内蒙古植被春季返青期和秋季枯黄期的气候敏感性研究_王凯锋.pdf

第 32 卷第 4 期Vol.32，No.430-412023 年 4 月草业学报ACTA PRATACULTURAE SINICA王凯锋，包刚，元志辉，等.内蒙古植被春季返青期和秋季枯黄期的气候敏感性研究.草业学报，2023，32（4）：3041.WANG Kai-feng，BAO Gang，YUAN Zhi-hui，et al.Climate sensitivity of the start of the growing season in spring and the end of the growing season inautumn for vegetation in Inner Mongolia.Acta Prataculturae Sinica，2023，32（4）：3041.内蒙古植被春季返青期和秋季枯黄期的气候敏感性研究王凯锋1，2，包刚1，2*，元志辉1，2，佟斯琴1，2，叶志刚1，2，黄晓君1，2，包玉海1，2（1.内蒙古师范大学地理科学学院，内蒙古 呼和浩特 010022；2.内蒙古师范大学内蒙古自治区遥感与地理信息系统重点实验室，内蒙古 呼和浩特010022）摘要：春季返青期和秋季枯黄期是植被生长过程中两个重要的物候指标，其变化对气候，尤其对温度敏感性的大小及其差异十分不清楚。利用 2001-2019年 MODIS NDVI和气象数据，在气象台站和像元尺度上分别计算内蒙古植被春季返青期和秋季枯黄期，并以生长度日（GDD）和冷却度日（CDD）为影响返青期和枯黄期的温度指标，研究两个物候指标对气候敏感性的空间格局及其大小。结果表明，2001-2019 年内蒙古植被返青期主要集中在第110135 d，整体呈提前趋势（2.6 d 10 a-1）；枯黄期主要集中在第 260280 d，整体呈微弱的推迟趋势（0.7 d 10a-1）。返青期对 GDD 和枯黄期对 CDD 的敏感性主要以负敏感性为主，分别占研究区总面积的 68.1%和 56%。从两个物候指标对降水的敏感性看，植被物候对降水敏感性主要以正敏感为主。气象台站尺度的研究结果总体与像元尺度的研究结果基本一致。在气象台站尺度上对比显示有 65%的站点枯黄期对温度的敏感性大于返青期，94%的站点返青期对降水的敏感性大于枯黄期，在气候不断变化的条件下，敏感性的研究可促进生态系统可持续管理的能力，对物候模拟以及生态系统气候的评估具有重要参考价值。关键词：内蒙古；返青期；枯黄期；生长度日；冷却度日；敏感性Climate sensitivity of the start of the growing season in spring and the end of thegrowing season in autumn for vegetation in Inner MongoliaWANG Kai-feng1，2，BAO Gang1，2*，YUAN Zhi-hui1，2，TONG Si-qin1，2，YE Zhi-gang1，2，HUANG Xiao-jun1，2，BAO Yu-hai1，21.College of Geographical Science，Inner Mongolia Normal University，Hohhot 010022，China；2.Inner Mongolia Key Laboratoryof Remote Sensing&Geography Information System，Inner Mongolia Normal University，Hohhot 010022，ChinaAbstract：The start of growing season（SOS）in spring and the end of growing season（EOS）in autumn areregarded as two important phenological indicators of vegetation growth.However，the sensitivity of these indicatorsto changes in climate，especially temperature，as well as their differences remain unclear.In this study，MODISNDVI and