摘要:花期物候变化研究对赏花活动安排、园林景观布置和致敏花粉防治等具有重要意义。现有研究对始花期与盛花期的变化趋势已有较为深刻的认识,但很少有研究辨识了花期长度的时空变化。本文基于“中国物候观测网”观测数据,统计了1963-2012年中国42个站点23种广布木本植物的花期长度变化趋势,分析了花期长度变化的时空格局、种间差异和变化形式。主要结论为:所有的259条花期长度时间序列中,61.39%的序列呈延长趋势,其中显着延长的占21.24%(P<0.05)。灌木花期的延长趋势比乔木更加显着。东北地区南部、华中和华东地区的多数站点花期长度主要呈缩短趋势。在东北地区北部、华北、西南和华南地区,大多数物种的花期长度呈延长趋势。花期长度变化趋势在20°N~22°N间最大(0.94 d/a)。西部地区(87°E~112°E)的花期长度变化趋势(平均 0.28 d/a)高于东部地区(平均 0.05 d/a)。花期长度的总体变化可分为3个阶段:1963-1980年(偏短)、1981-1997年(与多年平均值接近)和2001-2012年(偏长),但不同物种的花期长度变化存在显着差异。在花期长度延长的序列中,43.39%是因开花始期提前程度大于开花末期;在花期长度缩短的序列中,62.00%是因开花始期提前程度小于开花末期。
关键词:物候;花期长度;始花期;时空变化;中国。
1 引言。
植物达到一定年龄和体积时就获得了开花能力,进而可通过自主途径或适宜的环境条件诱导而开花[1].植物的始花期、盛花期、末花期和花期长度的年际变化及影响因素是花期物候研究的主要内容[2].花期变化影响植物的繁殖和进化,进而影响植物群落中的种间竞争和共生关系以及生态系统稳定性[3-4].此外,花期物候研究对人类生活和健康有重要意义。很多植物的花在发育过程中,具有较高的观赏特性,因此近几十年来以赏花为主题的旅游活动在世界各地日益增多[5].花期物候研究可为相应旅游活动的开展提供理论基础[6].在园林布景方面,研究植物花的物候相变化可实现不同植物景观配置优化,提升园林的美学和观赏价值[7].对产生致敏花粉的树木开展花期预报,能够有效的预防和控制花粉过敏症[8].
迄今为止,大量研究揭示了全球各地植物始花期的变化趋势。在加拿大,19种植物中有18种的始花期在2001-2012年呈提前态势,只有一种植物微弱推迟[9].在美国东北部地区的72个站点中,有89%的站点丁香(Syringa chinensis)始花期在1965-2001年呈提前趋势[10].欧洲地区,78%的展叶始期和始花期序列在1971-2000年间提前[11].在中国也发现了相似的结果[12-13].这些研究表明,虽然近几十年来植物始花期在各地区间的变化趋势不同,但变早仍是北半球始花期变化的主要特征。相对而言,关于花期长度变化趋势的研究仍较少,只有少量研究在个别区域开展了工作。例如,Dunne等[14]通过实验方法发现,美国科罗拉多州的亚高山草甸受融雪提前和增温的影响,早花植物的花期长度显着延长;Crepinsek等[15]发现,在斯洛文尼亚东北部地区,1994-2007年期间大多数品种的榛树(Corylus avellana)花期长度比气候相对较冷的1969-1979年期间更短;在中国的西双版纳地区,Zhao等[16]研究了多种热带植物的花期长度变化,发现在1973-1999年间不同植物的花期长度变化存在显着的差异。除此之外,大尺度的花期长度变化尚未见报道。
基于“中国物候观测网”观测数据,本文系统研究了1963-2012年中国42个站点23 种木本植物的花期长度变化趋势,分析了花期长度变化的时空格局、种间差异及主要形式。研究结果可为理解气候变化背景下的花期长度变化提供依据,同时可为植物观赏旅游活动的开展和园林景观布置等提供理论基础。
2 数据与方法。
2.1 物候与气象数据。
本文选用的物候数据来源于“中国物候观测网”(China Phenological ObservationNetwork,
http://www.cpon.ac.cn/),时间段为 1963-2012 年。该网络的观测在 1969-1972 年和1997-2002年两个时段有所中断,以致各站点所记录的物候数据存在不同程度的缺失[17].因此,在分析物候变化趋势前,首先需对物候数据进行筛选,以获得时间序列最为完整的资料。筛选标准如下:
(1)所选的植物种应尽可能分布在更多的站点,以便于分析花期变化的时空格局。因此,本文将分布站点数量少于8个的物种剔除。
(2)计算物候变化的趋势要求物候期序列有一定的时间长度,否则计算出的趋势不具有代表性。在以往物候变化研究中,通常以15年作为标准[11, 18].因此,本文将观测年数少于15年的开花始期和开花末期时间序列剔除。
经过以上筛选过程,最终满足条件的有23个物种 (表1),分布在42个站点 (图4),其中含 17 种乔木、5 种灌木、1 种藤本植物。因藤本植物只有 1 种,只在总体趋势中进行分析,而不进行生活型间的对比。综合所有站点和物种,开花始期和开花末期时间序列分别各有259条。在这些序列中,67.57%的序列起始年分布在1963-1970年之间,序列的结束年主要分布在1995-1996年和2010-2012年,分别占所有序列的30.89%和48.65%(图1a)。序列长度的变化范围为15~47年,平均长度为24.43年(图1b)。