陳星宇 王冰 董宛麟 王曉晨

摘要：研究植物花期物候變化對(duì)園林管理、農(nóng)業(yè)措施管理、花期預(yù)報(bào)具有重要意義?；?994—2015年山東省煙臺(tái)市福山區(qū)蘋果物候期觀測(cè)數(shù)據(jù)，定量分析蘋果花期物候（始花期、末花期、花期長(zhǎng)度）年際變化特征，并基于年尺度、月尺度和候尺度花前氣候要素對(duì)蘋果花期物候的影響。結(jié)果表明，蘋果始花期、末花期沒有顯著的年際變化。蘋果始花期有50%概率集中在4月16—20日?；ㄆ陂L(zhǎng)度平均為（9±2.6） d，年際間呈顯著的延長(zhǎng)趨勢(shì)（P<0.05）。蘋果始花期與花前總降水量、總氣溫日較差呈顯著正相關(guān)、與負(fù)積溫呈顯著負(fù)相關(guān)。蘋果始花期與1、2、3、1—3月的平均溫度、平均最低溫度、平均最高溫度呈顯著負(fù)相關(guān)性。蘋果始花期與距花前4候逐候的總氣溫日較差呈顯著相關(guān)性，與距花前1—4候總降水量呈顯著正相關(guān)?；ㄆ陂L(zhǎng)度與花期總氣溫日較差和降水量呈顯著正相關(guān)。

關(guān)鍵詞：物候期;花期長(zhǎng)度;降水量;總氣溫日較差;氣候影響因子;蘋果

中圖分類號(hào)： S162.5+5 ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A ?文章編號(hào)：1002-1302（2020）24-0135-05

植被物候是氣候與自然環(huán)境變化綜合指示器，國際上許多環(huán)境影響評(píng)價(jià)項(xiàng)目廣泛采用物候期指標(biāo)，同時(shí)在很大程度上受局部氣候因素的制約。植物的始花期、盛花期、末花期和花期長(zhǎng)度的年際變化及其氣候因素的影響是花期物候研究的主要內(nèi)容[1]。

氣候變化背景下植物物候的研究越來越受到重視，以變暖為主要特征的氣候變化對(duì)植被生長(zhǎng)發(fā)育產(chǎn)生了重大影響[2-3]。華北地區(qū)是我國氣溫上升較為明顯的地區(qū)[4]，對(duì)植被物候產(chǎn)生了重要影響[5-6]。華北地區(qū)的物候春季有明顯提早來臨的趨勢(shì)，主要是由于近40 年來冬春季氣溫的明顯上升[7]。由于溫度的升高，在過去40年中有385種植物始花期提前了4.5 d[8]。在加拿大，19種植物中有18種植物的始花期在2001—2012年提前了[9]。在美國東北部地區(qū)的72個(gè)站點(diǎn)中，有89%的站點(diǎn)丁香始花期在1965—2001年呈提前趨勢(shì)[10]。雖然大量研究揭示了全球各地植物始花期的變化趨勢(shì)與氣候因子之間的關(guān)系，但基于月和候尺度氣候要素對(duì)植物開花期變化的影響研究較少。

花期長(zhǎng)度變化影響植物的繁殖和進(jìn)化，進(jìn)而影響植物生物量或產(chǎn)量。陶澤興等研究指出，在中國華北、西南和華南地區(qū)，大多數(shù)物種的花期長(zhǎng)度呈延長(zhǎng)趨勢(shì)[11]。Cˇrepinek等發(fā)現(xiàn)，在斯洛文尼亞東北部地區(qū)，1994—2007年期間大多數(shù)品種的榛樹花期長(zhǎng)度比氣候相對(duì)較冷的1969—1979年期間更短[12]。當(dāng)前雖然關(guān)于植物花期長(zhǎng)度變化趨勢(shì)的研究有一定積累，但關(guān)于影響植物花期長(zhǎng)度的氣候因素變化的研究較少。

蘋果是我國傳統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)經(jīng)濟(jì)作物，山東是我國蘋果的主產(chǎn)區(qū)之一。在全球氣候變暖和生產(chǎn)技術(shù)發(fā)生變化的情況下，研究分析氣候變化對(duì)蘋果花期物候的影響，有助于尋找應(yīng)對(duì)氣候變化提高蘋果產(chǎn)量的辦法。因此，基于1994—2015年山東省煙臺(tái)市福山區(qū)蘋果物候期觀測(cè)數(shù)據(jù)，定量分析蘋果花期物候的年際變化特征，并基于年尺度、月尺度和候尺度氣候要素變化對(duì)蘋果花期物候（始花期、末花期、花期長(zhǎng)度）的影響，探討影響其變化的主要?dú)庀笠蜃印?/p>

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

山東省煙臺(tái)市福山區(qū)（121.25°E、37.50°N）屬于暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候，四季變化和季風(fēng)進(jìn)退都較明顯，與同緯度內(nèi)陸地區(qū)相比，雨量適宜，年溫適中，光照充足。全區(qū)年平均氣溫12.7 ℃，年平均降水量為605 mm，年平均日照時(shí)數(shù)2 610 h，年平均相對(duì)濕度64%，年平均風(fēng)速3～4 m/s，全區(qū)平均無霜期222 d。