meteorological data from 2001 to 2019 were used to calculate the SOS in spring and the EOS in autumn ofvegetation in Inner Mongolia at meteorological station-and pixel-scales.In these analyses，the numbers of growingdegree-days（GDD）and cooling degree-days（CDD；i.e.DD with mean temperature below the base temperature）were used as temperature indicators that affect the SOS and EOS.These analyses revealed spatial patterns of SOSDOI：10.11686/cyxb2022274http：/收稿日期：2022-06-27；改回日期：2022-09-01基金项目：国家自然科学基金（41861021；42061070），内蒙古自治区自然科学基金（2021MS04014）和水利厅重点专项（NSK2021-Z1）资助。作者简介：王凯锋（1996-），女，内蒙古乌兰察布人，在读硕士。E-mail： 通信作者 Corresponding author.E-mail：第 32 卷第 4 期草业学报 2023 年and EOS and their sensitivity to climate change.It was found that，from 2001 to 2019，the SOS for vegetation inInner Mongolia usually occurred around d 110-135（where Jan 1st=d 1），and was progressively earlier with time（2.6 d 10 a1）.The EOS usually occurred around d 260-280，and showed a weak trend towards later occurrence（0.7 d 10 a1）.In 68.1%of the study area the SOS was advanced by GDD accumulation in the period immediatelyprior and similarly in 56%of the study area EOS was advanced by CDD accumulation in the period immediatelyprior.Both SOS and EOS were sensitive to precipitation，and the response was mainly positive（i.e.a delay of SOSor EOS）.The results at the meteorological station-scale were basically consistent with those at the pixel-scale.Atthe meteorological station-scale，the temperature sensitivity of 65%stations was greater at the EOS than at theSOS，and the precipitation sensitivity of 94%stations was greater at the SOS than at the EOS.In the context ofclimate change，the results of studies on sensitivity are useful for devising sustainable ecosystem managementstrategies，and have important reference value for phenological simulations and ecosystem climate assessments.Key words：Inner Mongolia；start of growing season；end of growing season；growing degree-days；cooling degree-days；sensitivity植被物候是与气候波动相关的植被生命周期性事件的反复发生的时间1，其年际变化会对生态系统各个环节，如大气和陆地之间碳水循环和能量交换等产生重要影响2-3。