北京山桃开花期变化及其气候影响因子分析

董宛麟 王林鹏 房志玲 王晓晨 李超 潘学标

摘  要：为了给植被开花期预报和气候变化的生态影响评估提供科学依据，笔者利用1951—2004年北京颐和园山桃开花期观测资料，分析山桃开花期年际、年代际变化和影响其的气候因子。结果表明：山桃多年平均开花期为3月26日，年际间呈显著提前趋势。山桃开花期的转折点在1980s，1980s后呈显著提前趋势（P<0.01），较1950s—1970s平均提前6天。山桃10年平均、最晚、最早开花期均显著提前，尤其是2000年以后山桃的平均、最晚、最早开花期，较1951—1990年分别提前14天、14天、16天。影响山桃开花期时间最主要的是从当年1月1日到山桃开花期的平均气温。1980s开始影响山桃开花期显著提前的主要气候因子是时间段内（冬、春季）平均气温的升高。

关键词：山桃;物候;开花期;温度;降水;年代际;气候因子

中图分类号：S1-6    文献标志码：A    论文编号：cjas20190700116

Abstract： To provide a basis for the forecast of blooming stage and the ecological impact assessment of climate change， based on the observation data of Prunus davidiana at blooming stage in the Summer Palace in Beijing from 1951 to 2004， we analyzed the interannual and inter-decadal change of the blooming period of Prunus davidiana and the influencing climate factors. The results showed that： the average blooming date of Prunus davidiana was March 26， and there was a significant advance trend among the years; the turning point of the blooming period of Prunus davidiana was in 1980s， with a significant advance trend （P<0.01） after 1980s， which was 6 days earlier during 1980s-2000s than that during 1950s-1970s; the average， latest and earliest blooming period of Prunus davidiana of 10 years were all significantly advanced， especially after 2000， 14 days， 14 days and 16 days earlier， respectively， compared with those of 1951-1990; the average air temperature from 1 January to the blooming period was the main factor affecting the blooming date of Prunus davidiana; the increase of average air temperature （in winter and spring） before blooming was the main climate factor which significantly promoted the blooming of Prunus davidiana after 1980s.

Keywords： Prunus davidiana; Phenology; Blooming Stage; Temperature; Precipitation; Inter-decadal Variation; Climate Factor

0  引言

植被是自然生态系统中最活跃的因子，植被物候是自然环境中动植物生命活动的季节性现象，能够指示自然环境中的某些气象、水文变化，同时也受生态环境变化的影响。植物物候现象是过去和现在各种环境因素的综合反映，而物候现象出现的日期在很大程度上受局部气候因素的制约。

以变暖为主要特征的气候变化对植被生长发育产生了重大影响[1-2]。华北地区是中国气温上升较为明显地区[3]，且太阳总辐射呈现明显的下降趋势[4]，这都对植被物候产生重要影响[5-6]。由于温度的升高，有385种植物的始花期在过去的40年中提前了4.5天[7]。研究表明，华北地区的物候春季有明显提早来临的趋势，而造成此变化的主要因素是本地区近40年来冬春季气温的明显上升，北京1963—2003年间1—3月及4月的平均气温分别上升了3.5℃与2.6℃，物候春季的起止日期分别提前了11天和10天[8]。而在中纬度地区，植物的春季物候（如發芽、开花期）主要取决于气温的高低，日照时间其次，降水对植物物候期的影响有滞后作用[9]。

