西安和宝鸡木本植物花期物候变化及温度敏感度对比

植物物候是指示生态系统对气候变化响应的重要证据。已有研究多基于代表性站点的物候观测数据研究物候特征及其对气候变化的响应规律。同一气候区内,不同站点的物候变化及对温度变化响应的敏感度是否一致仍需深入探讨。本文选择同属于暖温带湿润区汾渭平原气候区的西安和宝鸡为研究区,利用"中国物候观测网"在两个站点21个共有物种的开花始期和开花末期数据,比较了1987—2016年两站点各植物花期物候变化特征及其对温度变化响应的敏感度差异。结果表明,西安和宝鸡各物种的开花始期和开花末期均以提前趋势为主。大部分物种开花始期在西安的提前趋势(平均趋势-0.57 d/a)明显强于在宝鸡的提前趋势(平均趋势-0.29 d/a),但开花末期趋势差异不显著。除紫薇和迎春的敏感度差异较大外,其他物种开花始期和开花末期的温度敏感度在两站点间非常接近,无显著差异。由此可见,在同一气候区的不同站点,因增温幅度不同,植物的始花期变化存在较大差异,不能用单站点的物候变化反映整个气候区的物候变化。但同一植物在单站点的温度敏感度可以较好的反映同一气候区其他站点的植物物候-气候关系。本文研究结果可为利用有限站点的物候观测数据分析区域物候变化及对气候变化的响应提供科学依据。     

民勤荒漠区典型草本植物马蔺的物候特征及其对气候变化的响应

植物物候反映了过去一段时间气候条件的累积对植物生长和发育的综合影响.通过收集1974-2007年民勤荒漠区典型草本植物马蔺的物候观测数据以及民勤治沙综合试验站同步观测的气象资料,分析了马蔺的物候特征及其对不同时间尺度气候变化的响应过程,结果表明:(1)马蔺的平均生长季长度约为201.7 d,并呈现出逐年增加的趋势,大致表现为每10a延长0.8d,但随着年份的变化并不显著(P＞0.1).(2)除开花期的开始时间出现明显的延后外(P＜0.1),马蔺其它物候期的开始和结束时间均表现为轻微的延后趋势,且随着年份的变化不显著(P＞0.1).马蔺各个物候期的持续时间不同年份差异较大,其中萌动期、开花期和果熟期的持续时间随着年份出现减少的趋势,而展叶期和黄枯期的持续时间随着年份则出现增加的趋势,但其变化均不显著(P＞0.1).(3)马蔺整个生长季的延长可能受气温和降水的综合作用,其物候期的开始时间对物候期开始之前3周到3个月之间的积温有着显著的响应(P＜0.01),而对于长时间尺度的积温则响应不显著(P＞0.1);其部分物候期的开始时间对于中短时间尺度的累积降雨有着较显著的响应(P＜0.1),但是对于长时间尺度的累积降雨则所有物候期都响应较弱(P＞0.1).(4)马蔺的物候期特征除了受区域气候变化影响之外,可能还与其自身的水分利用机制有关,未来的气候变化可能会进一步影响到该地区典型荒漠草本植物的物候特征.     

植物物候与气候研究进展

植物物候及其变化是多个环境因子综合影响的结果,其中气候是最重要、最活跃的环境因子。主要从气候环境角度分析了植物物候与气候以及气候变化间的相互关系,概述了国内外有关植物物候及物候模拟等方面的研究进展。表明,温度是影响物候变化最重要的因子;同时,水分成为胁迫因子时对物候的影响也十分重要。近50a左右,世界范围内的植物物候呈现出了春季物候提前,秋季物候推迟或略有推迟的特征,从而导致了多数植物生长季节的延长,并成为全球物候变化的趋势。全球气候变暖改变了植物开始和结束生长的日期,其中冬季、春季气温的升高使植物的春季物候提前是植物生长季延长的主要原因。目前对物候学的研究方向主要集中在探讨物候与气候变化之间的关系,而模型模拟是定量研究气候变化与植物物候之间关系的重要方式,国内外已经开发出多种物候模型来分析气候驱动与物候响应之间的因果关系。另外遥感资料的应用也为物候模型研究提供了新的方向。物候机理研究、物候与气候关系以及物候模型研究将是研究的重点。     

