鄧晨暉,白紅英,*,翟丹平,高 山,黃曉月,孟 清,賀映娜

1 西北大學(xué)城市與環(huán)境學(xué)院,西安 710127 2 西安市氣象局,西安 710016

氣候變化背景下1964—2015年秦嶺植物物候變化

鄧晨暉1,白紅英1,*,翟丹平1,高 山2,黃曉月1,孟 清1,賀映娜1

1 西北大學(xué)城市與環(huán)境學(xué)院,西安 710127 2 西安市氣象局,西安 710016

以1964—2015年物候觀測數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),選取17種含喬木、灌木及藤本樹種為研究對象,分析探討了氣候變化背景下秦嶺地區(qū)植物物候變化規(guī)律及其差異性。結(jié)果表明：①52年來,秦嶺地區(qū)物候始期普遍呈提前趨勢,提前速率1.2d/10a,物候末期普遍呈推遲趨勢,推遲速率3.5d/10a,物候生長期普遍延長；②秦嶺地區(qū)物候突變發(fā)生于20世紀(jì)80年代,始期于1985年,末期于1984年。突變后,物候特征發(fā)生了顯著變化,始期的提前速率較突變前顯著加快,末期由突變前的提前趨勢轉(zhuǎn)變?yōu)闃O顯著的推遲趨勢,且變化速率和顯著性均高于始期；始期與末期變化均表現(xiàn)出“趨同效應(yīng)”；物候年代際變化趨勢顯示,始期自2001—2005年起提前速率減緩,植物對氣候變化的響應(yīng)表現(xiàn)出適應(yīng)性及滯后性。③秦嶺物候變化存在樹種差異,3大類樹種始期的提前速率呈藤本、喬木、灌木依次增大,而末期的推遲速率則呈藤本、灌木、喬木依次減小。④秦嶺物候變化存在南北差異,北坡始期的提前速率均高于南坡,而南坡末期的推遲速率均高于北坡。

植物物候；變化特征；突變；差異性；秦嶺地區(qū)

物候是受環(huán)境影響而出現(xiàn)的以年為周期的自然現(xiàn)象[1-3]。自然物候記錄是全球環(huán)境變化最直接和最有效的證據(jù)[4],物候現(xiàn)象不僅能反映自然季節(jié)的變化,還能指示生態(tài)系統(tǒng)對全球環(huán)境變化的響應(yīng)和適應(yīng),因而也被視為大自然的“語言”[1]和全球變化的“診斷指紋”[5-6]。植物物候作為氣候變化與自然環(huán)境變化共同作用于植物體上的直接表現(xiàn)[7],其變化也是生物圈對氣候變暖反應(yīng)最敏感和最明顯的指示[8-9],已成為全球變化研究重點(diǎn)關(guān)注對象[10]。

IPCC第五次評估報(bào)告指出,全球近130a(1880—2012年)升溫0.85℃[11],1951—2012年平均地表溫度的升溫率0.12℃/10a[12]；中國近50年地表氣溫加速上升,1951—2007年的升溫率達(dá)0.23℃/10a,氣候變暖十分明顯[13]。大量研究表明,隨著氣候暖化,許多物候現(xiàn)象發(fā)生了明顯變化。近幾十年來,持續(xù)增溫使得北半球不同區(qū)域植物春季物候呈提前趨勢,秋季物候呈推遲趨勢,生長季呈延長趨勢[14-25]。國際物候園觀測資料顯示歐洲中西部地區(qū)現(xiàn)在的春季物候比50a前提前10—20d,變化速率在物種間、地區(qū)間和年際間有差異[26]；地中海地區(qū)大多數(shù)落葉植物生長期比50a前提早了16d,落葉期推遲了13d[27]；北美大部分地區(qū)春季物候平均提前了5—6d[28]。我國的物候觀測資料也表明,過去50年溫帶季風(fēng)區(qū)木本植物始花期以1.93d/10a的速度顯著提前[29]；東部地區(qū)木本植物秋季葉全變色期整體表現(xiàn)為推遲趨勢,且1980s后推遲趨勢明顯[30]；東北地區(qū)木本植物展葉初期提前速率為0.23d/a,枯黃初期推后0.19d/a,生長季延長速率0.30d/a[31]；華北地區(qū)1980s以后春季物候亦呈大幅度提前趨勢[32]；西北荒漠區(qū)植物也表現(xiàn)出春季物候期提前,落葉末期推遲[33],且1985年后生長季的增加趨勢達(dá)到顯著性[34]。上述研究表明,全球及中國的植物物候表現(xiàn)出與氣候變暖協(xié)同變化的特征[35-36]且存在區(qū)域差異。

