影響魯西南木本植物秋季物候期的氣象要素分析

郝曉雷

(菏澤市氣象局，山東菏澤 274000)

物候現象，即受氣候等環境因素的影響自然界動植物的生長、發育、活動規律會形成與此相適應的周期性變化[1]。物候現象是生物節律與環境條件的綜合反映。從氣象條件來說，它不僅反映了當時的天氣條件，而且反映了過去一段時間氣象條件影響的積累情況[2]。植物物候對氣候的變化非常敏感，物候期的變化可以較為直觀地反映出氣候變化，是氣候變化的指示器[3-4]。Ahas等[5]認為，物候期前2～3個月的氣溫與其出現時間有顯著的相關關系。仲舒穎[6]等認為，木本植物的秋季物候期主要是受最低氣溫變化影響。張福春[7]認為，木本植物秋季的黃落葉主要是由于氣溫下降到一定界限引起的。王大川[8]、吳朝陽[9]認為，木本植物的秋季物候期對風速的大小較為敏感，風速越大黃落葉越早，風速越小秋季物候期會向后推遲。目前國內外對植物物候研究已頗為細致[10-13]，關于氣候變化對植物春季萌芽、展葉期影響的分析較多[14-16]，秋季物候研究較為粗略，多為針對氣溫影響的分析[17-22]，其他氣象要素的影響分析較少。在全球氣候變暖的大環境下，極端氣候事件發生頻率呈上升趨勢[23-30]。秋季為木本植物生長發育貯存能量的重要時段，因此研究氣象要素對秋季物候期的影響頗為重要。

魯西南地區位于蘇魯豫皖四省交界，華北平原中部，屬黃河沖積平原，土地肥沃。氣候為典型的溫帶季風性氣候，主要氣候特點是四季分明、雨熱同期，適宜植物生長。該地區林業體系發達，林業產業化發展全國聞名，已經成為全國平原地區最大的林產品生產加工基地。典型木本植物有旱柳、榆樹、合歡、楝樹等，廣泛應用于綠化、建筑、醫藥等方面，在社會生產和經濟發展中均占有一定的地位[31-35]。選取魯西南地區近40 a氣候資料及4種典型木本植物的物候期資料，深入分析各氣象要素變化對不同種類木本植物秋季物候產生的影響，以期為當地農業生產、城市綠化及經濟發展等提供科學依據。

1 資料與方法

1.1 資料來源

氣候資料及物候期資料來源于1981—2020年魯西南地區菏澤國家級氣象觀測站和國家級農業氣象觀測站的觀測數據。氣候資料包括氣溫、氣壓、濕度、風速、降水、日照、地溫等逐日地面氣象觀測數據。選取當地常見、分布廣泛的旱柳(楊柳科)、榆樹(榆科)、合歡(豆科)、楝樹(楝科)4種不同科屬木本植物的物候期觀測資料，這些木本植物具有較強的代表性，能夠體現當地大多數木本植物的生長規律。

1.2 方法

將逐年各物候期出現日期轉化為距當年1月1日的實際日數表示，得到各物候期的時間序列。4種典型木本植物的秋季物候期包括葉變色始期、葉完全變色期、落葉始期、落葉末期。統計物候期對應的氣象資料的時間范圍為該物候期最晚出現日期當旬和之前8旬(見表1)，將4種典型木本植物的秋季各物候期與相應時段各氣象要素進行相關性分析。

表1 1981—2020年魯西南典型木本植物秋季物候期最晚出現日期的時間序列及氣象要素統計時段

2 結果與分析

2.1 氣溫變化趨勢

氣溫是影響植物物候期的主要氣象要素[5-7]，根據表1中氣象要素統計時段顯示，影響4種典型木本植物秋季物候期的氣溫主要集中在每年7月下旬至12月中旬，故統計魯西南地區1981—2020年每年7月下旬至12月中旬氣溫(見圖1)。可以看出魯西南地區1981—2020年氣溫整體呈上升趨勢，平均日最高氣溫上升趨勢并不顯著，而平均日平均氣溫、平均日最低氣溫均呈極顯著上升趨勢，上升速率分別為0.482 ℃/10 a、0.609 ℃/10 a。

