遥感物候学研究进展

植物物候现象是环境条件季节和年际变化最直观、最敏感的生物指示器,其发生时间可以反映陆地生态系统对气候变化的快速响应.近年来,遥感物候观测因其具有多时相、覆盖范围广、空间连续、时间序列较长等特点,已成为揭示植被动态对全球气候变化响应与反馈的重要手段.文章在介绍植物物候遥感监测的数据集及其预处理方法的基础上.从植物物候生长季节的划分、植物物候与气候变化、植物物候与净初级生产量、植物物候与土地覆盖、植物物候与农作物估产等方面系统阐述了近5年来国内外遥感物候学研究的重要进展,并针对目前研究中存在的问题,提出近期遥感物候研究的主要方向:(1)发展一种更具普适性的物候生长季节划分方法;(2)通过开展植物群落的物候观测和选择合适的尺度转换方法,统一地面与遥感的空间信息;(3)定量分析植物物候变化对人类活动的响应机制;(4)选择适宜的数学方法和模型,实现各种不同分辨率遥感数据的融合;(5)通过动态模拟,预测植物物候对未来气候变化的响应.     

植物物候期的频率分布型及其在季节划分中的应用

在前人物候季节划分研究的基础上,提出了划分自然景观季节的物候频率分布型法,并利用北京小西山山前一带物候历中的资料,将当地的物候季节划分为１２个季段。划分结果表明,每个季节阶段都具有典型的植物物候形态组成与色彩组合,独特的季相特征,并且与气温和降水的季节分配状况相吻合。本方法与以往的物候季节划分方法相比,具有划分指挥定量且综合,划分季段详细,季节的内涵丰富,适用区域范围广阔等特点。     

1982~1999 年我国东部暖温带植被 生长季节的时空变化

利用1982~1996 年5 个站点的植物群落物候观测数据和物候累积频率拟合法, 划分各站逐年的植被物候季节, 并确定各季节初日对应的当地归一化差值植被指数(NDVI) 阈值。 在此基础上, 通过对物候站各年NDVI 曲线的年型聚类分析和区内所有像元逐年NDVI 曲线的空间聚类分析, 实现植被物候季节的时空外推估计, 从而得到我国暖温带落叶阔叶林地区1982~1999 年植被物候季节初日和生长季节长度的时空格局。结果表明, 多年平均的植被物 候季节初日和生长季节长度呈现出主要随纬度和海拔高度变化的空间格局。在这18 年中, 整 个区域的物候春季初日以提前为主, 且以华北平原提前的趋势最为显著;夏季、秋季和冬季 初日以推迟为主, 也以华北平原推迟的趋势比较显著;因此, 华北平原植被生长季节呈显著 延长的趋势。本文揭示的植被物候季节初日的趋势变化与华北地区各季节气温的趋势变化基本吻合;植被生长季节的趋势变化特征与欧洲单种植物物候生长季节, 以及欧亚大陆和我国温带遥感植被生长季节的趋势变化基本一致, 但植被生长季节初、终日期和长度的趋势值明显大于后者, 表明该地区植物物候对于气候变暖的响应更加敏感。     

1985-2012年哈尔滨自然历主要物候期变动特征及对气温变化的响应

利用中国物候观测网观测数据,新编制了哈尔滨地区1985-2012年的自然历。通过与原自然历（1963-1984年）比较,揭示了近30年以来哈尔滨地区21个植物99个物候期的变化特征,并通过物候期与气温的相关分析探讨了物候变化原因。结果表明：自1985年以来,哈尔滨的春季、夏季、秋季的物候期开始日期提前,冬季开始日期推迟。其中春季（以白榆叶芽膨大期为代表）、夏季（以暴马丁香开花始期为代表）、秋季（以金银忍冬果实成熟期为代表）分别提前了7天、6天和19天,冬季（以胡桃楸落叶末期为代表）推迟了2天。各物候期在春季、夏季、秋季的平均日期相较于原自然历提前了3~11天,在冬季推迟了3天。四季各物候期最早日期均以提前为主,夏冬季物候期最晚日期有所推迟。另外,各季节内部分物候期出现的先后次序发生了变化。近30年该地区气温的升高是物候季节开始日期提前的首要原因。且不同植物和物候期对气温变化的响应敏感性不同可解释物候季节内物候期先后次序的变化。     

