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荒漠植物物候对气温和降水的响应

来源:学术堂 作者:朱老师
发布于:2017-04-05 共6452字
  摘要

        气候变化影响植物物候,植物物候也是气候生态环境变化的一面镜子。植物物候变化是人类可以直接观察到的自然现象、季节节奏和冷暖变化,也放映一段时间气候条件的积累对它生长、发育的综合影响[1 - 3].范广洲等[4 - 6]从植物物候对气候变化的响应出发,揭示了植物、动物的响应差异和相互关系。郑景云、常兆丰等[7 - 9]研究显示木本植物随气候变暖,春季物候期有明显提早趋势。而闫建成等[10 - 12]试验结果显示随降水梯度增加,一年生植物的生长期、高度、叶长和生物量等增加,且具备调整自身物候期长短来适应生长和繁殖所需。随着气温升高或降低,植物物候持续日数会缩短或延长[13 - 15].春、秋两季是植物物候变化较敏感的季节,各学科专家从不同地域和不同植物研究了植物物候作为气候变化的重要感应器,是如何来响应气候变化的[16 - 19].腾格里沙漠边缘至河西走廊东部绿洲区过渡地带有大片荒漠区,这里生长有多种固沙抗旱荒漠植物,其中常见、典型的是灌木类植物梭梭(Haloxylon ammodendron) 和一年生草本类刺蓬(Cornulaca alaschanica)。文中着重研究腾格里沙漠边缘荒漠地带荒漠植物物候近十年来的新变化和对气温和降水的响应特征,并建立关键物候期气候预测模型,进一步分析荒漠植物物候对气候变化的响应。
  
  1材料和方法
  
  试验区地处腾格里沙漠边缘至河西走廊绿洲过渡地带,武威荒漠生态与农业气象试验站(37°53'N,102°53'E) ,是典型的内陆荒漠干旱气候区,海拔1534. 8m.气象资料来自武威荒漠生态与农业气象试验站自动观测资料,选择当地对气候敏感、普遍生长的灌木类梭梭和草本类刺蓬,2005年至2014年定点、定期观测资料,标准、方法统一按照文献[20]规范要求进行。气象学上一般将3 - 5月划分为春季、6 - 8月夏季、9 - 11月秋季。运用EXCEL、线性倾向估计法和SPSS13. 0统计软件进行相关性分析、逐步回归、方差分析和t检验,并建立荒漠植物关键物候期气候预测模型。
  
  2结果与分析
  

  2. 1荒漠区基本气候特征
  
  如图1所示,荒漠区年平均气温7. 9℃,年平均降水量161. 9mm,主要集中在5 ~ 9月。气温呈现夏季21. 5℃ >春季10. 2℃ >秋季7. 4℃ >冬季- 7. 4℃,降水量呈现夏季87. 6mm >秋季40. 3mm >春季29.2mm >冬季4. 9mm.平均气温呈“单峰”型周年变化,1月平均气温最低,7月平均气温最高;3月平均降水量最少,7月平均降水量最多。近十年气温年际变化倾向率为- 0. 582℃ /10a(R = 0. 2412,P < 0. 1) ,2013年是期间最暖的一年,平均气温达8. 5℃( 偏高0. 6℃) ,而2012年是最冷的年份,平均气温为7. 2℃( 偏低0. 7℃)。降水年际变化倾向率为23. 9mm /10a,2014年是期间降水最多的一年,降水量达245. 8mm( 偏多52%) ,而2013年是气候相对最干的年份,降水量为81. 2mm( 偏少50%)。
  
  2. 2荒漠植物物候期变化
  
  2. 2. 1基本变化特征
  
  从表1可见,梭梭萌芽期4月12日,展叶期4月30日,新枝形成期5月22日,开花期5月8日,黄枯期9月25日,果实成熟期10月21日。由于每年气候条件差异较大,梭梭各物候期最早最晚出现日期相差达14 ~ 26天,梭梭物候期最晚日多出现在2010年。而刺蓬返青期5月17日,花序形成期8月14日,开花期8月18日,黄枯期9月24日。荒漠区每年第一场透雨出现时间差异较大,刺蓬受水分条件影响大,各物候期最早最晚出现日期相差达40 ~ 142天,例如返青期最早出现在4月10日,最晚出现在8月30日,刺蓬最早日多出现在2007年,最晚日多出现在2009年。
  
