近39年民勤荒漠区气温变化对乔木植物物候的影响

张大彪 张逸君 万翔

摘要利用甘肃民勤荒漠草地生态系统国家野外科学观测研究站1975—2013年气象资料，与当地乔木沙枣、二白杨、胡杨、小枣、家杏、桑树6种乔木物候观测资料，通过5年时间段统计物候发生日的偏离程度，统计春季物候年度展叶期、开花期变化趋势，分析物候变化对气温变化的响应关系。结果表明，近39年研究区春季平均气温以0.053 ℃/a的速度升高，荒漠植物的多种物候期出现同步性的提前；39年春季物候提前了7.6～12.1 d，即气温每提升1.0 ℃，可导致春季物候期提早2.1～5.8 d，秋季落叶期平均推迟3.8 d。

关键词木本植物；物候；气温变化；响应趋势；民勤荒漠区

中图分类号S716文献标识码

A文章编号0517-6611（2017）10-0193-04

Effect of Temperature Change on Ttree Phonology nearly 39 Years in Minqin Desert Area

ZHANG Dabiao1，2，Zhang Yijun1，2，WAN Xiang1

（1.Gansu Desert Control Research Institute，Lanzhou，Gansu 730070；2.Gansu Minqin National Field Obseruation & Research Station on Ecosystem of Desert Grassland，Minqin，Gansu 733300）

AbstractBased on the meteorological data of the Gansu Minqin National

Field Obseruation & Research Station on Ecosystem of Desert Grassland from 1975 to 2013 and the phenological data of six local tree as Elaeagnus angustifolia， Populous gansuensis， Populus euphratica， Ziziphus sativa，Prunus armeniaca，Morus alba，through the five years period of statistical basis for the occurrence of deviations，trends of leaf expansion period and flowering period in spring phenological year were counted，the response of phenological change to temperature change was analyzed.The results showed that the average temperature in spring of recent 39 years was rising as 0.053 ℃/a， a variety of phenological synchronization were synchronized in advance in different desert plant，the average advance of spring phenology was 7.6-12.1 days in the past 39 years，the temperature of each increase of 1.0 ℃， could lead to phenophase early 2.1-5.8 days in spring， the average postponement of 3.8 days in autumn deciduous.

Key wordsLigneous plants；Phenology；Temperature change； Tendency of responding；Minqin desert area

随全球气温升高的影响，甘肃河西走廊石羊河、黑河、疏勒河3条主要河流下游地区相继出现了民勤地区的罗布泊景观、酒泉西北部居延海干涸、敦煌与金塔地区的楼兰化趋向，表现出自然植被萎缩衰败，群落调节水热功能失衡，荒漠化沙质地表加速活化，引起当地扬沙与沙尘暴天气频发，危及到周边农牧生产安全与人居环境质量。有研究表明，我国气候变暖与地域环境变化有一致性关系[1-2]，气候变化与区域植物物候特征有相继对应关联[3-4]。

植物物候是可观测的一年中植物生长枯荣的生物节律，是所处自然环境，特别是气候变化影响下的物候期差异，也是植物对过去一段时期内积温增减的综合性反映[2]。近期各界学者研究得出，當前春季物候期有提前趋势，植物的生长季普遍延长[5-7]，并提供了全球气候变暖后植物生态系统变化的佐证依据[8-12]。笔者利用1975—2013年民勤西沙窝的物候观测记录与气象资料，参照气候变化研究方法[13]，运用植物物候变化响应规律，探讨内陆河下游的民勤西沙窝地区气温变化速率与植物展叶、开花、落叶等物候期，分析物候变化对气温变化的响应关系，为植物品种培育、有效开发与整合利用提供科学的理论支持。

