根据1963-2007年中国物候观测网西安观测站的物候和气温、降水资料, 分析了西安站34种木本植物春季展叶始期、展叶盛期、始花期和盛花期等4个关键物候期的变化趋势、对气候变化的阶段响应特点及其与气温、降水变化的关系。结果表明, 1963年以来, 西安地区气温呈显著上升趋势, 特别是1994年前后, 气温发生明显突变, 上升趋势更加明显; 西安春季物候变化主要呈现提前趋势。在45年中, 观测到的34种植物的展叶始期平均提前1天, 展叶盛期平均提前1.4天, 始花期平均提前9天, 盛花期平均提前12天; 以突变点为界, 34个物种1995-2007年的4种物候期比1963-1994年平均提前了4.34±0.77天; 春季物候期的早晚主要受春季气温的影响, 特别是春季物候期发生当月和上一月的平均气温对物候期的影响最为显著。叶物候和物候发生期前一月的降水量有较为明显的相关关系, 花物候期和降水的关系不明显。
Aims Few studies have investigated phenological response to climate change in Western China to understand ecological responses to climate change and evaluate phenological differences on a regional scale. We analyzed spring phenological data from 34 woody plants for the past 45 years in Xi’an. Our objectives were to determine the relationships between plant phenology and air temperature change and to explore the response of spring phenophases to abrupt climate change in Xi’an. Methods The Mann-Kendall test was used to describe the trend of temperature change and the specific point of climate change. The trends of spring phenophases were described by simple linear regression. The significance of correlation coefficients between phenophases and both temperature and precipitation were examined by t-tests. Important findings Four spring phenophases generally showed advancement, and the characters of phenological change were consistent with climate change, even abrupt climate change. Statistically significant correlation was found between the changes of spring phenophases and the temperatures of one or several months before the phenophase onset. The mean monthly temperature of the onset month or the prior month was the key factor impacting the spring phenophase. Moreover, there was a strong correlation between leaf phenophase and monthly precipitation of one month before the phenophase onset, while the correlation between flower phenophase and precipitation is not obvious.
全 文 :植物生态学报 2010, 34 (11): 1274–1282 doi: 10.3773/j.issn.1005-264x.2010.11.004
Chinese Journal of Plant Ecology http://www.plant-ecology.com
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收稿日期Received: 2010-01-13 接受日期Accepted: 2010-05-16
* 通讯作者 Author for correspondence (E-mail: daijh@igsnrr.ac.cn)
西安木本植物物候与气候要素的关系
白 洁1,2 葛全胜1 戴君虎1* 王 英3
1中国科学院地理科学与资源研究所, 北京 100101; 2中国科学院研究生院, 北京 100049; 3陕西省现代建筑设计研究院, 西安 710048
摘 要 根据1963–2007年中国物候观测网西安观测站的物候和气温、降水资料, 分析了西安站34种木本植物春季展叶始期、
展叶盛期、始花期和盛花期等4个关键物候期的变化趋势、对气候变化的阶段响应特点及其与气温、降水变化的关系。结果
表明, 1963年以来, 西安地区气温呈显著上升趋势, 特别是1994年前后, 气温发生明显突变, 上升趋势更加明显; 西安春季物
候变化主要呈现提前趋势。在45年中, 观测到的34种植物的展叶始期平均提前1天, 展叶盛期平均提前1.4天, 始花期平均提前
9天, 盛花期平均提前12天; 以突变点为界, 34个物种1995–2007年的4种物候期比1963–1994年平均提前了4.34±0.77天; 春季
物候期的早晚主要受春季气温的影响, 特别是春季物候期发生当月和上一月的平均气温对物候期的影响最为显著。叶物候和
物候发生期前一月的降水量有较为明显的相关关系, 花物候期和降水的关系不明显。
关键词 气候变化, 植物物候, 木本植物, 西安
Relationship between woody plants phenology and climate factors in Xi’an, China
BAI Jie1,2, GE Quan-Sheng1, DAI Jun-Hu1*, and WANG Ying3
1Institute of Geographic Sciences and Natural Resources Research, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100101, China; 2Graduate University of the Chinese
Academy of Sciences, Beijing 100049, China; and 3Shaanxi Modern Architecture Design & Research Institute, Xi’an 710048, China
Abstract
Aims Few studies have investigated phenological response to climate change in Western China to understand
ecological responses to climate change and evaluate phenological differences on a regional scale. We analyzed
spring phenological data from 34 woody plants for the past 45 years in Xi’an. Our objectives were to determine
the relationships between plant phenology and air temperature change and to explore the response of spring
phenophases to abrupt climate change in Xi’an.
