川金丝猴湖北亚种(Rhinopithecus roxellana hubeiensis)是种群数量最少的川金丝猴(R.roxellana)亚种,评估其食物组成及季节变化有助于了解其觅食策略和同域分布物种间的竞争关系,对物种保护及栖息地恢复等具有重要意义.分别于2023年冬季(2月)、春季(5月)和秋季(10月)在神农架国家公园采集金丝猴新鲜粪便样品,利用DNA宏条形码技术分析了粪便中的食源植物及其季节变化.研究共鉴别出127种金丝猴食源植物,分属于110个属62个科,科水平上相对序列丰度最高的为蔷薇科(Rosaceae),属水平上相对序列丰度最高的为花楸属(Sorbus),种水平上相对序列丰度最高的是地海椒(Archiphysalis sinensis).在不同季节食物组成中,冬季有56种,春季有76种,秋季有70种,其中春季偏好的食物为花楸属植物(Sorbus sp.)(27.34％)植物和藤山柳(Clematoclethra scandens)(16.56％);秋季偏好的食物为委陵菜(Potentilla chinensis)(22.12％)和花楸属植物(16.52％);冬季偏好的食物为地海椒(33.49％)和花楸属植物(28.13％).,3个季节的共有食物有20种,冬季的特有食物有16种,春季有29种,秋季有27种.冬季特有食物有地海椒等,春季特有食物有菱叶茴芹(Pimpinella rhomboidea)等,秋季特有食物有构树(Broussonetia papyrifera)等.春季和秋季之间的重叠食物种类最多有35种,春季和冬季的重叠食物种类有32种而冬季和秋季重叠食物种类最少仅有28种.不同季节食物多样性指数存在差异,冬季食物多样性指数最低,秋季较高,春季最高.食物多样性的季节变化与神农架植被物候特性一致.研究结果揭示了神农架川金丝猴的食物组成和季节变化,以及DNA条形码技术在食性研究中的优势和存在的问题,为川金丝猴的种群繁育和保护管理等提供了重要参考价值.

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.

随着极端气候事件频率和强度的增加,植被物候正在发生深刻的变化.然而,植被枯黄期(EGS)对极端气候的响应机制目前尚未厘清,特别是对于干旱半干旱地区的草地而言.因此,聚焦我国温带草地,基于1982—2015年全球监测与模型研究工作组归一化植被指数(GIMMS NDVI3g)长时间序列数据提取草地物候参数,并分析其时空变化规律;运用随机森林模型等方法探究温带草地EGS对极端气候变化的响应特征.结果表明:(1)全区多年平均EGS主要发生于270—290儒略日(DOY),59.8％的区域呈延迟趋势,其中显著延迟(P<0.05)的区域分布在新疆天山、阿尔泰山一带和准噶尔盆地西部、黄土高原北部、呼伦贝尔高原的西部和东北小兴安岭.(2)EGS与极端气温暖极值(日最低气温的最大值、日最高气温的最大值、暖夜日数、暖昼日数)之间均以广泛的正相关关系为主;相比之下,极端降水事件与EGS之间的关系相对比较复杂,这与各草地类型自身的生理策略和所处环境密切相关.(3)整体而言,持续干旱日数、气温日较差和暖夜日数对全域草地EGS动态变化具有极大的重要性.就不同草地类型而言,温带草甸草原主要受到气温日较差的影响,温带山地草甸和温带沼泽化草甸EGS变化主要受日最高气温的最大值的影响,日最低气温的最大值和暖夜日数分别对温带草丛和温带荒漠草原的影响最大;持续湿润日数和持续干旱日数则分别对生长在水分限制地区的温带盐生草甸和温带典型草原的EGS产生强烈作用.

西畴重楼(Paris cronquistii var. xichouensis)为云南省特有物种,野外调查发现了广西(田林、那坡)的省级新分布,针对该新分布居群,观测并描述西畴重楼植物形态学特征,记录物候学特征,野外观测其地理分布特征,综上对其生物学特性进行补述,并结合前人基于细胞核ITS、叶绿体psbA-trnH和trnL-trnF等序列的分子系统学研究结果探讨其系统关系.结果表明:西畴重楼叶背面无紫色斑块,花瓣较宽而显著区别于凌云重楼(P. cromquistii var. cromquistii),但西畴重楼部分植株沿叶脉有紫色斑纹,表明与凌云重楼存在形态过渡,二者雄蕊数量均以3轮为主,而且变化范围一致;西畴重楼的物候期与同域分布的凌云重楼相近,同南重楼(P. vietnamensis)差异显著;西畴重楼多条序列的分子系统学研究显示西畴重楼和凌云重楼始终聚为一支,证实二者高度的亲缘关系.该研究结果完善了西畴重楼的生物学特性描述,首次报道了西畴重楼与凌云重楼形态特征存在过渡类型,物候学特征较一致,地理分布中心重叠,分子系统学位置相邻,仍支持李恒系统将西畴重楼作为凌云重楼的一变种.