虽然植物物候与生态环境的关系方面的研究取得了显著成果。陈效逑等[10]对北京地区近50年多种植物物候研究表明，春季物候现象出现的早晚与春季月份的气温波动有高度相关。气温对植物始花期的影响主要集中在春季及冬末，春季最高气温对始花期的影响最强，平均气温的影响其次，最低气温的影响最弱[11]。红枣开花期和幼果期的平均气温每升高1℃，幼果期和脆熟采收期将分别提前0.6天和0.8天，开花期到9月上旬的降水量每增加1 mm，脆熟采收期将推迟0.3天[12]。在大多数研究结果表明，在影响物候的众多环境因子中，温度起的作用最大[13-15]。但是，植物物候对气候变化的响应存在地域上的差别，同时也存在自身的生物学和生态学特性的影响。研究表明，文冠果物候期随着经纬度升高，气温逐渐下降，春季达到生长临界温度的日期越晚，文冠果开花、展叶、结实越晚[16]。山桃始花期也存在明显的地理分布规律，每向北扩展1个纬度，山桃始花期推迟3天;但山桃始花期对经向和海拔的变化不甚敏感[17]。梭梭物候期与气温呈显著负相关，春季气温越高，梭梭春季物候期提前;秋季气温越高，秋季物候期推迟。梭梭物候期与3—6月降水呈显著正相关，降水量越多，梭梭物候越迟。而气温与刺蓬物候呈显著正相关，温度越高，物候期越迟;而刺蓬物候期的出现需要适宜的水分条件，高温干旱不利于刺蓬生长[18]。此外，物种进化顺序可能是造成植物开花期种间、时间和空间上的变异[19]。植物物候响应随气候类型呈现出不一致性，不同气候类型下影响植物物候的关键因素也不同。植物物候研究需结合植物生长环境，综合讨论相关影响因素[20]。

因此，在相同气候变化背景下的同一地域内，不同植物物候对气象变化的影响存在差异。北京地区由于城市化进程的不断加速，以及城市热岛作用，且随着气候变化植被物候期发生显著变化。随着人们生活水平的提高，赏花旅游也日益受关注。本研究基于1951—2004年北京气象观测数据，分析1951—2004年颐和园山桃开花期变化，探讨影响开花期的主要气象因子，以期为山桃开花期预报和气候变化的生态影响评估提供科学依据。

1  资料与方法

1.1  资料来源

山桃开花期物候数据来自北京市颐和园1951—2004年观测数據;北京市1951—2004年逐日气象观测数据来自中国气象局气象数据共享网。

1.2  研究方法

1.2.1  物候资料处理  采用儒略日（Julian days）换算方法将物候观测记录中物候期出现日期转化为距当年1月1日的天数，建立其物候期的时间序列。

1.2.2  气象资料处理  本研究中所有气候因子值均是从当年1月1日开始到山桃开花日期这段时间的相应数值。降水为时间段内总降水量。为消除由于开花期长短不同，造成时间段内气候要素累积和的不同，本研究采用平均日照时数和平均气温。

1.3  统计分析

采用Microsoft Excel 2010进行数据整理分析计算，在a=0.05显著水平上对试验数据进行方差分析。

2  结果与分析

2.1  山桃开花期年变化

山桃开花期平均日序为85±1.0天（3月26日），山桃开花期年际间呈显著提前趋势（P<0.01）（图1A）。1950s—1970s，山桃开花期没有呈显著提前趋势（P=0.59）（图1B），山桃开花期日序平均为88±1.0天（3月29日）。从1980s开始，山桃开花期呈显著提前趋势（P<0.01），山桃开花期日序平均为81±1.6天（3月22日）（图1C）。

2.2  开花期年代际变化

山桃开花期5年滑动平均值85±0.7天（3月26日）（图2A）。1950s，山桃开花期呈波动性变化，先推迟后提前。1960s—1970s，山桃开花期呈推迟趋势。1970s—1980s前期，山桃开花期变化不大，呈平缓趋势。从1980s中期开始（1982—1987年），山桃开花期显著提前。