植被物候可以直接反映气候上的微小变化4-6，不仅能够记录植被所处环境的气候及其变化，而且还可反映物候发生前气候条件对植被的综合影响以及敏感性差异7。因此，植被物候变化及其主要原因的研究可对深刻理解全球碳水循环过程和气候变化对生态系统的影响等提供重要科学依据和数据支撑。春季返青期（start of growing season，SOS）和秋季枯黄期（end of growing season，EOS）是植被生长过程中两个重要的物候指标。植被春季返青时需要一定的热量累积，生长度日（growing degree-days，GDD）已被广泛用作热累积的衡量指标，以评估温度对春季返青期的影响8-9。冷却度日（cooling degree-days，CDD）作为累积热量亏损的指标，被用来解释植被秋季枯黄期的发生10-12。基于卫星遥感数据的植被物候研究表明，中国温带植被返青期的提前和枯黄期的推迟均与气候变暖一致13-14，说明温度对返青期和枯黄期具有重要作用15-16。此外，干旱与半干旱区降水量的改变对返青期和枯黄期也起到重要作用8，17。在植被物候变化研究领域，气候（主要是温度和降水量）敏感性是预测物候变化的常用方法之一18，通常以物候和气候因子之间的回归斜率来表示单位温度（降水量）增加时物候变化的天数，用来衡量植被物候对温度或降水量变化的响应程度19。近年来，植被物候对温度敏感性方面的研究得到学术界的广泛关注18，20。植被生长过程中春季热量的积累对返青期具有潜在影响21-22。在春季物候事件中，叶片变红或果实成熟，与前一时期的温度总和有关23-24。研究发现，在全球变暖的趋势下，北部中高纬度地区植被返青的 GDD 需求表现出相当大的空间差异12，25。生长季节累积的冷却度日被认为是秋季植被休眠的主要触发因素12，与秋季物候具有明显的负相关关系。Zhu等21分析了青藏高原蒲公英（Taraxacummongolicum）和车前草（Plantago asiatica）春季展叶期和秋季叶片枯黄期对温度响应的敏感性差异，发现蒲公英春季展叶期/秋季枯黄期对生长度日/冷却度日的响应比车前草更为敏感。Fu 等26以欧洲山毛榉（Faguslongipetiolata）幼树为研究对象，利用温度控制试验发现秋季叶片衰老对温度的敏感性显著大于春季叶片展叶对温度的敏感性。从过去研究可看出，大多研究主要以植物生长受温度影响较明显的植物类型为例，分析了不同植物春季和秋季物候对温度的敏感度差异，而上述研究在区域尺度或在植被类型尺度上是否成立未得到相关证实。另外，在植被生长受降水作用更明显的干旱半干旱区，此两种物候指标对温度和降水敏感性差异有必要进一步深入研究。遥感技术的快速发展，对区域植被类型尺度物候研究提供了重要的数据和方法支持。内蒙古自治区位于中国北方，为典型的干旱半干旱生态系统，对气候变化极为敏感，植被生长具有明显的季节变化特征，为干旱区植被春秋季物候及其对气候敏感性研究提供了重要场所。本研究利用中分辨率成像光谱31Vol.32，No.4ACTA PRATACULTURAE SINICA（2023）仪（moderate resolution imaging spectroradiometer，MODIS）植 被 归 一 化 指 数（normalized difference vegetationindex，NDVI）数据和 100个气象台站的日平均气温和降水量数据，研究了 2001-2019年内蒙古地区植被春季返青期与秋季枯黄期及其对气候敏感性的时空差异。与该地区过去采用平均温度为指标的研究不同27，本研究以GDD和 CDD作为温度指标，分析春季返青期和秋季枯黄期对温度的敏感性及其差异。1材料与方法1.1研究区概况内蒙古自治区地处中国北方（3722-5323 N；9712-12604 E），面积为 1.18106km2（约占中国国土12.3%），平均海拔约为 1000 m，由东北向西南呈狭长状分布（图 1）。该地区为温带大陆性季风气候，在东北部地区降水量最多，年总量 300400 mm，而在西南部最少，低于 100 mm。