气候变化对内蒙古草原典型植物物候的影响

自然物候期是气候变化最直观的植物信号记录,自然物候变化是气候与自然环境变化的综合指标。基于1983—2009年内蒙古草甸草原、典型草原和荒漠草原区典型植物马兰草、霸王、贝加尔针茅和羊草生长期物候观测资料和同时段的气象观测资料,利用数理统计等方法,分析了不同草原区典型植物物候期与气候要素间的相互关系,结果表明:(1)1983—2009年内蒙古草原区植物物候期总体呈提前趋势,但地域差异明显,典型草原区植物萌芽返青、开花及黄枯期等物候提早趋势最为明显,说明不同草原区植物物候对气候变暖的区域响应不同。(2)内蒙古草原区植物物候期与气候变化密切相关。春季3—5月累积气温与植物萌芽返青期和开花期呈显著负相关,与日照时数为正相关,降水量对其影响不同草原区差异较大。荒漠草原和典型草原区植物黄枯期早晚与黄枯前1—2个月平均气温呈显著负相关,草甸草原区植物黄枯期与前1—2个月的降水量和日照时数有关,与气温关系不显著。(3)随着气候变暖,马兰草生长期缩短,霸王、贝加尔针茅和羊草生长期延长,其中典型草原区主要植物针茅生长季延长趋势最为明显,荒漠草原次之,草甸草原延长最少。     

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。     

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。     

郑州植物物候对气候变化的响应

利用统计和突变分析方法,对郑州气候（1956～2003年）和4种乔木物候（1986～2003年）的趋势变化特征进行了分析,并探讨了植物物候期与平均温度、日照的相关性以及对温度变化的响应趋势。分析发现：（1）郑州近50a来在冬、春季升温现象明显;日照在夏季下降最为显著,冬季其次,但在2～4月份历年呈弱上升趋势。（2）物候期变化趋势表现在展叶、开花、果熟期（除楝树外）呈提前趋势,落叶期略有推迟,绿叶期延长,特别是在20世纪90年代中后期,春季物候期（除垂柳外）提前10d左右。（3）平均温度是影响物候期最为显著的气候因子,温度每升高1℃,春季物候平均提前6d左右,绿叶期延长9．5～18．6d;物候期突变一般发生在温度突变之后。以上分析说明植物物候对气候变化响应比较敏感,通过分析和掌握气候和物候变化规律,了解其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一些理论依据。     

内蒙古主要草原类型植物物候对气候波动的响应

物候是气候变化的指示者,由于不同地区植被类型不同,导致其对气候波动的响应方式不同。利用2004—2013年内蒙古草原区生态监测站群落优势种物候观测资料和同时段的气象资料,分析了不同草原类型区优势种物候期变化及其与气候因子间的相互关系,结果表明:(1)2004—2013年内蒙古草原区各时段气候波动趋势均不显著,返青前以气温降低、降水增加趋势为主;黄枯前草甸草原、典型草原以气温降低、降水增加趋势为主,荒漠草原变化趋势相反。(2)2004—2013年典型草原植物返青期平均提前4.01 d,黄枯推后10.35 d,生长季延长14.36 d;草甸草原返青期提前2.04 d,黄枯期推后12.68 d,生长季延长14.72 d;荒漠草原物候变化趋势最小,返青期平均提前了1.32 d,黄枯期平均推后了9.58 d,生长季延长了10.90 d。(3)内蒙古草原区植物返青期主要受气温波动的影响,草甸草原返青期与前3个月平均气温的负相关最为显著,气温每升高1℃,返青期约提前1.123 d;典型草原、荒漠草原返青期与前2个月平均气温的负相关最为显著气,气温每升高1℃,返青期约提前1.137 d和1.743 d。(4)典型草原区植物黄枯期受前1—2月平均气温和累积降水的共同影响,与夏季平均气温和当月降水量的相关最为显著,夏季气温每升高1℃,黄枯期约提前2.250 d,当月降水每增加1 mm,黄枯期约推后0.119 d。草甸草原、荒漠草原植物黄枯期与各时段降水、气温的相关均不显著,影响黄枯机制比较复杂。     

