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。     

几个气候区木本植物的开花结果物候

分析了我国海南和广东、秦岭、东北等不同森林气候区木本植物开花、结果物候以及果实和种子大小分布的规律。三个区系的开花、结果物候和种子、果实大小分布,都有类似的格局。但随着纬度的升高,一年中植物开花和结果的时间更加集中,海南和广东整年都有木本植物开花,秦岭有10个月左右,而东北仅有7个月。并且随着纬度升高,开花高峰的时间较迟,而结果高峰的时间较早。在海南和广东,热带区系成分和温带区系成分的木本植物,一年中开花和结果物候格局是很一致的。三个区系木本植物的果实和种子大小分布的格局也是很相似的,但海南和广东植物果实和种子大小范围较大,较多样,随着纬度升高,果实和种子大小范围变小,较单调。三个区系木本植物最小的果实的大小都差不多,为0．1cm,但最小的种子的大小却很不相同,随着纬度的升高而增大,开花和结果物候与月均气温及降水量的相关性因不同的区系而不同．鼎湖山常见木本植物果熟期和气候因子的相关性比结果期更显著。     

31种木本植物开花物候与系统发育的关系

植物物候通常被认为是由环境因素,如降水、温度和日照长度所决定,然而环境因素是否是物候唯一的决定因素仍然存在很大争议。谱系结构表征了植物在进化上的顺序,该发育时序是否对物候产生影响,当前仍然未知。在调查2016年春季新疆乌鲁木齐市最常见的31种木本植物的初始开花时间、败花时间和开花持续时间的基础上,通过分析植物开花物候的分布特征、开花物候在乔灌木间的差别、以及植物谱系距离与开花物候距离间的关系,试图揭示植物的开花物候和物种谱系(进化)顺序间的关系。结果表明:(1)新疆乌鲁木齐市31种木本植物的初始开花时间为4月18日±9d、败花时间为5月5日±12d、开花持续时间为(16±8)d;(2)乔木的初始开花时间和败花时间的标准差分别均低于灌木,乔木开花物候相对灌木更稳定;(3)乔木的初始开花和败花时间均显著早于灌木(P0.05),但开花持续时间在两者间未有显著性差异(P0.05);(3)31种木本植物间的初始开花时间距离、败花时间距离和开花持续时间距离均与物种谱系距离存在显著线性回归关系(P0.05)。综上可知:乔灌木在垂直空间上的分化使得木本植物的开花物候在植物生活型间存在不同。对植物的开花物候,除已被证明的降水、温度和日照长度等环境因素的影响外,物种进化顺序也可能造成了它在植物种间、时间和空间上的变异。     

近40年沈阳城市森林春季物候与全球气候变暖的关系

1960-2005年期间,沈阳气候受全球气候变暖的影响,年平均气温总体呈上升趋势,气温升幅为0.96℃,但以1982年为界,1960-1982年为偏冷阶段,气温降幅最大值为1.95 ℃:1983-2005年为偏暖阶段,气温升幅最大值为1.60 ℃.一年四季气温处于上升阶段,以冬、春季气温升幅最大,分别为2.3 ℃和1.35℃.城市森林主要树种的春季物候期,在气候偏冷阶段,春季物候期出现较晚,而在偏暖阶段,春季物候期提前发生.同时,物候春季开始日期与结束日期有密切的同步相关性,并与物候季节节奏的长短呈负相关.树木萌动期早晚与冬季和早春气温高低呈显著的负相关,冬春季气温越高,芽萌动越提前.展叶早晚主要受展叶前的春季气温高低的影响,与冬季气温相关性不显著.始花前2-8旬,特别是2-14旬气温对始花期影响最显著.寒冷指数(CI)与树木芽萌动期、展叶始期呈显著正相关,而与开花始期相关性不显著.预测了CO2倍增和气温升高条件下,沈阳城市森林主要树种的萌动期、展叶始期和开花始期分别提前40.41、43.08和24.13 d.     

