衡阳市常见彩叶树种物候期对气候变化的响应

2023-07-17谢光园赵富群

安徽农业科学 2023年12期

谢光园赵富群

摘要以衡阳市2018—2022年的气象资料和物候观察数据为基础，分析水杉、银杏、榉树、乌桕、金枝槐、鸡爪槭、北美红枫、二球悬铃木8种彩叶树种秋季叶始变色期和叶全变色期的变化趋势，并研究叶始变色期、叶全变色期与物候观测期间气温、日照时数和降水量的相关性，分析气候变化对彩叶树种物候的影响。结果表明，2018—2022年8种彩叶树种的秋季物候推迟；所调查彩叶树种物候特征各不一样。彩叶树种中树叶开始变色最早的是水杉，最晚是乌桕；叶全变色时间最早的是北美红枫，最晚是乌桕；叶变色持续时间最长的是二球悬铃木，最短是北美红枫；彩叶树种叶变色期与气温和日照时数呈显著正相关；降水量对彩叶树种物候期的影响不显著。

关键词物候；彩叶树种；相关性；气候变化

中图分类号 S 718.45 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2023）12-0181-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2023.12.041

Response of Phenological Period of Common Colored-leaf Tree Species to Climate Change in Hengyang City

XIE Guang-yuan，ZHAO Fu-qun

（School of Landscape Architecture，Hunan Polytechnic of Environment and Biology，Hengyang，Hunan 421001）

Abstract Based on the meteorological data and phenological observation data of Hengyang City from 2018 to 2022，the change trend of leaf onset and leaf full discoloration periods of eight colored-leaf tree species，including Metasequoia glyptostroboides， Ginkgo biloba，Zelkova serrata，Sapium sebiferum， Sophora japonica， Acer palmatum， Acer rubrum and Platanus acerifolia， the correlation between leaf onset and leaf full discoloration period and temperature， sunshine duration and precipitation during the phenological observation period were studied， and the effects of climate change on the phenology of colored-leaf tree species were analyzed. The results showed that the autumn phenology of 8 species of colored-leaf trees was delayed during 2018-2022.The phenological characteristics of the investigated colored-leaf trees were different. Among the colorful tree species， the first to change color in the leaves was Metasequoia glyptostroboides， and the latest was Sapium sebiferum.The earliest time for leaf color change was Acer rubrum， and the latest was Sapium sebiferum.The longest duration of leaf discoloration was Platanus acerifolia， and the shortest was Acer rubrum.There was significant positive correlation between leaf discoloration period and temperature and sunshine duration. The effect of precipitation on phenology of colored-leaf tree species was not significant.

Key words Phenology;Colored-leaf tree species;Correlation;Climate change

基金項目湖南省教育厅科学研究项目（20C0700）；衡阳市指导性项目（2020jh032673）；湖南环境生物职业技术学院培优计划科研专项（PY2022-02）。

作者简介谢光园（1990—），女，湖南岳阳人，讲师，硕士，从事园林规划与设计研究。

收稿日期 2023-01-16

植物物候是指植物受气候和其他环境因子的影响而出现的周期性现象［1］，是植物为了适应环境变化而呈现的规律性变化［2］。影响植物物候的主要气候因子包括温度、光照和土壤湿度等。国外对于植物物候期与气候因子的响应研究表明，随着气候的变化，中欧、美国东部、地中海地区和德国的春季物候均提前，秋季物候推迟，只是变化速率不一致［3-7］。

在我国，杨琪等［8］研究发现物候变化在1982年出现转折，转折后春季物候和秋季物候变化速率变快，春季物候提前3.8 d/10 a，秋季物候推迟4.7 d/10 a。白洁等［9］研究发现贵阳木本植物展叶始期和始花期呈现提前趋势，秋季叶全变色期和落叶期呈现推迟趋势。我国其他地区的研究也如此，都呈现春季物候提前、秋季物候推迟的现象。关于植物物候与气候因子的响应关系，目前主要探讨的是气候变化对春季物候特征、果实生长季、高寒草原牧草花期的影响［10-12］，对于彩叶树种的秋季物候对气候因子的响应较少提及。另外对于物候与气候因子的研究主要集中在西北地区［13-14］，对于华中地区少有提及。

