气候变化对黑龙江紫丁香物候期的影响

韩俊杰，王萍，孙淑荣，吕佳佳，李秀芬，姜丽霞

（1黑龙江省气象科学研究所，哈尔滨 150030；2中国气象局东北地区生态气象创新开放实验室，哈尔滨 150030；3富裕县气象局，黑龙江齐齐哈尔 161210）

0 引言

植物物候期不仅能反映自然季节的变化，还能指示所在生态系统对全球环境变化的响应和适应，因而也被视为全球变化的“诊断指纹”[1-2]，在指导农事活动，指示季节气候变化，预测病虫害发生时间，预测植物观赏旅游时节等方面具有重要价值[3-5]，植物物候学在农业生产、全球气候变化、生态学实践等方面的应用日趋普遍[6-7]。近百年来全球气候变暖毋庸置疑，IPCC第五次评估报告指出，1880—2012年全球地表平均温度大约升高了0.85℃[8-9]。以变暖为主要趋势的全球气候变化对人类社会各方面及自然界带来的重大影响已成为人类共同关注的焦点，全球很多地区的物候现象发生了明显变化。而中国东北地区是受全球气候变暖影响增温最显著的地区之一[10]。

近年来大量研究集中在物候变化与气候变化，从不同区域[11-18]、不同物候观测对象[19-24]、不同数据源[25-26]等多个方面取得了丰硕的成果。李荣平等[15]研究表明1980—2005 年东北木本植物展叶初期主要呈提前趋势，枯黄初期主要表现为推后趋势；李长海等[16]研究了近50 a 来气候变化对哈尔滨市木本植物物候期的影响，结果均表明了芽开放期、展叶始期、脱落末期等物候期有不同程度的提前和推后；刘赫男等[17]分析了1998—2008年黑龙江省紫丁香、旱柳、小叶杨、榆树等4 种木本植物物候期变化特征，春秋季物候期均表现出不同程度的推迟趋势。赖欣等[18]研究了中国20 个物候站点的草本木本植物物候变化特征及其对降水变化的响应，认为物候变化较大，对气候的变化较为敏感；陈群等[20]认为东北地区气候变暖使春玉米、水稻等主要作物的生长期发生变化，可根据气候条件改良作物品种从而提高作物产量；国志兴等[25]利用卫星遥感数据也得到东北地区植被生长季开始日期普遍提前的结论；胡植等[26]总结了利用控制实验研究植物物候对气候变化的响应的一些研究进展。

以上研究揭示了物候受气候变化影响而发生明显变化，紫丁香是中国有代表性的物候观测树种，因抗寒性、抗旱性较强，在黑龙江省广泛栽植。其因观赏价值较高，且有着独特的芳香，花期成为当地春季的重要景观。目前现有的研究中植物物候变化分析时所选取资料所含站点数目较少，尚未有针对黑龙江省紫丁香物候期的变化对气候响应的研究。本研究拟利用黑龙江省气象站点1990—2018年观测数据，对物候资料进行统计分析，探讨气候变化对物候期的影响情况，为研究区域气候变化的生态影响提供依据。

1 材料与方法

1.1 数据来源

黑龙江省气象数据中心海伦、抚远、富锦、青冈、汤原、佳木斯、哈尔滨、肇源、勃利、五常等10个紫丁香观测站（图1）1994—2018 年物候期观测资料；1994—2018年日平均气温、降水、日照资料。

图1 研究区站点分布示意图

1.2 研究方法

物候期均采用年日序方法，计算各物候期的时间序列，得出各物候期的逐年平均值，利用日平均气温、降水量、日照时数等资料，与典型物候期进行相关分析，得到影响物候期的气象因子。

2 结果与分析

2.1 紫丁香1994—2018年物候期变化

研究区域1994—2018 年紫丁香各物候期年际间变化较大，芽膨大期出现在4月中旬，芽开放期出现在4月下旬，展叶始期出现在4月下旬—5月上旬；花蕾或花序出现期为5 月上旬，5 月上旬左右紫丁香开始开花，花期持续10～18 d；落叶始期在10 月中旬，末期在10月下旬，落叶期长度平均为16 d（表1）。