民勤荒漠区植物物候对气候变暖的响应

近几十年来,全球气候普遍变暖.那么,荒漠地区的气候是不是响应了全球气候的这种变化?在全球气候变化过程中,荒漠区植物物候又是如何响应这种气候变化的呢?显然,研究荒漠地区植物物候对气候变化的响应对于深入研究荒漠植物物候与气候因子的关系以及荒漠地区的植物保护都具有重要意义.运用位于中国西北典型荒漠地区的民勤沙生植物园1974～2007年42种中生、旱生植物的物候观测资料进行分析.结果表明:研究区1974年以来气温抬升幅度大于其他文献的研究报道,春季物候期提前幅度明显大于其他国家文献报道;在气温变暖的过程中,不同月份的气温变化与年平均气温的变化趋势并不完全对应,物候期发生当月的平均气温对该物候期的影响＞物候期发生上月平均气温＞年平均气温;研究区位于中国典型荒漠化地区,属于干旱荒漠气候,春季气温升高较其他地区更加明显,这就是当地春季物候期提前幅度相对较大的原因所在,也是当地以及中国西北沙区近几十年来沙尘暴天气增多和沙尘暴发生日期提前的原因.植物物候变化既是植物对气候变化的综合反应过程,又是植物适应气候变化的过程,尤其是荒漠植物.因此,物候研究将会成为今后气候学和植物生态学研究的一个重要内容.     

全球变化下植物物候研究的关键问题

总结了全球变化下植物物候研究的主要进展,针对该领域国内外的几个热点问题进行了讨论。植物物候研究的重心从以前的野外观测和初步统计分析逐步过渡到以揭示物候周期的调控机制和环境效应为主,研究手段从植物物候对环境变化做出反应的表象描述转移到多尺度、多要素耦合关系的综合分析。随着学科交叉研究的不断深入,植物物候研究从植物个体及居群适应性研究转向植物物候变化对生态系统、气候演变、农业生产乃至人类健康等方面影响的系统评估。并且在该转变过程中出现了几个关键性问题,如不同温度带大气温度与光周期对植物物候期贡献力问题、植物物候变化对气候变暖的非线性响应特征、群落水平上植物物候研究的复杂性、以及农业生态系统中作物物候研究的重要性等。对我国植物物候研究现状和管理体系中亟待解决的问题提出了建议。     

甘肃民勤荒漠区18种乔木物候与气温变化的关系

在全球气候变暖的大背景下, 荒漠地区的植物物候是怎样响应气候变暖的?为了弄清这个问题, 对甘肃民勤荒漠区沙生植物园内18种乔木34 a的物候观测资料进行了分析。分析结果表明: 自1974年以来, 甘肃民勤荒漠区气温抬升幅度高于全国和全球水平, 尤其在2、3月气温抬升最为明显, 春季物候期提前幅度明显大于国内外其它文献报道; 物候期发生当月的平均气温对该物候期的影响>物候期发生上月平均气温的影响>年平均气温的影响; 研究区春季气温升高较其它地区更为明显, 这就是当地春季物候期提前幅度相对较大的原因。荒漠植物物候变化既是植物对气候变化的综合反应过程, 又是植物适应气候变化的过程。     

植物物候变化研究进展

全球变化背景下,植物物候对气候变暖的响应已经成为研究热点。本文就植物物候对温度、水分、光照等气象因子的响应做了总结,并对国内外物候研究方法进行概述,特别是综合了近年来国内物候变化研究的文献,对我国植物春季物候变化情况作了统计:全球变化对我国大部分地区植被的影响主要是生长季提前,但新疆干旱区植被生长季开始日期在区域尺度上没有显著提前或者延迟趋势。由于物候研究方法的差异以及研究尺度的不同,在一定程度上弱化了研究结果的可比性,建议我国应基于目前的中国通量观测网以及各级生态监测网络,建立统一的物候监测平台,同时完善通量数据提取植物物候信息的方法,特别是阈值判定标准,为分析植物物候响应气候变化提供参考。     

