极端天气对晋北地区园林植物物候的影响

马 群

山西省大同市园林绿化中心，山西大同 037004

物候学主要是研究自然界的植物（包括农作物）、动物和环境条件（气候、水文、土壤条件）的周期变化之间相互关系的科学，也称为生物物候学。其目的是了解自然季节现象变化的规律，以服务于农业生产和科学研究。通过记录一年中植物的生长枯荣，动物的生长发育及活动规律，从而了解气候变化对动植物的影响。物候记录如杨柳绿、桃花开、燕始来等，不仅反映当时的天气，还反映了过去一个时期内天气的积累。植物方面物候是指植物在一年的生长中，随着气候的季节性变化而发生萌芽、抽枝、展叶、开花、结果、落叶、休眠等规律性变化的现象，称为物候或物候现象，与其相适应的树木器官的动态时期称为生物气候学时期，简称为物候期。传统植被物候学的研究主要关注植物生长季长度、植物发芽、成熟和衰老等生物学特征的日期变化。物候的数据是从活的生物身上得来的，用来指导农事活动比较直接，而且方法简单，容易接受，物候对农业的重要性就在于此。植物物候作为评估植物生长发育状态的重要指标，对科学地应对全球气候变化具有重要的理论和实际意义[1-2]。

1 晋北地区的自然概况

晋北地区位于黄土高原东北边缘，京包铁路、北同蒲铁路、大秦铁路的交汇点。北邻内蒙古自治区，东邻河北省张家口市，西南与山西省朔州市相接，南靠山西省忻州市。属温带大陆性季风气候，冬季漫长且寒冷干燥，夏季短暂且温热多雨，春秋凉爽，温差较大，干旱指数4，年均气温5.5℃，极端最高气温37.7℃，极端最低气温-29.1℃，年平均降水量400 mm，无霜期100～156 d[3]。

2 资料与方法

2.1 资料

物候观测资料来自山西省大同市园林绿化中心城墙带状公园。以2017—2021年物候观测为依据，包括乔木、灌木、草本及地被植物的平均芽膨大始期、展叶始期、花蕾或花序出现、开花始期、开花末期、秋叶开始变色、落叶始期等。均选取乡土植物作为观察对象。物候观测地点为城墙带状公园、距此公园四周100 m的主干道魏都大道、御河西路、平城街和北都街。

2.2 方法

每年从惊蛰开始在午后观测，直至当年立冬结束观测。

3 结果与分析

3.1 2017—2021年高温对晋北地区园林植物物候的影响

2017年是全球百年一遇的高温，美国大气管理局（NOAA）的统计数据表明，2017年可能是历史上最温暖的年份。随着全球变暖趋势加剧，热浪累计频次的变化趋势在山西以增多为主[4]。2017年夏季晋北地区高温天持续久，比正常年份平均气温升高了3℃，7月出现了37℃的极端高温，同时降水量增大，在高温、高湿环境下，园林植物在物候上表现出了不同特征（表1）。

从表1可以看出，所观察的15种植物的物候期都明显发生了缩短的现象。其缩短的幅度为33.3%～57.1%。从物候期缩短的具体天数而言，在2～6 d之间。观察种中受高温影响最大的植物是：水腊、卫矛、白蜡、桑、五角枫、山荆子和鸢尾等7种，受高温影响他们的物候期都在原有基础上缩短了一半。也说明这几种植物和其他种类相比，对高温气候影响的敏感度更高。物候期通常会受植物生长发育的有效发育积温和发育起点影响，发育起点低，有效发育积温总值小，受温度变化影响较大；反之，发育起点高、有效积温总值也高的植物所受的影响则较小。这一规律在本轮观测中也得到了充分的证明。例如，桑从萌动初期到始花期需有效积温约365℃·d（本轮高温使其幼果出现期缩短了50%），山荆子等其他蔷薇科植物开始现蕊的有效积温约422.5℃·d（本轮高温使其幼果出现期缩短了57.1%）。

温度还会相应地影响植物的生理生化反应。高温会促进植物提早进入开花末期阶段，提早结果，草本植物受影响比木本植物大。四季玫瑰茎枝密生刚毛与倒刺，小叶质厚、多皱、抗寒，但不耐高温。山荆子幼枝细弱，叶片嫩时稍有短柔毛或完全无毛，伞形花序，抗阴湿，但不抗旱、不耐高温。四季玫瑰和山荆子等蔷薇科植物高温下植株叶片的超氧化物歧化酶（SOD）活性下降、过氧化物酶（POD）活性较低、游离脯氨酸含量较低、相对电导率较大[5]。玉簪属植物喜阴湿，忌高温日光暴晒，生长适宜温度为15℃～25℃，高温下玉簪属植物的电导率上升、自由水与束缚水的比值升高，脯氨酸含量减少、抗氧化酶活性下降、可溶性蛋白含量减少[6]。

3.2 2017—2021年干旱对晋北地区园林植物物候的影响

受华北地区干旱因子影响，2017年冬季是晋北地区近50年1遇的大旱。降水量减少了20 mm左右，连续无雨天数比常年平均数增加了35 d[7-8]。给城市园林植物造成了不同程度的影响（表2）。