表1 1994—2018年黑龙江省紫丁香物候期

各物候期中芽膨大期、芽开放期、展叶始期、花蕾或花序出现期、开花始期在1994—2018年变化规律基本一致，2010 年前有小幅波动，2010 年后基本维持逐年提前趋势（图2）。

图2 1994—2018年黑龙江省紫丁香春季物候期变化

研究区域1994—2018 年紫丁香芽膨大期年平均为4 月13 日（图2），且在4 月5—25 日之间变化，1998年最早，为4 月5 日；2010 年最晚，为4 月25 日。总体来说1994—2018 年芽膨大期的变化表现为先推迟后提前，基本分为3个时段，1994—2004年基本在4月15日前，2005—2013 年平均在4 月15—25 日之间变化，2014—2018年日期相对提前，在4月6—9日之间。

1994—2018 年紫丁香芽开放期年平均为4 月23日，且在4月9日—5月4日之间变化，2008年最早，为4月9日；2013年最晚，为5月14日。1994—2000年平均为4 月22 日，2001—2010 年平均为4 月18 日，2011—2018年平均为4月27日。

1994—2018 年紫丁香展叶始期年平均为5 月4日，在4月24日—5月13日之间变化，展叶盛期年平均为5 月9 日，在4 月29 日—5 月18 日之间变化，始期及盛期出现时间均是1998年最早，2010年最晚。

1994—2018 年紫丁香花蕾或花序出现期年平均为5月4日，且在4月24日—5月12日之间变化（图2），1998 年最早，为4 月24 日；2010 年、2011 年和2013 年最晚，为5 月12 日。1994—2000 年平均为5 月2 日，2001—2010年平均为5月3日，2011—2018年平均为5月7日。

1994—2018 年紫丁香开花始期平均为5 月11 日（表2），开花盛期在5 月17 日，开花末期在5 月25 日，开花始期至末期天数平均为14 d，1998年开花期最早，2010 年开花期最晚，2018 年开花期持续时间最短，为9 d；2008年开花期持续时间最长，为18 d。

表2 1994—2018年黑龙江省紫丁香开花期及其持续日数

落叶始期与落叶末期变化基本一致，1998—2002年及2012—2015年波动较大，其它年份波动较为平稳（图3）。

图3 1994—2018年黑龙江省紫丁香落叶期变化

1994—2018 年紫丁香落叶始期平均日期为10 月13 日，各年在10 月6—21 日之间变化；落叶末期平均为10月29日，各年在10月22日—11月3日之间变化；落叶期长度平均为16 d，在10～22 d 之间变化，基本呈下降趋势，2011年、2013年、2015年最短，为10 d，2003年最长，为22 d。1994—2001 年落叶期长度维持在12～17 d，而2002—2010年则达到18～22 d，2011—2018年落叶期长度有所下降，在10～16 d（图4）。

图4 1994—2018年黑龙江省紫丁香落叶期长度

2.2 气象要素对紫丁香物候期的影响

紫丁香各物候期是对当地季节变化的反应，物候期的早晚受当地气候、环境等影响较大，近些年气候变暖带来的温度、降水、日照等气象因子的变化，对紫丁香的物候期有一定影响。将1994—2018 年10 个站点春季芽膨大期、芽开放期、展叶期、花蕾或花序出现期、开花期共50个序列数据与上年10月—当年4月气温、降水、日照数据进行相关分析，落叶期共10 个序列数据与6—10 月气温、降水、日照数据进行相关分析，了解各气象要素对春季、秋季物候期的影响。

2.2.1 气象要素对春季物候期的影响上年10 月的气温对春季物候期的影响绝大部分呈正相关；上年11月的气温对春季各物候期的影响各地表现不一致，其中五常、勃利、佳木斯、富锦、抚远、海伦以正相关为主；上年12 月的气温对春季各物候期的影响绝大部分呈负相关，部分达到显著水平(p＜0.05)；1 月气温对春季各物候期影响不一致；2—4月的气温对春季物候期的总体影响呈负相关，而且达到显著、极显著水平(p＜0.01)的序列数随着月份逐渐增加，2月只有6、2个，3月分别为8、14 个，4 月则分别为11、23 个（表3）。由此可见，12 月、3—4 月气温对春季物候期影响较大，这些时段温度升高，对应芽膨大期、芽开放期、展叶期、花蕾或花序出现期、开花期提前，反之拖后，因此这几个月份的气温是影响紫丁香各发育期早晚的重要因子，而且还发现，离物候期越近的月份，气温影响越明显，4 月的气温影响最显著。