早春草本植物开花物候期对城市化进程的响应——以北京市为例

植物物候对城市化的响应是全球变化与城市生态环境效应研究的重要内容。2012年3月到6月,结合气象观测数据,对北京市西北向城市化梯度上7种早春草本植物开花物候期进行观测与研究,发现温度因子和早春草本植物开花物候期均随城市化梯度发生变化,即越靠近城市中心区,温度和积温累计值越高;早春草本植物开花物候期出现时间越早,平均提前2—4 d;但开花期持续时间与开花速率并不随城市化梯度发生明显变化。此外,研究发现北京市7种早春草本植物开花期对5℃积温变化响应最为敏感;开花期提前时间梯度变化显著性与生活型密切关联,多年生草本植物对城市化梯度变化的响应比一年生或一二年生草本植物明显。未来城市植物物候期研究中,应更关注城市化进程中土地利用/覆被变化与热岛效应对城市气候及植物生理生态特征的累积影响特征,以期进一步揭示植物物候期对城市化及气候变化的响应规律。     

植物物候对城市热岛响应的研究进展

城市热岛引起的局地小气候改变对生态系统格局、过程及功能的影响加剧。植物物候是检测这种影响的敏感且易观测的生物指示器,其对城市热岛的响应研究成为城市生态学及全球变化科学关注的热点。本文系统综述近年来相关研究成果,指出物候地面观测、模型模拟及遥感监测是获取城市植物物候的主要途径,联合公众并充分结合照片、多分辨率影像等可丰富物候资料获取;由于城市热岛的影响,城市春季物候早于周围乡村地区,但对于驱动机制仍没有定论;随着城市增温,城市春季物候提前,秋季物候延后,但如何定量区分致使城市增温的热岛效应与气候增暖的影响成为难点;同时,植物功能型、外来种等生物因素及地理区位因素对植物物候响应产生影响。为此,提出未来应抽丝剥茧去除干扰因素,加强植物物候响应机理的研究。     

青藏高原那曲高山嵩草草甸植物物候对增温的异步响应

植物物候对气候变暖的响应是全球气候变化研究的重要内容。目前,高海拔生态系统植物物候对气候变暖响应的研究仍然较少。该研究依托西藏那曲高寒草地生态系统国家野外科学观测研究站布设的梯度增温实验,分别于2015、2017、2018和2021年对模拟增温下优势物种高山嵩草(Kobresia pygmaea)和钉柱委陵菜(Potentilla saundersiana)返青期、现蕾期和开花期等表征植物物候的指标进行了观测,以期揭示增温下藏北高寒草甸植物物候变化机制。结果表明:随着温度升高,高寒草甸中优势植物物候具有不同的变化趋势。高山嵩草返青、现蕾和开花物候期的推迟幅度与温度升高幅度呈正相关关系;钉柱委陵菜返青、现蕾和开花时间随着温度上升表现为先提前后推迟;这表明高寒草甸植物物候对增温产生异步响应。此外,长期增温下的藏北高寒草甸优势种的物候变化均显示出了延迟效应。结构方程归因分析发现,空气温度升高促使高山嵩草返青时间推迟;低水平增温可以促进钉柱委陵菜物候提前,而随着温度继续升高其物候响应发生逆转,土壤水分在决定物候对气候变暖响应的幅度和方向上具有关键作用。该研究结果揭示了藏北高寒草甸优势植物物候响...     

物候模型研究进展

近年来随着全球气候变暖,物候提前,物候学的研究越来越受到人们的关注.通过建立物候模型使物候期的预知成为可能,从而为生产实践活动提供依据和指导.本文探讨了物候模型研究的意义,总结了影响植物和昆虫物候的温度、水分、光和养分等主要环境因子的作用.根据国内外物候模型的研究现状,重点介绍了作物、树木、植被和昆虫4类物候模型的研究内容和进展.作物物候模型注重生理生态过程;树木物候模型以统计方法为主,但近期也有尝试将激素水平作为物候的决定因素;植被物候模型以遥感技术的应用为发展趋势;昆虫物候模型则进一步对发育起点的确定和对温度因子的修正,GIS的引入将昆虫物候模型的应用范围扩大.最后指出了目前物候模型研究中存在的问题.     