**表示P<0.01，*表示P<0.05，下同。圖1 1981—2020年魯西南地區7月下旬至12月中旬平均氣溫變化

2.2 秋季物候期變化趨勢

通過分析魯西南地區4種木本植物的秋季物候期變化趨勢(見表2)可以看出，受氣候變化影響，四種木本植物的秋季物候期均呈推遲趨勢。旱柳、榆樹葉變色始期呈極顯著推遲趨勢，四種木本植物的葉完全變色期、落葉始期、落葉末期均呈顯著或極顯著推遲趨勢。榆樹的葉變色始期、葉完全變色期、落葉始期的推遲趨勢在四種木本植物中最為明顯，說明榆樹對于氣候變化的敏感度高于其他三種木本植物。落葉末期在全部秋季物候期中推遲趨勢中最明顯，推遲趨勢在4.603 d/10 a～11.150 d/10 a，說明木本植物的秋季物候期中落葉末期對氣候變化響應最為強烈。

表2 1981—2020年魯西南典型木本植物秋季物候期變化趨勢 單位：d/10 a

2.3 旱柳秋季物候期與氣象要素的關系

通過旱柳秋季物候期與各氣象要素的相關系數(見表3)可以看出，旱柳葉變色始期與8月中旬至11月上旬的平均風速呈極顯著負相關，與其他氣象要素無顯著相關性；葉完全變色期與9月上旬至11月下旬的平均氣溫、平均日最低氣溫、平均地面溫度、平均日最低地面溫度、平均40 cm地溫呈顯著或極顯著正相關，與平均氣壓、平均日最高氣壓、平均風速呈顯著或極顯著負相關，與其他氣象要素無顯著相關性；落葉始期與9月上旬至11月下旬的極大風速呈極顯著正相關，與平均風速呈極顯著負相關，與其他氣象要素無顯著相關性；落葉末期與9月下旬至12月中旬的平均氣溫、平均日最低氣溫、平均地面溫度、平均日最低地面溫度、平均40 cm地溫、平均160 cm地溫、平均320 cm地溫、最低地面溫度呈顯著或極顯著正相關，與總日照時數呈顯著負相關，與其他氣象要素無顯著相關性。

表3 1981—2020年魯西南旱柳秋季物候期與不同氣象要素的相關系數

2.4 榆樹秋季物候期與不同氣象要素的關系

通過榆樹秋季物候期與各氣象要素的相關系數(見表4)可以看出，榆樹葉變色始期與9月中旬至12月上旬的平均風速呈極顯著負相關，與其他氣象要素無顯著相關性；葉完全變色期與9月中旬至12月上旬的平均氣溫、平均日最低氣溫、平均日最低地面溫度、平均40 cm地溫呈顯著正相關，與平均風速呈極顯著負相關，與其他氣象要素無顯著相關性；落葉始期與9月中旬至12月上旬的平均風速呈極顯著負相關，與其他氣象要素無顯著相關性；落葉末期9月下旬至12月中旬的平均氣溫、平均日最低氣溫、平均地面溫度、平均日最低地面溫度、平均40 cm地溫、平均320 cm地溫呈顯著或極顯著正相關，與平均風速、總日照時數呈顯著或極顯著負相關，與其他氣象要素無顯著相關性。

2.5 合歡秋季物候期與不同氣象要素的關系

通過合歡秋季物候期與各氣象要素的相關系數(見表5)可以看出，合歡葉變色始期與8月上旬至10月下旬的各氣象要素均無顯著相關性；葉完全變色期與8月中旬至11月上旬的平均氣溫、平均日最高氣溫、平均日最低氣溫、平均地面溫度、平均20 cm地溫、平均40 cm地溫、平均80 cm地溫、平均160 cm地溫、最低氣溫呈顯著或極顯著正相關，與平均相對濕度、平均日最小相對濕度呈顯著或極顯著負相關，與其他氣象要素無顯著相關性；落葉始期與8月中旬至11月上旬的平均日最低氣溫、最低氣溫、最低地面溫度呈顯著或極顯著正相關，與平均日極大風速呈顯著負相關，與其他氣象要素無顯著相關性；落葉末期與9月上旬至11月下旬的平均氣溫、平均日最低氣溫、平均日最低地面溫度、平均40 cm地溫、最低地面溫度呈顯著或極顯著正相關，與平均相對濕度、平均日極大風速呈顯著負相關，與其他氣象要素無顯著相關性。