蘋果開花期物候數(shù)據(jù)來自山東省煙臺(tái)市福山區(qū)農(nóng)業(yè)氣象觀測(cè)站1994—2015年蘋果物候期觀測(cè)數(shù)據(jù)，蘋果品種為紅富士，為煙臺(tái)市當(dāng)前主要蘋果品種之一。福山區(qū)1994—2015年逐日氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)來自山東省煙臺(tái)市福山區(qū)氣象局。

1.2 研究方法

1.2.1 花期物候觀測(cè) 根據(jù)《農(nóng)業(yè)氣象觀測(cè)規(guī)范》規(guī)定，開花期物候觀測(cè)分為始花期、盛花期、末花期。

1.2.2 物候資料處理 采用儒略日（julian days）換算方法將物候觀測(cè)記錄中物候期出現(xiàn)的日期轉(zhuǎn)化為距當(dāng)年1月1日的時(shí)間，以天數(shù)計(jì)，建立其物候期的時(shí)間序列。

1.2.3 氣候資料處理 負(fù)積溫指日平均氣溫<0 ℃的日平均氣溫總和。正積溫指日平均氣溫≥0 ℃的日平均氣溫總和?；ㄇ皻夂蛞蜃又抵笍漠?dāng)年1月1日開始到蘋果始花期這段時(shí)間的相應(yīng)數(shù)值。

1.2.4 變異系數(shù) 指標(biāo)準(zhǔn)差與均值的比值，用來比較不同觀測(cè)序列離差程度，變異系數(shù)越大，說明要素變化越大、越不穩(wěn)定。計(jì)算公式如下：

1.3 數(shù)據(jù)分析方法

采用Excel 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)整理計(jì)算，并對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 蘋果開花期年際變化

由圖1-A可知，蘋果始花期平均日序?yàn)椋?12±1.5） d（4月22日），年際間沒有顯著的變化趨勢(shì)。最早始花期日序是93 d（2002年4月3日），最晚始花期日序是125 d（2010年5月5日）。由圖1-B可知，蘋果末花期平均日序?yàn)椋?21±1.5） d（5月1日），年際間沒有顯著性變化趨勢(shì)。最早末花期日序?yàn)?01 d（2002年4月11日），最晚末花期日序?yàn)?32 d（2010年5月12日）。

2.2 基于候尺度蘋果始花期出現(xiàn)概率變化

由圖2可知，從候尺度角度，蘋果始花期有50%的概率集中在第22候即4月16—20日，有23%的概率集中在第24候（4月26—30日），有18%的概率集中在第23候（4月21—25日），有5%的概率集中在第19候（4月1—5日）、25候（5月1—5日）。

2.3 氣候要素對(duì)蘋果開花期的影響

2.3.1 蘋果始花期與花前氣候要素的關(guān)系 蘋果花前總降水量為（58.70±32.4） mm（表1），降水量與蘋果始花期呈顯著正相關(guān)（P<0.05）?；ㄇ翱倸鉁厝蛰^差為1 007 ℃·d，與蘋果始花期呈極顯著正相關(guān)（P<0.01）?；ㄇ柏?fù)積溫為-104 ℃·d，與蘋果始花期呈顯著負(fù)相關(guān)（P<0.05）。花前平均溫度、平均最低溫度、平均最高溫度對(duì)蘋果始花期影響不大。

2.3.2 月尺度上蘋果始花期與氣候要素的關(guān)系 從月尺度分析（表1）可知，除去1月平均最高溫度外，蘋果始花期與1、2、3、1—3月的平均溫度、平均最低溫度、平均最高溫度呈顯著負(fù)相關(guān)（P<0.05）。溫度越高，有利于促進(jìn)蘋果開花。蘋果始花期與2、1—3月負(fù)積溫呈顯著負(fù)相關(guān)（P<0.05），與2、3、1—3月的正積溫呈顯著正相關(guān)（P<0.05）。蘋果始花期與1—3月逐月的降水量、總氣溫日較差沒有顯著的相關(guān)性。

2.3.3 候尺度上蘋果始花期與氣候要素的關(guān)系 從候尺度上分析（表2）可知，對(duì)蘋果始花期與前4候溫度和降水量相關(guān)性進(jìn)行分析。蘋果始花期與花前各候的總氣溫日較差呈顯著相關(guān)性，與距花前第4、第3、第1候的總氣溫日較差呈顯著相關(guān)性。蘋果始花期與距花前4候總降水量呈顯著正相關(guān)（P<0.05），與其他氣象要素沒有顯著相關(guān)性。

2.4 蘋果花期長(zhǎng)度與氣候要素的關(guān)系

蘋果花期長(zhǎng)度平均為（9±0.6） d，且年際間呈顯著的延長(zhǎng)趨勢(shì)（P<0.05）。最短花期長(zhǎng)度為5 d，最長(zhǎng)花期長(zhǎng)度為14 d。從2003年開始蘋果花期長(zhǎng)度開始增加，1994—2002年蘋果花期平均為（7±0.7） d左右，2003—2015年蘋果花期為（11±0.5） d 左右。