内蒙古典型草原退化机理的研究

在内蒙古冷蒿小禾草退化草原上,经过６年围栏定量的放牧,分别对９种主要植物种群的形态学特征对放牧的响应进行了研究．结果表明,不同生活型和营养繁殖方式的牧草对放牧率的响应策略是不同的,从而构成了不同放牧率下群落演替的基础．匍匐以不定根行营养繁殖生长或分蘖性强的种群是较适应于重牧的,如冷蒿（Ａｒｔｅｍｉｓｉａｆｒｉｇｉｄａ）和星毛委陵菜（Ｐｏｔｅｎｔｉｌａａｕｃｕｌｉｓ）;以根茎和分蘖行营养繁殖的羊草（Ｌｅｙｍｕｓｃｈｉｎｅｎｓｅ）和冰草（Ａｇｒｏｐｙｒｏｎｃｒｉｓｔａｔｕｍ）及丛生禾草克氏针茅（Ｓｔｉｐａｋｒｙｌｏｖｉ）属宜轻牧植物;以根茎和分蘖行营养繁殖的寸草苔（Ｃａｒｅｘｄｕｒｉｕｓｃｕｌａ）和小丛生禾草糙隐子草（Ｃｌｅｉｓｔｏｇｅｎｅｓｓｑｕａｒｒｏｓａ）属宜中牧植物;而以分枝行营养繁殖的扁蓿豆（Ｍｅｌｉｓｉｔｕｓｒｕｔｈｅｎｉｃａ）和木地肤（Ｋｏｃｈｉａｐｒｏｓｔａｔａ）则宜轻牧．随着放牧率的增大,群落发生明显的变化,小禾草的比例逐渐减少,冷蒿小禾草退化草原最终进一步趋同于星毛委陵菜退化草原;而轻牧可以维持草原现状或使其发生恢复演替,禾草比例增加,即可达到利用式改良的目的     

内蒙古典型草原地上净初级生产力对气候变化响应的模拟

利用内蒙古锡林浩特国家气候观象台1994～2009年牧草生长季逐月实测资料,对CENTURY模型进行检验,模拟内蒙古典型草原1953～2010年间地上净初级生产力(ANPP)动态,并与26个气象因子进行相关性分析。模型检验结果显示,模拟值与观测值之间的相关系数为R2=0.66,斜率b=0.95,误差平方根值为50.51g.m-2,平均绝对百分比误差为44.19%。结果表明:(1)CENTURY模型能比较准确地模拟这类草原的季节动态和年际变化;在过去的58年中,内蒙古典型草原温度增加,降水减少,ANPP下降;ANPP变化趋势与降水量相似。(2)用实际气象观测资料模拟获得的ANPP随气温和降水的变化呈现出明显的变化规律,生长季内地上生物量对降水和温度的季节性分布也非常敏感;相关分析进一步表明,ANPP对生长季内降水量和极端高温非常敏感,而与年极端最低气温、平均地面温度、日照时数、平均风速和最大积雪深度无显著相关关系;过去58年研究区ANPP下降是降水减少、温度升高以及干旱事件频发共同作用的结果。(3)根据预测,在SRES B2情景下,未来50～100年内蒙古典型草原生长季平均最高气温和最低气温都将呈升高趋势,2080s分别升高4.01℃、4.35℃,每10年增加速率分别为0.35℃和0.38℃;降水量略呈增加,2020s、2050s和2080s研究区生长季将分别增加3.17%、5.13%和7.03%,每10年增加速率为0.09mm;ANPP呈下降趋势年际间波动较大,2020s、2050s和2080s研究区将分别下降5.76%、7.52%和11.42%,每10年下降速率为0.76g.m-2。     

内蒙古克氏针茅草原植物物候及其与气候因子关系

 植物物候作为气候变化敏感的生物圈指示计, 已经成为全球变化研究的热点。利用1985~2002年地面物候观测数据, 构建了内蒙古克氏针茅(Stipa krylovii)草原植物物候的时间序列谱, 并分析了植物物候的时间变异与气候因子之间的相关关系。结果表明: 1) 从1985~2002年内蒙古克氏针茅草原的气候朝着暖干趋势发展, 主要表现在春、夏气温的显著性增加与秋季(9月)降水的显著性减少; 2) 主要植物物候的变化整体呈返青期推后其它物候期提前趋势; 3) 植物生长盛期(7、8月)对气候变化最敏感; 4) 光照和温度是影响内蒙古克氏针茅草原植物物候格局的主要因素, 年内最寒冷的1月月均温和2、3月的光照对春季返青期具有负效应, 而其它物候期与7、8月的光照则呈显著的负相关关系, 6、7月的降水对发育盛期的花序形成、抽穗与开花具有显著的负效应, 8、9月的降水量能显著推后枯黄期的结束, 从而有利于生长季的延长。     