关于湖南地区植物物候的研究，目前主要探讨的是植物的开花物候期观测和引种植物物候期与生长特性观察。如蒋瑶等［15］观察了14个适合在湖南地区生长的薄壳山核桃品

种的开花物候期，为湖南地区薄壳山核桃的品种配置提供参考。蒋辉等［16］从荷兰引种了葡萄风信子并对其在湖南地区的物候期进行了观察，以确定其适合在湖南地区种植［16］。在湖南地区物候期对气候的变化响应很少提及。因此，笔者利用相关性分析的方法，分析了位于华中地区的衡阳市的水杉（Metasequoia glyptostroboides）、银杏（Ginkgo biloba）、榉树（Zelkova serrata）、乌桕（Sapium sebiferum）、金枝槐（Sophora japonica）、鸡爪槭（Acer palmatum）、北美红枫（Acer rubrum）、二球悬铃木（Platanus acerifolia）8种彩叶树种的秋季始变色期和全变色期，并探讨了秋季气温、降水量和日照时数对其物候期的响应关系。

1 资料与方法

1.1 研究区概况

衡阳位于湖南省中南部，属北半球低纬度，年平均气温18 ℃，年降水量1 325 mm，为亚热带季风气候。

该研究选取位于衡阳市区的西湖公园作为物候观察点。西湖公园的植被具有一定的代表性，同时还是衡阳八景之一，有着“西湖夜放白莲花”的美誉。

1.2 数据来源

1.2.1 物候数据。

该研究中的物候数据均来源于西湖公园的观测记录，选择地势平坦、开阔的地方作为主要观测地点。将观察时间长、长势好、物候现象强的8种植物（水杉、银杏、榉树、乌桕、金枝槐、鸡爪槭、北美红枫、二球悬铃木）作为研究对象。

为了研究彩叶树种的物候变化与气候因子之间的关系，在2018年8月7日—2022年12月31日选择了秋季叶始变色期、叶全变色期作为彩叶树种物候观测的主要指示期。物候期采用日换算方法进行换算［8］，即从1月1日起至所记录的日期总共天数为日数。

1.2.2 气象数据。

该研究中的气象数据包括衡阳市2018—2022年的日平均气温、降水量和日照时数，其数据均来源于中国气象站的气象数据。

1.3 物候观测记录方法

参照“中国物候观测网”所介绍的物候观测方法，将彩叶树种物候观测分为5类：叶始变色期、叶半变色期、叶全变色期、叶落半期、叶落尽期，该研究着重记录叶始变色期和叶全变色期数据。在2018—2022年每隔2～5 d对西湖公园绿地进行实地调查。秋季植物生长发育迅速，至少2 d观测1次，冬季可5 d观测1次，每次调查完将数据记录在物候观测表上。

1.4 数据分析

为了研究物候期与单一气候因子的关系，首先对2018—2022年所观测的数据进行整理，建立数据库；然后利用SPSS软件对数据进行Pearson相关性分析。Pearson 相关分析可以对2个随机变量进行分析，分析他们之间是否有相关性以及相关程度［17］。

2 结果与分析

2.1 衡阳市气候因子变化

气温是影响彩叶树种物候期的主要气候因子。气温的波动会影响植物的春季物候和秋季物候变化［18］。

从图1可看出，2018—2022年衡阳市物候观测期间平均气温以4.2 ℃/10 a的速率呈显著的上升状态。从2018—2022年8—12月气温变化（图2）可以看出，2021年气温变化最大，在8月份就出现温度骤降的现象；2022年气温整体偏高，到10月份才突然骤降；2019年温度是最平稳的，整体没有大幅度的改变。2018—2022年物候观测期间平均气温分别为19.03、20.55、18.43、19.10、22.31 ℃。由此可见，在物候观测期间2022年气温是最高的，2020年气温最低。

从图1可看出，物候观测期间衡阳市累计日照时数以74.0 h/10 a的速率呈增加趋势；2018—2022年日照时数分别为185、204、142、164、242 h。由此可见近5年物候观测期间日照时数相差较大，其中2022年日照时数最大，2020年日照时数最小。