耕地复种指数是土地利用强度的重要表征,时空动态特征有助于理解人类活动与生态环境的耦合作用.以黄淮海地区2001-2015年MODIS(Moderate-resolution Imaging Spectroradiometer,中分辨率成像光谱仪)NDVI(Normalized Difference Vegetation Index,归一化植被指数)遥感影像为数据源,使用Savitzky-Golay滤波对时间序列曲线平滑重构后,结合研究区物候信息设置含有阈值的二次差分算法提取复种次数,最后在R环境下绘制复种指数空间分布图.结果表明:(1)河南省复种指数最高(169.3％),山东省次之,天津市最小;(2)各省市年际变化趋势大体一致,经历了升高-降低-升高的过程;从空间分布特征来看,耕地复种指数具有明显的地域性差异,二熟制主要集中于南部,东部和北部受地形和纬度影响,主要以一熟制为主.研究结果对于黄淮海农耕区的土地利用强度辨识、人类活动方式确定具有参考价值,同时也证明了该方法具有更大尺度推广的潜力.

以西南横断山区高山草甸优势植物种珠芽拳参(Polygonum viviparum)和银叶委陵菜(Potentilla leuconota)为研究对象,将其物候分为花芽期、开花期、凋谢期和种子成熟期4个阶段,每个阶段又分为开始、峰值和结束3个状态.采用开顶式增温箱进行模拟增温,连续增温4年后,于增温第5年的2016年生长季跟踪调查了模拟增温对珠芽拳参和银叶委陵菜的繁殖物候序列的影响,以探讨高山植物群落对气候变化的响应过程.结果显示,模拟增温后:1)珠芽拳参各物候阶段的持续时间缩短;除凋谢阶段起始、结束期延迟外,其他状态均有不同程度的提前;各阶段的过渡期有不同程度的缩短,繁殖周期缩短;2)银叶委陵菜各物候阶段的持续时间延长;凋谢期结束前各状态(除开花峰值外)表现为不同程度的提前;各阶段过渡期对增温的响应不一致,繁殖周期延长.结果表明:完整的繁殖物候序列能更准确地反映植物物候对气候变暖的响应;植物对环 境变化的响应和应对策略存在种间差异,这种差异可能会进一步改变植物群落组成和结构.

长期以来,气候与植物物候关系的研究大多基于线性模型,但植被物候对气候变化的响应可能是非线性的.该文利用非线性模型——生存分析模型来分析时间序列中过去事件(气候因子)对目的变量(物候)的作用:用生存分析模型分析了春季气温和降水量对内蒙古草地、青藏高原草甸和欧洲地区木本植物返青期的影响.其中,内蒙古与青藏高原的物候信息来自遥感数据,欧洲地区物候信息为实测数据.蒙特卡洛方法用于拟合模型参数.结果表明:生存分析模型适合对上述不同研究对象的物候影响因素进行分析,并能模拟非线性效应;在内蒙古草地,春季气温和降水对春季返青有很大的影响,而青藏高原草甸和欧洲地区木本植物返青期对春季降水响应较小,对春季气温变化的响应随Holdridge干燥度指数上升而下降;在预测返青期时发现:春季平均气温提高1℃会导致上述地区返青期提前l-6天;而春季气温与降水的增加会导致返青期发生明显的非线性变化,这种非线性效应无法基于线性模型模拟出来.结果说明生存分析模型既能用于分析不同尺度下植物物候与气候的关系,也能用于模型预测,尤其适合探讨大幅度气候变化对物候的非线性影响.