气候变化对内蒙古中部草原优势牧草生长季的影响

研究温性典型草原优势牧草生长季与气候因子变化的关系,对于监测草地环境变化及保护利用,评估区域气候变化对优势牧草生长的影响,指导畜牧业生产等具有重要的科学意义和实践价值.基于内蒙古中部草原3个牧业气象试验站1983-2009年克氏针茅和羊草的物候期、气象资料,对返青、黄枯日期、生长季与气温、降水量之间的关系进行了统计分析.结果表明:(1)27a间,该区的年、春季、夏季和秋季平均气温均呈显著升高趋势,春季升温幅度最大,气候倾向率为0.71-0.84℃/10a;各时段降水量变化除春季呈微量增加趋势外,总体呈减少态势.可见,内蒙古中部温性典型草原区暖干化趋势明显.(2)27a间,锡林浩特克氏针茅和羊草返青日期表现为推后趋势,并与4月降水量呈显著正相关;镶黄旗和察右后旗克氏针茅和羊草返青日期呈提前趋势,并与3-5月气温、降水量呈显著负相关,气温每升高1℃、降水量每增加10mm,优势牧草返青日期约提前3.0-5.1d和1.3-2.1d.(3)该区克氏针茅和羊草黄枯日期均呈提前趋势,与8-9月气温均呈显著负相关,降水量为正相关,气温每升高1℃,克氏针茅黄枯日期提前1.7-10.7 d,羊草黄枯日期提前3.5-11.3d,降水量的影响相对较弱.(4)该区克氏针茅生长季延长趋势明显,羊草生长季缩短趋势明显.克氏针茅生长季与4-10月均温正相关系数最大,羊草生长季与水热系数的正相关系数最大.     

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。     

中国温带草地物候对气候变化的响应及其对总初级生产力的贡献

气候变暖引起的植物物候变化影响了陆地生态系统功能和碳循环。目前研究着重关注温带和热带森林物候变化趋势、驱动因素,关于干旱半干旱地区草地物候变化及其对生态系统总初级生产力（gross primary productivity, GPP）影响仍知之甚少。因此,开展草地植物物候与生产力之间的关系研究对预测草地生态系统响应未来气候变化和区域碳循环至关重要。基于1982-2015年气象资料和GIMMS NDVI3g数据,分析了中国温带草原植被返青期（start of the growing season, SGS）和枯黄期（end of the growing season, EGS）变化及其对气候的响应,并借助一阶差分法量化物候对GPP动态变化的贡献。结果表明：（1）季前1-2个月的夜间温度增温会显著提前SGS, 而当月至季前2个月的白天温度对SGS有着微弱的促进作用;季前3个月的累积降水对SGS提前作用最为强烈,累积太阳辐射在各个时期对SGS影响相对较弱。（2）不同季前时间尺度昼夜温度对草地EGS均表现出相反的作用,短期累积降水对EGS起到显著延迟的区域范围最大,太阳辐射随着季前时间的增加对草地枯黄期的延迟作用逐渐转变为提前作用。（3）EGS对草地GPP年际变化趋势的相对贡献率强于返青期。研究结果有助于深化陆地生态系统与气候变化、碳循环之间相互作用的认识,为草地适应未来气候变化和生态建设提供科学依据。     

草甸化草原优势牧草冷地早熟禾生长发育对气候变化的响应

利用青海湖北岸天然草地中冷地早熟禾(Poa crymophila)定位观测资料,应用数理统计方法,分析了该地区气候变化特征及其对牧草生长发育和产量形成的影响。结果表明:研究区年平均气温呈极显著上升趋势,升幅为0.512℃·10a-1,秋冬季气温上升幅度大于春夏季;年降水量增加主要是由春秋季降水增加所贡献的,年降水量有一个9年左右的周期;牧草生长季的干燥指数呈上升趋势,20世纪90年代末至2010年明显趋于暖干化;冷地早熟禾返青期、抽穗期、开花期和种子成熟期提前,黄枯期推迟,从而使冷地早熟禾整个生育期延长;Logistic模拟结果表明,冷地早熟禾返青后的第72天,其生长速度达到最大,为0.29cm·d-1;从返青后49d开始,由缓慢生长转为迅速生长阶段,从返青后第95天开始,其生长从迅速生长又转为缓慢生长,迅速生长期为46d;冷地早熟禾高度和地上生物量年际变化呈逐年增加趋势;热量对冷地早熟禾产量变化敏感期为5月,旬平均气温升高1℃,产量增加20～30kg·hm-2;抽穗开花期是冷地早熟禾需水敏感期,降水量增大,牧草产量增加。     