Methods The Mann-Kendall test was used to describe the trend of temperature change and the specific point of
climate change. The trends of spring phenophases were described by simple linear regression. The significance of
correlation coefficients between phenophases and both temperature and precipitation were examined by t-tests.
Important findings Four spring phenophases generally showed advancement, and the characters of phenological
change were consistent with climate change, even abrupt climate change. Statistically significant correlation was
found between the changes of spring phenophases and the temperatures of one or several months before the
phenophase onset. The mean monthly temperature of the onset month or the prior month was the key factor im-
pacting the spring phenophase. Moreover, there was a strong correlation between leaf phenophase and monthly
precipitation of one month before the phenophase onset, while the correlation between flower phenophase and
precipitation is not obvious.
Key words climate change, plant phenology, woody plants, Xi’an
随着全球变化研究的逐步深入, 物候对气候变
化的响应研究已成为全球变化和物候学研究关注
的热点。自然物候变化作为指示气候与自然环境变
化的一种重要综合指标, 不仅能直观地指示自然季
节的变化, 而且能表现出动植物生命现象对自然环
境变化的响应和适应(Penuelas & Filella, 2001)。
国际上对植物物候变化趋势的研究大多集中
在中高纬度春季植物物候期上(Bradley et al., 1999;
Schwartz & Reiter, 2000), 春季植物物候的年际变
化是植物对气候响应的最敏感和易观察的一个要
素(Menzel, 2000; Abu-Asab et al., 2001; Sparks &
Menzel, 2002; Fitter & Fitter, 2002; Chmielewski et
白洁等: 西安木本植物物候与气候要素的关系 1275
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al., 2004; Aasa et al., 2004)。Cleland等(2007)指出:
过去十几年间的研究表明, 物候现象在多个尺度上
都发生了显著变化, 包括个体植物春季物候期提前
和以遥感影像得出的春季绿波(spring green-up)提
前。Menzel等(2006)对欧洲21个国家125 000条观测
序列的荟萃分析(Meta-analysis)结果表明, 春季物
候期显著提前, 秋季物候期变化情况不明了。在物
候影响因子研究方面最新的研究表明: 在湿润温带
地区, 影响优势森林树种的最重要的3个要素包括
冬季低温、光照和温度(Korner & Basler, 2010)。但
近10年大多数物候研究表明, 在众多影响物候的环
境因子中, 温度所起的作用最大(Schwartz, 2003;
Schwartz et al., 2006)。北半球中高纬度地区植物物
候对温度的响应最为灵敏(Badeck et al., 2004)。Root
等(2003)归纳了物候与气候要素关系方面的143篇
文章, 涉及数百个物种, 也证明影响物候的主要气
候因素是温度。
Zheng等(2006)、张学霞等(2005)、徐雨晴等
(2005)、徐文铎等(2008)、吴荣军等(2009)、常兆丰
等(2009)、白洁等(2009)对我国不同地区的相关物候
研究均得出春季物候期提前的结论, 但对物候的地
域研究还不深入普遍。目前, 我国物候研究大多集
中于东部地区; 西部地区除民勤外, 其他地区的物
候研究还比较少见。对我国西部地区进行木本植物
物候对气候变化的响应研究, 有助于揭示不同气候
条件下植物物候对气候变化的响应特征, 以及气候
变化对物候变化的驱动机制, 可为区域或更大空间
尺度上的气候变化的生态影响评估提供科学依据。
本文以西安植物园34种木本植物为研究对象, 针对
春季展叶始期、展叶盛期、始花期和盛花期等4种
物候期, 分析其年际变化趋势及各物候期与气温变
化之间的关系, 并从气候突变的角度分析了各物种
不同物候期在气候突变点前后的阶段性响应特点,
为进一步了解气候变化对生态系统的影响、评价大
区域物候的空间差异研究提供参考。
1 资料和方法
1.1 研究资料
西安市位于关中平原腹地, 南依秦岭, 北邻渭
河, 属暖温带半湿润大陆季风气候, 冷暖干湿, 四
季分明。多年(1971–2000年)平均气温13.7 ℃, 最冷
1月份平均气温–0.1 ℃, 最热7月份平均气温26.6
℃, 年极端最低气温–16 ℃, 年极端最高气温41.8
℃。夏季炎热潮湿, 年降水量约553 mm, 一半都集
中于夏季。冬季干旱, 伴随有少量降雪。西安市植
被属于典型的含常绿成分的夏绿落叶阔叶林地区,
含有较多的华北植物区系成分的物种 (雷明德 ,
1999)。图1是西安的气候图解。
西安地区的物候观测资料来自中国物候观测
网(Chinese Phenology Observation Network, CPON)。
依据观测序列较长和连续性较好的原则, 选择含观
测期内(1963–1968年, 1973–1996年, 2003–2007年)
34个物种(表1)的展叶始期、展叶盛期、始花期、盛
花期的物候观测记录。这些物种大多是暖温带落叶
阔叶林的代表性物种 , 在西安普遍种植。刺槐
(Robinia pseudoacacia)、枸橘(Poncirus trifoliata)、
合欢(Albizia julibrissin)、木犀(Osmanthus fragrans)、
悬铃木(Platanus orientalis)均为引进种。气象资料来
自中国气象局科学数据共享中心 (http://cdc.cma.