年平均气温为 1.510.0，其空间分布与降水呈相反趋势。1.2数据来源及预处理采用 2001-2019 年的 MOD13A2 NDVI 数据产品（https：/lpdaacsvc.cr.usgs.gov/appeears/）来识别研究区春季返青期和秋季枯黄期。该数据空间和时间分辨率分别为 1 km 和 16 d。考虑到研究区西南部沙漠和戈壁荒漠地区土壤背景对 NDVI的影响较大，将 多 年 平 均 NDVI 值 小 于 0.1 的 地 区 从 研 究 区 剔除28。为研究不同植被类型的物候差异，采用 2001、2010和 2019年 MODIS 土地覆盖类型产品（MCD12Q1，空间分辨率为 500 m），使用最邻近分配法进行重采样，得到空间分辨率为 1 km 的土地覆盖类型数据，再进行不同类型合并等处理，提取过去 19年间土地覆盖类型发生变化的区域（图 2），在未变化的区域内开展研究，最终获得林地、灌丛、草地、农田、荒漠地区稀疏植被等 5种植被类型数据（图 1）。气象数据来源于内蒙古自治区气象局和国家气象数据共享网（http：/ 个气象台站的 2001-2019 年日平均气温和日降水数据用于计算 GDD 和 CDD，并分析物候对其敏感性差异。根据气象台站的经纬度信息，在 NDVI 影像上逐年逐 16 d提取气象台站对应位置的 NDVI时间序列数据，用于计算各气象站点对应的植被返青期和枯黄期。1.3研究方法1.3.1植被返青期和枯黄期的识别由于 16 d 的NDVI 数据中仍存在云和气溶胶等的影响，先采用时间序列谐波分析法（harmonic analysis of time series，HANTS）29-30对 16 d NDVI数据进行平滑处理，进一步降低原 NDVI数据中存在的噪声（图 3a）。对 NDVI数据进行平滑后，采用累计 NDVI的 Logistic曲线曲率极值法31，对 16 d NDVI值进行 Logistic曲线拟合（公式 1），并计算 Logistic拟合曲线的曲率（公式 2和 3），将曲率最大值和最小值对应的日期分别定义为植被返青期和枯黄期（图 3b）。图 1研究区位置及气象台站分布Fig.1Location of the study area and distribution ofmeteorological stations图 2内蒙古 2001-2019年土地覆盖类型未发生变化和发生变化地区的分布情况Fig.2Spatial distribution of unchanged and changed areaof land cover types in the Inner Mongolia from 2001 to 201932第 32 卷第 4 期草业学报 2023 年y()t=c1+ea+bt+d（1）K=dds=-b2cz()1-z()1+z3()1+z4+()bcz21.5（2）z=ea+bt（3）式中：t为儒略日；y（t）为与时间 t对应的 Logistic拟合的累计 NDVI值；d 为背景值，用 1年 23 个 NDVI序列中最小NDVI值来代替；c+d为累计 NDVI最大值；K为 NDVI Logistic拟合曲线的曲率；a和 b为拟合参数。1.3.2返青期和枯黄期对气候敏感性的计算采用二元线性回归方法逐气象站点计算返青期和枯黄期对气候的敏感性，以回归系数（斜率）代表其敏感性大小，计算公式如下27：y=ax1+bx2+c（4）式中：y 为 2001-2019 年间返青期或枯黄期序列数据，x1和 x2分别代表 2001-2019 年温度（返青期用温度指标GDD；枯黄期用温度指标 CDD）和降水量序列数据，c为残差。研究表明，植被春季返青主要受返青期之前累积热量的影响9。因此，计算返青期对温度敏感性时，选用生长度日来代表植被春季开始生长的热量需求，一般以每年 1月 1日至植被返青日期期间高于阈值温度（Tb）的日平均气温（Tm）之和来代表32，其计算公式如下：GDD=DOY1DOY2()Tm-Tbif Tm Tb0if Tm Tb（5）式中：Tm为日平均气温；Tb为阈值温度，在此选用 0 作为阈值温度32；DOY1为每年第一天（即 1月 1日）；DOY2为多年春季返青期平均值33。CDD 代表秋季热量亏损指标，与平均温度相比，可更好地解释植被枯黄期发生的直接原因和过程11。