從图1可看出，2018—2022年衡阳市8—12月的降水趋势与气温刚好相反，以127.0 mm/10 a的速率呈下降趋势。2022年降水量最小（37 mm），2020年降水量最大（114 mm）。总体来看，近5年衡阳市气候呈现温度升高、日照时数增加、降水减少的趋势。

2.2 物候变化特征

从图3可看出，8种彩叶树种的叶始变色期和叶全变色期变化趋势一致。从拟合函数可看出叶全变色期比叶始变色期对气候变化的响应更加敏感。8种彩叶树种叶始变色期发生在第271～318天，叶全变色期发生在第315～365天。8种彩叶树种叶始变色期均呈现推迟现象，其中乌桕物候变化最为明显，银杏的物候变化最小。8种彩叶树种叶全变色期也均呈现推迟现象，其中乌桕物候变化最为明显，银杏的物候变化最小。从统计结果可看出，8种彩叶树种中银杏对气候变化的敏感性反应最弱。

從表1可以看出，所观察的8种彩叶树种的叶开始变色时间差异很大，开始变色最早的是水杉，平均为全年的第275天；开始变色最晚的是乌桕，平均为全年的第303天。

所观察的8种彩叶树种的叶全变色时间差异很大，平均为全年的第325～337天；叶全变色时间最早的是北美红枫，平均为全年的第325天，叶全变色时间最晚的是乌桕，平均为全年的第337天。叶变色持续时间相差很大，为25～57 d；叶变色持续时间最长的是二球悬铃木，持续57 d，叶变色持续时间最短的是北美红枫，持续25 d。

2.3 物候期与单一气候因子的关系所调查的彩叶树种与气候因子的相关分析结果如表2所示。从表2可以看出，叶始变色期、叶全变色期与物候观测期间平均气温表现为显著或极显著正相关，即温度升高，彩叶树种的叶始变色期推迟，叶全变色期也会推迟，这可能是因为温度变化影响了植物酶的活性。其中榉树、乌桕叶始变色期与平均气温呈极显著正相关（P＜0.01）；鸡爪槭、二球悬铃木、榉树、水杉、金枝槐叶全变色期与平均气温呈极显著正相关（P＜0.01）。乌桕叶始变色期与平均气温正相关性最好，相关系数为0.983（P＜0.01），鸡爪槭叶全变色期与气温正相关性最好，相关系数为0.979（P＜0.01）。

从表2可以看出，彩叶树种叶始变色期和叶全变色期与物候观测期间日照时数呈现正相关，即日照时数增多，物候期推迟，这可能与日照时数影响植物的光合作用有关。叶始变色期受日照时数影响较大的植物是乌桕（0.956）、榉树（0.945）和银杏（0.930），叶全变色期受日照时数影响较大的是鸡爪槭（0.944）、银杏（0.937）和榉树（0.934）。

由表2可知，彩叶树种叶色物候变化与物候观测期间降水量相关性各不相同，其中银杏、水杉和金枝槐的叶全变色期与降水量呈负相关，相关系数分别为-0.907、-0.887、-0.882（P＜0.05），北美红枫、鸡爪槭、水杉的叶始变色期与降水量呈负相关，相关系数分别为-0.927、-0.880、-0.891（P＜0.05）。

3 结论与讨论

3.1 结论

（1）2018—2022年物候观测期间衡阳市平均气温和日照时数呈现波动上升的趋势，降水量变化趋势与之相反，呈下降趋势。

（2）近5年，8种彩叶树种的物候均推迟。在叶始变色期中乌桕物候变化最为明显，银杏的物候变化最小。在叶全变色期中乌桕物候变化最为明显，银杏的物候变化最小。

（3）彩叶树种叶始变色期、叶全变色期与物候观测期间气温、日照时数呈正相关，即气温升高、日照时数增多，物候期延迟。彩叶树种叶始变色期、叶全变色期与降水量相关性各不相同，即降水量对彩叶树种影响不显著。