诗歌中物候记录的基本特征及用于历史气候重建的处理方法

历史物候记录对过去气候变化研究弥足珍贵。诗歌作为历史文献的重要体裁之一,其中的历史物候记录已得到了一定程度的整编和利用。但对诗歌物候记录的特征和处理方法仍缺乏系统的梳理和探讨。本文首先介绍了诗歌中物候记录的内容、特征及其在季节指示和反映农时中的应用,发现诗歌中的物候记录主要包括动物物候、植物物候和周期性气象、水文现象等3种,并呈现出距今越近,经济、社会越发达,记录越多的时空特点。然后,从物候记录筛选、物种鉴别、物候事件发生时间识别、物候期确定等方面总结了历史气候研究中诗歌物候记录的处理方法：①从诗歌的创作背景、文学成分、地理环境分异规律和人为影响等几个方面进行筛选,以保证其中物候记录的有效性;②区分古今动、植物名差异,并将物种鉴定到种;③针对年、月、日缺记的不同情况,依据物候规律和背景资料确定物候事件的发生时间;④根据现代物候观测标准,对诗歌中的文字描述进行归类定级,确定所包含的物候期。以期为诗歌物候记录的提取及其在历史气候研究中的应用提供理论和方法上的借鉴。     

黔西北喀斯特生态系统中主要植物物候格局

喀斯特作为一种独特的生境,在陆地生态系统中占有很大面积,是开展生态恢复的重点地区.对黔西北地区喀斯特生态系统中主要植物的物候特征及其与非生物和生物因素的关系进行研究表明,观测植物各物候期具有明显的季节性,开花期和果熟期都呈现单峰格局.温度和降雨量与多数物候期时间格局的相关性显著,春季温度升高和降雨量增加促进了植物展叶和开花,落叶期的旬均温与落叶物种比例显著相关.灌木平均始展叶期早于乔木,而乔木更早出现开花高峰.但乔木和灌木在果熟期格局上没有差异.风媒植物的始花期明显早于虫媒植物,开花高峰出现也更早,但两个类群植物开花的持续时间一致.该地区植物物候受到多种因素的综合作用,且不同物候期的主要影响因素不同.探讨植物物候格局对于理解植物与喀斯特环境的关系以及开展生态恢复具有重要意义.     

西藏纳木错植物物候及其对气候的响应

利用纳木错流域1O种代表性植物2007年和2008年的物候观测资料,分析了植物生殖物候的基本特征及气候条件对其的影响.植物最早5月中旬进入开花期,大部分植物的盛花期在6月中旬至7月下旬,开花的最适温度范围为8.5-8.9℃,花期延续到9月下旬.从6月上旬开始,大部分植物进入果期,多数植物果期与花期重叠.纳木错具有高寒地带植物物候的普遍特征:生长期较短(5个月左右)、早花现象、晚花现象.同2007年相比,2008年雨季提前,虽然气温偏低,大部分植物花期和果期普遍缩短5 d左右,但物候期提前约20 d.植物物候的年际变化对气候变化,特别是对降水量的季节分配更敏感.     

春华秋实皆素材 四季佳景入题来——例谈物候的命题角度

一、利用物候现象作为单一的时空信息命制试题 我国陆地疆域主要分布在温带地区,四季变化明显,不同季节的物候现象差异显著。义务教育阶段的相关课程已经涉及了我国标志性物候,加之考生在日常生活中可通过各种途径了解我国标志性物候,如“春桃夏荷秋菊冬梅”通过历代文人诗句的描写已经人尽皆知,故地理试题中的标志性物候并不会给考生造成理解上的困难。将包含物候现象的诗句设置为试题情境或选项,要求考生判断春、夏、秋、冬四个季节,既能摆脱考试冷冰冰的面孔,又能考查考生的综合素质,是常见的命题角度。     