CDD一般用在枯黄期可能发生的时间段（一般为每年 8月 1日至 10月 31日）内日平均温度（Tm）和阈值温度（Tb）之差的和来代表21，具体计算公式为：CDD=DOY1DOY2()Tb-Tmif Tm Tb0if Tm Tb（6）式中：Tb为阈值温度，在此选用 15 作为阈值温度21；DOY1为每年 8月 1日；DOY2为每年 10月 31日。对降水量而言，采用季前累积降水量来反映返青期和枯黄期对降水量的敏感度33-34，即返青期/枯黄期前每10 d为间隔9，采用偏相关分析（将温度作为控制变量）计算不同时间长度累积的降水量，偏相关系数最大时的时间间隔作为季前长度，用于分析返青期和枯黄期对降水的敏感性。在各气象台站上计算 GDD 和 CDD 后，对图 3NDVI 数据平滑和累计 NDVI的 Logistic拟合曲线曲率极值法Fig.3Illustration of NDVI smoothing and the cumulative NDVI based Logistic curve model：累 积 NDVI 的 Logistic 拟 合 曲 线 Logistic fitting curve of cumulative NDVI；：Logistic 曲 线 曲 率 Logistic curve curvature；：累 积 NDVICumulative NDVI.33Vol.32，No.4ACTA PRATACULTURAE SINICA（2023）GDD、CDD和降水量进行克里金插值，并与逐像元计算的返青期和枯黄期结合，在像元尺度上进一步计算内蒙古植被对温度和降水的敏感性。2结果与分析2.1返青期和枯黄期的空间格局及其变化趋势从像元尺度植被返青期空间分布格局看（图 4a），2001-2019年内蒙古平均返青期主要集中在第 110135天（即每年的 4月下旬到 5月中旬），平均为第 121天。在空间分布上，返青期相对较早的站点主要分布在内蒙古东北部的森林覆盖区域、东南部以及西南部地区，而在呼伦贝尔草原及锡林郭勒草原东北地区的返青期相对较晚。枯黄期主要集中在每年的第 260280天（即每年的 9月中旬到 10月上旬），平均 272 d，其空间分布在一定程度上与返青期整体上呈相反趋势（图4b），即呼伦贝尔草原和锡林郭勒草原东北部地区枯黄期总体比其他区域要早些。从区域尺度返青期和枯黄期的变化趋势看（2001-2019年），研究区约 74.6%的地区呈提前趋势，其中呈显著提前趋势（P0.05）的面积为 13.8%，主要集中在呼伦贝尔中部、锡林郭勒盟草原北部、内蒙古东部以及西南部。而呈推迟趋势的面积约 24.8%，其中仅有 1.3%的返青期呈显著推迟趋势（P0.05，图 4c）。在过去的 19年间，枯黄期呈推迟趋势的面积（57.8%）比呈提前趋势的面积（41.5%）比重略高（图 4d），其中呈显著推迟趋势（P0.05）的面积约占 5.8%，主要分布在呼伦贝尔北部以及内蒙古西南部。相反呈显著提前趋势的仅占 1.4%。总体上看，无论是返青期还是枯黄期，在过去 19年间其变化趋势均较平稳，从比重看，返青期呈提前趋势多，而枯黄期推迟趋势多，尽管大多为不显著。在气象台站尺度的返青期和枯黄期的空间分布格局及其变化趋势与像元图 42001-2019年内蒙古多年平均返青期和枯黄期及返青期和枯黄期变化趋势空间分布Fig.4Spatial distribution of annual mean start of growing season（SOS）and end of growing season（EOS）and variation trendof SOS and EOS in Inner Mongolia during 2001 to 2019左上角图及图例为站点尺度图，右下角图及图例为像元尺度图，下同。The upper left figure and legend are site-scale maps，and the lower right figureand legend are pixel-scale maps，the same below.34第 32 卷第 4 期草业学报 2023 年尺度的变化高度一致（图 4）。从区域平均返青期和枯黄期的变化趋势看（图 5），返青期呈不显著提前趋势，平均变化趋势为 2.6 d 10 a-1；而枯黄期呈不显著的推迟趋势，平均为 0.7 d 10 a-1。