植物的物候格局通常随时间而变化,展叶、开花和结实的出现时间和数量因年而异,或因事件而异,然而,热带地区的物候格局在很大程度上仍然是未知的.该研究利用海南岛海口市海南大学校园3 年的物候监测数据,分析植物的展叶、开花、结实物候格局.对物候期与环境变量进行多重回归分析影响热带地区植物物候的主要气候因子.结果表明,热带地区植物物候格局具有明显的季节性,展叶、开花和结实分别集中在 4 月—6 月、4 月—8 月、5 月—11 月;影响展叶和开花物候格局的气候因子均为月均日照时长,每月结实物种数与气温相关,尤其是每月果实成熟物种数与月最低气温呈显著相关.不同功能群之间物候期存在差异,灌木展叶早于草本和乔木,风媒植物展叶早于虫媒植物,肉质果型植物展叶和果实成熟时间早于非肉质果型植物.乔木开花比草本和灌木早,非肉质果型植物开花时间比肉质果型植物早,风媒植物果实成熟早于虫媒植物.这些对将来预测热带物候事件具有重要意义.

以1964-2015年物候观测数据为基础,选取17种含乔木、灌木及藤本树种为研究对象,分析探讨了气候变化背景下秦岭地区植物物候变化规律及其差异性.结果表明:①52年来,秦岭地区物候始期普遍呈提前趋势,提前速率1.2d/10a,物候末期普遍呈推迟趋势,推迟速率3.5d/10a,物候生长期普遍延长;②秦岭地区物候突变发生于20世纪80年代,始期于1985年,末期于1984年.突变后,物候特征发生了显著变化,始期的提前速率较突变前显著加快,末期由突变前的提前趋势转变为极显著的推迟趋势,且变化速率和显著性均高于始期;始期与末期变化均表现出“趋同效应”;物候年代际变化趋势显示,始期自2001-2005年起提前速率减缓,植物对气候变化的响应表现出适应性及滞后性.③秦岭物候变化存在树种差异,3大类树种始期的提前速率呈藤本、乔木、灌木依次增大,而末期的推迟速率则呈藤本、灌木、乔木依次减小.④秦岭物候变化存在南北差异,北坡始期的提前速率均高于南坡,而南坡末期的推迟速率均高于北坡.

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(P＜0.05),但开花持续时间在两者间未有显著性差异(P＞0.05);(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(P＜0.05).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.

针对神农架川金丝猴生境基础研究中乔木树种大范围分布数据难以获取问题,尝试利用多源多时相遥感数据结合专家知识分层次实现树种识别.首先采用冬季Landsat8/OLI数据根据物侯特性分层提取常绿、落叶林的地域范围;进而依据夏季Worldview-2高分遥感影像的实地乔木样本的光谱特征分层次完成常绿树种(巴山冷杉、华山松、青杆、刺叶栎)和落叶树种(红桦、日本落叶松、米心水青冈、漆树、锐齿槲栎、椅杨)的识别;并通过实地植被样方及专家知识通过高程数据完成分类结果的修正:最后结合GIS对主要优势树种的地形及地域分布特征进行了空间分析.实验精度表明常绿林中巴山冷杉、华山松、刺叶栎、虫害华山松整体精度较高,落叶林中红桦、漆树等识别精度相对较高,部分树种如椅杨、锐齿槲栎识别精度较低;总体上常绿树种的精度要优于落叶树种.从植物地理学、遥感、GIS三者相结合的角度,将多源、多时相遥感数据与物种物候特性、专家知识进行有效整合,提出了一种乔木树种识别的方法(1)提供了复杂山地环境的主要乔木优势种识别途径,且具有通用性;(2)完成了物种物候特性与遥感数据特性的整合利用,有效降低数据成本费用;(3)配合地面样方及专家知识修正结果,避免了过分依赖光谱特征引起的误判.这将为神农架川金丝猴栖息地保护与恢复提供更精确的数据依据.

为探究植物物候对山地城市内部热岛效应的响应特征,于2016年1月-2017年1月对重庆市主城区80种木本植物进行地面物候观测,同时利用Landsat 8热红外数据反演研究区地表温度,结合同时期地面实测气温,对研究区热岛强度等级进行划分,进而比较城市内部不同热岛强度等级下植物物候变化特征.结果 表明,热岛过渡区与热岛区植物展叶期较凉岛区分别提前了5.1d和8.1d,初花期分别提前了4.0 d和20.8 d,终花期分别提前了4.8d和11.6 d,而落叶期分别推迟了8.5 d和18.9 d,即城市内部热岛增温使植物春季物候提前,秋季物候推迟,生长季延长,且物候变化幅度随热岛强度等级增大而增大.不同功能型植物物候对热岛增温的响应存在差异,灌木、常绿植物和引种植物物候比乔木、落叶植物和本土植物更加敏感.本研究在一定程度上填补了我国西南山区物候研究的空缺,可为预测城市植物物候对未来山地城市小气候变化乃至全球气候变暖趋势的响应提供早期预警.