表3 10个站点春季5个物候期与气象要素的相关分析

各月降水对春季物候期的影响不一致，多数月份降水的影响以正相关为主，部分序列显示降水的影响显著。各月日照对春季物候期的影响以负相关为主，其中12 月负相关显著的序列较多，可以看出，12 月的日照是另一个影响春季物候期的气象因子，日照多，春季物候期出现的早，日照少，春季物候期则出现的晚。

2.2.2 气象要素对落叶期的影响从表4可以看出，6—10 月的气温对落叶的影响以正相关居多，其中海伦8月、抚远8 月、青冈9 月这3 个月份气温对落叶的影响显著或极显著；降水对落叶期的影响也以正相关居多，其中汤原9月、佳木斯9月、勃利10月这3个月的降水对落叶的影响显著；而日照的影响则以负相关居多，其中汤原8月、佳木斯9月、抚远9月相关显著。

表4 10个站点落叶期与气象因素的相关分析

3 结论与讨论

3.1 结论

黑龙江省紫丁香春季物候期年际间变化较大，芽膨大期、芽开放期、展叶始期花序出现日期最早和最晚相差18～25 d不等，2010年以后逐年提前趋势；开花期持续时间平均14 d，最短9 d，最长18 d；秋季物候期落叶始期、末期最早、最晚分别相差15、12 d，有的年份波动较大；落叶期长度平均16 d。

黑龙江省紫丁香春季的物候期主要与上一年10、12月和2—4月的气候因子有关。紫丁香春季物候期与气温整体呈负相关，其中3—4月气温在各气候要素中影响较大，是制约黑龙江省紫丁香芽膨大期、芽开放期、展叶期、花蕾或花序出现期、开花期的关键气象因子，气温越高，这几个物候期越提前，反之拖后；日照和降水对其影响相对较小，多数月份降水对春季物候期的影响以正相关为主，日照的影响以负相关为主，12月的日照是另一个影响春季物候期的气象因子，日照多，春季物候期出现的早，日照少，春季物候期则出现的晚。

黑龙江省紫丁香落叶期受多种气象要素的影响，气温和降水的影响均以正相关为主，而日照的影响则以负相关居多。

3.2 讨论

气温是制约黑龙江省紫丁香春季物候期的关键气象因子，这与王彦平等[27]、神祥金等[28]、范广洲等[29]许多木本植物研究结果一致。其中3—4 月气温的变化决定着紫丁香春季物候期的提前和推后，这与神祥金的论点基本一致，李荣平等[15]的研究指出的4 月的气温对于植物展叶提前作用大于2、3 月气温的作用，本研究分析结果与其相同。

针对黑龙江省气温的研究[30-31]表明，黑龙江省春季气温年代际变化呈上升趋势，而且春季气温异常偏冷大范围发生频率较高，因此本研究时段内紫丁香春季物候期变化幅度较大，2010年以后有明显提前的特点。

日照和降水对春季物候期的影响相对较小，其中多数月份降水对春季物候期的影响以正相关为主，这与赖欣等[18]的观点一致；而12月日照对紫丁香春季物候期的影响印证了胡植等[26]的观点，即较长的光周期能使部分植物的展叶始期提前，也说明黑龙江省部分区域的紫丁香春季物候期对光周期长度敏感。

紫丁香秋季物候期与温度的相关没有春季显著，这与范广洲等[29]的论点一致。降水对秋季物候期以正向影响居多，有水分胁迫下植物会提前变色与落叶[26]这一原因；与赖欣等[18]研究结论不同，这可能与资料序列的起止时间和空间范围差异有关。

黑龙江省紫丁香物候变化起伏较大，对气候变化比较敏感，除了对单个气象因子影响外，还有多个要素的综合影响[26]，这还需进一步分析。