蘋果花期長(zhǎng)度與花期這段時(shí)間的總降水量、總?cè)蛰^差呈顯著正相關(guān)（圖3-B、圖3-C）?；ㄆ诳偨邓科骄鶠?2 mm，總?cè)蛰^差平均為112 ℃· d。

3 討論與結(jié)論

蘋果始花期和末花期均沒有顯著的年際變化趨勢(shì)，但花期長(zhǎng)度呈現(xiàn)顯著的延長(zhǎng)趨勢(shì)，這與陶澤興等的研究結(jié)果[11]一致。研究表明，在1963—2012年中國42個(gè)站點(diǎn)259條木本植物花期長(zhǎng)度序列中，有61.39%的花期長(zhǎng)度序列呈延長(zhǎng)趨勢(shì)。Ziello等的研究表明，在歐洲地區(qū)1971—2000年有29種植物的花期長(zhǎng)度總體上呈現(xiàn)延長(zhǎng)的趨勢(shì)[13]。但也有研究結(jié)果與之相反，Bock等的研究表明，英吉利海峽根西島的232種花期長(zhǎng)度顯著縮短，平均每10年縮短10 d[14]。Nagahama等基于多年生植物擬南芥主要開花時(shí)間基因的表達(dá)動(dòng)態(tài)分析，模擬預(yù)測(cè)氣候變暖條件下將縮短其花期時(shí)間[15]。花期長(zhǎng)度變化的差異一方面是由于植物所處的環(huán)境不同導(dǎo)致的，另一方面與植物自身的遺傳特性有關(guān)。不同植物對(duì)氣候類型的響應(yīng)不同，導(dǎo)致花期長(zhǎng)度變化趨勢(shì)不同。在海洋性氣候或地中海氣候條件下，植物可能會(huì)因氣候變暖加快花器官發(fā)育的進(jìn)程，從而使花期縮短[16]。而在其他氣候類型下，植物可能隨氣候變暖延長(zhǎng)其花期，通過不斷地適應(yīng)提高其生殖的成功率[17]。植物花期長(zhǎng)度受環(huán)境因素和遺傳因素的共同作用，植物通過自身的不斷調(diào)整來適應(yīng)不同的環(huán)境條件變化達(dá)到自身不斷繁殖。

氣候要素變化影響花期物候特征，尤其是在全球氣候暖干化背景下。本研究1—3月逐月溫度變化影響蘋果花期進(jìn)程。蘋果始花期隨1—3月溫度的增加，促進(jìn)其開花。在分析眾多氣候要素對(duì)蘋果開花期的影響中發(fā)現(xiàn)，氣溫日較差的變化顯著影響蘋果開花期物候，尤其是花前總氣溫日較差和基于候尺度的氣溫日較差的變化?？傮w上看，蘋果始花期與距花前1—4候的逐候總氣溫日較差呈顯著負(fù)相關(guān)性，但花前總氣溫日較差呈顯著負(fù)相關(guān)。鄭奕等對(duì)塔里木盆地主要林果物候期研究表明，林果春季物候期大部分與前1個(gè)月的月均日較差呈極顯著負(fù)相關(guān)（P<0.01）[18]。蘋果花期長(zhǎng)度隨花期總氣溫日較差增大而顯著延長(zhǎng)。白天溫度高影響植物的光合作用和蒸騰作用，夜間溫度低影響作物的呼吸作用和干物質(zhì)積累。一般情況下，氣溫日較差大有利于提高作物品質(zhì)，但相關(guān)生理生化過程還須進(jìn)一步研究。此外，蘋果花期物候受降水影響較顯著，降水增加有利于促進(jìn)蘋果開花，尤其是距開花前4候的總降水增加，顯著促進(jìn)蘋果始花期的出現(xiàn)。

蘋果始花期平均日期為4月22日，末花期平均日期為5月1日，年際間均沒有顯著的變化趨勢(shì)。蘋果始花期有50%概率集中在4月16—20日（第22候），分別有18%、23%的概率集中4月21—25日（第23候）、4月26—30日（第24候）。從年尺度分析，蘋果始花期與花前總降水量、總氣溫日較差呈顯著正相關(guān)、與負(fù)積溫呈顯著負(fù)相關(guān)。從月尺度分析，蘋果始花期與1、2、3、1—3月的平均溫度、平均最低溫度、平均最高溫度呈顯著負(fù)相關(guān)性。與1—3月負(fù)積溫呈顯著負(fù)相關(guān)、與正積溫呈顯著正相關(guān)。逐月的降水量、總氣溫日較差對(duì)蘋果始花期影響較小。從候尺度上分析可知，蘋果始花期與距花前第4候、第3候、第1候的總?cè)蛰^差呈顯著相關(guān)性，與距花前4候總降水量呈顯著正相關(guān)。蘋果花期長(zhǎng)度平均為（9±2.6） d，年際間呈顯著的延長(zhǎng)趨勢(shì)（P<0.05）。蘋果花期長(zhǎng)度與花期總降水量、總氣溫日較差呈顯著正相關(guān)。

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