gov.cn)提供的日值数据。
1.2 研究方法
首先对西安地区年平均气温和春季气温采用
线性拟合方法分析其变化趋势 , 并运用Mann-
Kendall法(魏凤英, 2007)进行突变分析, 检验中国
物候观测网西安观测站年平均气温和春季气温的
突变情况, 并绘制气候突变统计量检验图, 试图找
出在45年中西安气候的突变点; 用一元线性回归法
计算物候期的变化趋势, 统计4种物候期在45年间
图1 西安1971–2000年的气候图解。垂直影线是相对湿润
期; x轴下方的黑色部分是日平均最低温度在0 ℃以下的月
份, 斜阴影是绝对最低温度低于0 ℃的月份。
Fig. 1 Climate diagram of Xi’an from 1971 to 2000. Vertical
hatching represents the relative humid season. Black areas be-
low x-axis indicate months with daily mean minimum tem-
perature below 0 ℃, and diagonally hatched bars indicate
months with absolute minimum temperature below 0 ℃.
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的变化特点; 为了进一步验证西安4种物候期的变
化趋势及其对气候变化的响应, 本文以全国气候突
变点1989年和西安地区气候突变点1994年为界, 比
较各物候期在前后时段的平均值差异。具体计算是
用后时段中平均值减去前时段中平均值, 差值为正
表示后一阶段物候期推迟, 差值为负表示后一阶段
物候期提前; 为了讨论西安站木本植物对气候要素
的响应关系, 分别计算了34种植物各物候期出现的
时间与物候期前数月月平均气温、降水的相关系数,
从中选出相关系数通过0.05显著性检验的各物候序
列。拟合各物候出现时间对气温、降水的线性趋势,
并将各物候期按多年平均发生月份分组, 讨论不同
发生月份物候期与气温和降水的关系。
2 结果
2.1 西安气候变化特征
西安站1963–2007年的年平均气温为13.8 ℃,
年平均气温在波动振荡中逐渐上升, 呈现明显的上
升趋势, 总变化趋势为每10年上升0.47 ℃ (图2A),
即在过去45年中, 年平均气温升高约2.1 ℃。春季
2–4月、3–5月平均气温在过去45年间和年平均气温
的变化一致, 也呈现明显的上升趋势, 其气温变化
趋势分别为每10年上升0.8 ℃和0.72 ℃, 可见春季
升温幅度要高于年平均气温。此外, 气温变化也具
有一定的突变特征, 根据Mann-Kendall检验结果绘
制的气候突变统计量图如图2下部所示。该检验的
统计原理表明, 若正序列曲线(UF)或反序列曲线
(UB)的值大于0, 则表明序列呈上升趋势, 小于0则
表明呈下降趋势。当它们超过临界线时, 表明上升
或下降的趋势显著。超过临界线的范围确定为出现
突变的时间区域。如果UF和UB两条曲线出现交点,
且交点在临界线之间, 那么交点对应的时刻便是突
变开始的时间。图2表明, 西安站年平均气温, 春季
2–4月、3–5月平均气温均在1994年前后发生突变,
这比我国平均的气候突变点1989年较为推迟(尹云
鹤等, 2009)。由此可见, 西安地区春季气温的趋势
变化和突变状况均同年平均气温的变化情况一致。
2.2 春季物候期年变化趋势
西安站春季物候期45年间的线性趋势统计结
果见表2。其中, 年际变化趋势的结果表明, 1963–
2007年, 春季4种物候期均普遍呈现提前的趋势,
呈现推迟趋势的个数和通过0.05显著性检验的个数
均明显少于呈现提前趋势的个数。20个物种的展叶
始期发生期提前, 其中4个物种通过0.05显著性检
验; 19个物种的展叶盛期发生期提前, 其中3个物种
通过0.05显著性检验; 29个物种的始花期提前, 其
中10个物种通过0.05显著性检验; 31个物种的盛花
期提前, 其中16个物种通过0.05显著性检验。在45
图2 西安1963–2007年年平均气温和春季平均气温的变化趋势及突变。上层图曲线为气温变化曲线, 直线为拟合趋势线; 下
层图实曲线为正序列曲线(UF)值, 虚曲线为反序列曲线(UB)值, 虚直线为α = 0.05的信度线。A、B、C分别是年平均气温、2–4
月和3–5月月平均气温的变化图。
Fig. 2 The trends and abrupt changes of annual mean air temperature and spring mean air temperature in Xi’an from 1963 to 2007.
