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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

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植物生态学报 2019年第10期43卷 877-888页

作者：王焕炯陶泽兴葛全胜中国科学院地理科学与资源研究所中国科学院陆地表层格局与模拟重点实验室北京100101

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... 详细信息

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。

关键词：气候变化物候展叶始期积温需求西安

1980—2018年中国东部主要木本植物展叶始期的温度相关时段变化

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生态学报 2020年第21期40卷 7777-7789页

作者：陶泽兴葛全胜戴君虎王焕炯中国科学院地理科学与资源研究所陆地表层格局与模拟重点实验室北京100101 中国科学院大学北京100049

木本植物春季展叶始期的年际变化通常受其发生前一段时间的气温影响,这个时段被称作温度相关时段(temperature-relevant period,TRP)。TRP开始时间和长度的变化反映了气候增暖对植物发育过程的影响。利用中国物候网观测数据,分析了1980... 详细信息

木本植物春季展叶始期的年际变化通常受其发生前一段时间的气温影响,这个时段被称作温度相关时段(temperature-relevant period,TRP)。TRP开始时间和长度的变化反映了气候增暖对植物发育过程的影响。利用中国物候网观测数据,分析了1980—2018年中国东部8个代表性站点162种木本植物展叶始期的TRP开始时间、结束时间和长度变化。结果显示:(1)亚热带站点比温带站点木本植物的平均TRP开始时间早约43 d,长度长约13 d。(2)TRP开始时间在温带地区北部(哈尔滨和牡丹江)变化不显著,在南部(北京、西安和民勤)以0.41—0.53 d/a的速度显著提前。在亚热带,除桂林外,其他站点展叶始期TRP长度延长和缩短的物种比例相近。这表明气候增暖对不同站点植物TRP的影响不仅取决于增暖的幅度,还和站点的背景气候条件相关。(3)乔木TRP平均开始时间和结束时间分别比灌木晚6.49 d和3.92 d,TRP长度略短于灌木。这与灌木采取机会主义的生存策略有关,而乔木在春季的展叶期较为保守以降低霜冻风险。(4)无论在亚热带还是温带地区,展叶越早的物种,TRP开始时间越早,长度越短,展叶始期与季前温度的相关性越强。研究结果可为研究气候变化对植物物候的影响及物候模型的发展提供科学参考。

关键词：物候展叶始期木本植物季前温度相关时段中国东部

欧洲典型树种展叶始期的时空变化及其对气候变化的响应

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应用生态学报 2021年第3期32卷 788-798页

作者：林少植葛全胜王焕炯中国科学院地理科学与资源研究所中国科学院陆地表层格局与模拟重点实验室北京100101 中国科学院大学北京100049

近年来,全球变暖对植物春季物候期产生了显著影响。很多研究报道了中国地区木本植物春季物候期变化的时空格局,但在同处于北半球温带地区的欧洲则相关研究较少。为了增进物候变化及其对气候变化响应规律的区域对比,本研究利用欧洲地区... 详细信息

近年来,全球变暖对植物春季物候期产生了显著影响。很多研究报道了中国地区木本植物春季物候期变化的时空格局,但在同处于北半球温带地区的欧洲则相关研究较少。为了增进物候变化及其对气候变化响应规律的区域对比,本研究利用欧洲地区展叶始期(1980—2014年)数据和相应的气象数据,研究欧洲七叶树、垂枝桦、欧洲山毛榉和夏栎4种典型木本植物展叶始期的时空变化格局,并识别影响物候变化的主要气候因子。结果表明:1980—2014年,研究区4种植物的展叶始期以3.3~7.5 d·10 a^(-1)的趋势显著提前。展叶始期自南向北以每纬度2.03~3.19 d的速率推迟,自西向东以每经度0.19~0.80 d的速率推迟(除欧洲山毛榉外),海拔自低到高以2.25~3.44 d·100 m^(-1)的速率推迟。展叶始期的提前主要与春季温度的增高和冬春季降水量的增加有关,而秋冬季温度的升高对展叶始期有一定的推迟效应。

关键词：气候变化物候展叶始期欧洲生物地理区时空变化

近50年中国典型木本植物展叶始期温度敏感度变化及原因

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生态学报 2019年第21期39卷 8135-8143页

