园林植物物候研究展望.docx

    园林植物物候研究展望    李敏 韩瑾璇 胡俊峰 杨毅立 郑郁善 陈凌艳园林植物是景观营造中重要一环，随着物候学与景观学的交叉融合，植物物候观测应用于园林植物造景中植物对气候变化响应敏感易于观测，通过对园林植物进行物候观测，收集植物物候数据并运用于园林植物景观配置为了加深对园林植物物候资料运用的理解，文章简要介绍植物物候观测对园林植物造景的意义;总结目前国内外植物物候数据收集方法及植物对气候变化响应规律;分析植物物候主要驱动因素（温度、水分、光照）对植物变化的影响;重点说明园林植物物候期对植物季相景观营造的作用及城市热岛效应对城市园林植物的影响新的科学技术使植物物候数据收集方式不断丰富，通过新技术能够更有效地将历史的物候资料进行整合，为大数据时代植物物候学的研究提供基础植物物候; 物候相; 植物景观营造Q944-3   A[定稿日期]2021-06-07[作者简介]李敏（1996～），女，在读硕士，研究方向为风景园林规划设计[通信作者]陈凌艳（1986～），女，博士，副教授，硕士生导师，研究方向为园林植物与观赏园艺研究植物物候变化被认为是全球气候变化的一项独立证据，其变化与气候等环境因素紧密关联，在响应区域气候和气候变化方面，被公认为是最敏感、最易于观测和理想的重要感应器[1]。

物候是自然界中生物、非生物受气候和其他环境因素影响而出现周期性现象[33]植物物候学是研究自然界的植物（包括农作物）和环境條件（气候、水文、土壤条件）的周期变化之间相互关系的科学[2]，包括植物的发芽、展叶、开花、叶变色和落叶等物候期，是植物长期适应气候与环境季节性变化而形成的生长发育节律[3]，关系到植物体本身的生存繁衍和群落生物多样性的维持为了满足当前园林景观营造的实际需求，物候学与景观学相互融合，产生了“景观物候学”概念[4]植物在各个物候期所呈现的外貌特征称为物候相随季节而出现周期性变化时，植物群落所表现出相应的外貌特征称为植物季相[5]物候相的变化是季相变化的生理基础，季相变化是物候相变化的整体相貌体现，即物候相强调的是“生理过程”，而季相是强调呈现的“相貌”通过对植物物候观测所获取的物候资料，在园林植物景观建设中发挥着指导作用，以当地的物候期和物候资料为依据，了解各种植物物候期发生时间的早晚及重叠匹配关系，可以创造出不同季节植物景观的最佳配置，提高植物造景的美学与生态价值研究表明，园林植物在维持城市生态系统可持续发展和美化城市景观方面具有很大的作用[6-8]植物作为城市园林主要的造景要素，已经成为各国造园的主要发展趋势。

基于已发表文献，概述植物物候研究方法，剖析植物物候的驱动因素，并对园林植物物候与季相景观关系进行综述，基于上述分析指出未来园林植物物候研究重点与发展趋势，为园林植物物候研究提供参考1 植物物候研究进展1.1 植物物候数据收集方法物候学研究基础是通过获取长期、连续且多尺度的植物物候数据实现人工观测方法是最为直接的观测方式，是由观测人员选取固定的时间、地点进行植物物候观测的一种方式，能够记载群落内关键或优势植物种群的展叶、开花和落叶等物候信息，适用于小尺度范围的物候观测，但会受到不同观测人员一定区别判断标准的影响目前国内外以人工记录为主的观测方式已形成多个区域性的物候观测网[9]，如中国Phenological Observation Network（http：// Eyes Network（http：//www.pheno-eye.org），美国Phenology Network（http：//www-dev.usanpn.org/），欧洲PEP725（http：//www.pep725.eu/），英国Track a Tree（http：//trackatree.bio.ed.ac.uk/）等。

物候观测网的建立为物候数据的收集做出重要的贡献，能够在许多地点观察到不同植物种类的不同物候期，因此地面物候观测也是最为有效的物候数据收集方法1.1.1 近地面遥感技术近地面遥感是通过对植被上方冠层的自动高频拍照取样所获取的数据，通过高频率量化地表光谱特性随植被生长发育变化的数据可及时准确获取植被群落冠层状态[10]其与遥感技术相类似都是通过对冠层光谱信息表征植被的动态进行提取获得[11]现如今数字相机为近地面遥感的一种新方法[12]，相机拍摄是利用高分辨率数字相机以相同的角度、参数设备对植物生长状况进行连续的拍摄观测获得的物候数据相机拍摄可在安装和调试完设备后自动运行，减少人工观测对环境的干扰，也可多次连续取样，记录不同时期人工记录所带来的遗漏问题，但同时这也需要更多的成本投入相机拍摄同人工记录一般，都是针对物种的个体水平观测，大多应用于小尺度的观测中数码连续拍摄技术运用于植物物候资料的获取，能够更为准确稳定的获取到数据，且使用这个方法还能利用过去的照片和现在照片进行对比评估[13]1.1.2 卫星遥感监测技术卫星遥感监测是依据观测对象能够发射、反射、吸收电磁波的特性，利用传感器对波谱信息进行记录的过程。