中亚区域陆表植被物候时空变化特征分析

植物叶物候是反映环境条件对气候变化响应的最直观、最敏感的指标之一。在中亚干旱区开展区域物候研究有助于理解陆地生态系统对气候变化的响应。基于1982-2006年GIMMS长序列归一化植被指数数据,采用阈值法反演得到中亚地区植被过去25 a的物候数据集;然后利用Man-Kendall趋势检验和TheilSen斜率方法,定量分析了中亚地区植被物候的时空变化格局,并且评价了不同土地覆被类型中植被物候变化的特征。结果表明:(1)过去25 a来,中亚干旱区的植被生长季的开始期和终止期在区域尺度整体上没有发生显著提前或者延迟,但在局部地区发生了较为明显的变化,表现出一定的空间差异;(2)各种土地覆被类型的物候动态明显不同:农用地的生长季开始期提前最明显,混合林的生长季终止期推迟最显著。各种植被类型中,除灌丛外均表现出生长期延长的趋势。     

植物物候遥感监测精度影响因素研究综述

基于植物物候的遥感监测对于研究植被对气候变化的响应具有重要的科学价值。本文在阐述植物物候遥感监测原理及其通用技术流程的基础上,分别从植被类型及其所处的地理条件、遥感数据源及其预处理、植物物候遥感识别方法和植物物候遥感监测结果评价4个方面分析了影响植物物候遥感监测精度的因素,并针对当前研究中存在的不足,探讨了提高植物物候遥感监测精度的可行性途径,即建立高分辨率的近地面遥感定点观测及数据共享网络,发展普适性更强的卫星遥感时序数据去噪及植被指数曲线重建方法,寻求稳定性更高的植物物候期遥感识别方法,探索综合运用地面观测、遥感监测与模型模拟实现物候观测空间尺度拓展的可能性。     

贵阳木本植物始花期对温度变化的敏感度

植物物候期的温度敏感度反映了植物是怎样及在何种程度上响应气候变化,研究不同物种物候期的温度敏感度有利于鉴别易受气候变化影响的物种。现有关于始花期的温度敏感度研究主要集中在温带地区,在亚热带地区研究仍较少。本文以位于亚热带的贵阳为研究区,利用1980-2014年60种典型木本植物的始花期观测资料,分析了该地区植物始花期变化趋势及对气温变化的敏感度,评估了样本量大小对敏感度估计稳定性的影响。结果表明：①研究时段内贵阳发生了明显的气候变化,年平均气温显著升高,其中春、秋季的增温比夏、冬季显著。②绝大多数植物(88.3%)的始花期在研究时段内呈提前趋势,其中显著提前的占物种总数的21.7%(P<0.05);60种植物始花期总体的提前趋势为2.89 d/10 a。③绝大多数(88.3%)植物始花期的年际变化与最优时段内平均气温呈显著负相关(P<0.05),所有植物始花期的总体敏感度为-5.75 d/℃。④样本量大小对温度敏感度估计的稳定性有显著影响,15年长序列能将敏感度估计结果的波动范围以99%的概率控制在2 d/℃之内。     

全球变化下作物物候研究进展

作物物候是农作物重要的植物属性,不仅反映作物的生长发育状况,其变化也影响作物产量,是一种能够指示气候变化的综合响应指标。以气温升高为主要标志的全球气候变化对作物物候产生了重要影响,开展全球气候变化下作物物候变化特征及其影响机制研究对于揭示全球变化对作物生长发育过程影响及其产量形成机制具有重要的理论意义和实践价值。目前,作物物候变化及其影响因素是国内外研究的焦点和热点问题,前人已开展了大量而卓有成效的研究工作。本文侧重介绍全球气候变化下作物物候变化的主要研究进展,包括作物物候变化的驱动因子及其影响机制和作物物候主要研究方法,并探讨未来研究仍亟待解决的关键科学问题,以期为深入认识全球气候变化对农业物候的影响机理以及指导区域农业生产实践提供理论依据。     

植物阻沙能力研究进展

植物单株与群落的阻沙能力可以用植物周围沉积的积沙体体积与输沙率来衡量,其受植物地上形态结构、粗糙元密集度以及群落配置等多种因素影响.相同区域环境下不同种类的植物以及同种植物在与风沙活动季节相对应的不同物候期内,阻沙能力受冠层形态、茎枝的柔韧性、叶面积以及由此导致的地上生物量分配模式等因素影响较大.因此,植物的阻沙能力应...     