Upper panel: the jagged segment is the annual mean temperature; the straight line is the linear fit; Lower portion: the solid curve is
the positive sequence (UF) value, the dot curve is the negative sequence (UB) value, and the dotted line shows the significance level
of 0.05. A, B and C show the variations and trends of annual mean air temperature, monthly mean air temperature from February to
April and from March to May.
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表2 西安木本植物春季物候期线性变化趋势
Table 2 The linear trends of spring phenophases of woody plants in Xi’an
Trend表示物候期提前或推迟的趋势, 负值表示物候期提前, 正值表示物候期推迟。
Trend represents phenophases advanced or delayed in days/year, where negative value indicates phenophase advance, while positive value indicates
phenophase was delayed; ¶, p < 0.1; *, p < 0.05; **, p < 0.01.
年当中, 这34种植物的展叶始期平均提前1天, 展
叶盛期平均提前1.4天, 始花期平均提前9天, 盛花
期平均提前12天。从统计结果也可看出, 这4个物候
期提前的敏感顺序依次是盛花期、始花期、展叶盛
期和展叶始期。
2.3 物候期的阶段变化特征
表3是不同子时段物候期的平均偏差表。从表3
可看出, 绝大多数物种春季平均物候期偏差(1995–
2007 vs 1963–1994)小于0, 说明大多数物种春季物
候期在1995–2007年间比1963–1994年间明显提前, 4
展叶始期 Leaf unfolding 展叶盛期 Full unfolding 始花期 First flowering 盛花期 Blossoming 序号
No. 趋势 Trend 显著性 Sig. 趋势 Trend 显著性 Sig. 趋势 Trend 显著性 Sig. 趋势 Trend 显著性 Sig.
1 0.176 0.087¶ 0.146 0.225 –0.204 0.028* –0.284 0.007**
2 –0.066 0.492 –0.115 0.258 –0.202 0.277 –0.371 0.025*
3 0.076 0.534 0 1.000 0.127 0.266 0.074 0.544
4 –0.037 0.685 –0.047 0.617 –0.240 0.045* –0.282 0.003**
5 –0.108 0.465 0.018 0.912 –0.379 0.002** –0.417 0.001**
6 –0.022 0.849 –0.051 0.704 –0.395 0** –0.452 0**
7 0.099 0.339 0.072 0.554 –0.477 0** –0.498 0.007**
8 –0.061 0.604 –0.122 0.360 –0.115 0.295 –0.149 0.207
9 0.136 0.216 0.090 0.458 –0.671 0.001** –0.580 0.005**
10 0.184 0.132 0.203 0.082¶ 0.299 0.084¶ 0.246 0.094¶
11 –0.136 0.221 –0.099 0.446 –0.425 0.001** –0.458 0.003**
12 –0.261 0.005** –0.304 0.001** –0.152 0.417 –0.244 0.254
13 0.044 0.576 0.038 0.662 –0.139 0.241 –0.186 0.111
14 0.027 0.781 0.068 0.496 –0.077 0.359 –0.141 0.116
15 –0.158 0.386 –0.012 0.941 0.014 0.927 –0.007 0.966
16 –0.173 0.015* –0.219 0.009** –0.570 0.069¶ –0.687 0.031*
17 –0.183 0.098¶ –0.216 0.055¶ –0.100 0.551 –0.276 0.078¶
18 0.028 0.855 0.056 0.739 –0.475 0.018* –0.521 0.014*
19 0.008 0.940 0.016 0.897 –0.005 0.965 –0.081 0.45
