物候跟我们有什么关系？

马勇刚

新疆大学生态与环境学院教授、博士生导师，主要研究方向为植被物候与生态遥感，担任新疆自然资源学会理事、新疆地理学会理事。

赵萌：欢迎马老师做客我们的科普演播室。您是研究物候的专家。很多人看到这个词，可能都觉得它跟气候有关。物候到底是什么？它和气候有什么关系呢？

马勇刚：物候和气候是两种不同的概念。物候可以理解成是气候变化的一种证据，我们有时候也把物候称为气候变化的指纹。物候能够反映出气候的变化，主要是包含一些植物的、动物的，还有一些非生物性这种周期性的变化现象。现在，物候的概念可能拓宽得更多，不管是农业还是牧业，例如有一些植物开花，或者是青草发芽，我们都认为算是物候的一种现象。

其实很多同学都知道我们国家的二十四节气里每一个节气含有三个候，全年有七十二候。七十二候就可以理解成我们古代传统记录的这种物候的现象。

赵萌：请您给我们举例说一说。

马勇刚：一年之计始于春，立春是二十四节气中最早的一个。它含有三候，一候叫东风解冻，二候叫蛰虫始振，三候叫鱼陟负冰。第一个东风解冻，实际上就是东风来了，土壤从冻土变成可以耕种的状态了。第二个蛰虫始振，是指蛰伏在地下的虫子开始慢慢苏醒，慢慢爬上地面。第三个鱼陟负冰，是指冰面开始融化，但是没有化完，还有一层薄冰，鱼想在这种状态下跳出冰面，就好像是扛着冰块在游走。

赵萌：古人非常有智慧，用形象又精辟的语言记录了气候的变化。

马勇刚：其实物候历的形成，是一个比较久远的过程。在西周时期，就已经有人开始记录物候变化。到了汉代，二十四节气完全确立下来。

赵萌：古人是经过长时间的观察与积累，最终总结出了这些现象。那么现在我们再研究物候，又用到了哪些科学方法呢？

物候观测照片

马勇刚：我们现在研究物候的方法，主要分三种。第一种同古人一样，主要还是靠观察。比如在新疆大学校园进行人工观测，每天我去看这棵榆树是不是发芽了，如果哪天发现它发芽了，我记录下“× 月× 日× 编号的榆树发芽了”。这种记录就是一种简单的人工观测的方法，但是它观测的面太窄。

赵萌：日常我大概只能观察到方圆一千米之内的事物。

马勇刚：对，那就已经很大了。一个人把自己家门口附近的10 棵树仔细观察一遍，可能也得花上一二十分钟。个人想要把一个非常大的区域观察完是很难做到的，所以现在我们做研究工作主要是采用第二种方法，就是以遥感技术把物候信息提取出来。

赵萌：我们经常会听到遥感卫星这个词。用遥感技术来进行物候观察，它究竟是一种怎样的技术？

马勇刚：我们先来看一下这个视频。每天、每三天或者是每周用遥感卫星观测我们的地球，每次拍一张地球的照片，那么一年下来，我们就会形成一套有时间序列的遥感影像数据。

我们现在看到的变绿的部分，代表这片植被的植物长势是比较好的，如果颜色变黄，就代表植物长势是比较弱的。

赵萌：那第三种方法又是什么呢？

马勇刚：第三种方法产生的原因和第二种方法是有关系的。因为遥感是“遥远的感知”，不是近距离的、很精确的，所以在遥感领域有一个很重要的词叫作遥感验证。也就是说，无论你用遥感数据做什么事情，都需要到实地去看一看，来确定遥感数据的精确性。后来我们就采用了一种叫作物候相机的方法，也就是把相机固定在每一个我们想要的位置上，来确认这里的遥感观测数据是否精确。以新疆地区为例，新疆地大物博，很多高海拔山区是无人区，做遥感验证的时候依靠它会大大提高工作效率。利用物候相机的数据，不仅能确定遥感数据提取的物候性是否准确，还能优化遥感提取物候的方法和技术。

赵萌：将两组数据进行对比，从而让科学研究更具可操作性和准确性。目前您们在全疆各个地方放置了多少台物候相机呢？

马勇刚：现在有30 多台了。

赵萌：把30 多台物候相机放在无人区，每天用它们拍摄，然后定期搜集和整理里面的数据，您们开展这项工作的过程中有遇到什么困难吗？

马勇刚：我们确实遇到了瓶颈。新疆太大，我们放的物候相机在海拔三四千米的无人区，每年都需要定期去看一下数据采集的情况，进行一些数据回收或者是仪器保养的工作。

这些工作会耗费一个月，目前还没有找到太好的办法省下这个时间。

赵萌：在做这些工作的过程中，有没有一些难忘的经历和我们分享？

物候相机的安装现场

马勇刚：特别让我记忆犹新的是一开始放物候相机的事。第一次放的时候，我们很开心地将一台相机放到一个海拔四千多米的地方，然后高高兴兴地就回来了。等到第二年再上去的时候，当时课题组六个人，从海拔两千米一直爬到海拔四千多米，非常辛苦，等爬到跟前把这台相机打开，忽然发现里面的存储卡损坏了。这等于说它一年没有采集到任何数据。其中有两位同事，当场就在海拔四千多米的地方号啕大哭。当然我们也从中吸取了很多经验，再遇到一些关于存储卡、电源供应等方面的问题，无论事前事后，都能很好地进行处理，因此后面再也没有出现这样的问题。