山地被認(rèn)為是全球變化的前哨,秦嶺作為我國具有獨(dú)特意義的地域單元,生態(tài)敏感而脆弱,近半個世紀(jì)以來氣溫呈顯著上升趨勢[37]。然而,由于受物候數(shù)據(jù)的限制,有關(guān)秦嶺地區(qū)植物物候研究相對較少,僅白紅英[9]、賀映娜[38]、馬新萍等[39]基于地面觀測數(shù)據(jù)和遙感數(shù)據(jù)初步分析了秦嶺植物物候始末期及遙感生長季的變化；夏浩銘等[40]利用遙感資料研究了秦嶺森林物候隨海拔變化的特征。本文采用最新資料在前人的基礎(chǔ)上進(jìn)一步深入分析了：隨著氣候變化,近50多年來秦嶺地區(qū)植物物候正在發(fā)生著怎樣的變化？物候始期與末期是否提前或推遲？物候變化是否存在轉(zhuǎn)折點(diǎn)？樹種和空間上存在怎樣的差異性？旨在揭示秦嶺物候的變化規(guī)律,以期為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)調(diào)整與秦嶺森林植被生態(tài)系統(tǒng)管理提供理論依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 研究區(qū)概況

本文以狹義的秦嶺為研究區(qū)(圖1),即秦嶺腹地,位于陜西南部,渭河以南,漢江以北,東西以陜西省省界為界。105°30′—110°05′E,32°40′—34°35′N,總面積約6.19萬km2,約占陜西省總土地面積30%,海拔高度195—3771.2m。

圖1 研究區(qū)地理位置Fig.1 The geographical location of the research area

秦嶺南北氣候差異明顯,表現(xiàn)為北干南濕。北坡屬于暖溫帶半濕潤氣候,廣泛分布暖溫帶落葉闊葉林；南坡為北亞熱帶濕潤氣候,分布著北亞熱帶常綠闊葉—落葉闊葉混交林。

1.2 數(shù)據(jù)來源與處理

1.2.1 物候數(shù)據(jù)來源

西安站的物候數(shù)據(jù)來源于國家地球系統(tǒng)科學(xué)數(shù)據(jù)共享平臺(http://www.geodata.cn)及西安植物園,咸陽站、武功站、渭南站、商洛站、安康站、城固站的物候數(shù)據(jù)來源于陜西省氣象局。

1.2.2 物候數(shù)據(jù)選取與處理

本文篩選了研究區(qū)內(nèi)分布廣泛且記錄完善,時間序列長又可代表秦嶺地區(qū)氣候特征的7種木本植物作為研究對象；考慮到空間分布對物候變化的影響,又收集了20世紀(jì)80年代后建立的物候觀測站中記錄時間序列相對較長的10個樹種資料,共計(jì)17個樹種(表1)。

采用儒略日(Julian days)換算法將逐年物候期出現(xiàn)的日期轉(zhuǎn)化為距當(dāng)年1月1日的實(shí)際天數(shù),即為年序列累計(jì)天數(shù),得到物候期的時間序列,以此計(jì)算物候期提前或推遲的天數(shù)。在物候期的選取上,為了與后期研究以遙感監(jiān)測所表征的生長季始期(返青期)和末期(枯黃期)相對應(yīng),故將“展葉盛期”作為研究的“物候始期”,“葉全部變色期”作為研究的“物候末期”,從始期開始至末期結(jié)束的時間長度為研究的“物候生長期”。此外,泡桐因?qū)儆谙乳_花后展葉植物,故將“開花盛期”作為其“物候始期”。

表1 秦嶺地區(qū)物候研究主要觀測樹種

核桃與垂柳帶*為南坡樹種,不帶*為北坡樹種

對于有多個年份(如西安站1966年、1969—1972年、1989年、1992年)數(shù)據(jù)記錄中斷或缺失的不做處理,對于個別樹種物候期有漏缺的,根據(jù)前后各3年的數(shù)據(jù)均值進(jìn)行插補(bǔ)。

