我国高纬度地区典型植物及全国广布种毛桃、山桃物候对气候变化的响应

论文摘要

物候现象是指示气候及自然环境变化的重要指标。自然物候记录可以提供全球环境变化最直接和有效的证据。对历史物候资料及气候资料的综合分析,可用于揭示长时间尺度的气候变化和生物对环境要素变化的响应。植物物候作为一种综合性响应指标,能敏感地指示气候变化。随着全球变化研究的逐步深入,植物物候对气候变化的响应已成为全球变化和物候学研究的热点。近年来,很多学者研究了我国不同地区的植物物候对气候变化的响应,但总体来看,研究的区域还不够广泛,研究的植物种类还非常有限。气候变化在不同地区存在不均质性,即有些地区变化幅度较大,有些地区变化幅度较小;不同植物种类对气候变化的响应方式和驱动机制也有所不同。有些植物比较敏感,而有些植物则表现的比较迟钝。北半球中高纬度地区的植物物候对温度变化的响应最为灵敏。而我国对中高纬度地区的植物物候及其对全球气候变化的响应还缺乏系统研究;另外,对于我国的一些广布植物种的物候在地理空间上的变化规律及其对气候变化响应还缺乏深入探讨。开展中高纬度地区植物物候以及广布种对气候变化响应的研究,对于了解不同气候条件下,不同植物物候对气候变化的响应特征和驱动机制具有重要的科学价值,研究结果可为区域或更大空间尺度上气候变化的生态影响评估提供科学依据。本研究以哈尔滨市1951-2008年的气象观测数据、1964-2008年哈尔滨市黑龙江省森林植物园的物候观测资料为基础,采用多种统计学方法和数学模拟方法,对哈尔滨市气候变化特征、植物物候变化特征、植物物候对气候变化的响应规律及我国毛桃、山桃始花期随地理分布变化特征做系统研究,主要结论如下:（1）1951年以来,哈尔滨市的气温变化总体呈上升趋势,与年最高气温和年平均气温比较,年最低气温增幅最大;气温升高存在明显的季节性差异,按增温幅度排序,依次为冬季(0.674℃·10 a-1),春季(0.578℃·10 a-1)、秋季(0.314℃·10 a-1),夏季(0.250℃·10 a-1);年平均气温及各季节平均气温变化存在明显突变点,其中,年平均气温在1989-1990年间发生突变,春季平均气温在1978年发生突变,夏、秋两季季平均气温均出现多个突变点,冬季平均气温在1990年发生突变。近58a来,该地区稳定通过10℃的持续时间逐年延长,幅度为3.328 d·10 a-1（p<0.0001）,且这种延长主要是由稳定通过10℃初日显著提前所引起的;该地区降水量年际波动较大,总体呈现微弱的上升趋势;年降水量在1979年发生突变,但各季节降水量没有明显的突变点。（2）1963-2008年间哈尔滨市植物的春季物候逐年提前,秋季物候逐年推后,植物的生长季延长;植物物候变化与气候变化的阶段性特征具有一致性;物候期发生的早晚主要受物候发生期当季气温的影响,并与当月和上月平均气温的关系最为密切,与降水量的关系不大。（3）对哈尔滨市未来气候变化情景下植物物候期变化的预测结果表明:当2月份温度上升1℃时,4种裸子植物的芽膨大始期将提前2.2-2.6 d;当春季平均气温上升1℃时,芽开放期将提前5.1-6.2 d;展叶始期将提前2.5-5.6 d。当3月份温度上升1℃时,4种阔叶乔木的芽开放期将提前0.8-2.3 d;展叶始期将提前1.7-2.4 d;开花始期将提前0.8-2.2d。当4月份温度上升1℃时,3种灌木的芽开放期将提前1.7-3.0 d;展叶始期将提前2.8-3.6 d;开花始期将提前2.2-3.2 d。（4）在相同气候变化背景下,裸子植物,阔叶乔木、灌木对气候变化响应的敏感程度不同。裸子植物对气候变化相对敏感,阔叶乔木与灌木次之;不同植物种对气候变化响应的敏感程度也不同,胡桃楸为对气候变化的响应比较迟钝的树种。（5）毛桃及山桃始花期存在明显的地理分布规律。