内蒙古典型草原区3种不同草地利用模式下植物功能群及其多样性的变化

以呼伦贝尔草原辉河国家级自然保护区草原群落为研究对象, 选取3块生境条件基本相同的样地(250 m × 250 m) ——放牧场、割草场及公共草场, 每块样地设置3条样带, 每条样带上设置8个样方(1 m × 1 m), 研究了不同草地利用模式下草原群落的物种组成、生物多样性及群落的功能群特征。结果表明: 在放牧场、割草场和公共草场3种不同利用模式下, 植物功能群结构及其多样性发生了变化。灌木、半灌木的累积优势度在各利用模式间差异显著( p< 0.05), 在割草场中最高; 多年生禾草的累积优势度在各利用模式间差异显著(p< 0.05); 一、二年生草本的累积优势度在各利用模式间差异显著(p< 0.05)。旱生植物功能群在公共草场中所占比例最高, 为50%; 中旱生植物在割草场中的百分比最低, 为19%, 且在各利用模式间差异显著(p< 0.05); 各利用模式下, 灌木、半灌木功能群生物量均较低; 随着割草场、公共草场及放牧场3种草地利用模式下利用强度的增加, 多年生禾草和多年生杂类草两大功能群的生物量递减, 而一、二年生草本功能群生物量递增。草地利用强度的增加, 使得草地植物群落结构简单、脆弱。丰富度指数和多样性指数在放牧场最低, 在割草场最高; 均匀度变化并不明显。割草场利用模式有助于改善草原的健康状况, 而放牧场及公共草场利用模式均存在不同程度的过度放牧现象, 尤其是公共草场利用模式由于所有权不明确而缺乏有效的管理, 导致草原退化明显。     

气候变化与人类活动对内蒙古东部草地净初级生产力的影响

内蒙古东部草地是该区域的主体生态系统类型,属于脆弱的生态系统,对气候和人类活动反应敏感。基于土地覆被数据和改进CACS模型,估算得到的草地NPP,分析2000-2015年内蒙古东部草地和NPP时空格局与年际动态。进而,定义相对退化指数（RDI）,确定草地生产力变化过程中人类活动因素的贡献率,分析内蒙古东部地区2000-2015年RDI空间格局与年际动态。同时,分析16年间NPP和气候因子相关关系。结果表明：1）2000-2015年间,损失草地面积4743.80 km²,新增草地面积2705.57 km²。2）2000-2015年内蒙古东部地区草地植被平均NPP位于166.56-248.14 gC m^-2 a^-1之间,NPP在波动中呈现明显的上升趋势（3.65 gC m^-2 a^-1/a,R²=0.47）。3）2000-2015年RDI在16.64%-30.54%之间波动,RDI值呈缓慢下降趋势,表明人类活动对草地植被净初级生产力的干扰程度在下降。4）草地NPP变化主要是因为草地本身生产力下降。整体来看相关草地保护工作取得了阶段性进展,草地生境质量得到有效缓解,草地生态环境得到转变。     

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.     

北方地区典型林草地物候时空变化特征及其对气象因子的响应

为探究北方地区典型植被林地、草地物候特征及其对气候变化的响应,本文基于1982—2015年的GIMMS NDVI 3gv1数据集和气象资料,采用动态阈值法提取植被物候,应用线性回归和偏相关分析法分析林、草地物候时空变化特征及其与气候变化的关系。结果表明：(1)林地生长季长度(LOS)以0.32d/a的速率极显著延长,整体表现为生长季始期(SOS)以-0.18d/a极显著提前,生长季末期(EOS)以0.14d/a极显著推迟。林地SOS提前、EOS推迟和LOS延长的区域面积占比分别为93.3%、90.4%和96.3%。(2)草地LOS以-0.01d/a的速率不显著缩短,表现为SOS以-0.09d/a不显著提前,EOS以-0.10d/a不显著提前。SOS提前、EOS提前和LOS缩短的区域占比为67.5%、69.1%和50%。(3)林地SOS主要受冬末春初的气温升高和降水增加而提前,EOS受夏季气温升高、秋季以及冬末春初降水增加而推迟。(4)草地SOS主要受春季气温升高和短波辐射减少而提前,EOS受秋季气温升高和短波辐射减少而提前,草地物候与气象因子的响应时长小于林地。