1.2.3 氣象數(shù)據(jù)來源

研究區(qū)內(nèi)32個氣象臺站1959—2015年逐月平均氣溫與降水量數(shù)據(jù)來源于中國氣象數(shù)據(jù)科學(xué)共享服務(wù)網(wǎng)(http://data.cma.cn)、陜西省氣象局和西安市氣象局,用于分析研究區(qū)的氣候特征和水熱條件。

1.3 研究方法

1.3.1 物候變化趨勢分析

利用線性擬合方法分析物候期的年際變化趨勢,統(tǒng)計(jì)物候期提前和推遲趨勢的變化速率,并對變化趨勢進(jìn)行顯著性檢驗(yàn),進(jìn)而分析秦嶺52年來物候始期與末期的年際變化趨勢特征。

1.3.2 物候突變分析

基于最小二乘法原理的二次曲線擬合方法,在物候期的趨勢變化圖中建立二次擬合曲線及曲線方程,通過一階求導(dǎo)得出曲線斜率變化線,曲線斜率線與0斜率線相交的點(diǎn)所對應(yīng)的年份為物候突變年份,即物候數(shù)據(jù)序列的突變點(diǎn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 秦嶺地區(qū)氣候特征及水熱條件

圖2為1959—2015年秦嶺地區(qū)氣溫和降水年平均距平的變化序列。顯示,50多年來,秦嶺地區(qū)的地表氣溫加速上升,年均溫的升溫率為0.20℃/10a(P<0.01),氣候變暖明顯。北坡的線性升溫率達(dá)0.21℃/10a(P<0.01),南坡為0.18℃/10a(P<0.01),北坡的暖化趨勢較南坡明顯。從氣溫距平5年滑動曲線看,氣溫在80年代初急劇下降,1985年開始呈穩(wěn)定上升趨勢。秦嶺地區(qū)的降水量整體上未見顯著趨勢性變化,但區(qū)域變化趨勢差異明顯,北坡的干旱趨勢明顯高于南坡。從降水量距平5年滑動曲線看,20世紀(jì)80年代為多雨期,90年代為少雨期,2000年以來降水有所增加。

圖2 1959—2015年秦嶺年均氣溫距平與降水距平變化Fig.2 The departure change of annual temperature and precipitation in the Qinling Mountains during 1959—2015

圖3 秦嶺地區(qū)1959—2015年生物氣候圖解 Fig.3 The climate diagram of the Qinling Mountains during 1959—20151.年均溫；2.年均降水量；3.溫度降水的觀測年數(shù)；4.濕潤期(陰影區(qū))；5.月降雨量平均超過100mm

圖3為秦嶺1959—2015年生物氣候圖解。據(jù)32個氣象站的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì),研究區(qū)內(nèi)年均溫13.1℃,最熱月7月均溫24.9℃,最冷月1月均溫0.5℃,年均降水量758.57mm。圖3顯示,全年溫度曲線在下,降水曲線在上,7—9月降雨量均在100mm以上?？芍?秦嶺地區(qū)水熱組合條件較好,氣候濕潤,利于植物生長。

2.2 52年來物候變化特征

圖4為1964—2015年物候始期與末期的變化趨勢。由圖4和表2可知,52年間,7種木本植物的物候始期與末期變化趨勢均一致,物候始期提前,平均提前1.2d/10a(P<0.05)；物候末期推遲,平均推遲3.5d/10a(P<0.01)。即物候生長期延長,物候末期的推遲趨勢較始期的提前趨勢表現(xiàn)得更為顯著,變化速率更快。

圖4 1964—2015年物候始期與末期變化Fig.4 The change in the start and end of plant phenophases during 1964—2015

7個樹種物候始期發(fā)生于第67—122天(3—4月),物候末期發(fā)生于第281—346天(10—12月上旬)。物候始期,構(gòu)樹的變化速率最大2.3d/10a(P<0.01),紫荊和山桃的變化顯著,其他樹種的變化均不顯著；物候末期,垂柳的變化速率最大4.9d/10a (P<0.01),除刺槐變化不顯著及山桃(P<0.05)外,其他樹種均呈極顯著變化。