山桃10年平均、最晚、最早开花期均呈提前趋势（图2B）。1951—1960年，山桃开花日期平均日序为90±1.8天（3月31日），最晚开花日期平均日序为97天（4月7日），最早为82天（3月23日）。1961—1970年，山桃开花日期平均日序为87±2.1天（3月28日），最晚为98天（4月8日），最早为78天（3月19日）。1971—1980年，山桃开花日期平均日序为88±1.2天（3月29日），最晚为94天（4月4日），最早为82天（3月23日）。1981—1990年，山桃开花日期平均日序为86±1.9天（3月27日），最晚为95天（4月5日），最早为79天（3月20日）。1991—2000年，山桃开花日期平均日序为79±2.0天（3月20日），最晚为91天（4月1日），最早为71天（3月12日）。2001—2004年，山桃开花日期平均日序为74±3.8天（3月15日），最晚为82天（3月23日），最早为64天（3月5日）。

2.3  气候因子对山桃开花期的影响

2.3.1  降水对山桃开花期的影响  1950s—2000s，从当年1月1日到山桃开花期的总降水约为7.4±1.1 mm，降水和山桃开花期没有相关性（图3A）。1950s—1970s，山桃开花前降水总量平均为4.3±1.3 mm（图3B）。1980s—2000s，山桃开花前降水总量平均为11.3±     1.7 mm（图3C）。

2.3.2  日照时数对山桃开花期的影响  1950s—2000s，从当年1月1日到山桃开花期的平均日照时数为6.9±0.1 h，平均日照时数与山桃开花期没有相关性（图4A）。1950s—1970s，山桃开花前平均日照时数为7.1±0.1 h（图4B）。1980s—2000s，山桃开花前平均日照时数为6.7±0.1 h（图4C）。

2.3.3  温度对山桃开花期的影响  1950s—2000s，从当年1月1日到山桃开花期的平均气温为-0.4±0.1℃，平均气温与山桃开花期呈显著的负相关（图5A）。1950s—1970s，山桃开花前平均气温为-1.0±0.1℃（图5B）。1980s—2000s，山桃开花前平均气温为0.4±0.1℃（图5C）。

3  结论与讨论

山桃多年平均开花期为3月26日，年际间呈显著提前趋势。从1980s开始呈显著提前趋势（P<0.01），开花日期为3月22日，较1950s—1970s提前6天。山桃10年平均、最晚、最早开花期均呈提前趋势。从1991年开始，山桃10年平均开花日期由3月下旬提前到了中旬，尤其是在2000年以后，提前到3月15日，较1951—1990年平均提前了14天。1951—2000年最晚开花日期在4月上旬，2000年以后提前到下旬，较1951—1990年提前了14天。1951—1990年最早开花日期平均在3月下旬，1990年后提前到3月中上旬，2000年以后提前到上旬，较1951—1990年提前了16天。影响山桃开花期时间最主要的是从当年1月1日到山桃开花期的平均气温。尤其是1980s后山桃开花期显著提前，主要是由于这段时期的平均气温显著提高，较1950s—1970s提高1.5℃，温度促进了山桃的生长发育期的提前。降水和日照时数对山桃开花期影响较小。

不同植被生态特性不同，对气候变化和生态环境的影响不同。通过对植物物候期与气候指标进行相关分析，是研究物候与气候变化的主要途径。确定哪个气候要素变化对植被物候期变化起决定性作用，对准确预报植被花期提供科学参考依据。在中纬度地区，植物的春季物候（如发芽、开花期）主要取决于气温的高低，日照时间其次，降水对植物物候期的影响有滞后作用[11]。日本学者对城市热岛对日本樱花花期影响研究表明，如果全球平均气温上升1.1℃，日本樱花开花将提前2.3天;如果上升2.2℃，将提前4.7天[21]。冬季、春季温度高低决定了开花期时间。本研究中冬、春季温度显著提高，导致山桃开花期显著提前。这与研究Sparks和Carey[22]一致，即冬季温度的升高与某些植物开花提前相关。

本研究中虽然明确了冬、春季温度的升高是促进了山桃开花期提前的主要原因。但是，關于影响山桃开花期准确的温度界限点，以及降水、日照时数等气候因子综合作用对山桃物候期的影响还需进一步研究。

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