次旺，杜軍，晉美朗杰，王挺，扎西旺拉

（1西藏自治區(qū)氣候中心，拉薩 850001；2西藏高原大氣環(huán)境科學(xué)研究所/西藏高原大氣環(huán)境研究開放實驗室，拉薩 850001；3中國氣象局墨脫大氣水分循環(huán)綜合觀測野外科學(xué)試驗基地，西藏墨脫 860700；4拉薩市氣象局，拉薩 850001）

0 引言

植物物候被視為全球氣候變化的“診斷指紋”[1]，是目前生態(tài)學(xué)和氣象學(xué)研究的熱點之一。在全球氣候變化背景下，植物物候產(chǎn)生了明顯的變化。關(guān)于氣候變化對草地生態(tài)系統(tǒng)尤其是草本植物物候和生長發(fā)育的影響，國內(nèi)學(xué)者已做了大量的研究。郭文慧等[2]分析認為，2000—2015年山東省蒲公英和車前草春季萌動與展葉總體表現(xiàn)為推遲的趨勢，且半島沿海站點表現(xiàn)更明顯。王貝貝等[3]研究指出，山西呂梁地區(qū)大部分植被生長季開始日期提前，植被生長季結(jié)束日期推遲。王冬妮等[4]認為1980—2005年吉林省西部地區(qū)展葉期推遲，黃枯期提前，生長季縮短；中部地區(qū)基本無變化；東部地區(qū)展葉期提前，黃枯期推遲，生長季延長。Chen等[5]分析發(fā)現(xiàn)，1981—2011年青藏高原16個物種中有3 個物種返青期呈顯著提前趨勢，13 個物種返青期呈顯著推遲趨勢。郭連云等[6]分析表明，三江源高寒草地西北針茅返青期、抽穗期、成熟期和黃枯期均呈提前趨勢，牧草開花期呈延遲趨勢，生長期呈顯著縮短趨勢。韓炳宏等[7]研究表明，青藏高原的物候初始期變化總體表現(xiàn)為返青期和初花期提前、枯黃期推遲的趨勢，果實期則保持相對穩(wěn)定。劉鑫等[8]探討了高寒地區(qū)不同年際間草地植被物候期生長指標的變化特征及其與氣象因子的關(guān)系。孔冬冬等[9]利用最高溫度、最低溫度、平均溫度、降水量、太陽輻射等數(shù)據(jù)，運用偏最小二乘法回歸研究了青藏高原物候變化的氣候成因，溫度對物候的影響占主導(dǎo)地位。Yao 等[10]研究指出，西風(fēng)與印度季風(fēng)2 個環(huán)流是控制青藏高原氣候與環(huán)境變化的決定性因素。西風(fēng)模態(tài)的植被返青期提前，印度季風(fēng)模態(tài)的植被返青期推后。

青藏高原植被物候地面觀測始于1980年初期，西藏物候地面觀測則更晚些，2001年才開始。目前針對西藏作物[11-14]、蘋果[15]物候變化已有研究，而西藏車前物候方面的研究鮮見報道。本研究選取西藏中西部的日喀則農(nóng)業(yè)氣象觀測站車前物候觀測數(shù)據(jù)和同期氣溫、降水、日照等氣象資料，分析2002—2021年車前物候期及生長季長度的變化特征，探討物候變化與氣象條件的關(guān)系，以期為氣候變化背景下青藏高原植被物候變化的機理研究提供支撐。

1 資料和方法

1.1 研究區(qū)概況

西藏日喀則農(nóng)業(yè)氣象試驗站位于日喀則市桑珠孜區(qū)，地處西藏中西部、雅魯藏布江與年楚河匯流處的沖積平原。該區(qū)屬高原溫帶季風(fēng)半干旱氣候，日照時間長，太陽輻射強烈。夏季雨水集中，冬季降雪稀少、晴天多。年日照時數(shù)3176.3 h，年太陽總輻射6836.6 MJ/m2；年平均氣溫6.8℃，氣溫年較差17.7℃；年極端最高氣溫29.0℃，年極端最低氣溫-25.1℃；≥0℃積溫2698.4℃·d；年降水量429.9 mm，日最大降水量53.5 mm，年蒸發(fā)量2102.1 mm，年平均相對濕度44%[16]。車前觀測地段在日喀則氣象觀測站大院（29°09′00″N，88°31′48″E，海拔3836.2 m），土壤為砂壤土。

