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中国中东部植被景观观赏季划分的物候学基础

花匠小妙招
2024-11-10 13:29

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物候学研究表明,在北半球温带湿润半湿润地区,植物物候期的年际波动受气温变化所控制[4-5]。过去几十年的全球气候变暖,使植物物候期发生时间和不同物候期间的间隔都产生了明显变化[6-7]。物候现象的时效性使植物展叶、开花、叶变色的自然景观也具有相应的时效性[8]。植物物候期变化可引起以植物观赏为主题的旅游活动起止时间发生改变。例如,Ge等[9]研究了1963-2010年气温变化对北京和西安色木槭（Acer mono）秋季叶变色期的影响,发现近年来秋季植物观赏季具有显著的推迟趋势,影响到观赏季的游客动态。马丽等[3]分析了1989-2005年气候变暖对北京春季物候的影响,结果表明气候变化不仅使桃花节开始时间明显提前,而且持续日数也得以延长。因此,植物物候不仅反映植被景观的季相变化,也为评估气候变化对旅游活动影响提供了理论基础[9-10]。

有鉴于此,本文利用中国物候观测网12个站点的长期观测数据,首先划分了三种植物物候期（展叶、开花和叶变色）观赏季的开始、最佳和结束日期,分析了过去50年最佳观赏日的变化趋势。同时研究了最佳观赏日的空间差异及其与站点平均气温的关系。本文试图采用物候学原理揭示植被景观季相的时空变化及其对旅游活动时间的影响,研究结果可为旅游部门合理安排以植物观赏为主题的旅游活动时间、旅游路线,制定旅游活动对气候变化的应对策略提供参考。

本文所用物候数据（1963-2009年）来源于“中国物候观测网”。为了对比观赏季的区域差异,选取了中东部地区北京、西安、上海等12个观测年份较长,物种数量较多、且具有植被区域代表性的站点（表1）。按照中国植被区划[13]划分的8个植被区域,北京、西安、洛阳属于暖温带落叶阔叶林区域,哈尔滨属于温带草原区域,牡丹江属于温带针叶、落叶阔叶混交林区域,重庆、武汉、杭州、昆明、贵阳、桂林、上海属于亚热带常绿阔叶林区域（图1）。

由于游客在春季主要观赏展叶和花盛开景观,在秋季主要观赏叶变色景观,本文主要分析展叶始期、开花盛期和叶全变色期三个物候期的观赏季。在观赏植物选择上,选取了在各站点广泛分布,具有明显展叶、开花和叶变色过程的物种。在亚热带常绿阔叶区域,虽然常绿植物属于优势种,但这类物种无明显的秋季叶变色过程,因此在物种选择上以落叶树种为主,明显属常绿阔叶的树种不包括在本文研究中。

2.2.1 不同物候期的观赏季划定观赏季指游客可观赏到大多数植物展叶、开花和叶变色景观的时段。换言之,观赏季是各物候期发生频率最高的时段。因此可采用频率分布统计的方法划定观赏季。首先统计12个站点所有观测植物1963-2009年展叶始期、开花盛期和叶全变色期的平均日期。再以10天为基本时段统计各站点3个物候期的频率分布[15]。之后,以正态分布概率密度函数模拟频率分布,其公式为：

根据正态分布概率密度函数的性质,物候期发生在xc±w区间内的概率为68.27%,即大多数植物物候期发生在xc±w时段内。因此,将这一时段定义为物候期的观赏季,其中xc定义为最佳观赏日,xc-w和xc+w是观赏季开始和结束日。

最后,将各站点展叶和开花的最佳观赏日与3-5月平均气温,叶变色最佳观赏日与9-11月平均气温进行了线性回归分析,以分析最佳观赏季在空间上对气温的响应规律。

3.2 <font class="mag-word current-word" onclick="showCnctst(11169,'11169')">观赏季</font>划分