1资料与方法

1.1研究区概况民勤西沙窝位于腾格里沙漠边缘、阿拉善高原西南外延部分，民勤荒漠草地生态国家野外观测研究站在此定点长期监测，近39年受监测的植物共108种，其中乔木23种，灌木及草本82种，包含新增观测对象或中途消亡的植物种。该区年平均气温7.7 ℃，年降水量115.6 mm，蒸发量2 643 mm，干燥度5.85，年平均风速2.4 m/s，年均≥17 m/s的大风日数27.4 d，属于典型的干旱荒漠气候。该地域在汉代以前曾有广阔的水域，汉代以来出现连片沙漠化景观，生态环境质量逐渐退化，荒漠化程度日趋严重[9，12]，目前呈现出连绵不断的沙丘与稀疏零散植被，地下水埋深下降至19～21 m，植物已难以直接提升利用，自然分布植被以雨养的沙旱生灌木、小灌木和逐水草本植物为主[14-16]，一般盖度在10%以下。

1.2资料来源所用资料选取1975—2013年民勤治沙综合试验站下设的气象基准气象站（102.59°E、38.34°N），以及中国科学研究院地理所物候观测网民勤物候站长期观测的物候资料。选择二白杨（Populus gansuensis）、沙枣（Elaeagnus angustifolia L.）、家杏（Prunus armeniaca L.）、桑树（Morus alba L.）、胡杨（Populus euphratica Oliv.）、小枣（Ziziphus sativa Gaertn）6种乔木，平均树龄25年以上；这6种乔木均有可高度观测的生命物候特征，代表地缘乡土特色、成功引进及主要用材、防护林种的特点。

1.3研究方法依托甘肃民勤荒漠草地生态系统国家野外科学观测研究站观测资料，选择具有当地特色的6种高大乔木，通过划分年度段，计算主要气象因子平均水平，用Excel软件统计分析39年来民勤西沙窝气象因子即年平均气温、地表温度变化与湿度、降水量等影响程度，结合主要气象影响因子变化特点，分析6种乔木春季主要物候期的响应关系；通过统计分析，比较年际间6种乔木物候提前日值与气温变化速率的相关程度，以主要物候发生期与春季平均气温变化关系建立春季年平均温度与主要物候变化响应的回归关系式[17-18]，以此探求39年间主要物候期提前（或推迟）的变化规律。

2结果与分析

2.1年际气候因子的变化速率差别研究以2年为一个过渡段，来平缓气温等气象因子突变幅差。统计分析1975—2013年平均气温、地表温度及年内湿度、降水量的变化趋势（图1）发现，民勤西沙窝气温变化有逐渐升高的趋势，近39年气温变暖速率为0.047 ℃/a，平均升高了1.79 ℃；地表温度波动较大，年均增高速率为0.034 ℃/a；全年湿度变化速率<-0.82%/a，降水量变幅为（123±18）mm，期间略有增减。

2.2木本植物物候变化趋势民勤西沙窝地区受周边沙漠与春季多风的影响，春季3—5月气温变化强烈，平均递升速率为0.053 ℃/a，月均升高（11.2±0.5）℃，多年比较增幅相对稳定；秋季9—11月开始降温，月均降低（5.4±0.3）℃；冬季变暖幅度略高于春秋时段，年度气温平稳提升；3种乡土乔木5年内展叶、开花期出现日变幅差在6.1～11.3 d，5年内物候期延续提前1.3～3.6 d，其中二白杨、沙枣对气温变化反映较强，物候差变幅较胡杨大（表1）；5年内出现日期与春季温度升高速率呈相关关系，相关系数r=0.874 3，显著性检验水平达72.6%，39年平均物候期变幅差达22.8 d，春季展叶与开花期持续提前趋势明显，平均提前7.6～14.5 d；秋季随气温平稳下降，落叶期平均推迟20.2 d；营养生长期顺势延长，沙枣延长时间最高达28.5 d，3种乔木物候期与生命节律存在较好的同步顺延关系。