近40年沈阳城市森林春季物候与全球气候变暖的关系术

1960-2005年期间,沈阳气候受全球气候变暖的影响,年平均气温总体呈上升趋势,气温升幅为0．96℃,但以1982年为界,1960-1982年为偏冷阶段,气温降幅最大值为1．95℃;1983-2005年为偏暖阶段,气温升幅最大值为1．60℃。一年四季气温处于上升阶段,以冬、春季气温升幅最大,分别为2．3℃和1．35℃。城市森林主要树种的春季物候期,在气候偏冷阶段,春季物候期出现较晚,而在偏暖阶段,春季物候期提前发生。同时,物候春季开始日期与结束日期有密切的同步相关性,并与物候季节节奏的长短呈负相关。树木萌动期早晚与冬季和早春气温高低呈显著的负相关,冬春季气温越高,芽萌动越提前。展叶早晚主要受展叶前的春季气温高低的影响,与冬季气温相关性不显著。始花前2—8旬,特别是2—4旬气温对始花期影响最显著。寒冷指数（CI）与树木芽萌动期、展叶始期呈显著正相关,而与开花始期相关性不显著。预测了CO2倍增和气温升高条件下,沈阳城市森林主要树种的萌动期、展叶始期和开花始期分别提前40．41、43．08和24．13d。     

气候波动对西安39种木本植物展叶始期及其积温需求的影响

过去几十年来暖春等异常气候事件发生的频次和强度显著增加, 使植物春季物候期发生了明显变化。但异常气候事件对植物春季物候积温需求的影响仍不清楚, 限制了对未来物候变化预测精度的提升。该研究利用西安植物园1963-2018年39种木本植物的展叶始期和相应气象数据, 首先根据3-4月平均气温划分了偏冷年、正常年和偏暖年, 对比了冷暖年相对于正常年的展叶始期变化。其次, 利用3种积温算法计算了各植物逐年的展叶始期积温需求, 比较了积温需求在冷暖年和正常年的差异。最后, 评估了传统积温模型在模拟偏冷或偏暖年展叶始期时的误差。结果表明, 所有植物的展叶始期在偏暖年比正常年平均早8.6天, 而在偏冷年平均晚8.2天。在偏暖年, 大多数物种展叶始期的积温需求(以5 ℃为阈值, 平均257.5度日)显著高于正常年(平均195.1度日); 在偏冷年的积温需求(平均168.0度日)低于正常年, 但在统计上差异不显著。就不同类群而言, 古老类群相对于年轻类群在偏冷年的推迟天数更多, 积温需求变化较小, 但在偏暖年无显著差异。不同生活型间物候与积温需求变化也无显著差异。造成偏暖年积温需求增加的可能原因是偏暖年冬季气温较高, 导致植物受到的冷激程度减轻, 从而抑制了后续的展叶。在正常年, 积温模型模拟木本植物展叶始期的平均误差仅为0.4-1.9天。在偏暖年和偏冷年, 模拟值分别比观测值平均早4.1天和晚3.0天。因此在预测未来物候变化时, 需要考虑气候波动条件下的积温需求变化。     

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...     

1980—2005年中国东北木本植物物候特征及其对气温的响应

基于25年物候观测数据,分析了东北地区木本植物物候的时空变化特征,阐述了近25年来东北地区气候变暖对植物物候的影响,结果表明:1980—2005年,东北地区木本植物展叶初期主要呈提前趋势,提前幅度为0.23d·a-1,枯黄初期主要表现为推后趋势,平均推后0.19d·a-1,生长季延长,平均延长幅度为0.30d·a-1;东北地区广泛分布的5种木本植物(旱柳、杏树、小叶杨、榆树和紫丁香)物候在地理空间上存在显著差异:纬度平均每增加1°,展叶初期推后3d,枯黄初期提前1.35d,生长季长度缩短4.41d;东北地区植物展叶初期与2、3、4月的气温显著负相关(P0.05),其中,4月气温对植物展叶提前的影响最大,展叶提前趋势平均为2.35d·℃-1;2月气温的影响最小,平均趋势为1.18d·℃-1。     

植物物候对气候变化的响应

植物物候的变化可以直观地反映某些气候变化,尤其是气候变暖.植物生长节律的变化引起植物与环境关系的改变.生态系统的物质循环（如水和碳的循环）等过程将随物候而改变.不同种类植物物候对气候变化的响应的差异,会使植物间和动植物间的竞争与依赖关系也发生深刻的变化.目前欧洲、美洲、亚洲等许多地区均有关于春季植物物候提前,秋季物候推迟,使植物的生长季延长,从而提示气候变暖的趋势.植物物候的模拟模型构成生态系统生产力模型的重要部分.     