2.3 物候突變前后變化特征

2.3.1 物候突變的判定

圖5為1964—2015年7個樹種物候始期均值與末期均值的二項(xiàng)式擬合曲線與斜率線變化趨勢。顯示,各樹種物候始期與末期的變化曲線均呈朝向相反的二次拋物線形式。表明,物候始期的提前與末期的推遲效應(yīng),存在一個轉(zhuǎn)折點(diǎn)。

*P<0.05；**P<0.01

圖5 1964—2015年物候始期與末期變化與曲線斜率Fig.5 The change in the start and end of plant phenophases and curve slope during 1964—2015

由圖5可知,物候始期的突變年份發(fā)生于1985年,末期的突變年份發(fā)生于1984年。這與以往研究氣溫突變[41-44]結(jié)論“通過階段性分析和滑動平均方法得到全國年均溫變化的轉(zhuǎn)折時間1984年”較為一致。通過對每一個樹種物候期的二項(xiàng)式曲線進(jìn)行一階求導(dǎo)發(fā)現(xiàn),各樹種的突變年份各不相同,除垂柳的突變發(fā)生于20世紀(jì)70年代末外,其他樹種均發(fā)生于20世紀(jì)80年代。

2.3.2 物候突變前變化特征

圖6為突變前物候始末期的變化趨勢。由圖6和表3可知,22年間,物候始期,7個樹種中垂柳、山桃、構(gòu)樹、刺槐呈不明顯的下降趨勢,其他樹種呈不明顯的上升趨勢,即突變前物候始期變化不顯著；物候末期,除垂柳外,其他樹種均呈不同程度的提前趨勢,山桃和刺槐達(dá)到了極顯著,桑樹達(dá)到了顯著,即突變前物候末期呈顯著的提前趨勢,提前速率4.6d/10a (P<0.01)。

圖6 1964—1985年物候始期與末期變化Fig.6 The change in the start and end of plant phenophases during 1964—1985

樹種Treespecies物候始期趨勢TrendinthestartofphenophaseR2及顯著性R2&sig.物候末期趨勢TrendintheendofphenophaseR2及顯著性R2&sig.刺槐Robiniapseudoacaciay=-0.0332x+170.050.0018y=-0.4260x+1152.70.4765**桑樹Morusalbay=0.0182x+66.9770.0004y=-0.7252x+1746.80.2450*構(gòu)樹Broussonetiapapyriferay=-0.1749x+452.610.0834y=-0.3804x+1059.00.1488毛白楊Populustomentosay=0.2830x-458.590.1519y=-0.2166x+729.380.0673紫荊Cercischinensisy=0.0457x+10.0750.0028y=-0.2645x+826.150.0614山桃Prunusdavidianay=-0.0743x+235.190.0102y=-1.2748x+2836.70.4617**垂柳Salixbabylonicay=-0.0923x+264.010.0095y=0.083x+154.870.0068

*P<0.05；**P<0.01

考慮到早期數(shù)據(jù)資料的不連續(xù)性及歷史原因,剔除1973之前的數(shù)據(jù),1973—1985年,7個樹種物候始期均值呈推遲趨勢,推遲速率3.0d/10a；末期均值呈提前趨勢,提前速率1.9d/10a,生長期縮短,與1964—1985年間生長期的變化相比,此結(jié)論相對更為合理。

2.3.3 物候突變后變化特征

圖7為突變后物候始末期的變化趨勢。由圖7和表4可知,物候始期,7個樹種均呈極顯著的提前趨勢,平均提前4.3d/10a(P<0.01)；物候末期均呈極顯著的推遲趨勢,平均推遲8.4d/10a (P<0.01)。即突變后的31年間,物候生長期延長,末期由突變前的提前趨勢轉(zhuǎn)變?yōu)闃O顯著的推遲趨勢,且變化速率和顯著性均高于始期。

物候始期,展葉最晚的構(gòu)樹與最早的垂柳在1985年相差26d,到2015年相差21d,二者展葉期31年間縮短了5d；物候末期,葉全變色最晚的垂柳與最早的紫荊在1985年相差26d,到2015年相差18d,二者葉全變色期31年間縮短了8d。表明,突變后,隨著氣候變暖,植物對氣候的感應(yīng)趨于一致,始期和末期變化均表現(xiàn)出“趨同效應(yīng)”。

圖7 1985—2015年物候始期與末期變化Fig.7 The change in the start and end of plant phenophases during 1985—2015