根据正态分布拟合出的参数,划分了各站点/物候期的观赏季。从划分结果来看（表3）,展叶的最佳观赏日平均在4月4日,最早的出现在桂林（3月16日）,最晚的出现在哈尔滨（5月5日）,展叶观赏季平均长度为20天;开花最佳观赏日平均为4月23日,最早的为4月3日（昆明）,最晚的在牡丹江（5月24日）,开花观赏季平均长度为29天;叶变色最佳观赏日平均为11月2日,最早和最晚分别为10月1日（牡丹江）和11月30日（上海）,叶变色观赏季平均长度为22天。另外,展叶和开花的观赏季在大部分站点都出现了重叠。

表3

12个站点3个物候期的观赏季划分

Tab. 3

Ornamental tourism seasons of 3 phenophases at each site

站点物候期最佳观赏日起始结束站点物候期最佳观赏日起始结束哈尔滨展叶始期 5-5 4-27 5-13 牡丹江展叶始期 5-4 4-27 5-11 开花盛期 5-20 5-3 6-6 开花盛期 5-24 5-19 5-29 叶全变色期 10-2 9-22 10-12 叶全变色期 10-1 9-27 10-5 北京展叶始期 4-12 4-3 4-21 洛阳展叶始期 4-4 3-29 4-10 开花盛期 4-18 4-4 5-2 开花盛期 4-27 4-21 5-3 叶全变色期 11-2 10-23 11-12 叶全变色期 11-6 11-2 11-10 西安展叶始期 4-1 3-20 4-13 上海展叶始期 3-30 3-13 4-16 开花盛期 4-12 3-20 5-5 开花盛期 - - - 叶全变色期 11-4 10-20 11-19 叶全变色期 11-30 11-21 12-9 武汉展叶始期 3-28 3-18 4-7 杭州展叶始期 4-8 3-29 4-18 开花盛期 4-13 3-20 5-7 开花盛期 4-14 4-9 4-19 叶全变色期 11-14 11-5 11-23 叶全变色期 11-2 10-22 11-13 重庆展叶始期 - - - 贵阳展叶始期 3-17 3-6 3-28 开花盛期 - - - 开花盛期 - - - 叶全变色期 11-20 11-12 11-28 叶全变色期 11-14 10-30 11-29 桂林展叶始期 3-16 3-6 3-26 昆明展叶始期 3-16 3-9 3-23 开花盛期 - - - 开花盛期 4-3 3-10 4-27 叶全变色期 11-1 10-17 11-16 叶全变色期 10-26 10-3 11-18

不同植被区域展叶、开花、叶变色的最佳观赏日存在明显差异（图3）。亚热带常绿阔叶林区域具有最早的展叶和开花最佳观赏日和最晚的叶变色最佳观赏日。以哈尔滨为代表的温带草原区域和以牡丹江为代表的温带针叶、落叶阔叶混交林区域展叶和开花最佳观赏日相对偏晚,叶变色最佳观赏季相对偏早。

近年来,在国家旅游局等部门的引导下,以赏花、赏叶为主题的旅游活动逐渐成为人们休闲放松的主要方式之一。伴随着“桃花节”、“樱花节”、“乡村旅游”等活动而产生的“春花经济”也成为旅游经济新的增长点。本文准确划分了各站点植物物候观赏季,可为经营管理者举办观赏节日的时间提供依据。从本研究观赏季划分结果来看,春季展叶和开花观赏季集中在三月下旬至四月上中旬,秋季的叶变色观赏季集中在十月下旬至十一月。这与国家法定五一国际劳动节和十月一日国庆节的长假安排相接近又有一定偏离。若能据此制定灵活、合理的休假安排,有助于增加目的地旅游收入。

除划分观赏季外,国内外部分学者尝试利用物候模型对观赏植物物候期进行预报。例如,日本学者通过测量花芽的重量并建立指数模型来预报樱花花期[16]。张明庆等[17]利用物候模型对2002年的北京玉渊潭公园的大山樱（Prunus sargentii）始花期进行预报检验。张爱英等[12]利用3种物候模型预测了北京地区3种特色观赏植物（杭州早樱、白玉兰、山桃）的始花期和盛花期。针对观赏对象,未来仍需建立可适用于多种植物的通用物候模型,以便更准确的预测物候期,帮助游客合理安排旅游观赏的日程,节省旅游的时间成本,提高满意度,增加旅游部门收入。