作者：徐韵佳葛全胜戴君虎王焕炯中国科学院地理科学与资源研究所陆地表层格局与模拟重点实验室北京100101 中国科学院大学北京100049

展叶始期的温度敏感度是指气温每变化1℃,物候期变化的天数。展叶始期对温度响应更敏感的植物能够在生长季初期占据更多的资源从而在种间竞争中占据优势,因此研究展叶始期的温度敏感度变化有助于评估植物对气候变化的适应能力。选择1963... 详细信息

展叶始期的温度敏感度是指气温每变化1℃,物候期变化的天数。展叶始期对温度响应更敏感的植物能够在生长季初期占据更多的资源从而在种间竞争中占据优势,因此研究展叶始期的温度敏感度变化有助于评估植物对气候变化的适应能力。选择1963—2014年10个站点163种植物的展叶始期资料,利用滑动分析法计算了每15a各植物的展叶始期温度敏感度。在此基础上,分析了温度敏感度的变化趋势及空间格局,并讨论了导致展叶始期温度敏感度变化的可能原因。主要结论为:在全部313条展叶始期时间序列中,60.1%的序列温度敏感度呈升高趋势,其中显著升高的占40.0%(P展叶始期温度敏感度平均呈升高趋势。其中,北京地区植物展叶始期温度敏感度升高最为普遍,显著升高的物种比例达到75.0%(P展叶始期温度敏感度主要呈降低趋势。其中,长沙植物展叶始期温度敏感度显著降低的物种比例最高,达68.4%。冬季冷激量和春季气温变率是影响植物展叶始期温度敏感度随时间变化的主要因素。冬季冷激量降低将导致植物展叶始期温度敏感度降低,而春季气温变率降低将导致植物展叶始期温度敏感度升高。

关键词：物候温度敏感度展叶始期气候因子中国

暖温带森林木本植物展叶始期对低温和热量累积变化的响应

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植物生态学报 2022年第12期46卷 1573-1584页

作者：于海英杨莉琳付素静张志敏姚琦馥铜仁学院农林工程与规划学院铜仁学院贵州省梵净山地区生物多样性保护与利用重点实验室贵州铜仁554300

为了解气候急剧变暖造成的冬春季节的低温和热量积累变化对自然环境中植物春季物候产生的影响,利用北京东灵山暖温带森林25种木本植物2003-2019年的展叶始期数据,采用偏最小二乘回归、动力学模型和生长度小时模型等方法模拟了各物种展... 详细信息

为了解气候急剧变暖造成的冬春季节的低温和热量积累变化对自然环境中植物春季物候产生的影响,利用北京东灵山暖温带森林25种木本植物2003-2019年的展叶始期数据,采用偏最小二乘回归、动力学模型和生长度小时模型等方法模拟了各物种展叶始期所需的低温和热量累积量,并应用线性回归分析了展叶始期对低温和热量累积变化的响应,利用单因素方差分析对比了灌木和乔木展叶始期及其对低温和热量累积变化响应的差异。结果显示:(1)25种木本植物展叶始期的平均低温和热量累积期分别在10月6日至次年3月17日和1月21日至4月26日之间,平均低温和热量累积量分别为66.16冷激份额(CP)和2933.12生长度小时(GDH)。(2)展叶始期对低温和热量累积变化的响应敏感度均值分别为每10CP延迟3.54d和每1000GDH延迟7.09 d,各有2个和23个物种显著,说明暖温带木本植物展叶始期主要受热量累积的影响。(3)灌木的展叶始期比乔木早3.87d,热量累积比乔木少543.56GDH,且展叶始期越早的植物,所需热量累积也越少,可能与其采取机会主义生存策略有关。(4)灌木和乔木展叶始期对热量累积的响应敏感度分别为每1000 GDH延迟8.10和延迟6.13 d,两者的差异呈边缘显著。这意味着随着气候变暖,灌木展叶始期提前的速度可能比乔木更快。

关键词：植物物候展叶始期气候变暖低温累积热量累积暖温带森林木本植物

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河北省草本植物物候特征及其对气候变暖的响应

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生态学杂志 2012年第3期31卷 600-605页

作者：高祺陈静阎访赵卫亮石家庄市气象局石家庄050081

以1981—2006年河北省8个国家农业气象观测站的草本植物物候观测资料和47个气象站的地面观测资料为基础,运用EOF和REOF等统计学方法,研究了河北省草本植物物候期的变化特征及其对气候变暖的响应。结果表明:河北省草本植物展叶始期总体... 详细信息

