中国木本植物春季物候期的温度敏感度时空变化及影响因素

Plant phenology is an important indicator of the impact of global change on biological system because it is very sensitive to small change in climate. In temperate monsoon areas of China, temperature is the major factor affecting spring plant phenophases. To which degree plant phenophases could track temperature change is usually measured as temperature sensitivity. Temperature sensitivity directly indicates the change in phenological timing (in days) per degree Celsius increase, thus can be used to predict future phenological change in response to climate change. The previous studies have found that temperature sensitivity varies among different locations, periods and plant species. Thus, there is still great uncertainty on the prediction and simulation of future evolution of spring phenology. This project tries to systematically explore the spatiotemporal change in temperature sensitivity of spring phenophases (including flowering date and leaf unfolding date) for woody plants in China. Subsequently, we detect the most important climatic parameters (mean, standard deviation, daily range or annual range of climatic factors, etc.) influencing the change of temperature sensitivity. At last, we develop the parametric model to explain the change of temperature sensitivity theoretically. Through above research, this project will provide scientific basis and valuable references for understanding of how the underlying mechanisms of phenology in response to environmental stimuli and prediction of phenological change in the context of future climate change.

植物物候对气候变化的响应极其敏感，是指示全球变化对生物系统影响的重要证据。对中国温带季风区的木本植物而言，温度是影响春季物候期的最主要环境因子。植物物候对温度变化的响应程度通常以温度敏感度来衡量。温度敏感度直观的表达了温度每变化1℃，物候期变化的天数。已有研究表明不同地点、时段和物种的春季物候期，温度敏感度存在差异。这导致对未来气候变化情景下的物候期模拟与预测存在很大的不确定性。本项目拟研究中国主要木本植物春季物候期（含展叶始期、始花期）对温度响应的敏感度，并分析其时空变化格局。其次，诊断影响温度敏感度变化的主要气候特征参量（气候因子的均值、标准差、日较差、年较差等）。最后建立模拟温度敏感度的参数化模型以对温度敏感度的时空变化规律进行机理性的解释。通过上述研究，为深入理解物候对气候变化的响应机制及预测未来气候变化情景下的植被物候响应提供参考依据和科学基础。

植物物候期对气候变化的响应极其敏感，是指示全球变化对生态系统影响的重要证据。由于温度是影响温带地区木本植物春季物候期的最主要环境因子，气候变化对物候的影响通常用温度敏感度（即温度每变化1℃，物候期变化的天数）来表征。各物种在不同地点和时段，春季物候期（主要指展叶始期和始花期）的温度敏感度存在差异，这使得准确估计未来气候变化情景下的春季物候期变化存在困难。本项目以中国地区主要木本植物春季物候期为研究对象，辅以欧洲同类物候观测数据，量化了10种广布木本植物在多个地点和时段的温度敏感度，分析了温度敏感度的时空变化规律，揭示了影响温度敏感度的主要因素，主要结论如下：（1）中国和欧洲10种典型木本植物始花期的温度敏感度在-8~-2天/℃之间。无论在中国还是欧洲，低纬度地区的温度敏感度高于高纬度地区。（2）通过滑动15年区间计算1963到2014年中国10个站点163种植物的展叶始期温度敏感度变化，发现中国温带地区的温度敏感度以增加为主，而亚热带地区以降低为主。在欧洲，欧丁香始花期（Syringa vulgaris）的温度敏感度以降低为主（2004-2013相对于1963-1972），但当计算时段变长时，敏感度未发生明显变化（1989-2013相对于1963-1987）。因此，敏感度的时间变化存在区域差异且与计算敏感度的时段长度有关。（3）始花期与温度的相关性、春季气温变率同时影响敏感度时空变化。与温度相关性越强，春季气温变率越小，温度敏感性越高。季前长度主要影响敏感度的空间变化，即季前长度越长的地点，温度敏感度越高。冬季冷激则主要影响敏感度时间变化。在前一年冬季较为温暖的时段，因冷激量减少，积温需求增加，从而导致温度敏感度降低。这些研究结论有助于深入认识春季物候期对温度变化的响应规律，为预测未来气候变化情景下的物候期变化及评估物候变化对植物适应性和生产力的影响提供了科学依据。