根据2003-2014年气象数据和暖温带3种乔木(辽东栎、五角枫和核桃楸)和3种灌木(土庄绣线菊、毛叶丁香和六道木)的物候观测数据资料,采用气候倾向率和回归分析等方法,观察乔木和灌木物候变化特征的差异,分析温度、降水以及乔木、灌木的物候变化趋势,同时对气象因子与乔木和灌木物候期的相关关系进行研究.结果 表明:①研究期间,北京东灵山平均气温呈不显著的上升趋势,气候倾向率为0.200℃·10n-1,春季(3-5月)和夏季(6-8月)温度显著上升;降水量呈下降趋势,平均减少71.630mm·10a-1,总体呈暖、干的趋势.②3种乔木的生长季长度都缩短,辽东栎、五角枫和核桃楸平均生长季长度分别缩短50.70 d·10a-1、29.83 d·10a-1和22.36 d·10a-1.3种灌木的生长季长度也都缩短,土庄绣线菊、毛叶丁香和六道木的平均生长季长度分别缩短42.55 d·10a-1、42.76 d·10a-1和38.15 d·10a-1.乔木和灌木的物候变化趋势相同,整体表现为春季物候推迟,秋季物候提前,生长季长度都缩短且生长季长度相差不大.乔木和灌木都表现出芽期推迟最明显,每10年推迟达19天以上.⑨乔木和灌木各物候期与气温总体表现为负相关,即气温升高,物候期提前,其相关性显示出夏季(6-8月)温度对植被物候期影响较大,夏季温度与各物候期表现为正相关,即夏季温度升高,物候期推迟.同时乔木和灌木与总体降水没有明显的相关关系,但秋季物候与不同时段降水表现不同的相关性,由此可知夏季温度变化对木本植物春季物候(出芽期、展叶期和首花期)的影响更大,而秋季物候(叶变色期和落叶期)受温度和降水共同影响.

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13d.(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.

狭叶坡垒(Hopea chinensis)为常绿乔木,是我国热带季雨林的代表树种之一.它树型优美,具一定的耐寒性,是我国珍稀濒危保护植物.为阐明其传粉生物学特征和迁地保护的繁殖潜力,该文在引种地桂林植物园对狭叶坡垒的开花物候、花尺寸和花气味进行了观察和测量,运用杂交指数(OCI)、花粉胚珠比(P/O)、花粉活力、柱头活性检测和人工自交等方法对其繁育系统进行了检测,观察了访花昆虫并检验了其传粉效率,通过人工异交检验了繁殖潜力和可能的传粉限制.结果表明:(1)桂林植物园内狭叶坡垒的花期为7月底到9月底,持续60 d左右,一个花序花期约12 d,单花期约3 d,花朵开放时间为17:00—18:45.(2)雌雄同熟,雌蕊空间位置高于雄蕊,高花粉活力和高柱头可授性出现时间基本一致.(3)OCI等于4,P/O为10788±984.(4)无自动自花授粉能力且自交不亲和,自然条件下和异交授粉能坐果且坐果率无显著差异.(5)蕈蚊是狭叶坡垒唯一的传粉者.(6)主要花香成分为β-榄香烯、(E)-7,11-二甲基-3-亚甲基-1,6,10-十二碳三烯和1-石竹烯.综上所述,狭叶坡垒繁育系统为异交,在迁地保护地需要蕈蚊作为传粉者,能坐果并得到成熟种子,不存在授粉限制.

祁连山是西北地区重要的生态屏障,青海云杉是祁连山中段森林生态系统的主要乔木建群种,对维系祁连山生态安全有着重要战略意义.物候是森林响应环境变化的指示器,准确分析流域尺度上森林对气候变化的物候响应是研究全球变化对生态系统影响的关键,也是当前环境变化条件下评价森林生态系统养分、水分、能量以及碳循环等的关键.对林木物候与气候的关系进行深入研究、精确分析,可以为准确描述森林的结构、功能和生态水文过程提供科学依据,也可为水源涵养林可持续经营提供理论指导.对青海云杉展叶和球果成熟物进行了连续两年(2015-2016年)观测,分析了青海云杉展叶和球果成熟物候变化动态,研究了它们与空气温度、降雨、土壤温度以及土壤含水量的关系,得到以下结论:研究区海拔2700m处2016年平均气温比2015年升高了0.37℃,2016年青海云杉展叶期开始日期比2015年提前了3d,2016年青海云杉球果成熟期开始日期比2015年提前了2d.积温增加是物候持续期增加的原因,积温达到一定值时,青海云杉的物候变化就会发生.青海云杉展叶期持续日数与上个月的降雨呈极显著正相关(P＜0.01),球果成熟期持续日数与上个月的降雨呈极显著负相关(P＜0.01),展叶期和球果成熟期持续日数都受上一月降雨的影响显著,降雨对青海云杉展叶期和球果成熟期物候的影响具有一定程度的滞后性.青海云杉展叶期持续日数与展叶期开始月的土壤温度极显著正相关(P＜0.01),即土壤温度升高展叶物候持续期延长.球果成熟期持续日数与展叶期开始月的土壤温度极显著负相关(P＜0.01),即土壤温度升高球果成熟期物候持续期缩短.青海云杉展叶期和球果成熟期物候都受上一月土壤含水量的影响显著,土壤含水量也对青海云杉展叶期物候和球果成熟期物候的影响具有一定程度的滞后性.

物候是植物在长期适应环境过程中形成的生长发育节点.长时间地面物候观测数据表明,近50年全球乔木、灌木、草本植物的春季物候期受温度升高、降水与辐射变化等影响,以每10年2d到10 d的速率提前.但因植物物候响应气候因子的机制仍不清楚,导致对未来气候变化情景下的植物物候变化预测存在较大的不确定性.在此背景下,控制实验成为探究气候因子对植物物候影响机制的重要手段.综述了物候控制实验中不同气候因子(温度、水分、光照等)的控制方法.总结了目前为止控制实验在植物物候对气候因子响应方面得到的重要结论,发现植物春季物候期(展叶、开花等)主要受冷激、驱动温度与光周期的影响,秋季物候期(叶变色和落叶)主要受低温、短日照与水分胁迫的影响.提出未来物候控制实验应重点解决木本植物在秋季进入休眠的时间点确定、低温和短日照对木本植物秋季物候的交互作用量化、草本植物春秋季物候的影响因子识别等科学问题.