2002—2021年西藏中西部车前物候对气象条件驱动的响应

次旺，杜军，晋美朗杰，王挺，扎西旺拉

（1西藏自治区气候中心，拉萨 850001；2西藏高原大气环境科学研究所/西藏高原大气环境研究开放实验室，拉萨 850001；3中国气象局墨脱大气水分循环综合观测野外科学试验基地，西藏墨脱 860700；4拉萨市气象局，拉萨 850001）

0 引言

植物物候被视为全球气候变化的“诊断指纹”[1]，是目前生态学和气象学研究的热点之一。在全球气候变化背景下，植物物候产生了明显的变化。关于气候变化对草地生态系统尤其是草本植物物候和生长发育的影响，国内学者已做了大量的研究。郭文慧等[2]分析认为，2000—2015年山东省蒲公英和车前草春季萌动与展叶总体表现为推迟的趋势，且半岛沿海站点表现更明显。王贝贝等[3]研究指出，山西吕梁地区大部分植被生长季开始日期提前，植被生长季结束日期推迟。王冬妮等[4]认为1980—2005年吉林省西部地区展叶期推迟，黄枯期提前，生长季缩短；中部地区基本无变化；东部地区展叶期提前，黄枯期推迟，生长季延长。Chen等[5]分析发现，1981—2011年青藏高原16个物种中有3 个物种返青期呈显著提前趋势，13 个物种返青期呈显著推迟趋势。郭连云等[6]分析表明，三江源高寒草地西北针茅返青期、抽穗期、成熟期和黄枯期均呈提前趋势，牧草开花期呈延迟趋势，生长期呈显著缩短趋势。韩炳宏等[7]研究表明，青藏高原的物候初始期变化总体表现为返青期和初花期提前、枯黄期推迟的趋势，果实期则保持相对稳定。刘鑫等[8]探讨了高寒地区不同年际间草地植被物候期生长指标的变化特征及其与气象因子的关系。孔冬冬等[9]利用最高温度、最低温度、平均温度、降水量、太阳辐射等数据，运用偏最小二乘法回归研究了青藏高原物候变化的气候成因，温度对物候的影响占主导地位。Yao 等[10]研究指出，西风与印度季风2 个环流是控制青藏高原气候与环境变化的决定性因素。西风模态的植被返青期提前，印度季风模态的植被返青期推后。

青藏高原植被物候地面观测始于1980年初期，西藏物候地面观测则更晚些，2001年才开始。目前针对西藏作物[11-14]、苹果[15]物候变化已有研究，而西藏车前物候方面的研究鲜见报道。本研究选取西藏中西部的日喀则农业气象观测站车前物候观测数据和同期气温、降水、日照等气象资料，分析2002—2021年车前物候期及生长季长度的变化特征，探讨物候变化与气象条件的关系，以期为气候变化背景下青藏高原植被物候变化的机理研究提供支撑。

1 资料和方法

1.1 研究区概况

西藏日喀则农业气象试验站位于日喀则市桑珠孜区，地处西藏中西部、雅鲁藏布江与年楚河汇流处的冲积平原。该区属高原温带季风半干旱气候，日照时间长，太阳辐射强烈。夏季雨水集中，冬季降雪稀少、晴天多。年日照时数3176.3 h，年太阳总辐射6836.6 MJ/m2；年平均气温6.8℃，气温年较差17.7℃；年极端最高气温29.0℃，年极端最低气温-25.1℃；≥0℃积温2698.4℃·d；年降水量429.9 mm，日最大降水量53.5 mm，年蒸发量2102.1 mm，年平均相对湿度44%[16]。车前观测地段在日喀则气象观测站大院（29°09′00″N，88°31′48″E，海拔3836.2 m），土壤为砂壤土。

1.2 数据来源

物候资料、气象要素数据来源于西藏自治区气象信息网络中心。选取西藏日喀则农业气象观测站2002—2021年车前的萌动期(germination date，GD)、展叶始期(first leaf expansion date，FLD)、开花盛期(common flowering date，CFD)、种子全熟期(seed full maturity date，SMD) 和黄枯普期(common leaf withering date，CWD)资料进行分析。

气象要素选取2002—2021 年日喀则逐月平均气温(Tm)、最高气温(Tmax)、最低气温(Tmin)、相对湿度(RH)、降水量(Pr)和日照时数(S)等。

1.3 研究方法

1.3.1 物候观测车前物候的观测标准和方法均参照《农业气象观测规范》[17]。

1.3.2 物候资料处理把展叶始期和黄枯普期分别作为车前生长季开始与结束的标志，展叶始期到黄枯普期的持续天数作为生长季长度(length of growth season，LOS)。

1.3.3 倾向率及显著性检验车前物候期和气象要素的倾向率采用线性回归方程分析[18]，如式(1)。

式中，Y为物候期和气象要素，t为时间（本研究为2002—2021 年），a0为常数项，a1为线性趋势项，a1、a1×10 分别表示物候期和气象要素每年和每10 年的变化趋势。采用F检验法对拟合的线性变化趋势进行显著性检验(P＜0.10、P＜0.05、P＜0.01、P＜0.001)。

1.3.4 Pearson相关分析采用Pearson相关系数分析各气象要素与物候期及生长期长度的相关性，采用t 检验进行显著性检验。

1.3.5 偏最小二乘法(PLS)回归PLS 方法兼具主成分分析和多元回归分析的优点，克服了众多自变量间多元共线性问题，近年来在植被变化归因中多有应用[19]。本研究基于相关性分析结果，以车前的萌动期、展叶始期、开花盛期、种子全熟期和黄枯普期为因变量，构建基于多个气象要素的PLS模型。