樹種Treespecies物候始期趨勢TrendinthestartofphenophaseR2及顯著性R2&sig.物候末期趨勢TrendintheendofphenophaseR2及顯著性R2&sig.刺槐Robiniapseudoacaciay=-0.3597x+823.530.2865**y=0.7027x-1094.20.4021**桑樹Morusalbay=-0.4161x+936.970.3100**y=1.1499x-1981.30.5606**構(gòu)樹Broussonetiapapyriferay=-0.5517x+1207.90.4111**y=0.9170x-1518.20.5915**毛白楊Populustomentosay=-0.3518x+804.900.2530**y=0.5300x-748.860.3487**紫荊Cercischinensisy=-0.3723x+843.370.2292**y=0.9238x-1539.40.6596**山桃Prunusdavidianay=-0.4886x+1064.60.2635**y=1.0316x-1748.70.5732**垂柳Salixbabylonicay=-0.3788x+838.90.2355**y=0.6475x-964.540.4760**

*P<0.05；**P<0.01.

圖8直觀地表示了突變后7個樹種物候始期與末期每5年均值的年代際變化。顯示,物候始期的年代際變化整體呈明顯的提前趨勢,末期呈明顯的推遲趨勢。而且,物候始期展葉相對較早的樹種自2001—2005年始提前速率減緩,一方面,這與植物自身對氣候變化有了一定的適應(yīng)性,能夠通過自身的調(diào)控機(jī)制,采取相應(yīng)生活史的改變來適應(yīng)環(huán)境變化有關(guān)；另一方面,據(jù)資料[11,45-46]顯示,全球及我國的氣溫自1998年以來出現(xiàn)變暖趨緩現(xiàn)象,表明植物物候變化隨著氣候變化而變化,且存在一定的滯后性。

圖8 突變后物候始期與末期年代際變化Fig.8 The interdecadal variation in the start and end of plant phenophases after the abrupt change

2.4 物候變化差異性

2.4.1 樹種差異性

圖9為15個樹種物候突變后的變化趨勢。由圖9和表5及表4可知,無論是喬木、灌木還是藤本植物,均表現(xiàn)為物候始期提前,平均提前3.9d/10a；物候末期推遲,平均推遲7.5d/10a；生長期延長。

圖9 1985—2015年15種植物物候始期與末期變化Fig.9 The change in the start and end of plant phenophases about 15 tree species during 1985—2015

11個喬木樹種中,物候始期平均提前3.8d/10a,物候末期平均推遲6.8d/10a,生長期延長。其中,物候始期,構(gòu)樹的變化速率最大5.5d/10a(P<0.01),物候末期,楝樹的速率最大17.2d/10a(P<0.01)；3個灌木樹種中,物候始期平均提前4.8d/10a；物候末期平均推遲8.9d/10a,生長期延長。其中,物候始期,毛黃櫨的變化速率最大6.7(P<0.01),物候末期,桑樹的速率最大11.5(P<0.01)；以及藤本植物葡萄的物候始期提前2.9d/10a,末期推遲11.5d/10a,生長期延長。

由以上分析可知,3大類型樹種表現(xiàn)各異,物候始期的提前速率呈藤本、喬木、灌木依次增大,而末期的推遲速率則是藤本、灌木、喬木依次減小,即不同樹種對氣候變化的敏感性存在類型和種群的差異。

表5 1985—2015年8樹種植物物候始末期變化趨勢

*P<0.05；**P<0.01

2.4.2 空間差異性

秦嶺南北氣溫差異明顯,植物物候?qū)夂蜃兓捻憫?yīng)是否存在著南北差異？本文選擇了觀測資料完整、時間序列較長的核桃(1982—2015年)和垂柳(1982—2008年) 2個樹種,進(jìn)行秦嶺南北坡物候變化比較。

圖10為秦嶺南北坡2個樹種物候始末期的變化趨勢。顯示,物候始期,北坡核桃提前了3.1d/10a(P<0.05),南坡則提前1.6d/10a,北坡垂柳提前了3.9d/10a(P<0.05),南坡則提前2.0d/10a；物候末期,北坡核桃推遲了4.7d/10a(P<0.01),南坡則推遲6.9d/10a(P<0.01),北坡垂柳推遲了3.2d/10a,南坡則推遲10.0d/10a。 可知,無論是核桃還是垂柳,均表現(xiàn)為始期提前,末期推遲,生長期延長,即不同樹種在南北坡的變化趨勢是一致的,但北坡始期的提前速率均高于南坡,而南坡末期的推遲速率均高于北坡。