1.2 數(shù)據(jù)來源

物候資料、氣象要素數(shù)據(jù)來源于西藏自治區(qū)氣象信息網(wǎng)絡(luò)中心。選取西藏日喀則農(nóng)業(yè)氣象觀測站2002—2021年車前的萌動期(germination date，GD)、展葉始期(first leaf expansion date，F(xiàn)LD)、開花盛期(common flowering date，CFD)、種子全熟期(seed full maturity date，SMD) 和黃枯普期(common leaf withering date，CWD)資料進行分析。

氣象要素選取2002—2021 年日喀則逐月平均氣溫(Tm)、最高氣溫(Tmax)、最低氣溫(Tmin)、相對濕度(RH)、降水量(Pr)和日照時數(shù)(S)等。

1.3 研究方法

1.3.1 物候觀測車前物候的觀測標準和方法均參照《農(nóng)業(yè)氣象觀測規(guī)范》[17]。

1.3.2 物候資料處理把展葉始期和黃枯普期分別作為車前生長季開始與結(jié)束的標志，展葉始期到黃枯普期的持續(xù)天數(shù)作為生長季長度(length of growth season，LOS)。

1.3.3 傾向率及顯著性檢驗車前物候期和氣象要素的傾向率采用線性回歸方程分析[18]，如式(1)。

式中，Y為物候期和氣象要素，t為時間（本研究為2002—2021 年），a0為常數(shù)項，a1為線性趨勢項，a1、a1×10 分別表示物候期和氣象要素每年和每10 年的變化趨勢。采用F檢驗法對擬合的線性變化趨勢進行顯著性檢驗(P＜0.10、P＜0.05、P＜0.01、P＜0.001)。

1.3.4 Pearson相關(guān)分析采用Pearson相關(guān)系數(shù)分析各氣象要素與物候期及生長期長度的相關(guān)性，采用t 檢驗進行顯著性檢驗。

1.3.5 偏最小二乘法(PLS)回歸PLS 方法兼具主成分分析和多元回歸分析的優(yōu)點，克服了眾多自變量間多元共線性問題，近年來在植被變化歸因中多有應(yīng)用[19]。本研究基于相關(guān)性分析結(jié)果，以車前的萌動期、展葉始期、開花盛期、種子全熟期和黃枯普期為因變量，構(gòu)建基于多個氣象要素的PLS模型。

此外，文中數(shù)據(jù)處理、分析和制圖均采用Excel 2007 軟件完成，并利用DPS 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)[20]提供的PLS 方法進行計算，分析影響日喀則車前物候期變化的主導(dǎo)氣象因子。

2 結(jié)果與分析

2.1 車前物候期、生長期長度平均態(tài)特征

如表1 所示，2002—2021 年日喀則車前一般在2月上旬—3 月下旬開始萌動，平均萌動期(GD)為3 月10日，最早與最晚相差54 d；最早展葉始期(FLD)出現(xiàn)在2月下旬，最晚推遲到4月初，平均日期為3月17日；開花盛期(CFD)最早出現(xiàn)在5月初，最晚延遲至6月中旬，平均日期為5 月24 日，最早與最晚相差42 d；種子全熟期(SMD)年際間波動大，出現(xiàn)在9 月上旬—11 月上旬，最早、最晚時間相差65 d，平均日期為10 月13日；平均黃枯普期(CWD)為11 月15 日，最早和最遲相差37 d。車前平均生長季長度(LOS)為243 d，最長可達254 d，最短也有228 d，兩者相差26 d。

2.2 車前物候期和生長季長度的變化趨勢

從2002—2021 年日喀則車前各物候期和生長季長度的變化趨勢（表1）來看，車前各物候期均表現(xiàn)為顯著的推遲趨勢，平均每10 年推遲8.96～38.63 d(P＜0.05)，以SMD 推遲的最為明顯（圖1a，P＜0.001），其次是GD，為12.48 d/10 a(P＜0.001)，CFD推遲幅度最小。

圖1 2002—2021年日喀則車前種子全熟期和生長季長度的變化

從車前LOS變化趨勢來看（圖1b），年際間變化較大，2002—2021 年日喀則車前LOS線性趨勢傾向于延長，平均每10年延長1.03 d(P＞0.10)。其中，2002—2010年LOS呈顯著延長趨勢，為2.38 d/a(P＜0.05)；2011—2021年LOS趨于縮短，平均每年縮短1.33 d(P＜0.05)。