20 0.096 0.370 –0.049 0.654 –0.128 0.167 –0.149 0.088¶
21 0.086 0.407 0.086 0.435 –0.194 0.210 –0.238 0.14
22 –0.060 0.504 –0.080 0.375 –0.160 0.065¶ –0.235 0.012*
23 0.052 0.734 0.030 0.869 0.065 0.610 0.069 0.601
24 –0.021 0.849 0.003 0.979 –0.118 0.301 –0.129 0.204
25 –0.009 0.957 –0.085 0.498 –0.216 0.139 –0.285 0.055¶
26 0.093 0.447 0.347 0.035* 0.029 0.757 –0.107 0.285
27 –0.124 0.349 –0.194 0.153 –0.128 0.458 –0.170 0.326
28 –0.130 0.104 –0.086 0.297 –0.175 0.055¶ –0.217 0.024*
29 –0.201 0.044* –0.205 0.052¶ –0.087 0.447 –0.095 0.391
30 0.381 0.003** 0.175 0.218 –0.186 0.316 –0.520 0**
31 –0.118 0.316 –0.146 0.194 –0.200 0.009** –0.250 0.002**
32 –0.005 0.952 –0.021 0.836 –0.158 0.116 –0.186 0.077¶
33 –0.287 0.002** –0.323 0.001** –0.350 0.001** –0.431 0**
34 –0.096 0.223 –0.047 0.620 –0.570 0.056¶ –0.773 0.031*
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种物候期偏差为负值的个数分别有27、25、30和31
个, 占到各物候期总数的79.4%、73.5%、88.2%和
91.2%; 而以1989年为界, 西安站春季物候期在以
1989年分界的前后两段的变化没有以1994年分界
时的明显。图3是以气候突变点 (1994年 )为界 ,
1963–1994年和1995–2007年两时段西安4个物候期
的偏差频率分布图。经计算, 34个物种1995–2007年
的4种物候期比1963–1994年平均提前了4.34 ± 0.77
天。由此可见, 西安春季物候变化与气候变化的阶
段性特征比较一致。
2.4 物候期和气温的关系
分别计算34种植物各物候期出现的时间与物
候期前数月月平均气温的相关系数, 从中选出相关
系数通过0.05显著性检验的各物候序列。并拟合各
物候期出现的时间对气温的线性趋势, 并将各物候
期按多年平均发生月份分组, 讨论不同发生月份物
候期与气温的关系, 统计结果见表4。表4显示: 1)
这34个物种大多数物候期发生在春季3–5月, 仅有
个别序列始花期和盛花期的平均发生期是在夏秋
季; 2)展叶始期、展叶盛期、始花期、盛花期这4种
表3 1963–2007年间不同子时段物候期的平均偏差
Table 3 Mean phenological differences between the subintervals during the period from 1963 to 2007
1990–2007比1963–1989
1990–2007 vs 1963–1989
1995–2007比1963–1994
1995–2007 vs 1963–1994
物候期
Phenophase
提前个数 (百分比)
No. of advance (%)
平均值
Mean
标准误差
SE
提前个数 (百分比)
No. of advance (%)
平均值
Mean
标准误差
SE
展叶始期 Leaf unfolding 16 (47) 0.17 0.51 27 (79) –1.81 0.67
展叶盛期 Full unfolding 12 (35) 1.07 0.53 25 (74) –1.35 0.66
始花期 First flowering 29 (85) –3.52 0.74 30 (88) –6.36 0.88
盛花期 Blossoming 29 (85) –4.05 0.76 31 (91) –7.82 0.85
图3 1995–2007年对1963–1994年物候期的偏差频率分布图(A、B、C、D分别为展叶始期、展叶盛期、始花期和盛花期)。
Fig. 3 Frequency distribution of phenological deviations from the mean in four phenophases from 1995–2007 compared to
1963–1994. A, B, C, and D are leaf unfolding, full leaf unfolding, first flowering and blossoming, respectively.