2.2返青期和枯黄期对温度和降水敏感性分析内蒙古植被返青期与 GDD 之间主要以负敏感性为主，占总面积的 68.1%（图 6a），这说明某一年累积积温（GDD）的升高，将植被返青期提前，反之亦然。负敏感主要分布在内蒙古东北部以及中部，在位于中部的锡林郭勒草原和兴安盟南端草原和森林混合地区敏感性较大；返青期对温度正敏感性的区域为 30.6%，主要分布在内蒙古西南部降水量较少的干旱半干旱地区。从返青期对降水敏感性的空间分布来看（图 6b），区域主要以正敏感性为主（75.8%），在空间分布上与温度敏感性呈相反的空间分布特征。这说明，在西南部干旱半干旱区降水的增加对植被返青具有明显的促进作用。气象台站尺度的返青期对 GDD 与降水的敏感性与像元尺度的空间分布高度一致（图 6a，b）。图 52001-2019年内蒙古多年平均返青期（a）与枯黄期（b）的时间变化趋势Fig.5Temporal variation trend of annual mean SOS（a）and EOS（b）in Inner Mongolia during 2001 to 2019图 62001-2019年内蒙古返青期和枯黄期对气象因子的敏感性空间分布Fig.6Spatial distribution of sensitivity of meteorological factors during SOS and EOS in Inner Mongolia during 2001 to 201935Vol.32，No.4ACTA PRATACULTURAE SINICA（2023）共有 56%区域的枯黄期对 CDD 具有负敏感性，主要分布在内蒙古东北部、中部以及西南部地区，其中锡林郭勒草原南部以及兴安盟森林草地地区的敏感性较大（图 6c）。这意味着当某一年秋季热量亏损（CDD）增多时其植被枯黄期会提前。约 44%的像元显示枯黄期对温度为正敏感性，主要位于呼伦贝尔草原北部、锡林郭勒草原南部和内蒙古西南部地区。枯黄期对降水敏感性区域空间分布显示（图 6d），正敏感性像元占总面积的74.1%，其余为负敏感性。使用气象站数据计算的枯黄期温度与降水敏感性也显示出大致相似的空间格局（图6c，d）。总体而言，温度对返青期/枯黄期的影响大于降水。从不同植被类型返青期和枯黄期对气候敏感性的对比看（表 1），除稀疏植被和灌丛外，其余 3种植被类型返青期对温度敏感性均为负敏感，其中林地植被返青期对温度的敏感性最大，为 0.042 d-1。对于返青期降水敏感性而言，5种植被均呈正敏感，其敏感性为 0.0030.308 d mm-1。枯黄期对降水敏感性中农田的敏感性最小（0.003 d mm-1），而灌丛枯黄期对温度和降水的敏感性均为最大。返青期温度敏感性为 00.124 d-1，而枯黄期温度敏感性为 00.143 d-1，整体上对比来看枯黄期温度敏感性略大于返青期（图 7）。如在内蒙古东北部以及西南地区枯黄期温度敏感性大于返青期（共 65个站点）（图8a）。其余 35个站点返青期温度敏感性大于枯黄期，主要分布在锡林郭勒盟草原地区。对降水的敏感性而言，返青期对降水的敏感性波动幅度更为明显，而枯黄期对降水的敏感性变化则较为平缓。共有 94个站点的返青期对降水的敏感性高于枯黄期（图 8b），说明内蒙古植被春季返青受降水的影响要大于秋季枯黄受降水的影响。2.3GDD和 CDD大小的对比分析GDD 是植被春季返青生长时所需热量累积的温度指标；CDD 是植被秋季生长过程中所亏损的热量，致使植被枯黄的温度指标，两者在温带植被年生长的开始和结束过程中扮演着重要作用。从 2001-2019 年平均 GDD表 12001-2019年内蒙古不同植被类型返青期和枯黄期对气象因子的敏感性Table 1Sensitivity of different vegetation types to meteorological factors during SOS and EOS in Inner Mongolia during 2001 to 2019植被类型Vegetation types林地 Woodland灌丛 Bushwood草地 Grassland农田 Cropland稀疏植被 Sparse vegetation返青期敏感性 Sensitivity of SOS温度 Temperature（d-1）-0.0420.017-0.018-0.0110.003降水 Precipitation（d