阿拉善荒漠地区苍耳物候期气象敏感因子分析.pdf

2023 年第 1 期20内 蒙 古 气 象文章编号 1005-8656（2023）01-0020-05阿拉善荒漠地区苍耳物候期气象敏感因子分析旭花（阿拉善盟气象局，内蒙古 阿拉善 750300）摘要 文章采用内蒙古自治区孪井滩气象站 20022017 年气象观测资料及同时段苍耳的物候期数据，分析苍耳的物候期对本地气候变化的响应特征及其之间的相关性。分析结果表明：气温是影响阿拉善盟荒漠草原苍耳每一个物候期的关键气候因子，其中不同月份的月平均最高（最低）气温、月极端最高（最低）气温以及稳定通过 0、5、10 的积温对苍耳的不同物候期的影响较明显，是主要的气候影响因子。年、月平均降水量和月平均日照时数对苍耳物候期的影响不显著。苍耳的萌芽期、展叶始期、展叶盛期、开花始期、种子成熟期有逐年推迟的趋势。苍耳每个物候期稳定通过 0、5、10 的积温均有逐年增加的趋势。关键词 气候变化；苍耳；物候期中图分类号 P468 文献标识码 A doi：10.14174/ki.nmqx.2023.01.004 0 引言在全球气温变暖的背景下，内蒙古气候也发生了显著的变化，主要特征是气候变暖，近 50 年内蒙古年平均气温上升了 2 1。阿拉善盟孪井滩地区 19892018 年年平均气温气候变化倾向率为0.405 /（10 a）2，有明显的上升趋势。植物物候是植物长期适应季节性气候环境变化而形成的一种生长发育规律3，是气候变化最直观的植物信号记录，是气候与自然环境变化的综合指标4。目前由全球变暖带来的温度、降水、光照等气候因子的变化，对植物物候已产生重要的影响5-9。生物的物候期变化可以指示气候变化的综合指标，也可以随着气候变化的不同特征进行个体物候期的调整及响应10。物候状况不仅能反映当地、当时的气候环境状态，而且还可以反映过去一段时间内气候条件积累对生物或非生物的综合影响11。气候变化是生态环境发生明显变化的主要因子之一，自然物候是生态环境的象征现象12。随着气温升高或降低，植物物候持续日数延长或缩短13-16。大量研究结果表明，气候变化对植物物候期的影响非常显著17-20。植物物候期对气候变化的响应方面的研究很多，但是对荒漠草原地区的植物物候期研究相对较少。荒漠地区生态系统较脆弱，草本植物作为荒漠草原生态系统的成员之一，对气候变化的响应尤为明显。因此，开展不同种类的植物物候期敏感因子的分析与研究，对预测当地气候变化、植物物候期、气候变化影响植物生长发育的程度等有重要的指示意义。为了了解荒漠地区草本植物的物候期规律，本文对阿拉善盟草原化荒漠孪井滩地区的草本植物苍耳（Xanthium sibiricum）的多年物候期观测资料和气温、降水量、日照时数的数据，运用统计学原理进行了综合性的分析，探索草原化荒漠上草本植物苍耳对气候变化的响应情况。1 试验区域概况和数据来源1.1 试验地点试验地点设在内蒙古阿拉善盟腾格里经济技术开发区嘉尔嘎勒赛汉镇，位于阿拉善盟东南部，干旱少雨、风大沙多、冬寒夏热、昼夜温差大、四季特征明显。地处腾格里沙漠东南边缘，光热风能充足，冬季漫长寒冷，夏季温热短促，降水集中，雨热同季，无霜期较长等特点，属于草原化荒漠地区。1.2 数据来源本研究采用内蒙古自治区孪井滩牧业气象试验站 20022017 年的年平均气温、月平均气温、月极端最高气温、月极端最低气温、月平均最高气温、月平均最低气温、月平均降水量、月平均日照时数和同时期草本植物苍耳的萌芽期、展叶始期、展叶盛期、开花始期、开花盛期、成熟期的物候观测数据、每个物候期稳定通过 0、5、10 的积温数据。2 材料与研究方法2.1 试验材料供试材料为生长于试验地点的草本植物苍耳，2023 年第 1 期21内 蒙 古 气 象自 20022017 年在固定地段随机选取自然状态下的苍耳进行物候期观测，物候期数据包括萌芽期、展叶期、开花期、果实或种子成熟期和黄枯期等。2.2 研究方法试验排除人为因素干扰，于 2002 年开始对草本植物苍耳进行定点不定株观测；按照农业气象观测规范规定21，当开春后苍耳进入萌芽期前开始巡视观测，不缺测物候期的情况下，由单位自行统一规定开始巡视的观测时间。萌芽期至黄枯期每旬逢 5、旬末进行观测，临近物候期时采用隔日观测一次，但旬末必须巡视观测。每次巡视观测要记录在值班日志上，当观测到物候期时按照规范要求依次记录到自然物候观测簿上。物候期出现日期数据采用儒略日表示法，即每年 1 月 1 日计为第一天，到物候期出现日期换算成对应日序（天）。文中物候期持续时间是指从某个物候始期（进入该物候期的株数占总株数的10%或以上，小于 50%）出现日至物候盛期（进入该物候期的株数占总株数的 50%或以上）出现日之间的总天数。2.3 数据处理与统计本文数据分析使用 Office、SPSS313.0 等软件，采用 Pearson 相关系数等分析方法进行气候因子与苍耳物候期之间的相关性分析。