Scaling phenology from the local to the regional level: advances from species‐specific phenological models

Plant phenology, the study of seasonal plant activity driven by environmental factors, has found a renewal in the context of global climate change. Phenological events, such as leaf unfolding, exert strong control over seasonal exchanges of matter and energy between the land surface and the atmosphere. Phenological models that simulate the start of the growing season should be efficient tools to predict vegetation responses to climatic changes and related changes in energy balance. Species‐specific phenological models developed in the eighties have not been used for global‐scale predictions because their predictions were inaccurate in external conditions. Recent advances in phenology modelling at the species level suggest that prediction at a large scale may now be possible. In the present study, we tested the performance of species‐specific phenological models in time and space, looking at their ability (i) to predict regional phenology when previously fitted at a local scale, and (ii) to predict phenological trends, linked to climate changes, observed over a long‐term. For that task we used an historical phenological dataset from Ohio from the late ninetieth century and an airborne pollen dataset from Ontario, Québec and Maryland from the late twentieth century. The results show that the species‐specific phenological models used in this study were able to predict regional phenology even though they were fitted locally. The reconstruction of a phenological time series over the twentieth century showed a significant advancement of 0.2 days per year in the date of flowering of Ulmus americana, but very weak trends for Fraxinus americana and Quercus velutina.     

植物物候研究进展

植物物候直接反映了气候变化的影响,是植被动态模拟的关键.在遥感和模型技术的推动下,植物物候与全球变化关系的研究日益受到人们的关注.文中从植物物候与环境因子的相互关系、植物物候对全球变化的响应以及植物物候的遥感监测方面,综合论述了植物物候的研究进展,找出植被物候研究的不足,进而提出未来植被物候的研究方向.     

Herbarium specimens reveal the footprint of climate change on flowering trends across north‐central North America

Shifting flowering phenology with rising temperatures is occurring worldwide, but the rarity of co‐occurring long‐term observational and temperature records has hindered the evaluation of phenological responsiveness in many species and across large spatial scales. We used herbarium specimens combined with historic temperature data to examine the impact of climate change on flowering trends in 141 species collected across 116,000 km² in north‐central North America. On average, date of maximum flowering advanced 2.4 days °C⁻¹, although species‐specific responses varied from − 13.5 to + 7.3 days °C⁻¹. Plant functional types exhibited distinct patterns of phenological responsiveness with significant differences between native and introduced species, among flowering seasons, and between wind‐ and biotically pollinated species. This study is the first to assess large‐scale patterns of phenological responsiveness with broad species representation and is an important step towards understanding current and future impacts of climate change on species performance and biodiversity.     

Mismatch managed? Phenological phase extension as a strategy to manage phenological asynchrony in plant–animal mutualisms

Species‐specific shifts in phenology (timing of periodic life cycle events) are occurring with climate change and are already disrupting interactions within and among trophic levels. Phenological phase duration (e.g. beginning to end of flowering) and complementarity (patterns of nonoverlap), and their responses to changing conditions, will be important determinants of species' adaptive capacity to these shifts. Evidence indicates that extension of phenological duration of mutualistic partners could buffer negative impacts that occur with phenological shifts. Therefore, we suggest that techniques to extend the length of phenological duration will contribute to management of systems experiencing phenological asynchrony. Techniques of phenological phase extension discussed include the role of abiotic heterogeneity, genetic and species diversity, and alteration of population timing. We explore these approaches with the goal of creating a framework to build adaptive capacity and address phenological asynchrony in plant–animal mutualisms under climate change.     

Macrophenology: insights into the broad-scale patterns,drivers, and consequences of phenology

Plant phenology research has surged in recent decades, in part due to interest in phenological sensitivity to climate change and the vital role phenology plays in ecology. Many local-scale studies have generated important findings regarding the physiology, responses, and risks associated with shifts in plant phenology. By comparison, our understanding of regional- and global-scale phenology has been largely limited to remote sensing of green-up without the ability to differentiate among plant species. However, a new generation of analytical tools and data sources—including enhanced remote sensing products, digitized herbarium specimen data, and public participation in science—now permits investigating patterns and drivers of phenology across extensive taxonomic, temporal, and spatial scales, in an emerging field that we call macrophenology. Recent studies have highlighted how phenology affects dynamics at broad scales, including species interactions and ranges, carbon fluxes, and climate. At the cusp of this developing field of study, we review the theoretical and practical advances in four primary areas of plant macrophenology: (1) global patterns and shifts in plant phenology, (2) within-species changes in phenology as they mediate species' range limits and invasions at the regional scale, (3) broad-scale variation in phenology among species leading to ecological mismatches, and (4) interactions between phenology and global ecosystem processes. To stimulate future research, we describe opportunities for macrophenology to address grand challenges in each of these research areas, as well as recently available data sources that enhance and enable macrophenology research.     