在水平分布上,每向北扩展1个纬度,毛桃始花期推迟3.850 d,每向东扩展1个经度,始花期推迟0.670 d,在垂直分布上,每向高海拔扩展100 m,始花期推迟1.229 d。每向北扩展1个纬度,山桃始花期推迟3.137 d;但山桃始花期对经向和海拔的变化不甚敏感。（6）对毛桃、山桃始花期对气候变化响应的模拟显示,当1-6月份均温上升1℃,毛桃的始花期提前2.079 d,山桃的始花期提前3.090 d。当1-6月份平均降水量增加10 mm,毛桃的始花期提前2.499 d。在不同气候带,毛桃始花期对气候变化的响应存在差异。在秦岭—淮河以北地区,当2-5月份均温上升1℃,毛桃的始花期提前2.410 d;在秦岭—淮河以南地区,当1-4月份均温上升1℃,毛桃的始花期提前3.877 d。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 表目录
• 图目录
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.1.1 研究背景
• 1.1.2 研究的目的及意义
• 1.1.3 项目来源与经费支持
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 国内外植物物候观测和网络建设
• 1.2.2 植物物候对气候变化响应研究的主要方法
• 1.2.3 物候对气候变化响应研究的主要成果
• 1.2.4 存在问题和需要加强的工作
• 1.3 研究内容及技术路线
• 1.3.1 研究内容及预期目标
• 1.3.2 技术路线
• 第二章 研究材料与方法
• 2.1 研究材料及资料来源
• 2.1.1 研究材料
• 2.1.2 资料来源
• 2.2 研究方法
• 2.2.1 植物物候观测方法
• 2.2.2 植物物候期的特征
• 2.2.3 物候及气象数据预处理
• 2.2.4 数据处理方法
• 2.2.5 数据分析软件
• 第三章 哈尔滨市植物物候对气候变化的响应
• 3.1 哈尔滨市气候变化的特征
• 3.1.1 哈尔滨市气温变化趋势
• 3.1.2 哈尔滨市气温突变特征
• 3.1.3 哈尔滨市稳定通过10 ℃初日、终日及持续天数的年际变化
• 3.1.4 哈尔滨市降水量变化趋势
• 3.1.5 哈尔滨市降水量突变特征
• 3.2 哈尔滨市植物物候变化特征
• 3.2.1 哈尔滨市主要裸子植物物候变化特征
• 3.2.2 哈尔滨市阔叶乔木物候变化特征
• 3.2.3 哈尔滨市主要灌木植物物候变化特征
• 3.3 哈尔滨市植物物候期与气温的关系
• 3.3.1 哈尔滨市主要裸子植物春季物候与气温的关系
• 3.3.2 哈尔滨市阔叶乔木物候与气温的关系
• 3.3.3 哈尔滨市灌木物候与气温的关系
• 3.4 哈尔滨市植物物候期与降水的关系
• 3.4.1 哈尔滨市裸子植物春季物候期与降水的关系
• 3.4.2 哈尔滨市阔叶乔木物候期与降水的关系
• 3.4.3 哈尔滨市灌木物候期与降水的关系
• 3.5 哈尔滨市未来气候变化情景下植物物候期的变化
• 3.5.1 未来气候变化情景下裸子植物春季物候期的变化
• 3.5.2 未来气候变化情景下阔叶乔木春季物候期的变化
• 3.5.3 未来气候变化情景下灌木春季物候期的变化
• 3.6 小结
• 3.7 讨论
• 第四章 毛桃、山桃始花期地理分布的变化及其对气候变化的响应
• 4.1 我国毛桃、山桃始花期的地理分布规律
• 4.2 毛桃、山桃始花期对气候变化的响应
• 4.2.1 毛桃、山桃物候观测地点多年气候变化特征
• 4.2.2 毛桃、山桃始花期对气候变化的响应
• 4.3 小结
• 4.4 讨论
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 附录 A
• 在读期间的学术研究
• 致谢
• 详细摘要