2.6 楝樹秋季物候期與不同氣象要素的關系

通過楝樹秋季物候期與各氣象要素的相關系數(見表6)可以看出，楝樹葉變色始期與7月下旬至10月中旬的平均日極大風速呈顯著負相關，與其他氣象要素無顯著相關性；葉完全變色期與8月中旬至11月上旬的平均氣溫、平均日最低氣溫、平均日最低地面溫度、平均40 cm地溫、最高氣溫呈顯著或極顯著正相關，與平均日極大風速呈顯著負相關，與其他氣象要素無顯著相關性；落葉始期與8月上旬至10月下旬的平均日最低氣溫、平均日最低地面溫度、最低氣溫、最低地面溫度、降水量呈顯著或極顯著正相關，與其他氣象要素無顯著相關性；落葉末期與8月下旬至11月中旬的平均氣溫、平均日最低氣溫、平均日最低地面溫度、平均40 cm地溫、最低氣溫、最低地面溫度呈顯著或極顯著正相關，與平均日極大風速呈顯著負相關，與其他氣象要素無顯著相關性。

表5 1981—2020年魯西南合歡秋季物候期與不同氣象要素的相關系數

表6 1981—2020年魯西南楝樹秋季物候期與不同氣象要素的相關系數

3 結論與討論

選取魯西南地區的旱柳、榆樹、合歡、楝樹等4種典型木本植物，統計了這4種典型木本植物1981—2020年秋季各物候期與氣象要素的變化趨勢，并計算分析了兩者間的相關性，得出以下主要結論。

(1)魯西南地區統計時段內的氣溫整體呈上升趨勢，平均日最高氣溫上升趨勢并不顯著，而平均日平均氣溫、平均日最低氣溫均呈極顯著上升趨勢，上升速率分別為0.482 ℃/10 a、0.609 ℃/10 a。

(2)受氣候變化影響，魯西南地區四種木本植物的秋季物候期均呈推遲趨勢。旱柳、榆樹葉變色始期呈極顯著推遲趨勢，四種木本植物的葉完全變色期、落葉始期、落葉末期均呈顯著或極顯著推遲趨勢；榆樹的葉變色始期、葉完全變色期、落葉始期與旱柳的落葉末期推遲趨勢在四種木本植物中最為明顯，說明榆樹、旱柳對于氣候變化的敏感度高于其他兩種木本植物。落葉末期在四種木本植物秋季物候期中推遲趨勢中最為明顯，推遲趨勢在4.603 d/10 a～11.150 d/10 a，說明木本植物的秋季物候期中落葉末期對氣候變化響應最為強烈。

(3)魯西南地區4種典型木本植物秋季物候期與氣溫、地溫、風速的相關性一般高于其他氣象要素，說明魯西南地區木本植物秋季物候期變化受氣溫、地溫、風速的影響較大。其中與氣溫、地溫呈正相關性，說明氣溫、地溫越高，木本植物秋季物候期會出現得越晚；而與風速呈負相關性，說明風速越大，木本植物秋季物候期會出現得越早。

(4)魯西南地區4種典型木本植物僅有部分秋季物候期與日照、降水、空氣濕度呈顯著或極顯著相關性，相較于與氣溫、地溫、風速的相關性偏低，且顯著性不普遍存在，說明魯西南地區木本植物秋季物候期雖受日照、降水、空氣濕度等氣象要素影響，但影響并不顯著。

(5)自然物候變化不僅受氣象因子影響，而且受水文、土壤、周圍環境變化等綜合因素的影響。本文僅分析了影響木本植物秋季物候的氣象要素，缺乏其他相關因素變化對物候的影響分析，也未考慮植物本身的生物學特性，今后應更為全面地研究綜合因子對物候的影響。物候研究的根本目的是為了更好地服務于農業生產，在以后的工作中，應在結合物候與氣候觀測資料的基礎上，深入研究自然物候與農業生產的關系，以便于高效利用氣候資源，為農業生產提供精確的理論支撐和技術支持。