A systematic review of vegetation phenology in Africa

The study of vegetation phenology is important because it is a sensitive indicator of climate changes and it regulates carbon, energy and water fluxes between the land and atmosphere. Africa, which has 17% of the global forest cover, contributes significantly to the global carbon budget and has been identified as potentially highly vulnerable to climate change impacts. In spite of this, very little is known about vegetation phenology across Africa and the factors regulating vegetation growth and dynamics. Hence, this review aimed to provide a synthesis of studies of related Africa's vegetation phenology and classify them based on the methods and techniques used in order to identify major research gaps. Significant increases in the number of phenological studies in the last decade were observed, with over 70% of studies adopting a satellite-based remote sensing approach to monitor vegetation phenology. Whereas ground based studies that provide detailed characterisation of vegetation phenological development, occurred rarely in the continent. Similarly, less than 14% of satellite-based remote sensing studies evaluated vegetation phenology at the continental scale using coarse spatial resolution datasets. Even more evident was the lack of research focusing on the impacts of climate change on vegetation phenology. Consequently, given the importance and the uniqueness of both methods of phenological assessment, there is need for more ground-based studies to enable greater understanding of phenology at the species level. Likewise, finer spatial resolution satellite sensor data for regional phenological assessment is required, with a greater focus on the relationship between climate change and vegetation phenological changes. This would contribute greatly to debates over climate change impacts and, most importantly, climate change mitigation strategies.     

高寒草甸植物群落生长发育特征与气候因子的关系

为合理利用高寒草甸资源，探讨近年来气候变化对高寒草甸的影响，以青海省甘德县高寒草甸为例，基于牧业气象站1976-2006年的气象资料和1994-2006年的牧草观测资料，分析了草地植被地上生物量、高度、盖度和物候期等群落特征以及当地气温、降雨等气象因素的年际变化趋势，采用典型相关分析法和逐步回归分析法对草地植物群落特征变化与气象因子的关系进行了研究，综合分析了影响植被生长状况的关键因子，结果表明：（1）青藏高原高寒草甸总体呈年均气温和平均地温上升、年降水量下降的"暖干化"趋势，牧草盖度高度增大，产量减少，整体观测水平下的牧草物候期推迟。（2）牧草的高度、盖度及产量对不同气候因子的响应程度不同。牧草高度与盖度对温度因子的变化更敏感，牧草产量对水分因子的变化更敏感。平均地温和相对湿度越高，牧草高度越高，产量越多。（3）不同牧草的物候期受不同气象因子的影响，变化趋势也不相同。从整体水平上看，牧草物候期对温度因子更敏感，温度越高，物候期越提前。     

北京地区木本春季物候特征与生物学特性的关系

植物物候是植物生活史中的重要性状,也是指示气候与自然环境变化的重要指标,现已成为全球变化领域的研究热点之一。传统物候研究多假设物候由气候因素决定,如气温、降水、光照等,并主要从植物物候的年际变化角度探讨了气候因素对物候特征的影响。然而,不同物种的物候存在较大差异表明植物物候还与自身生物学特性（如系统发育和功能性状）有关,但植物生物学特性如何影响植物物候仍缺乏深入研究。基于北京地区44种木本植物1965-2018年的展叶始期和开花始期观测资料,以展叶始期和开花始期的3类物候特征（平均物候期、物候对温度的响应敏感度和物候期的积温需求）为例,探究植物物候特征与系统发育和功能性状的关系。首先,利用系统发育信号Blomberg’s K和进化模型检验植物物候特征是否具有系统发育保守性,并通过系统发育信号表征曲线直观表达植物物候特征的进化模式;之后,利用广义估计方程分析植物生活型、传粉型与物候特征的关系,以揭示不同植物的资源利用方式及生存策略的差异。研究发现：（1）除展叶始期的温度敏感度外,其余物候特征的进化均受随机遗传漂变和自然选择力的共同作用,可推断物候特征具有系统发育保守性,即亲缘关系越近的物种物候特征越相似。（2）开花始期的系统发育信号强度比展叶始期更大,表明繁殖物候的系统发育可能比生长物候更保守。（3）植物展叶始期及其积温需求与生活型密切相关。灌木比乔木的展叶时间早、积温需求少。植物开花始期与传粉型相关,风媒植物开花显著早于虫媒植物。研究成果有助于深入理解物候变化的生物学机制,对于丰富物候学的理论研究有重要意义,同时对植物保护也具有重要的指导价值。