mm-1）0.2040.3080.1630.0460.003枯黄期敏感性 Sensitivity of EOS温度 Temperature（d-1）-0.0070.045-0.006-0.0070.003降水 Precipitation（d mm-1）-0.0320.1050.0550.0030.039图 72001-2019年内蒙古各气象站点返青期与枯黄期温度和降水敏感性对比Fig.7Comparison of temperature sensitivity and precipitation sensitivity during SOS and EOS of Inner Mongolia meteorologicalstations during 2001 to 201936第 32 卷第 4 期草业学报 2023 年与 CDD 大小来看（图 9a），研究区多年平均 GDD 变化为 151.7785.0 d-1，而 CDD 变化为 168.2805.9 d-1。各站点多年平均 GDD 和 CDD 变化呈相反趋势，即 GDD 较小的站点的 CDD 大，而 GDD 较大的站点的 CDD小。由 GDD 和 CDD 对比的空间分布来看（图 9b），共有 32%的站点 CDD 值大于 GDD，其余 68%的站点的 GDD值大于 CDD。GDD 大于 CDD 的站点主要分布在内蒙古东南部和西南部地区，这些点在空间分布上与枯黄期对温度敏感性大的区域高度一致（图 8a）；而 CDD大于 GDD的站点则分布在呼伦贝尔草原以及锡林郭勒草原地区。说明在植被春季返青的时候热量需求（GDD）多的地方，植被秋季枯黄的温度亏损（CDD）更大，可以更好地分析热量对敏感性的影响。3讨论本研究基于 2001-2019年 MODIS NDVI数据，采用累计 NDVI的 Logistic曲线曲率极值法在区域及气象站点尺度上分析了内蒙古植被返青期和枯黄期变化及其对温度和降水响应的敏感度。大多研究表明，北半球中高纬度地区的植被具有明显的返青期提前和枯黄期推迟的趋势，并且存在区域差异35-36。如 Piao 等6利用GIMMS NDVI数据估算 1982-1999年中国温带植被返青期和枯黄期，表现出与北半球中高纬度地区同样的变化趋势。本研究也表明，2001-2019年内蒙古区域植被平均返青期呈提前趋势（2.6 d 10 a-1），与前人研究结果总体一致。范德芹等37研究表明，1982-2013 年内蒙古羊草（Leymus chinensis）草原春季返青期提前趋势约为2.2 d 10 a-1。董晓宇等38得出 2000-2017 年内蒙古荒漠草原植被的春季返青期显著提前（8.8 d 10 a-1），提前图 82001-2019年内蒙古各气象站点返青期和枯黄期温度（a）和降水的敏感性（b）对比空间分布Fig.8Spatial distribution of temperature sensitivity（a）and precipitation sensitivity（b）during SOS and EOS in Inner Mongoliameteorological stations during 2001 to 2019图 92001-2019年内蒙古各气象站点多年平均 GDD与 CDD对比Fig.9Comparison of multi-year mean GDD and CDD in Inner Mongolia meteorological stations during 2001 to 201937Vol.32，No.4ACTA PRATACULTURAE SINICA（2023）趋势高于本研究，这可能与其研究的荒漠草原有极大关系，荒漠草原气候偏向暖干化趋势39，春季物候对温度的敏感性有一定的差异性。与春季返青期的研究相比，秋季枯黄期的研究相对有限40-41。本研究表明，2001-2019年间内蒙古区域植被平均枯黄期以 0.7 d 10 a-1呈推迟趋势，略低于 Yang等42的 1982-2010年中国温带植被枯黄期的推迟趋势（1.3 d 10 a-1）。与前人有关植被物候研究不同的是，本研究重点关注返青期和枯黄期对 GDD和 CDD 的敏感性对比，而 Yang等42是利用月气温和降水数据来解释枯黄期对温度和降水的响应特征。季前温度和降水都会影响返青期和枯黄期，导致物候对气候变化产生复杂反应，在评估植被物候对气候变化的响应时，还应考虑返青期（枯黄期）对温度（降水）敏感性的影响。