3 结果与分析3.1 苍耳物候期的年际变化分析从 20022017 年苍耳物候期年际变化的分析结果来看，苍耳的开花始期、开花盛期和成熟期呈逐年推迟的趋势，与时间呈显著的正相关关系（见图 1和表 1）。y=0.6103x+118.38R2=0.1041y=2.875x+168R2=0.6619y=3.5588x+211.88R2=0.557750100150200250300350400物候期日数/d年份苍耳展叶盛期苍耳开花始期苍耳种子成熟期线性(苍耳展叶盛期)线性(苍耳开花始期)线性(苍耳种子成熟期)图 1 苍耳展叶盛期、开花始期、种子成熟期年际变化趋势 表 1 苍耳开花始期、展叶盛期、成熟期与时间序列的相关性 年份开花始期展叶盛期成熟期Y0.642*0.887*0.604*注：*表示在 0.01 水平上显著相关；*表示在 0.05 水平上显著相关。3.2 苍耳各物候期的气候敏感因子的分析 从苍耳各物候期与气候因子间关系的分析来看，苍耳萌芽期与上年度 11 月平均最高气温、9 月极端最低气温和本年度 1 月极端最高气温呈显著的正相关关系（p 0.05），与 5 月极端最高气温、萌芽期稳定通过 0、5、10 积温呈极显著正相关关系（p 0.01）。展叶始期与 1 月极端最高气温呈显著的正相关关系（p 0.05）；与 5 月极端最高气温、展叶始期稳定通过 0、5、10 积温呈极显著正相关关系（p 0.01）；展叶盛期与 1 月极端最高气温呈显著的正相关关系（p0.05）；与5 月极端最高气温、展叶盛期稳定通过 0、5、10 积温呈极显著正相关关系（p 0.01）。开花始期与年日照时数、6 月极端最高气温呈显著的负相关关系（p 0.05）；与开花始期稳定通过 0、5、10 积温呈极显著正相关关系（p 0.01）。开花盛期与 3 月极端最低气温呈显著的正相关关系（p 0.05）；与开花盛期稳定通过0、5、10 积温呈极显著正相关关系（p 0.01）。成熟期与 4 月极端最低气温、年平均气温呈显著的正相关关系，与 6 月极端最高气温呈显著的负相关关系（p 0.05）；与种子成熟期稳定通过 0、5、10 积温呈极显著正相关关系（p 0.01）（见表 2）。3.3 苍耳每个物候期 0、5、10 积温的年际变化 分析通过分析，苍耳各物候期稳定通过 0、5、10 的积温均有明显的逐年增加的趋势，其中萌芽期、展叶始期、展叶盛期稳定通过 0 积温、5 积温与时间变化无明显的相关性；展叶始期、展叶盛期稳定通过 10 积温与时间呈显著的正相关关系（p 0.05）；开花始期、开花盛期、成熟期稳定通过 0、5、10 的积温与时间呈极显著的正相关关系（p0.01）（见图 2 图 13 和表 3）。2023 年第 1 期22内 蒙 古 气 象表2 苍耳各个物候期与气候因子间的相关关系 气候因子萌芽期展叶始期展叶盛期开花始期开花盛期种子成熟期11 月平均最高气温0.524*1 月极端最高气温0.551*0.539*5 月极端最高气温0.654*0.679*0.672*9 月极端最低气温0.528*1 月极端最高气温0.531*6 月极端最高气温-0.601*3 月极端最低气温0.541*年平均气温0.593*4 月极端最低气温0.510*6 月极端最高气温-0.537*年日照时数-0.646*0 积温0.904*0.926*0.938*0.989*0.807*0.961*5 积温0.818*0.798*0.881*0.979*0.815*0.983*10 积温0.656*0.671*0.685*0.954*0.734*0.939*注：*表示在 0.01 水平上显著相关；*表示在 0.05 水平上显著相关。y=12.759x+291.87R2=0.1956y=15.843x+137.44R2=0.2007y=18.499x-34.538R2=0.53110100200300400500600700800110 115 114 107 117 114 11196120 112 107 121 132 112 121 123积温/儒略日/d萌芽期0 积温萌芽期5 积温萌芽期10 积温线性(萌芽期0 积温)线性(萌芽期5 积温)线性(萌芽期10 积温)图 2 苍耳萌芽期稳定通过 0、5、10 的积温变化y=0.7294x+108.3R2=0.180990100110120130140苍耳萌芽期/d年份苍耳萌芽期线性(苍耳萌芽期)图 3 苍耳萌芽期变化趋势 y=71.901x+1382.9R2=0.664y=74.985x+1228.4R2=0.6578y=81.075x+1014.5R2=0.73751000150020002500182 180 182 177 186 186 184 161 183 193 200 203 209 217 213 223积温/儒略日/d开花始期0 积温开花始期5 积温开花始期10 积温线性(开花始期0 积温)线性(开花始期5 积温)线性(开花始期10 积温)图 4 苍耳开花始期稳定通过 0、5、10 