1280 植物生态学报 Chinese Journal of Plant Ecology 2010, 34 (11): 1274–1282
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表4 4种物候期与气温的统计关系
Table 4 Statistic relationship between four phenophases and air temperature
物候期 Phenophase 月份 Month r2/n2 s2 r1/n1 s1 r/n s
3月(8) Mar. (8) – – –0.56/5 –2.40 –0.56/8 –2.80 展叶始期 Leaf unfolding
4月(26) Apr. (26) –0.48/5 –1.76 –0.6/24 –2.45 –0.48/11 –1.79
3月(6) Mar. (6) – – –0.49/5 –2.12 –0.59/6 –2.96
4月(26) Apr. (26) –0.45/5 –1.76 –0.58/24 –2.54 –0.49/11 –1.98
展叶盛期 Full unfolding
5月(2) May (2) – – – – – –
2月(1) Feb. (1) – – –0.54/1 –4.22 –0.78/1 –4.41
3月(8) Mar. (8) –0.41/2 –2.33 –0.62/7 –2.63 –0.60/7 –2.85
4月(14) Apr. (14) –0.48/7 –1.66 –0.68/14 –2.68 –0.58/11 –2.15
5月(4) May (4) –0.58/2 –2.93 –0.72/3 –3.73 –0.53/4 –2.92
6月(3) Jun. (3) –0.78/1 –4.4 –0.81/2 –4.40 –0.52/2 –3.31
7月(3) Jul. (3) –0.56/3 –5.91 –0.66/1 –3.97
始花期 First flowering
8月(1) Aug. (1) – – – – – –
3月(8) Mar. (8) –0.50/2 –3.53 –0.66/6 –3.10 –0.58/7 –2.92
4月(15) Apr. (15) –0.49/10 –1.83 –0.69/15 –2.87 –0.62/14 –2.37
5月(3) May (3) –0.54/3 –3.16 –0.78/3 –4.27 –0.62/3 –3.33
6月(4) Jun. (4) –0.68/2 –4.28 –0.71/3 –5.04 –0.46/1 –4.46
7月(3) Jul. (3) –0.68/3 –5.54 –0.48/1 –5.92
盛花期 Blossoming
9月(1) Sept. (1) – – – – – –
“–” 表示物候期和该月气温不相关; 括号内的数字表示各物候期平均发生期所在月份的序列个数; r2、r1、r分别是物候期和物候发生日期前
2月、前1月和当月平均气温的相关系数的平均值(平均值的计算以各物候期同月平均气温相关系数通过0.05显著性检验的序列为准); n2、n1、
n是各物候期同月平均气温的相关系数通过0.05显著性检验的个数; s2、s1、s是通过0.05显著性检验的序列对相应月均温变量的线性回归
系数。
“–” represents that there is no significant correlation between phenophase and air temperature; the figures in brackets represents the number of
phenological series in respective months; r2, r1 and r represent the mean correlation coefficient between phenophases and mean monthly temperature
of last 2 month, last month and same month, respectively (based on the series whose correlation coefficient with significance of 0.05); n2, n1 and n
represent the number of correlation coefficient with significance of 0.05 in given month; s2, s1 and s represent the average linear regression coeffi-
cient of phenophases to corresponding mean monthly temperature.
物候期与气温变化较多呈现显著的负相关关系, 即
绝大多数植物物候期随气温升高而提前; 3)春季物
候期的早晚主要受物候期发生当月和上月气温的
影响明显, 气温上升幅度越大, 春季物候期提前幅
度越大。并且除了在3月发生的展叶始期和展叶盛
期序列外, 其余春季(3–5月)物候期主要受物候期发
生上一月的气温影响, 夏季物候的这种规律性不明
显。
2.5 物候期和降水的关系
与物候期和气温之间关系分析相类似, 本文计
算了上述34种植物各物候期同物候发生期前数月
降水的相关关系, 并对其相关系数进行了t检验。结
果表明, 叶物候期在3月的物种, 其叶物候期同当
年2月降水量有微弱的负相关关系, 只有个别序列
和2月降水的相关系数通过0.05的显著性检验。叶物
候期发生在4月的部分物种, 其展叶始期和展叶盛
期同当年3月的月降水量之间有明显的正相关关系,
即3月份的降水量增多, 这些物种春季展叶始期和
展叶盛期推迟。展叶始期在4月的物种有26个, 其中
11个物种的展叶始期同3月的降水量具有明显的正
相关关系; 展叶盛期在4月的物种也有26个, 其中
20个物种的展叶盛期同3月降水量具有显著的正相
关关系。而降水对花期的影响不明显。叶物候期和
3、4月降水呈现相反的相关关系, 这可以解释为冬
季降水较少, 早春土壤干旱, 水分对植物生命活动
有促进作用, 但4月以后, 降水的增多会使气温降
低 , 进而植物展叶的条件受到抑制 , 叶物候期
推迟。
3 结论和讨论
自1963年以来, 西安地区气温呈显著上升趋