从表2可以看出，冬季干旱引起了所有观察物种第2年相关物候期的延长，延长幅度达到60%以上的有草坪草芽开放期和展叶始期；绚丽海棠芽开放期；垂柳、山杏、杜梨的花蕾期；山桃、榆叶梅的花始期，其中尤以杜梨的花蕾期以及榆叶梅的开花始期最为显著，延长的幅度高达66.7%。同时冬旱也明显引起物候期的推迟。观察的9种植物物候期推迟的幅度为3～8 d，其中推迟天数最多的是山桃和垂柳花蕾出现期，均为8 d；其次是丁香和垂柳展叶始期，均为7 d；而物候期推迟得最少的是杜梨花蕾出现期和榆叶梅开花始期，均为3 d。其余各种植物则介于这两类植物之间。推迟4 d的有绚丽海棠展叶始期、八棱海棠展叶始期、杜梨开花始期 和榆叶梅花蕾出现；推迟5 d的有绚丽海棠芽开放期、八棱海棠芽开放期、山桃开花始期、山杏花蕾出现；推迟6 d的有草坪草芽开放期、草坪草展叶始期、丁香芽开放期等。

表2 大同市2017年冬季干旱对2018年园林植物物候的影响情况

晋北地区冷季型草以早熟禾、黑麦草、高羊茅为主。早熟禾叶舌膜质，喜湿，干旱时间长易萎蔫或休眠。黑麦草具细弱根状茎，秆质软，喜凉爽湿润，不耐旱，干旱时间长易停止分蘖。高羊茅叶片具泡状细胞、厚壁组织，喜寒冷潮湿，不耐旱。随着干旱程度加剧，冷季型草坪草叶绿素含量先增加后减少，可溶性蛋白含量呈下降趋势，可溶性糖、游离脯氨酸呈上升趋势[9]。丁香小枝疏生皮孔，叶片革质或厚纸质，较耐旱。随着干旱时间延长和程度加深，丁香的相对电导率（REC）、MDA含量呈上升趋势，相对含水量（RWC）呈下降趋势，可溶性糖（SS）和可溶性蛋白（SP）呈上升趋势，酶保护系统超氧化物歧化酶（SOD）活性下降、过氧化物酶（POD）和过氧化氢酶（CAT）总体表现为干旱胁迫前14 d呈上升趋势，之后则呈下降趋势，光合气体交换参数净光合速率（Pn）、气孔导度（Gs）、蒸腾速率（Tr）呈下降趋势，胞间CO2浓度（Ci）呈下降趋势，叶绿素（Chl）含量和叶绿素荧光参数Fv/Fm、Y（Ⅱ）、qP、ETR呈下降趋势，qN呈上升趋势[10]。垂柳芽线形，花序先叶开放，或与叶同时开放。干旱胁迫下多数柳树雌株比雄株具有较强适应性，生长速率和光合作用下降幅度较小、细胞损伤较轻、抗氧化酶活性和防御能力较强[11]。山桃、山杏在干旱胁迫下相对增长量有明显抑制作用，相对生物量减少，蒸腾速率、净光合速率显著下降、胞间CO2浓度显著上升。

3.3 2017—2021年低温对晋北地区园林植物物候的影响

2020年冬季晋北地区出现极寒天气。2020年12月平均温度比正常年份平均气温低了3.2℃，2021年1月平均温度比正常年份平均气温低了2.6℃，2020年12月28日起最低气温连续4 d出现-20℃以下的天气，2021年1月出现最低气温-30℃的极寒天气，对园林植物存在不同程度的影响（表3）。

表3 大同市2020年冬季低温对2021年园林植物物候的影响情况

从表3可以看出，冬季低温引起了所有观察物种第2年相关物候期的延长，延长幅度达到50%以上的有草坪草展叶始期和展叶盛期、山桃花蕾期、紫叶李花蕾期和四季玫瑰展叶始期，其中尤以草坪草展叶始期和四季玫瑰展叶始期最为显著，延长的幅度达60%以上。同时冬季低温也明显普遍引起物候期的推迟。观察的12种植物物候期推迟的幅度为5～10 d，其中，推迟天数最多的是草坪草展叶盛期，为10 d；其次是山桃花蕾出现和暴马丁香芽开放期，均为9 d；而物候期推迟得最少的是西府海棠展叶始期和盛期、四季玫瑰展叶始期和盛期、榆叶梅花蕾出现和开花始期，均为5 d。其余各种植物则介于这两类植物之间。推迟6 d的有山杏花蕾出现和开花始期、水蜡展叶盛期和紫叶李花蕾出现；推迟7 d的有山桃开花始期、丁香芽膨大始期、连翘花蕾出现和开花始期、暴马丁香芽膨大始期、金叶榆展叶始期、水蜡展叶始期和紫叶李开花始期。推迟8 d的有草坪草展叶始期、丁香芽开放期和金叶榆展叶盛期。

低温胁迫下草坪草叶片中可溶性糖含量和硝酸还原酶（NR）活性降低，根系中蛋白质含量、超氧化物歧化酶和过氧化物酶活性减弱。低温胁迫下随发育进程推移，山桃过冷却点呈现明显上升趋势，过冷却点越低，抗寒性越强，花瓣可溶性蛋白、可溶性糖、脯氨酸含量基本呈现先上升后下降的趋势。紫叶李喜阳光、温暖湿润气候，花多单生。可溶性糖、可溶性蛋白含量在低温胁迫前期增加，达到一定低温呈下降趋势。光饱和最大净光合速率、CO2饱和最大净光合速率、最大光化学效率、有效光化学效率、潜在活性等指标随胁迫温度的降低呈下降趋势，CO2饱和最大净光合速率下降幅度较大，表观量子效率低，说明在寒冷环境中紫叶李利用弱光进行光合作用的能力较弱。早熟禾与≥5℃有效积温相关最好，黑麦草、高羊茅与≥8℃有效积温相关最好。山杏始花期有效积温约为71.7℃·d，开始现蕊约为78.5℃·d，紫叶李始花期有效积温约为144.7℃·d。