圖10 秦嶺南北坡物候始期與末期變化比較Fig.10 The Comparison of the start and end of plant phenophases in South & North Slopes of the Qinling Mountains

3 結(jié)論與討論

(1) 52年來,7種木本植物物候始期均呈提前趨勢,提前速率1.2d/10a,物候末期均呈推遲趨勢,推遲速率3.5d/10a,生長期均呈延長趨勢。據(jù)資料[9,37]顯示,秦嶺近50多年氣溫呈增加趨勢,春季與秋季的干暖化趨勢明顯,春季增溫率0.31℃/10a,秋季為0.2℃/10a。表明,溫度的升高是導(dǎo)致秦嶺地區(qū)物候始期提前,末期推遲,這可能是物候生長期延長的重要原因。從以上分析發(fā)現(xiàn),秋季的增溫速率低于春季,而物候末期的變化率卻顯著高于始期,這一結(jié)論在我國學(xué)者對不同區(qū)域物候研究中也得到證實(shí),北京木本植物40多年春季物候提前了2.7d/10a[47],秋季物候推遲了4.9d/10a[48]；西安2003—2011年與1963—1996年相比,展葉始期提前了5.54d,葉開始變色期推遲了10.59d[49]；貴陽1978—2007 年展葉始期平均提前5.2d/10a,葉完全變色期推遲了6.3d/10a[50]。由此可知,物候始期與末期對溫度變化的響應(yīng)具有不一致性。

(2) 秦嶺植物物候突變發(fā)生于1980s,始期于1985年,末期于1984年,突變后,物候特征發(fā)生了顯著變化。始期的提前速率較突變前顯著加快,提前速率4.3d/10a,末期由突變前的提前趨勢轉(zhuǎn)變?yōu)闃O顯著的推遲趨勢,推遲速率8.4d/10a；始期與末期的變化均表現(xiàn)出“趨同效應(yīng)”；物候年代際變化顯示,始期自2001—2005年起提前速率減緩,植物對氣候變化的響應(yīng)表現(xiàn)出適應(yīng)性及滯后性。據(jù)資料[9,37]顯示,秦嶺氣溫突變發(fā)生于1984年,突變前,秦嶺年均溫的升溫率為0.09℃/10a；而突變后達(dá)0.58℃/10a,尤以春季增溫最為顯著,達(dá)1.09℃/10a,而秋季則為0.40℃/10a。可見,氣溫是影響物候始末期變化的主導(dǎo)因素。

(3) 秦嶺植物物候變化存在樹種差異。無論是喬木、灌木還是藤本植物,均表現(xiàn)為始期提前,末期推遲,生長期延長；但3大類型的樹種表現(xiàn)各異,物候始期的提前速率呈藤本、喬木、灌木依次增大,而末期的推遲速率則呈藤本、灌木、喬木依次減小。這可能與樹種自身的生理特性對氣候變化反應(yīng)的敏感性不同有關(guān)。秦嶺山系龐大,地形復(fù)雜,區(qū)域氣候差異大,物種多樣性豐富,如何系統(tǒng)、快速、及時地研究反映氣候變化對植被生態(tài)系統(tǒng)的影響,單以地面觀測數(shù)據(jù)難以實(shí)現(xiàn)區(qū)域尺度上植物物候變化的動態(tài)監(jiān)測,因此進(jìn)一步結(jié)合高精度的遙感監(jiān)測數(shù)據(jù)來獲取相應(yīng)的物候表征參數(shù),對秦嶺山地物候的綜合研究就具有重要意義。

(4) 秦嶺物候變化存在南北差異。不同樹種在南北坡的變化趨勢具有一致性,無論是核桃還是垂柳均表現(xiàn)為始期提前,末期推遲,生長期延長；但北坡始期的提前速率均高于南坡,而南坡末期的推遲速率均高于北坡。這可能與區(qū)域溫度變化的差異性有關(guān),據(jù)資料顯示, 我國增溫趨勢總體上呈北高南低的分布特征,北方升溫幅度較南方大、變化速度快[51]；秦嶺50多年來春季北坡升溫率0.38℃/10a,南坡為0.24℃/10a,而秋季北坡的升溫率0.24℃/10a,南坡為0.16℃/10a[9,37]。由此可知,南北坡在物候始期的提前速率與溫度變化速率相對一致。而在物候末期的推遲速率則不一致。這主要源于南北氣候的差異性,可能與物候末期北坡受溫帶季風(fēng)的影響,而南坡則是受亞熱帶季風(fēng)氣候的影響有關(guān),秋季物候變化的復(fù)雜性和受多因素的綜合影響[50],這一問題有待深入研究。