3.2 讨论

该研究表明随着气候的变化，彩叶树种的物候呈现推迟的趋势，这与其他学者的研究一致［8］。相关性研究结果显示，植物物候的变化受温度的影响较大，温度会影响酶的活性，温度升高加快酶的活性，使植物的发育过程延长［19］。叶全变色期与温度呈现正相关，气温升高使叶片的变色推迟，这与其他学者的研究一致［20］。光是植物光合作用的必备要素，而且对植物的生长发育起到很重要的调节作用［21］。彩叶树种叶始变期和叶全变色期与日照时数呈现正相关，日照时数减少，植物水分充足，物候期提前。这与东北地区蒙古栎的研究结果相似［22］。已有研究发现，不同植物的物候期与降水量的相关性各不一样，没有明显的规律性［8］。这与该研究对于植物物候与降水量的响应一致。

植物物候变化受多种因素的影响，着重分析了单一气候因子（气温、日照时数和降水量）对植物物候的影响，在以后的研究中除了关注气温、日照时数和降水等气候因子之外，还要关注二氧化碳含量、氮含量、土壤温度和人为因素等对植物物候变化的影响。另外在未来的研究中除了关注单一气象因子对植物物候变化的影响，还要考虑多种气候因子对植物物候的综合影响。

参考文献

［1］陈珂，李星华，管小彬，等.武汉市植被物候变化规律及影响因素分析［J］.华中师范大学学报（自然科学版），2019，53（3）：433-442.

［2］李晓婷，郭伟，倪向南，等.高寒草甸植物物候对温度变化的响应［J］.生态学报，2019，39（18）：6670-6680.

［3］ ROETZER T，WITTENZELLER M，HAECKEL H，et al.Phenology in central Europe：Differences and trends of spring phenophases in urban and rural areas［J］.International journal of biometeorology，2000，44（2）：60-66.

［4］ MENZEL A，FABIAN P.Growing season extended in Europe［J］.Nature，1999，397（6721）：659.

［5］ WHITE M A，RUNNING S W，THORNTON P E.The impact of growing-season length variability on carbon assimilation and evapotranspiration over 88 years in the eastem US deciduous forest［J］.International journal of biometeorology，1999，42（3）：139-145.

［6］ PEUELAS J，FILELLA I.Phenology.Responses to a warming world［J］.Science，2001，294（5543）：793-795.

［7］ MENZEL A.Plant phenological anomalies in Germany and their relation to air temperature and NAO［J］.Climatic change，2003，57（3）：243-263.

［8］杨琪，李书恒，李家豪，等.西安4种落叶乔木物候期对气候变化的响应［J］.生态学报，2022，42（4）：1462-1473.

［9］白洁，葛全胜，戴君虎.贵阳木本植物物候对气候变化的响应［J］.地理研究，2009，28（6）：1606-1614.

［10］杜家铭，刘畅，郑凯.韶关木本植物春季物候特征及其对气温的响应［J］.广东气象，2022，44（5）：36-38.

［11］胡启瑞，张玲，火勋国，等.石河子垦区蟠桃生长季气候变化特征及其对物候期的影响［J］.新疆农业大学学报，2022，45（5）：383-390.

［12］娄仲山.高寒草原针茅牧草花期物候变化特征及其影响因子分析［J］.中国农学通报，2022，38（29）：129-134.

［13］赵丽蓉.2001—2020年中国北方植被物候变化及其对气候因子的响应［D］.呼和浩特：内蒙古师范大学，2022.

［14］姚榮鹏.中国西北地区植被物候变化及其对气候变化的响应［D］.兰州：西北师范大学，2022.

［15］蒋瑶，魏海林，高昌虎，等.湖南低山丘陵区薄壳山核桃的开花物候期观测及品种配置［J］.南京林业大学学报（自然科学版），2021，45（1）：53-62.

［16］蒋辉，陈海霞.湖南地区引种葡萄风信子的物候期及生长特性观察［J］.天津农业科学，2014，20（4）：89-91.

［17］王俊杰.青海不同生境铁棒锤抗炎成分与生态因子相关性研究［D］.西宁：青海师范大学，2022.