由于各地所选物种类型和数量不同,可能会对观赏季划分造成一定误差。为验证研究结果的准确性,本文又分析了山桃（Amygdalus davidiana）、日本早樱（Cerasus yedoensis）2种典型观赏植物开花盛期的空间分布（图8）。结果表明,山桃、日本早樱开花盛期与纬度显著正相关,随纬度升高的变化速率分别为1.96天/o、2.0天/o。这表明,正态分布模拟所得最佳观赏日与单一物种随纬度的变化规律相一致,变化速率也很接近。因此用频率分布法划分生长季是可行的。

根据IPCC第四、五次评估报告[23-24]对未来气候变化的预测,21世纪全球仍将持续升温,增幅可能超过1.5 °C至2 °C,升温的持续过程不会在2100年终止。在这种气候增暖的情景下,植物物候期也将发生明显的变化。Ge等[25]利用CCSM 3模型模拟未来气候变化,预测了中国21世纪20种植物的展叶期变化趋势。结果表明总体上植物展叶期仍将提前。这意味着中国各站点最佳展叶观赏日总体上也会呈现提前的趋势。除此之外,研究还表明从种间尺度上来看,展叶早的植物展叶始期的提前趋势更加明显,这一结果也得到了其他研究的证明[26-27],因此展叶观赏季的持续时间也应变长。与其它研究的结果类似,本文大多数站点开花盛期和展叶始期的年际变化具有一定的同步性[28]。因此,在未来的气候变暖情景下,这些站点的开花最佳观赏日可能也会出现提前趋势。同时,比较过去50年各站点植物展叶始期与叶全变色期的变化趋势可以看出,在大部分站点两种物候期的变化趋势相反,说明叶全变色期和展叶始期对气候变化的响应相反。因此,叶变色的最佳观赏季会推迟。

由于各站点所观测的物种数量不同,这可能会影响到整个物候期的频率分布,导致最佳观赏日,观赏季开始期、结束期的划分存在一定的不确定性;其次,用正态分布概率密度函数模拟物候期频率分布存在一定的模型误差,范围约为1~5天。此外,在哈尔滨、昆明、桂林、武汉等站点近20年的物候观测数据因缺失年份较多,一定程度上影响了植物物候变化趋势的估计。

本文利用物候期频率分布划分了我国大陆东部地区春季展叶、开花和秋季叶变色三种物候期的起止日期和最佳观赏日。研究结果充分显示物候学可以作为植被景观观赏季节划分的理论基础。据此,分析了过去50年最佳观赏日的变化趋势、空间差异及与站点平均气温的关系。主要结论有：

（1）不同植被区域植被物候的观赏季有较大差别。例如,亚热带常绿阔叶林区域春季展叶和开花的观赏季较早,秋季的叶变色观赏季较晚,而温带针叶、落叶阔叶混交林区域的观赏季相对较早。旅游管理者或游客可选择合适的时间段组织或观赏各具特色的植被景观。

（2）过去50年各站点最佳观赏日的变化趋势存在较大的站点差异。北京、西安和哈尔滨3个站点展叶和开花的最佳观赏日都显著提前,而叶变色的最佳观赏日显著推迟。但其它站点的变化趋势并不显著。观赏季的年际波动和趋势性变化指示了气候变化对旅游活动的影响。

（3）观赏季起止点和最佳日期受站点气温影响显著。展叶、开花最佳观赏日与站点春季气温显著负相关。站点春季气温每升高1°C,展叶和开花最佳观赏日分别提前4.02和4.04天。叶变色最佳观赏日与站点秋季气温显著正相关,其空间上对气温响应的敏感性为2.98天/°C。这表明,气温是春秋季植被景观出现时间的决定性因素。气温随纬度的变化导致3种植物景观的观赏季也具有一定的纬向规律性。展叶、开花的最佳观赏日和纬度正相关,叶变色的最佳观赏日和纬度负相关。这种纬度格局为游客从南向北或从北向南组织旅游路线提供了可能。