气候变化对草地植物物候影响的研究进展

植物物候与植物的适应进化、物种间相互关系、生态系统的结构和功能密切相关,且对气候变化特别敏感,所以一直是进化生物学、植物生态学和气候变化生态学的研究热点和前沿科学问题。本综述基于草地植物物候研究的3个层次(个体-种群-群落)和7个物候序列(返青、现蕾、初花、初果、果后营养、初黄和枯黄期),阐述了不同层次物候序列及其相应持续期对气候变化响应过程的研究进展以及目前研究主要存在的问题,并在此基础上提出未来研究亟需关注的科学问题及展望,以期推动我国植物物候生态学研究发展。     

传粉方式和果实类型对木本植物繁殖物候的影响

该研究利用谱系独立比较法(Phylogenetically Independent Contrasts,PIC)和Wilcoxon秩和检验法,分析中国科学院植物研究所植物园(39°54'N,116°12'E)中的84个物种170株个体的传粉方式和果实类型对木本开花时间和结实时间的影响,其中Wilcoxon秩和检验法检验的结果作为PIC检验结果的参考。结果表明:(1)传粉方式显著影响植物开花和结实时间,风媒花植物比虫媒花植物开花和结实早;(2)果实类型对结实时间的影响在考虑和不考虑物种间系统发育关系时表现不同,当不考虑物种间系统发育关系时,肉质果实植物结实时间比非肉质果实植物早;(3)不同的传粉方式间以及不同的果实类型间植物的花果间隙期无显著差异,但本研究结果显示肉质果实植物结实时间比非肉质果实植物大约早20d。由此推论:(1)植物固有属性,如传粉方式和果实类型,会影响植物繁殖物候,且不同的属性影响强度不同;(2)与某一特定物候期或繁殖器官相关性大的属性对该物候期的影响可能更大,如传粉方式对开花时间的影响可能大于其对结实时间的影响,而果实类型对结实物候期的影响更大。     

Changes in leaf nitrogen and phosphorus stoichiometry of woody plants along an altitudinal gradient in Changbai Mountain,China

Aims Leaf is the organ of plant photosynthesis, and it is important to understand the drivers for the variations of leaf nitrogen (N) and phosphorus (P) stoichiometry along geographical and climatic gradients. Here we aimed to explore: 1) the changes in leaf nitrogen (N) and phosphorus (P) stoichiometry of woody plants along an altitudinal gradient in Changbai Mountain, and 2) the relative contribution of climate, plant characteristics, and phylogeny to the changes in leaf N, P concentration and N:P.     

气候变化对桂林植物物候的影响

利用线性倾向估计、Mann-Kendall突变检测等方法,对桂林气候(1951～2009年)和3种植物物候(1983～2009年)的趋势变化特征进行了分析,并探讨了物候期与气温、日照、降水等气象因子的相关性及其对主要气候影响因子的响应情况。结果表明:在当地气候变化背景下,桂林市植物物候期发生了不同程度的变化,春季物候期提前,秋季物候期推迟,绿叶期延长;平均气温是影响植物物候期最为显著的气象因子,气温每增高1℃,春季物候平均提前5d左右,秋季物候平均推迟8d左右,绿叶期延长约27d;春季物候和绿叶期的突变一般发生在气温突变之后,但秋季物候期突变与其影响月份气温的突变并无关系。以上分析说明植物物候对气候变化响应比较敏感,通过分析气候和植物物候变化的规律,掌握气候对当地植物物候的可能影响,可为农业生产、生态环境监测和评估等提供理论依据。     