1982-2006 年欧亚大陆植被生长季开始时间遥感监测分析

植被物候是环境条件季节和年际变化最直观、最敏感的生物指示器,物候变化可以反映陆地生态系统对气候变化的快速响应.论文基于1982-2006 年连续25 年的GIMMS AVHRR NDVI数据,采用动态阈值法、延迟滑动平均法,双Logistic 和Savitzky-Golay 方法提取欧亚大陆植被的生长季开始时间,并对不同方法的提取结果进行比较和分析.然后以动态阈值法的物候提取结果,研究了1982-2006 年期间植被物候变化趋势以及物候对温度变化的响应情况.结果表明：动态阈值法在欧亚大陆地区生长季开始时间提取率高,在纬度上的变化趋势稳定;北方森林/针叶林和苔原地区的生长季开始时间提取结果最稳定,低纬度区域的变率最大.1982-2006 年,大部分植被类型的生长季开始时间表现出提早趋势,其中森林覆盖区域提早趋势明显,变化幅度为11.45~15.61 d/25a;除了郁闭式至开放式( > 15%) 灌木丛( < 5 m)植被类型外,植被物候和温度表现出负相关关系,变化幅度为1.32~3.47d/℃,这也验证了近几十年气候变暖的趋势.     

物候信息化及物候时空变化分析

物候信息具有明显的地方性和时间性,是全球环境变化研究所需的一类典型的时空数据,同时物候现象的变化也是全球环境变化的一个重要方面。要发挥物候信息在全球变化研究中的作用, 必须提高物候信息化的水平, 并在此基础上加强物候时空变化分析研究。本文分析了物候信息化的必要性,以及地理信息系统时空变化分析方法在物候时空变化研究中的应用。并利用我国近30 年的植物物候数据, 借助GIS方法, 进行了物候信息时空查询、面向区域的物候时空变化总体规律研究和面向物候时空对象的时空变化研究。     

民勤绿洲-荒漠过渡带典型固沙植物生殖物候对气候变化的响应

通过对民勤绿洲-荒漠过渡带典型固沙植物多枝柽柳(Tamarix ramosissima)、梭梭(Haloxylon ammodendron)、白刺(Nitraria tangutorum)1974-2009年开花及结实物候的观测,结合同步观测的气象资料,分析了3种植物生殖物候特征对气候变化的响应规律。结果表明:(1)研究区年平均气温、年平均空气相对湿度呈增加趋势; 年降雨量波动,变幅不大; 20世纪90年代以来蒸发量呈显著下降趋势。(2)3种植物始花期提前,花期延长; 3种植物结实始期先延迟后缩短,结实期延长; (3)3种植物生殖物候与年降雨量、气温、空气相对湿度及前期累计降雨量、累计平均气温、累计空气相对湿度之间的相关性不一致; (4)3种植物始花期与前期累计降雨量、累计平均气温、累计空气相对湿度的相关性总体上表现为大于年降雨量、年均气温、年均空气相对湿度的相关性; 除空气平均相对湿度对结实始期影响大于前期累计降雨量、累计平均气温和累计空气相对湿度外,其他与开花物候相似,表明植物开花物候和结实物候与前期气象因子有着密切的关系,尤其是物候发生前期累计气象指标。     