势, 年平均气温变化趋势为每10年升高0.47 ℃, 即
在过去的45年中, 年平均气温升高约2.1 ℃。春季
平均气温也同年平均气温一样, 呈现明显的上升趋
白洁等: 西安木本植物物候与气候要素的关系 1281
doi: 10.3773/j.issn.1005-264x.2010.11.004
势。特别是1994年前后, 气温上升趋势更加明显。
西安春季物候变化主要呈现提前趋势。在45年
当中, 观测到的34种植物的展叶始期平均提前了1
天, 展叶盛期平均提前1.4天, 始花期平均提前9天,
盛花期平均提前12天。春季物候期的早晚主要受春
季气温的影响, 特别是春季物候期发生上一月的平
均气温, 对物候期的影响最为显著。西安春季物候
期提前的结论和欧洲、北美春季物候期呈现提前趋
势的研究结果(Bradley et al., 1999; Menzel et al.,
2006)一致, 也和我国北京、郑州、沈阳、民勤、贵
阳春季物候期提前的结果(张学霞等, 2005; 徐文铎
等, 2008; 白洁等, 2009; 常兆丰等, 2009; 吴荣军
等, 2009)一致, 所不同的只是物候期提前程度存在
差别。Menzel等(2006)对欧洲19个国家的254条物候
序列的荟萃分析(Meta-analysis)结果也表明, 63%的
物候序列都是和物候发生期前一个月的气温相关
系数高, 这也和西安站的研究结果一致。常兆丰
(2009)对西部民勤站物候期的研究结果表明, 物候
期发生当月的气温较上月的气温对物候期影响明
显, 这和西安站的情况有差异。西安站叶的物候期
同降水的关系同西南部贵阳站的情况不同, 西安站
叶物候期主要受物候发生期前一月的降水的影响
明显, 而贵阳站是受物候期发生上一年夏秋季降水
的影响明显。
春季物候期变化和西安地区气候突变有明显
的对应关系, 西安地区的气候突变点较之全国的气
候突变点稍晚, 相应地, 植物物候变化对西安地区
气候阶段性变化的响应也更敏感。在西安气候突变
点前后, 绝大多数物种春季物候期在1995–2007年
间比1963–1994年明显提前, 34个物种1995–2007年
的4种物候期比1963–1994年平均提前了4.34 ± 0.77
天。进一步说明了气候, 特别是区域平均气温的突
变对西安地区春季物候产生了明显影响。
植物物候变化是陆地生态系统功能评估的重
要指标。物候变化是植物发育阶段性变化的直接表
现, 对陆地生态系统的物质循环和能量流动都将产
生较大影响。植物物候研究的部分成果可以直接应
用于陆地生态系统净初级生产的研究上。比如, 中
国华北地区春季物候期的普遍提前和一些植物秋
季物候期推后将延长植物生长季长度, 直接关乎植
物群落和生态系统的生物量蓄积情况。本文揭示在
全球变暖背景下, 与区域气候变化相一致, 西安地
区春季四种物候期普遍提前, 这对该地区生态系统
的结构和功能都产生了重大影响。因此, 物候学研
究成果也为区域生态系统生态学研究提供了资料
和参考。
致谢 国家自然科学基金(40625002和40871033)和
中国科学院知识创新重要方向项目(KZCX2-YW-
315)资助。
参考文献
Aasa A, Jaagus J, Ahas R, Sepp M (2004). The influence of
atmospheric circulation on plant phenological phases in
Central and Eastern Europe. International Journal of Cli-
matology, 24, 1551–1564.
Abu-Asab MS, Peterson PM, Shetler SG, Orli S (2001). Earlier
plant flowering in spring as a response to global warming
in the Washington, DC area. Biodiversity and Conserva-
tion, 10, 597–612.
Badeck FW, Bondeau A, Bottcher K, Doktor D, Lucht W,
Schaber J, Sitch S (2004). Response of spring phenology
to climate change. New Phytologist, 162, 295–309.
Bai J (白洁), Ge QS (葛全胜), Dai JH (戴君虎) (2009). Re-
sponse of woody plant phenophases to climate change for
recent 30 years in Guiyang. Geographical Research (地理
研究), 28, 1606–1614. (in Chinese with English abstract)
Bradley NL, Leopold AC, Ross J, Huffaker W (1999).
Phenological changes reflect climate change in Wisconsin.
Proceedings of the National Academy of Sciences of the
United States of America, 96, 9701–9704.
Chang ZF (常兆丰), Han FG (韩福贵), Zhong SN (仲生年)
(2009). Relationships between phenology of 18 tree spe-
cies and air temperature change in the Minqin desert area
of China. Chinese Journal of Plant Ecology (植物生态学
报), 33, 311–319. (in Chinese with English abstract)
Chmielewski FM, Muller A, Bruns E (2004). Climate changes
and trends in phenology of fruit trees and field crops in
Germany, 1961–2000. Agricultural and Forest Meteorol-
ogy, 121, 69–78.