此外，文中数据处理、分析和制图均采用Excel 2007 软件完成，并利用DPS 数据处理系统[20]提供的PLS 方法进行计算，分析影响日喀则车前物候期变化的主导气象因子。

2 结果与分析

2.1 车前物候期、生长期长度平均态特征

如表1 所示，2002—2021 年日喀则车前一般在2月上旬—3 月下旬开始萌动，平均萌动期(GD)为3 月10日，最早与最晚相差54 d；最早展叶始期(FLD)出现在2月下旬，最晚推迟到4月初，平均日期为3月17日；开花盛期(CFD)最早出现在5月初，最晚延迟至6月中旬，平均日期为5 月24 日，最早与最晚相差42 d；种子全熟期(SMD)年际间波动大，出现在9 月上旬—11 月上旬，最早、最晚时间相差65 d，平均日期为10 月13日；平均黄枯普期(CWD)为11 月15 日，最早和最迟相差37 d。车前平均生长季长度(LOS)为243 d，最长可达254 d，最短也有228 d，两者相差26 d。

2.2 车前物候期和生长季长度的变化趋势

从2002—2021 年日喀则车前各物候期和生长季长度的变化趋势（表1）来看，车前各物候期均表现为显著的推迟趋势，平均每10 年推迟8.96～38.63 d(P＜0.05)，以SMD 推迟的最为明显（图1a，P＜0.001），其次是GD，为12.48 d/10 a(P＜0.001)，CFD推迟幅度最小。

图1 2002—2021年日喀则车前种子全熟期和生长季长度的变化

从车前LOS变化趋势来看（图1b），年际间变化较大，2002—2021 年日喀则车前LOS线性趋势倾向于延长，平均每10年延长1.03 d(P＞0.10)。其中，2002—2010年LOS呈显著延长趋势，为2.38 d/a(P＜0.05)；2011—2021年LOS趋于缩短，平均每年缩短1.33 d(P＜0.05)。

2.3 物候期与气象因子的关系

首先采用Pearson 相关系数分析前期逐月气象因子与日喀则车前各物候期的相关性，从通过显著性检验(P＜0.05)的气象因子中，利用PLS 回归方法得到标准回归系数，选取其绝对值最大者作为影响物候期的主导气象因子（表2）。结果发现：（1）日喀则车前GD不仅与当年1月Tm和Tmin存在显著的负相关关系，还与上年10 月和当年2月的RH呈显著负相关。经PLS 计算，确定当年1 月Tmin是影响日喀则车前GD 变化的主导因子。如图2a所示，如果1月Tmin每升高（降低）1℃，车前GD将提前（推迟）4.79 d。（2）上年10月Tmax和RH、11 月Tmax与车前FLD 存在显著的正相关，当年1 月Tm和Tmin也与FLD有着显著的负相关；而影响FLD变化的主导因子同样是当年1月Tmin，若1月Tmin每升高（降低）1℃，车前FLD将提前（推迟）3.41 d（图2b）。（3）日喀则车前CFD只与当年3月S存在显著负相关（图2c），如果3月S每增加（减少）10 h，CFD将提早（推迟）4.44 d。（4）影响车前SMD、CWD变化的气象因子相同，不仅与当年8月RH呈显著的负相关，还与当年11月Tmax、Pr、RH和S存在显著的关系，经计算发现，影响车前SMD、CWD的主导因子分别是当年11月RH和Tmax，其中前者为负效应，若当年11 月RH每增加1%，车前SMD 将提早（推迟）2.58 d（图2d）；若11 月Tmax每升高（降低）1℃，车前CWD将推迟（提早）4.37 d（图2e）。

图2 2002—2021年日喀则车前物候期与主导气象因子的点聚图

表2 影响日喀则车前物候期的主要气象因子

2.4 主导气象因子的变化趋势

从2002—2021 年影响日喀则车前物候主导气象因子的变化趋势来看，1 月Tmin呈降低趋势（图3a），降幅为0.48℃/10 a(P＞0.10)。3 月S和11 月RH均表现为减少趋势，减幅分别为2.76 h/10 a（图3b，P＞0.10）和8.44%/10 a（图3c，P＜0.001）。而11 月Tmax趋于显著升高趋势（图3d），平均每10 年升高1.08℃(P＜0.05)。综上所述，2002—2021年西藏中西部1月Tmin降低、3月S和11月RH减少，以及11月Tmax显著升高，是车前各物候推迟的主要原因。

图3 2002—2021年影响日喀则车前物候期主导气象因子的变化

3 结论与讨论

（1）2002—2021 年西藏中西部车前物候期年际间波动大，最早与最晚相差37～65 d，以种子全熟期(SMD)最为明显。平均萌动期(GD)、展叶始期(FLD)和黄枯普期(CWD)分别为3月10日、3月17日和11月15日，平均生长季长度(LOS)为243 d。与青海地区数据[21]比较，西藏中西部车前GD 偏早15～31 d，CWD 偏晚16～51 d，LOS偏长28～93 d。

（2）2002—2021 年西藏中西部车前春季和秋季物候期均表现为显著的推迟趋势，平均每10 年推迟8.96～38.63 d，以SMD 推迟的最为明显。LOS呈弱的延长趋势，平均每10 年延长1.03 d。而青海车前春季物候期提早、秋季物候期推迟[21]。车前草GD、FLD 在山东大部分站点表现为推迟[2]，这与本研究结论一致。

（3）2002—2021年西藏中西部1月Tmin降低、3月S和11月RH减少，以及11月Tmax显著升高，是车前各物候推迟的主要原因。若1 月Tmin降低1℃，车前GD 和FLD将分别推迟4.79 d和3.41 d；3月S减少10 h，CFD将推迟4.44 d；11 月RH减少1%，SMD 将推迟2.58 d；同样，若11月Tmax升高1℃，车前CWD将推迟4.37 d。