的积温变化 y=2.875x+168R2=0.6619150160170180190200210220230苍耳开花期日数/d年份苍耳开花始期线性(苍耳开花始期)图 5 苍耳开花期变化趋势y=75.394x+1531.7R2=0.6656y=78.477x+1377.3R2=0.6516y=85.31x+1154.1R2=0.729110001200140016001800200022002400260028003000208 214 207 206 213 212 211 169 187 200 226 209 219 226 223 232积温/儒略日/d开花盛期0 积温开花盛期5 积温开花盛期10 积温线性(开花盛期0 积温)线性(开花盛期5 积温)线性(开花盛期10 积温)图 6 苍耳开花盛期稳定通过 0、5、10 的积温变化y=1.2206x+199.75R2=0.1401160170180190200210220230240苍耳开花盛期/d年份苍耳开花盛期线性(苍耳开花盛期)图 7 苍耳开花盛期变化趋势积温/儒略日/d年份儒略日/d积温/积温/儒略日/d年份年份苍耳开花盛期/d苍耳开花芽期/d苍耳开花日数/d2023 年第 1 期23内 蒙 古 气 象y=11.695x+377.37R2=0.1412y=14.656x+218.78R2=0.164y=19.278x+28.673R2=0.446502004006008001000116 122 117 115 121 116 117 100 124 116 115 133 136 115 124 125积温/儒略日/d展叶始期0 积温展叶始期5 积温展叶始期10 积温线性(展叶始期0 积温)线性(展叶始期5 积温)线性(展叶始期10 积温)线性(展叶始期10 积温)图 8 苍耳展叶始期稳定通过 0、5、10 的积温变化y=0.6294x+114.15R2=0.131595105115125135苍耳展叶始期/d年份苍耳展叶始期线性(苍耳展叶始期)图 9 苍耳展叶始期变化趋势y=12.098x+447.3 R2=0.1102y=15.181x+292.87R2=0.1489y=21.17x+80.185R2=0.3878020040060080010001200120 126 123 119 123 119 121 104 127 120 120 142 142 118 126 127积温/年份展叶盛期0 积温展叶盛期5 积温展叶盛期10 积温线性(展叶盛期0 积温)线性(展叶盛期5 积温)线性(展叶盛期10 积温)图 10 苍耳展叶盛期稳定通过 0、5、10 的积温变化y=0.6103x+118.38R2=0.1041100105110115120125130135140145苍耳展叶始期/d年份苍耳展叶盛期线性(苍耳展叶盛期)图 11 苍耳展叶盛期变化趋势 y=74.3x+2428.8R2=0.5365y=75.178x+2324.4R2=0.6144y=80.995x+2111.7R2=0.676720002200240026002800300032003400360038004000245 220 228 222 233 232 226 212 227 232 244 245 275 282 279 272积温/年份成熟期0 积温成熟期5 积温成熟期10 积温线性(成熟期0 积温)线性(成熟期5 积温)线性(成熟期10 积温)图 12 苍耳成熟期稳定通过 0、5、10 的积温变化y=3.5588x+211.88R2=0.5577200210220230240250260270280290成熟期/d年份苍耳成熟线性(苍耳成熟)图 13 苍耳成熟期变化趋势 表 3 苍耳各个物候期稳定通过 0、5、10 的积温与时间序列的相关性要素0 积温年际变化5 积温年际变化10 积温年际变化Y0.4450.3940.704*0.3680.3450.618*Y20.3080.3130.569*Y30.824*0.804*0.859*Y40.821*0.798*0.853*Y50.833*0.854*0.897*注：*表示在 0.01 水平上显著相关；*表示在 0.05 水平上显著相关；Y 表示萌芽期积温；Y1表示展叶始期积温；Y2表示展叶盛期积温；Y3表示开花始期积温；Y4表示开花盛期积温；Y5表示成熟期积温。4 结论与讨论(1)气温是影响阿拉善盟荒漠草原苍耳每一个物候期的关键气候因子，其中不同月份的月平均最高（最低）气温、月极端最高（最低）气温、稳定通过 0、5、10 的积温对苍耳的不同物候期的影响较明显，是主要的气候影响因子。结果表明,内蒙古自治区孪井滩地区苍耳的开花始期、开花盛期和成熟期呈逐年推迟的趋势，稳定通过 0、5、10 的积温对苍耳的积温/积温/儒略日/d儒略日/d积温/儒略日/d年份年份年份苍耳开花始期/d苍耳开花始期/d苍耳成熟期/d2023 年第 1 期24内 蒙 古 气 象各个物候期的影响比较明显，直接影响苍耳进入某个物候期的迟早，是判断进入某个物候期的重要气象指标。