马勇刚：今天我也带来了物候相机在巴音布鲁克的胜利道班那个位置，采集了约两年的数据，给大家展示一下。

赵萌：通过这样的研究，能得出一些关于物候的什么结论？

马勇刚：我们分析出，在整个巴音布鲁克草原里，生长季开始提前的面积是非常大的，这就意味着巴音布鲁克对全球变暖的响应是比较明显的。通过我们制作的巴音布鲁克观测数据成果图，大家可以看到红色的都是植物生长期提前的区域。以前3 月10 号发芽，现在可能3 月1 号就开始发芽了，这是一个明显的提前的信号。

巴音布鲁克观测数据成果图

赵萌：研究了巴音布鲁克的物候特征，对我们的生活有哪些现实意义呢？

白喉乌头（毒害草）

马勇刚：准确提取出来巴音布鲁克草原植物的发芽期和生长期的时间，有助于指导当地的林业和草原管理部门或者牧民什么时候可以去哪些区域放牧。

我们在当地的调查工作中还发现，巴音布鲁克草原最近这些年出现了毒害草的问题。但是毒害草具体的分布比较难追踪，因为毒害草在幼苗期间和普通的牧草是很难区分的。现在，我们利用毒害草和牧草在发芽期特别是开花期的时间上的错位信息，把毒害草的空间分布提取出来，这样也为当地的林业和草原管理部门进行毒害草防治和管理提供一些科学的依据和支撑。

赵萌：除此之外，物候研究还应用于哪些领域呢？

马勇刚：现在，物候学的应用领域是非常广泛的。它在天文学、地理学、生物学、中医药学方面都有很多应用。

最有代表性的，是地理学和气象学的老一辈科学家竺可桢先生研究的气候变化。他利用物候的证据，很细致地描述了中国过去五千年气候的变迁，并集结成物候学的经典之作——《物候学》。

《物候学》

第二个，物候还能够很好地应用于旅游业。比如说我们可以通过物候模型的方法，准确地预测出塔里木河下游那片胡杨林什么时候是最美的。对物候的预测，可以为文旅部门提供有力的信息支撑。

第三个比较突出的是在人体健康方面。通过研究物候，科学家发现植物的开花时间变长了。对于不少人来说，花粉的物候期延长，那么自身过敏的症状也会持续得越长，或是症状变得更严重。

第四个方面可能更多的是在我们科学的范畴里。在联合国环境规划署发布的全球三大环境问题中，物候不匹配占据了很重要的位置，它会对我们的生态系统产生比较大的影响。

赵萌：什么是物候不匹配？

马勇刚：举例来说，有一种鸟叫斑姬鹟，它每年会从非洲飞越几千公里到欧洲去抚育它的小宝宝，会选在大约开春的时候飞到当地，也就是欧洲的冬蛾毛虫刚刚出现的时候。冬蛾毛虫大量繁殖，斑姬鹟利用这段时间捕捉它们来抚育小宝宝，以保证自己种群的稳定。现在由于气候变化，冬蛾毛虫出现的时间更早了，等到斑姬鹟回到欧洲把小宝宝孵化出来的时候，冬蛾毛虫已经不见了，所以造成了斑姬鹟的种群数量大幅减少。这就是物候不匹配，是指由于全球气候变化，导致动植物的生长、繁殖等生命活动与季节变化之间的节奏不一致，从而破坏了物种间长期进化形成的种间关系，对生态系统产生严重影响的现象。

噪声污染

野火

◎物候不匹配

斑姬鹟

冬蛾毛虫

赵萌：通过您的介绍，我们发现物候的研究是非常重要的，它可以影响生物的食物链，从而对我们人类的生产生活也产生一定影响。那么我们普通人能不能参与到物候的研究当中呢？

马勇刚：当然可以。物候研究，在我们这个行当里称之为平民科学，因为它大多数的工作都是靠观测。我们现在特别希望有更多的民众来参与物候观测工作，大家提供的物候观测数据能为我们的科学研究提供非常宝贵的数据支撑。

赵萌：那么我们平时在观测物候的时候该怎么做记录？有什么要求吗？请您给大家做个提示。

马勇刚：做物候观测有几件核心的事情：第一是一定要知道你观测的动植物的名字；第二是你一定要记录好观测的地点，最好包含经纬度这样的信息；第三是最好找一到两个小伙伴同时观测，因为人为观测的不确定性还是比较大的。我们现在已经编制了一些人工观测的指导手册，下一步也会通过更多科普平台，把这些手册分发给公众。

赵萌：感谢您！我们也会呼吁群众多参与物候观测工作，借助这些手册，将这项工作持续做下去。