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VariationinplantphenologyintheQinlingMountainsfrom1964—2015inthecontextofclimatechange

DENG Chenhui1,BAI Hongying1,*,ZHAI Danping1,GAO Shan2,HUANG Xiaoyue1,MENG Qing1,HE Yingna1

1CollegeofUrbanandEnvironmentalScience,NorthwestUniversity,Xi′an710127,China2Xi′anMeteorologicalBureau,Xi′an710016,China

In the context of global climate change, plant phenology has become the subject of intensive research. Mountains are considered indicators of global climate change. The Qinling mountain region, known as a unique geographical unit in China because of its ecological sensitivity and vulnerability, underwent a significant temperature increase in the last 50 years. Based on phenological data collected from 1964—2015, 17 plant species, including trees, shrubs, and vines, were selected as the subjects of the present study. This paper analyzes and discusses changing conditions and changes in plant phenology in the context of global climate change in the Qinling Mountains. Our analyses generated four primary results. First, over the past 52 years, the beginning of the plant phenophase has advanced at a rate of 1.2 days decade-1, and the end of the plant phenophase has delayed at a rate of 3.5 days decade-1, causing a significant prolongation of the growth period. The primary reason for this prolongation is the rising temperature in the region. There was a inconsistency on the response at the beginning and the end of the phenophase to temperature. Second, the abrupt change of phenophase occurred in the 1980s in Qinling area, the start of phenophase occurred in 1985 andthe end of phenophase did in 1984. After the abrupt change occurs, plant phenological characteristics changed significantly, compared with abrupt change before, showing that the advanced rate in the start of phenophase was faster, and the trend in the end of the phenophase turned into a very significant delay; the rate of change and the significance at the end of the plant phenophase were higher than that at the beginning of the period. These changes in the beginning and end points of plant phenophases manifest as a "convergence effect". Interdecadal variations in phenology indicate that the rate of advance in the beginning of plant phenophases slowed from 2001 to 2005, and that the response of plants to climate change showed qualities of adaptability and hysteresis. These results indicate that the dominant factor leading to changes in the beginning and end points of the plant phenophase was temperature, and that the response of plant phenology to changes in temperature is particularly sensitive, further demonstrating that there is a correlation between plant phenophase and climate change. Third, changes in phenophase varied by species. The advancement of the beginning of the phenophase promoted the prevalence of shrubs, trees, and vines, in this order, at the beginning of the phenophase, whereas the delay in the ending of the phenophase decreased the abundance of trees, shrubs, and vines, in this order, at the end. These differences in abundance are related to differences in physiological characteristics between the different species in response to climate change. Finally, plant responses to climate change in the Qinling Mountains differed along a north-south axis. The rate of advance in the beginning of the phenophase was higher in the northern slope than in the southern slope, whereas the rate of delay in ending of the phenophase was more severe in the southern slope than in the northern slope.

plant phenology; variation in characteristics; abrupt change in phenophase; difference; the Qinling region

國家林業(yè)公益性行業(yè)科研專項(xiàng)(201304309)

2017- 02- 20; < class="emphasis_bold">網(wǎng)絡(luò)出版日期

日期:2017- 08- 18

*通訊作者Corresponding author.E-mail: hongyingbai@163.com

10.5846/stxb201702200277

鄧晨暉,白紅英,翟丹平,高山,黃曉月,孟清,賀映娜.氣候變化背景下1964—2015年秦嶺植物物候變化.生態(tài)學(xué)報(bào),2017,37(23):7882- 7893.

Deng C H,Bai H Y,Zhai D P,Gao S,Huang X Y,Meng Q,He Y N.Variation in plant phenology in the Qinling Mountains from 1964—2015 in the context of climate change.Acta Ecologica Sinica,2017,37(23):7882- 7893.