2.3 物候期與氣象因子的關(guān)系

首先采用Pearson 相關(guān)系數(shù)分析前期逐月氣象因子與日喀則車前各物候期的相關(guān)性，從通過顯著性檢驗(P＜0.05)的氣象因子中，利用PLS 回歸方法得到標準回歸系數(shù)，選取其絕對值最大者作為影響物候期的主導(dǎo)氣象因子（表2）。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：（1）日喀則車前GD不僅與當年1月Tm和Tmin存在顯著的負相關(guān)關(guān)系，還與上年10 月和當年2月的RH呈顯著負相關(guān)。經(jīng)PLS 計算，確定當年1 月Tmin是影響日喀則車前GD 變化的主導(dǎo)因子。如圖2a所示，如果1月Tmin每升高（降低）1℃，車前GD將提前（推遲）4.79 d。（2）上年10月Tmax和RH、11 月Tmax與車前FLD 存在顯著的正相關(guān)，當年1 月Tm和Tmin也與FLD有著顯著的負相關(guān)；而影響FLD變化的主導(dǎo)因子同樣是當年1月Tmin，若1月Tmin每升高（降低）1℃，車前FLD將提前（推遲）3.41 d（圖2b）。（3）日喀則車前CFD只與當年3月S存在顯著負相關(guān)（圖2c），如果3月S每增加（減少）10 h，CFD將提早（推遲）4.44 d。（4）影響車前SMD、CWD變化的氣象因子相同，不僅與當年8月RH呈顯著的負相關(guān)，還與當年11月Tmax、Pr、RH和S存在顯著的關(guān)系，經(jīng)計算發(fā)現(xiàn)，影響車前SMD、CWD的主導(dǎo)因子分別是當年11月RH和Tmax，其中前者為負效應(yīng)，若當年11 月RH每增加1%，車前SMD 將提早（推遲）2.58 d（圖2d）；若11 月Tmax每升高（降低）1℃，車前CWD將推遲（提早）4.37 d（圖2e）。

圖2 2002—2021年日喀則車前物候期與主導(dǎo)氣象因子的點聚圖

表2 影響日喀則車前物候期的主要氣象因子

2.4 主導(dǎo)氣象因子的變化趨勢

從2002—2021 年影響日喀則車前物候主導(dǎo)氣象因子的變化趨勢來看，1 月Tmin呈降低趨勢（圖3a），降幅為0.48℃/10 a(P＞0.10)。3 月S和11 月RH均表現(xiàn)為減少趨勢，減幅分別為2.76 h/10 a（圖3b，P＞0.10）和8.44%/10 a（圖3c，P＜0.001）。而11 月Tmax趨于顯著升高趨勢（圖3d），平均每10 年升高1.08℃(P＜0.05)。綜上所述，2002—2021年西藏中西部1月Tmin降低、3月S和11月RH減少，以及11月Tmax顯著升高，是車前各物候推遲的主要原因。

圖3 2002—2021年影響日喀則車前物候期主導(dǎo)氣象因子的變化

3 結(jié)論與討論

（1）2002—2021 年西藏中西部車前物候期年際間波動大，最早與最晚相差37～65 d，以種子全熟期(SMD)最為明顯。平均萌動期(GD)、展葉始期(FLD)和黃枯普期(CWD)分別為3月10日、3月17日和11月15日，平均生長季長度(LOS)為243 d。與青海地區(qū)數(shù)據(jù)[21]比較，西藏中西部車前GD 偏早15～31 d，CWD 偏晚16～51 d，LOS偏長28～93 d。

（2）2002—2021 年西藏中西部車前春季和秋季物候期均表現(xiàn)為顯著的推遲趨勢，平均每10 年推遲8.96～38.63 d，以SMD 推遲的最為明顯。LOS呈弱的延長趨勢，平均每10 年延長1.03 d。而青海車前春季物候期提早、秋季物候期推遲[21]。車前草GD、FLD 在山東大部分站點表現(xiàn)為推遲[2]，這與本研究結(jié)論一致。

（3）2002—2021年西藏中西部1月Tmin降低、3月S和11月RH減少，以及11月Tmax顯著升高，是車前各物候推遲的主要原因。若1 月Tmin降低1℃，車前GD 和FLD將分別推遲4.79 d和3.41 d；3月S減少10 h，CFD將推遲4.44 d；11 月RH減少1%，SMD 將推遲2.58 d；同樣，若11月Tmax升高1℃，車前CWD將推遲4.37 d。