以1981—2006年河北省8个国家农业气象观测站的草本植物物候观测资料和47个气象站的地面观测资料为基础,运用EOF和REOF等统计学方法,研究了河北省草本植物物候期的变化特征及其对气候变暖的响应。结果表明:河北省草本植物展叶始期总体呈提前趋势,其中东部沿海平原提前趋势最大,中南部平原次之,西北部山区最小;黄枯始期主要表现出推迟趋势,生长季长度以延长趋势为主;春季气温对展叶始期的影响显著,河北省春季气温上升1℃,草本植物展叶始期提前4.1d;各站点生长季倾向率与年均温倾向率呈正相关,即年均温升幅大的站点,生长季延长的幅度也较大;草本植物物候变化特征及其对气候变暖的响应与木本植物基本一致,研究结果对丰富河北省物候与气候变化关系研究具有一定意义。

关键词：草本植物物候展叶始期春季气温气候变暖

北京地区木本春季物候特征与生物学特性的关系

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生态学报 2022年第24期42卷 10253-10263页

作者：高新月戴君虎陶泽兴中国科学院地理科学与资源研究所陆地表层格局与模拟重点实验室北京100101 中国科学院大学北京100049 中国-巴基斯坦地球科学研究中心中国科学院-巴基斯坦高等教育委员会巴基斯坦伊斯兰堡45320

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... 详细信息

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。

关键词：展叶始期开花始期系统发育功能性状北京

1952-2007年中国白蜡树春季物候格网数据

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地理学报 2014年第S1期69卷 I0054-I0056,149-152页

作者：葛全胜戴君虎王焕炯中国科学院地理科学与资源研究所中国科学院陆地表层格局与模拟重点实验室北京100101

1952-2007年中国白蜡树春季物候格网数据(The gridded dataset of spring phenology of Fraxinus chinensis in China from 1952 to 2007)包括1952-2007年共56个逐年文件,该数据是以ARCGIS标准格式存储的白蜡树展叶始期数据,并以经纬度1度为单位的格网数据。它是中国区域物候学研究的产出成果,是表征中国近50年物候时空变化及格局的基础数据。在该数据基础上的研究论文被IPCC第五次评估报告所引用。

关键词：物候白蜡树展叶始期时空格局气候变化

1952～2007年中国白蜡树春季物候时空变化分析

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中国科学：地球科学 2012年第5期42卷 701-710页

作者：王焕炯戴君虎葛全胜中国科学院地理科学与资源研究所北京100101 中国科学院研究生院北京100049

为研究植物物候期的地理分布及其形成原因,揭示中国物候变化的时空格局,选取中国境内分布较为广泛、观测比较充分的白蜡树（Fraxinus chinensis Roxb.）为研究对象,以＂中国物候观测网＂12个站点的白蜡树展叶始期资料和对应气象资料为... 详细信息

为研究植物物候期的地理分布及其形成原因,揭示中国物候变化的时空格局,选取中国境内分布较为广泛、观测比较充分的白蜡树（Fraxinus chinensis Roxb.）为研究对象,以＂中国物候观测网＂12个站点的白蜡树展叶始期资料和对应气象资料为数据源,建立并检验了模拟白蜡树展叶始期的春季物候过程模型.利用该模型,重建了1952～2007年间研究区白蜡树完整的展叶始期序列,分析了白蜡展叶始期的时空变化规律.结果表明：过程模型考虑了芽发育速率在休眠期和静止期对气温的不同响应,反映了植物的生理机制,在大区域和长时间尺度均能够准确地模拟白蜡树展叶始期;在温带地区植物春季物候期的地理分布由日平均气温的空间格局决定;1952~2007年,白蜡树的展叶始期在绝大部分地区呈提前趋势,只有极小部分区域呈推迟趋势,其总体的平均趋势为-1.1d/10a,该结果与北半球其他地区春季物候的提前趋势一致;白蜡树展叶始期变化存在明显的区域分异,呈现＂北高南低＂的区域格局,华北地区有最大的-2.0d/10a的显著提前趋势（p〈0.01）,东北和华北地区提前趋势分别为-1.5d/10a和-1.4d/10a（p〈0.01）,华东和华中地区的平均提前趋势较小,平均仅-1.0d/10a（p〈0.05）,西南和华南地区呈最小的不显著提前趋势.

关键词：物候期物候模型展叶始期白蜡树