高山林线树种对气候变化响应敏感,是研究气候变化和物候变化的理想树种.本文基于双Logistic曲线拟合法重建了2000-2015年MODIS EVI2时间序列影像并提取太白红杉林关键物候参数,结合太白山地区气象站的气候资料,研究太白红杉林遥感物候及其对气候因子的响应.结果 表明:2000-2015年太白红杉林生长期开始时间在第120天左右,生长期结束时间在第288天左右,平均生长期长度为168 d;16 a来太白红杉林生长期始期整体呈提前趋势,变化率为-0.65 d· 10a-1;生长期末期整体呈推迟趋势,变化率为0.35 d·10 a-1;整个生长期呈延长趋势,平均延长幅度为0.99d· 10a-1;太白红杉林物候始期与同期气温、降水呈负相关的区域分别占研究区的73.11％和61.25％,而与潜在蒸散呈正相关的区域占65.17％;物候末期与同期气温、降水、潜在蒸散、日照和风速均呈正相关,面积比分别为74.91％、72.87％、78.14％、68.60％和64.74％,其中气温是太白红杉林物候始期提前的主要影响因素,气温、降水、潜在蒸散是物候末期推迟的主要影响因素.

植被指数具有明显的季节节律,归一化植被指数(Normalized Difference Vegetation Index,NDVI)时间序列可以获取地表植被物候信息,HJ-1 A/B兼具高空间分辨率和高时间分辨率的特点,为中小尺度范围树种物候特性应用与分析提供了丰富的时间序列数据.本文针对厦门市8个典型树种,选择Savizky-Glolay(S-G)滤波法和时间序列谐波分析法(Hants)对58景HJ-1 A/B NDVI曲线进行滤波重构,选用平均值、平均绝对误差和相关系数等指标对滤波结果进行定量评价,结合NDVI比率对8个树种的物候特性进行分析,最后探讨了气温和降水等气象因子对树种NDVI时序波动的影响.结果 表明:S-G和Hants滤波方法均能很好地还原物候特征变化明显的植被,Hants谐波的平滑程度最好;7个树种(尾叶桉除外)的NDVI值均处于较高的水平,NDVI时序年内波动并不剧烈,双峰形态表现明显,NDVI值在5、6月达到顶峰,7、8月下降,10月达到第二个峰值,第二个峰值比第一个峰值低;8个树种的生长期持续时间较长,持续7～8个月,除尾叶桉的生长起始时间为2月底外,其他树种均在4月底进入生长期,11月生长期结束,在7月达到生长顶峰;生长期内出现生长期减缓的情况,8月出现生长谷值,生长曲线表现为双峰形态;树种的生长对7月降水量骤减有很明显的响应,不同树种的滞后期不同,生长降低的速度存在一定的差异,但大多表现为8月NDVI比率谷值.研究成果为亚热带地区HJ-1 A/B NDVI时间序列数据的滤波方法选择、典型树种物候特性及树种精细分类研究提供了一定的参考.

基于2003-2017年奉化地区中、晚熟水蜜桃的生物学和气象资料,利用GA-BP神经网络构建水蜜桃物候、品质和产量模型,结合浙江省67个基本气象站1971-2017年观测资料,反演和建立浙江省各地物候、品质和产量序列,分析水蜜桃物候、品质和产量对气候变化的响应.结果 表明:集合模型对物候期模拟的绝对误差基本≤1.5 d,对品质及产量模拟的相对误差分别为5％和5％ ～7％;近47年,浙江中、晚熟水蜜桃始花期、成熟期和落叶期呈提前趋势,中熟水蜜桃营养生长历期显著缩短,晚熟水蜜桃生殖生长的历期显著延长;20世纪80年代起,中、晚熟水蜜桃物候期年际波动增大;中熟品种生殖生长历期呈北涨南降,营养生长历期呈下降趋势;晚熟品种生殖生长历期呈增长趋势,其中,显著增长区主要集中于宁波—金华—衢州一带,营养生长历期整体波动相对较小;中熟水蜜桃品质整体呈下降趋势,气候倾向率为-0.01·10 a-1;晚熟品种品质增长趋势极显著,气候倾向率为0.032· 10 a-1;中熟水蜜桃气候品质显著下降区集中于宁波—绍兴—金华—衢州一带,气候倾向率小于-0.015·10 a-1;晚熟水蜜桃品质中北部增幅大于南部,其中,宁波和嘉兴地区气候倾向率大于0.04·10 a-1;中、晚熟水蜜桃产量的气候倾向率分别为0.17 t· hm-2·10 a-1和-0.093 t·hm-2· 10 a-1.东部沿海及杭州、绍兴、金华交界地区单产增长趋势显著,气候倾向率大于0.18 t·hm-2· 10 a-1;浙江东北部地区晚熟水蜜桃单产降低显著,其中,嘉兴中部及宁波北部地区气候倾向率小于-0.2 t·hm-2· 10 a-1,增长区主要集中于浙江南部地区和西北部分地区.