1964-2015年气候因子对秦岭地区植物物候的综合影响效应

以1964-2015年物候观测数据和逐日气象资料为基础,运用相关分析和PLS回归法,研究了秦岭地区植物物候变化与气候变化的响应关系。结果表明：① 1964-2015年,秦岭地区物候始末期的气候均呈干暖化趋势,且始期的暖化趋势较末期显著,物候突变后（1985年之后）尤为显著。② 就单一因素而言,物候始末期对气温、降水、日照等气候因子的响应程度存在差异,突变前（1985年之前）,除物候始期的日均温外,其他气候因子对物候的影响均不显著,但突变后影响显著,始期与末期的日均温每升高1 ℃,始期提前3.0 d,末期推迟12.0 d;始期的累积降水每减少1 mm始期提前1.3 d,末期的每增加1 mm末期推迟1.0 d;始期与末期的日均日照时数每增加1 h,始期提前4.3 d,末期推迟18.3 d。③ 气候因子对物候始末期的影响存在滞后效应,物候始期,气温影响的滞后时效约1~2个月,降水的滞后时效约1~3个月,而日照几乎无滞后效应;物候末期,气温的滞后时效约1~3个月,降水几乎无滞后效应,而日照影响的滞后时效约1~2个月。④ 物候始期与末期均受气温、日照、降水的综合影响,气温是影响物候变化最重要的因素,特别是同期日均温的升高对物候始期的提前及末期的推迟具有主导控制作用。     

水稻发育期模型研究进展

物候是气候变化的重要指示物.随着全球变化研究的开展,已经有越来越多的研究表明,随着气象条件的变化,植物的物候期发生了明显的变化,因此,对物候的精准模拟可以帮助我们准确理解作物对全球变化的响应机制,强大的物候模型已经逐渐成为提高植物对气候变化响应的模拟精度的一个关键工具.同时作物物候的模拟也是作物模型的一个重要组成部分.水稻是最重要的粮食作物之一,水稻发育期模型研究对水稻生长模型有着重要的意义.本文对国内外水稻发育模型的发展进行了综述,并提出了目前水稻发育期模型研究中存在的问题以及发展的方向,以期后续的水稻发育期模型乃至作物模型的研究提供借鉴.     

植物始花期对气候变化响应的激素调控机理研究进展

植物物候对气候变化的响应非常敏感,是指示全球变化对生态系统影响的重要证据。其中植物花期变化影响植物繁殖与进化,具有重要意义。大量研究表明,随着全球气候变暖,北半球植物始花期普遍提前。而关于气候变暖对植物始花期影响的内在机理并没有明确解释。植物激素是植物体内对植物开花等生理活动有显著调控作用的有机物,可对环境刺激作出响应并直接参与调控植物始花期,导致始花期的提前或延后。对植物激素在植物中表达与变化的精确测定有助于了解植物始花期对气候变化响应的内在机理。论文综述了植物激素对植物开花时间的调控作用以及目前植物激素最先进的检测方法,探讨了植物激素及相关代谢产物在植物体内的含量变化对植物始花期的影响;提出通过植物激素研究植物始花期对气候变化响应的激素调控机理,为探索植物物候对气候变化响应提供新的研究思路与手段。     

科尔沁沙质草地优势多年生植物氮素回收效率的分异特征

养分回收是多年生植物重要的适应策略,通过这种方式可以使植物重新利用体内养分。尤其在养分贫瘠的环境中,养分条件的微小变化都会影响植物的生长、竞争和适合度。但是,不同物种和不同生活型植物的氮素回收效率具有较高的变异,这对理解不同物种或生活型植物在生态系统功能中的作用具有重要意义。本研究分析了科尔沁沙质草地生态系统中39种多年生植物成熟绿叶和枯叶的氮素含量和氮素回收效率,以揭示不同物种或生活型植物氮素回收效率的分异特征。结果表明：科尔沁沙质草地优势多年生植物成熟绿叶氮素含量的变化范围在12.2～33.4 mg·g-1,平均值为23.3 mg·g-1;与全国及全球尺度上的研究结果相比,科尔沁沙质草地成熟绿叶氮含量平均值偏高,说明干旱荒漠环境植物叶片平均氮含量相对较高;多年生植物枯叶的氮素含量明显小于成熟绿叶氮素含量,变化范围在6.2～18.8 mg·g-1,平均值为11.3 mg·g-1;多年生植物氮素回收效率的范围在29%至74%之间变化,平均值为50.3%。这说明氮素回收是科尔沁沙质草地生态系统多年生植物重要的养分保留策略之一。另外,沙质草地不同生活型植物的氮素回收效率存在显著的差异。固氮植物和禾本科植物的氮素回收效率显著低于灌木和杂类草植物。这一结果间接说明植物氮素保持能力的分异是半干旱沙质草地植物共存的机理之一。