统计1975—2013年民勤西沙窝沙枣、胡杨、二白杨、家杏、桑树、小枣等6种植物的展叶始期和开花始期的变化状况（表2）可以看出，39年来春季物候表现出不同程度的提前趋势，提前速率为0.212～0.281 d/a，可见39年民勤西沙窝的春季物候提早，且提早7.6～12.1 d。从秋季落叶的物候期来看，木本植物表现为推迟落叶，39年落叶始期平均推迟19.3～21.6 d。

统计39年间荒漠植物沙枣、二白杨、胡杨的3个物候期发现，展叶期平均提前11.6 d，开花期提前13.3 d，落叶期推迟21.8 d，年际间物候变化趋势线相似，复合系数均超过0.875以上；二白杨、沙枣、家杏春季展叶始期、开花始期变化与气温升高速率的关系均通过0.05的显著性检验；沙枣、家杏展叶期和开花期提前与气温升高幅度相关性程度较高（表1～2），相关系数分别达0.904和0.933；物候漸变与气候变暖过程趋向一致，物候特征在时间上存在相继性关联。

2.3春季气温变化对木本植物物候的影响统计39年民勤地区6种木本植物物候，对照历年3—5月气温变化速率，得出植物展叶始期和开花始期，提前日与春季气温升高速率均存在相关关系，温度提升速度越快，物候发生日提前幅度加大，展叶始期和开花始期同步提前的水平显著（表3）；其中二白杨、沙枣、家杏物候对气温升高反映较为敏感，提前幅度较小枣、桑树、胡杨大；荒漠区植物随气候变暖过程，春季植物展叶始期与开花始期存在较好的相关性与先后相继性。

统计分析1975—2013年物候数据发现，历年春季段平均气温升高与植物主要物候期提前存在较好的相继性关系，以春季植物展叶期、开花期发生日与当月平均气温之间的对应关系建立回归方程（表4），得出木本植物展叶、开花始期与发生月平均温度均呈负相关关系，依据39年民勤西沙窝地区春季平均气温变化的速率与植物主要物候期提前日数的关联程度，计算得到年平均气温每升高1.0 ℃，可导致主要物候期提前2.1～5.8 d，是39年来导致该地区春季物候提前7.6～12.1 d的重要依据。如假定21世纪民勤地区年平均气温变化幅度趋势与我国西北地区保持线性关系[13]，即可推测21世纪末较20世纪末气温升高4.4 ～ 4.7 ℃，春季各物候将提早19.3～27.3 d。

3结论与讨论

（1）荒漠区气候存在变暖趋势，变暖速率为0.047 ℃/a，39年来平均气温已上升了1.79 ℃，高于我国北方地区21世纪平均增速（0.031 ℃/a）[13]，也是引发当地物候期发生变化的主要因素。

（2）民勤春季6种乡土木本植物春季物候变化明显，平均提早速率为0.275 d/a，经测算，近39年春季植物展叶与开花始期提前了7.6～12.1 d，春季植物物候与气温升高有较好的相关性与先后相继性关系。

（3）民勤木本植物春季物候与年平均气温也有较好的相关关系，年平均气温每升高1.0 ℃，可导致春季物候期提早2.1～5.8 d，秋季落叶推迟3.8 d；近39年导致春季物候期平均提前10.8 d，秋季落叶期推迟15.2 d，以此预测21世纪末民勤年平均气温较20世纪末升高3.5～4.1 ℃，该区春季物候期提前7.3～23.6 d，秋季落叶期推迟14.9 d。

（4）研究区地处我国西北内陆河下游，受腾格里与巴丹吉林沙漠影响，表现为白天炎热、地表及植物水分蒸散量大[18]，特别是春季气候特征突变频繁，用全年平均气温与植物物候变化的相关关系描述全球变暖影响下荒漠区展叶期与开花期变化，反映出6个树种生理生态适应气候变暖的差异，以及存在的生产力结构改变方向或形式区别，有助于揭示特定环境条件生长发育过程[19]，为当地植物产品种植结构、技术改良提供应对调整的依据。

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