  荒漠植物梭梭、刺蓬物候期
  
  2. 2. 2线性变化特征
  
  荒漠植物物候期变化和t检验显示( 表2) ,梭梭萌芽期倾向率为4. 7d /10a(R = 0. 2298,P < 0. 1) ,展叶期倾向率为4. 1d /10a(R = 0. 2821,P < 0. 05) ,新枝形成期倾向率为1. 2d /10a(R = 0. 4501,P < 0. 01) ,开花期倾向率为5. 3d /10a(R = 0. 3025,P < 0. 05) ,黄枯期倾向率为1. 1d /10a(R = 0. 5238,P < 0. 01) ,只有秋季果实成熟期提前,倾向率为- 1. 5d /10a(R = 0. 5590,P < 0. 01)。刺蓬返青期倾向率为12. 2d /10a,花序形成期倾向率为10. 8d /10a,开花期倾向率为15. 2d /10a,黄枯期倾向率为17. 3 d /10a(P < 0. 05)。
  
  典型荒漠植物物候线性趋势方程
  
  2. 2. 3物候间隔期的变化特征
  
  植物物候间隔期是植物从一个物候期到下一个物候期所需要的日数,放映了其生长快慢和对气候变化的反应。梭梭萌芽-展叶缩短0. 5d /10a,萌芽-新枝形成延长7. 7d /10a(R = 0. 2883,P < 0. 05) ,萌芽-开花延长3. 0d /10a(R = 0. 2062,P < 0. 05) ,说明春季萌动期缩短,营养生长期延长。开花-果实成熟延长0. 3d /10a,开花-黄枯延长28. 7d /10a(R = 0. 3069,P < 0. 05) ,果实成熟-黄枯期缩短30. 4d /10a(R =0. 6125,P < 0. 05) ,说明秋季变暖,生殖生长期延长。萌芽-黄枯延长11. 0d /10a(R = 0. 5908,P < 0. 01) ,说明全生育期延长。营养生长期、生殖生长期延长对植物生长高度、干物质积累和增加全年植被覆盖度有利。刺蓬返青-花序形成缩短1. 3d /10a,说明营养生长期缩短; 返青-开花延长3. 0d /10a,营养生长至生殖生长的过渡期延长; 返青-黄枯延长5. 2d /10a,说明全生育期延长。花序形成-开花延长4. 3d /10a(R= 0. 5308,P < 0. 01) ; 花序形成-黄枯延长6. 5d /10a,开花-黄枯延长2. 2d /10a,说明生殖生长期延长,但相关系数偏小。荒漠植物物候间隔期总体延长,灌木类梭梭生长稳定,t检验结果显着性高于草本类植物刺蓬,说明刺蓬是一种短命植物,对水分敏感性更高。
  
  ≥0℃积温、日均温和累计降水对典型荒漠植物物候间隔期的影响系数
  
  由表3可见,从间隔日数、≥0℃积温、日均温和累计降水量与梭梭物候间隔期相关性看,梭梭从日平均气温稳定通过0℃至萌芽与这些因子均呈正相关,说明返青前≥0℃积温、累计降水量和日均温需达到生长点所需。萌芽-展叶与这些因子呈负相关,≥0℃积温和累计降水量越多,返青-展叶期越短,加速其生长; 展叶-开花与日均温呈负相关,与累计降水量呈极显着正相关,日均温越高、展叶-开花越短,而累计降水量越多,展叶-开花越长; 开花-新枝形成与这些因子均呈正相关,说明对水热需求都高; 新枝形成-黄枯与≥0℃积温和累计降水量呈正相关,热量和水分条件越好,延长生长; 黄枯-果实成熟与≥0℃积温呈极显着正相关,秋季热量条件好利于其延长生长。刺蓬从日平均气温稳定通过0℃至返青期与这些因子均呈极显着正相关,返青前≥0℃积温、累计降水量、日均温达到刺蓬萌动所需,刺蓬才会返青; 返青-花序形成均呈负相关,≥0℃积温越多、累计降水越多,水热条件好,加速生长; 花序形成-开花与≥0℃积温呈正相关,与累计降水呈负相关,热量条件越好花期越长,降水越多反而越短; 开花-黄枯与日均温呈极显着负相关,日均温越高,这一阶段越短,与累计降水量呈正相关,降水越多延长生长。
  
  2. 3荒漠植物物候主要影响因子
  
  2. 3. 1温度
  
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