(2)年、月平均降水量和月平均日照时数对苍耳物候期的影响不显著。这可能与荒漠区常年降水稀少、光照充足、苍耳全物候期对自然环境的自适应有关，具体情况需要进一步的研究和验证。(3)苍耳的萌芽期、展叶始期、展叶盛期、开花始期、种子成熟期有逐年推迟的趋势。分析结果得出在气温逐年上升的背景下，内蒙古自治区孪井滩地区苍耳的全生育期呈波动延长的趋势。(4)苍耳每个物候期稳定通过 0、5、10 的积温均有逐年增加的趋势。结果印证了在气温上升的大背景下，孪井滩地区的气温也有相应的变化趋势，从而影响苍耳的物候期出现时间。综上所述，内蒙古自治区孪井滩地区的草本植物苍耳的物候期主要受气温影响，平均最高气温、平均最低气温、极端最高气温、极端最低气温和积温对物候期的影响程度不同，稳定通过 0、5、10 的积温的积累对苍耳物候期的影响最为显著，可以作为预报苍耳各个物候期的气象指标。参考文献1 曹艳芳，尤莉，魏玉荣，等.气候条件对候鸟物候期的影响 J.内蒙古气象,2010(6)：44-46.2刘建文，旭花.荒漠区3种木本植物开花期对气候变化的影响J.内蒙古气象，2019(6)：21-23.3 陆佩玲，于强，贺庆棠.植物物候对气候变化的响应 J.生态学报，2006，26(3)：923-929.4 顾润源，周伟灿，白美兰，等.气候变化对内蒙古草原典型植物物候的影响 J.生态学报,2012,32(3)：767-776.5 郑景云，葛全胜，郝志新.气候增暖对我国近 40 年植物物候变化的影响 J.科学通报,2002,47(20)：1584-1587.6 葛全胜，戴君虎，郑景云.物候学研究进展及中国现代物候学面临的挑战 J.中国科学院院刊,2010,25(3)：310-316.7 王连喜，陈怀亮，李琦，等.植物物候与气候研究进展 J.生态学报,2010,30(2)：447-454.8翟佳，袁凤辉，吴家兵.植物物候变化研究进展J.生态学杂志，2015,34(11)：3237-3243.9 高亚敏.气候变化对通辽草甸草原草本植物物候期的影响 J.草业科学,2018,35(2)：423-433.10 王静，常青，柳冬良.早春草本植物开花物候期对城市化进程的响应 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Xanthium Sibiricum in the same period,this paper analyzed the response characteristics of Xanthium Sibiricum phenological period to local climate change and their correlation.The results showed that temperature was a key climatic factor affecting every phenological period of Xanthium Sibiricum in Alxa League Desert Steppe,the highest(lowest)monthly mean temperature,the highest(lowest)monthly extreme temperature and the accumulated temperature of stable passage 0,5,10 C in different months had obvious effects on different phenophase of Xanthium sibiricum.The phenological period of Xanthium Sibiricum was not significantly affected by the annual and monthly average precipitation and monthly average sunshine hours.The Germination period,leaf expansion period,leaf expansion period,flowering period and seed maturity period of Xanthium Sibiricum had the tendency of postponing year by year.The accumulated temperature of each phenophase 0,5,10 C of Xanthium sibiricum showed an increasing trend year by year.Keywords Climate change;Xanthium sibiricum;Phenological period