前人研究大多基于单一物候敏感性的研究，鲜少对不同物候敏感性之间的差异性做对比，如 Shen 等2采用季前温度对北半球春季物候敏感性研究得出的结果表明，在较温暖的地区，植被的春季物候可能具有较高的温度敏感性。本研究敏感性对比在气象台站尺度上开展主要是因为 GDD和 CDD的计算需要逐日气象数据在站点尺度上详细计算。前人研究发现，导致青藏高原不同植被春秋物候敏感性差异的主要原因为海拔差异，尽管其对纬度和经度也有一定的依赖性，但不及海拔差异贡献大21。欧洲山毛榉春秋物候敏感性差异主要由物种对温度的物候响应不同所致26。本研究与其略有异同，GDD 大的区域与枯黄期温度敏感性大的区域分布较为一致（图 8a 和图 9b）。其中，呼伦贝尔草原地区较为特殊，枯黄期温度敏感性大于返青期，而 CDD 则大于 GDD。在温度变化较大的高纬度地区，返青期和枯黄期对温度的敏感性较高43-44，Gao等45在北半球研究发现约有 58%的区域，沿海拔梯度温度降低导致春季敏感性增大，而在呼伦贝尔地区与其相似，当秋季热量亏损增多时，枯黄期对温度的敏感性更高。Erez等46认为光刺激对于打破叶片休眠和低温至关重要，可以部分补充低温积累的不足，这意味着较低海拔的较高辐射将会刺激植被生长，同时还会促进其对温度的敏感性。前人研究发现，降水的分布可以控制温度敏感性的空间格局27，33，内蒙古年降水主要集中在夏季和秋季，明显多于春季，且内蒙古东南部以及西南部地区春季热量的积累（GDD）大于秋季热量亏损（CDD），当秋季降水充足，枯黄期温度敏感性反而会更强45。Segura等47也认为在缺水较多的地区，物候的温度敏感性可能较低。对锡林郭勒草地来说，干旱引起秋季水分亏缺抑制了植被的养分，从而加快秋季植被枯黄48，当春季热量积累大于秋季枯黄期热量亏损时，返青期的温度敏感性大于枯黄期。春季返青期和秋季枯黄期温度敏感性差异可能还与春秋物候过程的差异有关，对于植被春季返青，温度主要影响其休眠的解除和叶片展开的速度，但对其他器官的影响不大（因为它们在萌芽前活跃性低）49。而对秋季植被枯黄，温度影响植被的叶绿素含量、光合作用以及色素的降解，当气候变暖对植被生理结构产生积极的影响，会延迟叶绿素的降解从而延缓叶片衰老的速度50，随后提高了秋季枯黄期对温度的敏感。这些因素可以部分解释本研究发现的秋季温度敏感性的空间格局比春季温度敏感性的空间格局更加具有异质性。本研究发现 GDD与 CDD 的大小变化呈相反趋势（图 9），这说明对某一个气象台站来说，植被春季返青所需要的温度累积得越少，其秋季热量亏损得越多，从而影响植被春季生长和枯黄期的发生。这两个过程可能是影响未来气候变化中物候敏感性演化的两种对立因素，对它们的相对作用的研究超出了本研究的范围，因此，有必要从植被本身的不同生理特征与休眠机理特征深入思考和开展研究。本研究尽管开展了物候敏感性研究，但主要反映的是大区域尺度的特色，而在物种尺度上存在一定的不确定性。由于使用的是遥感数据，大面积观测未能做到微观的详细深入分析，因此，本研究结果有必要在地面观测或者是利用试验的方法在以后的工作中继续完善与深入。4结论本研究在遥感技术的支持下，在内蒙古区域上研究了植被返青期和枯黄期及其对温度（降水）敏感性大小及其空间格局。返青期和枯黄期均以负温度敏感性为主。春季返青期温度敏感性与秋季枯黄期敏感性在不同区域显示出不同差异性，从气象台站尺度上来看主要以秋季枯黄期温度敏感性大于春季返青期温度敏感性为主，其分布区域与 GDD 大于 CDD 的分布较为一致。与之相比，区域内降水的敏感性差异较为单一，有 94%的站点春季返青受降水的影响大于秋季枯黄受降水的影响。38第 32 卷第 4 期草业学报 2023 年参考文献 References：1 Elmendorf S C，Jones K D，Cook B I，et al.The plant phenology monitoring design for the national ecological observatorynetwork.Ecosphere，2016，7（4）：e01303.2 Shen M G，Tang Y H，Jin C，et al.Earlier-season vegetation has greater temperature sensitivity of spring phenology in northernhemisphe