Cleland EE, Chuine I, Menzel A, Mooney HA, Schwartz MD
(2007). Shifting plant phenology in response to global
change. Trends in Ecology and Evolution, 22, 357–365.
Fitter AH, Fitter RSR (2002). Rapid changes in flowering time
in British plants. Science, 296, 165–167.
Korner C, Basler D (2010). Phenology under global warming.
Science, 327, 1461–1462.
Lei MD (雷明德) (1999). Vegetation in Shaanxi, China (陕西
植被) 1st edn. Science Press, Beijing. (in Chinese)
Menzel A (2000). Trends in phenological phase in Europe be-
tween 1951 and 1996. International Journal of Biometeo-
rology, 44, 76–81.
Menzel A, Sparks TH, Estrella N, Koch E, Aasa A, Ahas R,
1282 植物生态学报 Chinese Journal of Plant Ecology 2010, 34 (11): 1274–1282
www.plant-ecology.com
Alm-Kubler K, Bissolli P, Braslavska O, Briede A,
Chmielewski FM, Crepinsek Z, Curnel Y, Dahl A, Defila
C, Donnelly A, Filella Y, Jatczak K, Mage F, Mestre A,
Nordli O, Penuelas J, Pirinen P, Remisova V, Scheifinger
H, Striz M, Susnik A, Vliet AJHV, Wielgolaski FE, Zach
S, Zust A (2006). European phenological response to cli-
mate change matches the warming pattern. Global Change
Biology, 12, 1969–1976.
Penuelas J, Filella I (2001). Response to a warming world.
Science, 294, 793–795.
Root TL, Price JT, Hall KR, Schneider SH, Rosenzweig C,
Pounds JA (2003). Fingerprints of global warming on wild
animals and plants. Nature, 421, 57–60.
Schwartz MD (2003). Phenology: an Integrative Environ-
mental Science. Kluwer Academic Publishers, London.
Schwartz MD, Ahas R, Aasa A (2006). Onset of spring starting
earlier across the north hemisphere. Global Chang Biol-
ogy, 12, 343–351.
Schwartz MD, Reiter BE (2000). Changes in North American
spring. International Journal of Climatology, 20, 929.
Sparks TH, Menzel A (2002). Observed changes in seasons: an
overview. International Journal of Climatology, 22,
1715–1725.
Wei FY (魏凤英) (2007). Modern Technology of Statistics,
Diagnosis and Forecast for Climate (现代气候统计诊断
与预测技术) 2nd edn. China Meteorological Press, Bei-
jing. (in Chinese)
Wu RJ (吴荣军), Zheng YF (郑有飞), Zhao GQ (赵国强),
Wang M (王敏) (2009). Spring phenophase changes of
dominant plants in Zhengzhou and their responses to air
temperature change. Chinese Journal of Ecology (生态学
杂志), 28, 1049–1054. ( in Chinese with English abstract)
Xu WD (徐文铎), He XY (何兴元), Chen W (陈玮), Liu CF
(刘常富), Zhao GL (赵桂玲), Zhou Y (周园), Wen H (闻
华) (2008). Relationships between spring phenology of
Shenyang urban forest and global climate warming in last
40 years. Chinese Journal of Ecology (生态学杂志), 27,
1461–1468. (in Chinese with English abstract)
Xu YQ (徐雨晴), Lu PL (陆佩玲), Yu Q (于强) (2005). Re-
sponse of tree phenology to climate change for recent 50
years in Beijing. Geographical Research (地理研究), 24,
412–420. (in Chinese with English abstract)
Yin YH (尹云鹤), Wu SH (吴绍洪), Chen G (陈刚) (2009).
Regional difference of climate trend and abrupt climate
change in China during 1961–2006. Journal of Natural
Resources (自然资源学报), 24, 2147–2157. (in Chinese
with English abstract)
Zhang XX (张学霞), Ge QS (葛全胜), Zheng JY (郑景云),
Zhang FC (张福春) (2005). Responses of spring phenol-
ogy to climate changes in Beijing in last 150 years. Chi-
nese Journal of Agrometeorology (中国农业气象), 26,
263–267. (in Chinese with English abstract)
Zheng JY, Ge QS, Hao ZX, Wang WC (2006). Spring pheno-
phases in recent decades over eastern China and its possi-
ble link to climate changes. Climatic Change, 77, 449–
462.
责任编委: 常 杰 责任编辑: 王 葳