.001)，升温幅度高于年平均气温，秋季气候倾向率为0.48℃/10 a(P＜0.01)，升温幅度低于年平均气温，冬季气候倾向率为0.45℃/10 a(P＜0.05)，升温幅度最小。

图2 1988—2020年门源年平均气温变化

2.3.2 门源气温对红柳物候期的影响 张福春[13]论证了气温是影响中国木本植物物候的主要因子，通过研究木本植物物候期始期与前2～3个月的气温的相关性，春季物候期的变化主要取决于气温的高低[14]。门源红柳展叶和开花期多年平均出现日期在5月，分析展叶和开花物候期与不同时段气温的相关性表明（见表3），红柳展叶期与当月和前1月平均气温极显著相关(P＜0.01)，相关系数在-0.490～-0.585，开花始期与当月平均气温变化显著相关(P＜0.05)。可见，红柳展叶期对前期温度变化很敏感，展叶期开始当月和前1～3月气温升高，物候期就提前。就季节和年尺度而言，展叶期与春、冬季和年平均期期温极显著相关(P＜0.01)，相关系数达到-0.519～-0.785，开花始期与春、冬季和年平均气温显著相关(P＜0.05)，相关系数达到-0.387～-0.546，开花盛期和末期与冬季和年平均气温相关性好(P＜0.05)，相关系数达到-0.423～-0.558。整体来看，红柳展叶、开花物候期与年和春季平均气温的相关性最好。展叶期与早春（3—4月）平均气温极显著相关(P＜0.01)，相关系数达到-0.578～-0.615，表明红柳展叶期随着早春平均气温升高而提前，早春平均温度升高1℃，展叶期提前10～11天。

表3 门源红柳展叶和开花物候期与不同时段气温的相关性

2.3.3 春季物候对春季气温变化的响应程度 春季植物物候期主要受春季气温的影响，也是植物对气候响应最敏感和最易观察的一个要素。对展叶和开花始期、盛期及末期距平和春季气温距平进行回归分析，定量分析春季物候期对春季气温变化的响应程度，由表4可以看出，红柳展叶始期距平与春季气温距平呈负相关，展叶盛期、开花期距平与春季气温距平呈正相关，均达到极显著性水平。春季气温每升高1℃，展叶期提前7～8天，开花期提前6～7天。

表4 门源红柳展叶和开花物候期距平与春季气温距平的回归分析

2.4 红柳物候期与气温突变的响应

用M-K突变的方法对1998—2020年门源红柳全物候期和年平均温度的变化趋势进行了突变检验，从图3、4可看出，UF与UB两条曲线在临界值±1.96之间没有交点，说明1988—2020年期间门源年平均气温未发生突变，1995年平均气温降到0.3℃，从1996年后年平均温度开始逐步上升；红柳全物候期也未发生突变，1993年全物候期最短，之后红柳物候期呈延长的趋势。

图3 1988—2020年门源平均气温M-K统计量曲线

图4 1988—2020年门源红柳全物候期天数M-K统计曲线

3 结论与讨论

（1）1988—2020年门源红柳叶芽开放期、展叶始期、开花始期平均日期分别为4月23日、5月5日、5月3日，展叶、开花始期达到盛期需要7～8天，平均开花末期为5月21日。叶变色始期于8月30日，10月6日达到全变期，平均落叶末期于10月2日。红柳物候期历史最早和最晚出现日期差异较大，展叶期相差最小为29～33天。春季物候期呈现提前趋势，开花期提前的趋势最为明显，秋季物候期表现出推迟的趋势。

（2）门源红柳平均生长季168天，生长季随时间表现为极显著的延长趋势，变化速率为13 d/10 a。

（3）1988—2020年门源县年、季平均气温均呈升高趋势，年平均气温气候倾向率为0.54℃/10 a，32年上升了约1.7℃。季节气温变化存在较明显的差异，春、夏季升温趋势最为明显，升温幅度高于年平均气温，冬季升温幅度最小。

（4）红柳展叶期对前1～3月温度变化敏感，随着早春平均气温升高而提前，早春平均温度升高1℃，展叶期提前10～11天。展叶、开花物候期与年、春季平均气温的相关性好。

（5）1988—2020年门源年平均气温未发生突变，1995年平均气温降到0.3℃，之后年平均温度逐步上升；红柳全物候也未发生突变，1993年物候期最短，之后红柳物候期出现了延长的趋势。