木本植物多度在草原和稀树干草原中增加的研究进展

木本植物多度在草原和稀树干草原中增加已经成为全球范围普遍发生的现象。为揭示这一现象发生的原因,从放牧和气候变化与木本植物多度增加的关系、木本植物多度增加过程中的正反馈作用以及木本植物侵入的关键阶段——幼苗的补充和定居,这三个方面综述了目前的研究结果。强调放牧和气候变化之间的相互共同作用,可能引发了木本植物向草原和稀树干草原中的入侵;而生物引起的正反馈作用则进一步促进了木本植物的扩展。从生态系统干扰的角度,讨论了木本植物多度增加机制的复杂性,并指出木本植物幼苗补充和定居的连续性和间断性两种方式,对于草原和稀树干草原木本植物多度增加的贡献。     

东北地区植被物候对气候变化的响应

使用1982—2003年GIMMS-NDVI数据和气候数据,借助GIS空间分析和统计分析方法,分析了东北地区不同植被物候期与气候变化的关系。结果表明:22年东北地区年均温度以升高趋势为主,年降水量以减少趋势为主;针叶林、针阔叶混交林、阔叶林、草甸和沼泽植被生长季开始日期提前受春季温度升高影响显著(P<0.05)。春季降水对植被生长季开始日期变化影响较小,仅对针叶林生长季开始日期的推迟有显著的影响(P<0.05)。植被生长季结束日期受温度变化影响较小,仅草原植被生长季结束日期提前受秋季温度降低影响显著(P<0.05)。降水对东北地区植被生长季结束日期的变化影响高于温度。随着秋季降水量的减少,针阔叶混交林、草原和农田植被生长季结束日提前(P<0.05)。草丛生长季结束日期提前受夏季降水减少的影响显著(P<0.05);农田生长季结束日期提前亦受夏季和9月降水量减少的显著影响(P<0.05)。阔叶林和沼泽植被生长季延长受春季温度升高影响显著(P<0.05);灌丛植被生长季缩短受春季降水量减少影响显著(P<0.05);草丛和农田植被生长季延长受夏季降水量增加影响显著(P<0.05)。     

Bayesian analysis of climate change impacts in phenology

The identification of changes in observational data relating to the climate change hypothesis remains a topic of paramount importance. In particular, scientifically sound and rigorous methods for detecting changes are urgently needed. In this paper, we develop a Bayesian approach to nonparametric function estimation. The method is applied to blossom time series of Prunus avium L., Galanthus nivalis L. and Tilia platyphyllos SCOP. The functional behavior of these series is represented by three different models: the constant model, the linear model and the one change point model. The one change point model turns out to be the preferred one in all three data sets with considerable discrimination of the other alternatives. In addition to the functional behavior, rates of change in terms of days per year were also calculated. We obtain also uncertainty margins for both function estimates and rates of change. Our results provide a quantitative representation of what was previously inferred from the same data by less involved methods.     

Substantial variation in leaf senescence times among 1360 temperate woody plant species: implications for phenology and ecosystem processes

Background and Aims Autumn leaf senescence marks the end of the growing season in temperate ecosystems. Its timing influences a number of ecosystem processes, including carbon, water and nutrient cycling. Climate change is altering leaf senescence phenology and, as those changes continue, it will affect individual woody plants, species and ecosystems. In contrast to spring leaf out times, however, leaf senescence times remain relatively understudied. Variation in the phenology of leaf senescence among species and locations is still poorly understood.Methods Leaf senescence phenology of 1360 deciduous plant species at six temperate botanical gardens in Asia, North America and Europe was recorded in 2012 and 2013. This large data set was used to explore ecological and phylogenetic factors associated with variation in leaf senescence.Key Results Leaf senescence dates among species varied by 3 months on average across the six locations. Plant species tended to undergo leaf senescence in the same order in the autumns of both years at each location, but the order of senescence was only weakly correlated across sites. Leaf senescence times were not related to spring leaf out times, were not evolutionarily conserved and were only minimally influenced by growth habit, wood anatomy and percentage colour change or leaf drop. These weak patterns of leaf senescence timing contrast with much stronger leaf out patterns from a previous study.Conclusions The results suggest that, in contrast to the broader temperature effects that determine leaf out times, leaf senescence times are probably determined by a larger or different suite of local environmental effects, including temperature, soil moisture, frost and wind. Determining the importance of these factors for a wide range of species represents the next challenge for understanding how climate change is affecting the end of the growing season and associated ecosystem processes.