卫星遥感观测是针对较大尺度的植物物候变化的观测，所反映是与个体水平的地面观测有所不同的植被生长状况，就目前遥感观测方法观测众多，但不同的地理位置条件适用不同的方法，不同区位采取的方法也各不相同[14]就卫星遥感其种类繁多，目前最广泛运用于植物物候监测的产品主要有NOAA/AVHRR、SPOT-VGT和MODIS的植被指数时序数据[15]随着研究人员对遥感科技信息的不断深入研究，基于遥感技术的物候信息提取也不断的发展，植物物候数据的遥感提取方法主要有阈值法[16]、滑动平均法[17]、最大斜率法[18]、拟合法[19]这四种方法（表1）1.1.3 模型模拟法模型模拟法主要是通过研究环境因子对植物内在生长影响所发生的生理机制而建立的可预测植物未来生长变化的数学方程式[20]物候模型目前更多考虑的是气象因子的影响，较为广泛的运用于对植物对未来气候变化响应的研究，如在成都桃花旅游观赏中，运用以往对桃花物候期的观测数据建立模型来预测桃花盛开日期[21]大多数的植物物候模型采用地面观测数据建立模型，且模型应用主要考虑气象因子影响缺乏对植物本身机理的全面理解，缺乏普适性1.1.4 其他观测方法近年来，植物物候资料的获取越来越多元化，利用无人机（UAV，Unmanned Aerial Vehicle）搭载光谱仪用来收集植物（从个体水平到景观尺度）多光谱和高光谱图像数据，将地面观测与卫星遥感联系起来，能够提供比近地遥感更大范围、多群落水平的物候观测数据[22]。

研究证明使用城市监控影像对城市植物物候期进行观测具有可行性，且该研究方法也可进一步运用于局部或全球尺度的物候观测网络中[23]1.2 影响植物物候变化的因素植物物候受气候、土壤、生物、生理、地理等因素影响，不同气候类型主导的影响因素不同[24]，因此在不同区域范围内研究植物物候的影响因素具有重要的意义植物的生理活动是由一系列复杂的生化构成，酶的活性随着温度的上升会发生不一样的变化，具体表现为温度升高能延长植物发育进程，促使植物生长季延长随着温度的升高，中国大部分植物春季物候期总体呈提前趋势，而秋季呈推迟趋势，这使得生长季时间延长[25]因此，植物物候与气温情况息息相关，尤其是在植物各生长物候期的开始日期与前期温度变化有很强的关联性水分也是影响植物物候期的重要气象因子之一在不同环境下，植物物候期的气象因子影响不同在干旱的环境中，植物物候期会延迟，即使植物生长发育满足了光和热条件，植物也不能将其充分利用起来，这时水分成为影响植物生长发育的重要气象因子[3]在高山和北极环境中，植物物种的生长和开花期与积雪融化日期密切相关，融雪会引起环境中的水分和温度发生变化，而影响到植物的生长、开花、繁殖和植物种群动态[26]。

在委内瑞拉东北部的荆棘林地和灌木丛研究发现，极端干旱的条件下，降水成为影响植物物候的主要气象因子，当降水一发生，植物便会立即开花响应[27]影响物候的气候因素中，日照也是一个重要因素，植物具有光敏色素，其生长发育的许多阶段与光相联系光照作为温带气候区植物物候影响的重要因素，对植物生长物候和繁殖物候存在强烈影响通过对温带落叶林幼苗光叶七叶树（Aesculus glabra）和糖槭（Acer saccharum）进行遮光实验，遮荫条件下的幼苗生长期缩短，存活率降低[28]，表明光照对植物生长发育的影响1.3 植物物候对气候变化的响应IPCC第5次评估报告指出，全球气候变暖的趋势是毋庸置疑世界各国越来越多的研究表明，全球变暖使植物生长开始和结束的日期发生了相应的变化，近几十年来全球植物的春季和秋季物候都发生了显著变化从中国145个站点48项研究中提取112个物种为期20年的物候信息，表明90.8 %的春/夏物候序列表现出提早的趋势，69.0 %的秋季物候序列表现推迟的趋势，中国春季展叶期每十年提前5.5 d，秋季物候每十年推迟2.6 d[29]Menzel等人分析欧洲21个国家从1971～2000年之间542种植物物候观测网数据资料，表明了78 %的植物展叶、开花、果实物候均有提前趋势（30 %较为显著），只有3 %明显推迟，欧洲春季和夏季物候每十年提前2.5 d，而秋季叶变色期的变化幅度趋近于0，显著提前和推迟趋势的比例相似[30]。

北美洲春季物候呈现提前的趋势，Schwartz利用地面观测的物候资料进行模型模拟得出北美地区1959～1993年丁香春季展叶时间提前5.4 d，发芽提前4.2 d[31];北美秋季呈推迟趋势，叶变色期每十年推迟2.1～3.6 d[32]2 园林植物物候与季相景观2.1 园林植物物候期对季相景观的影响园林植物物候期主要观测指标包括萌芽期（叶芽开始膨大期、叶芽开放期、花芽开始膨大期、花芽开放期）、展叶期（包括展叶始期、展叶盛期）、开花期（包括花蕾或花序出现期、开花始期、开花盛期、开花末期、第二次开花）、果实发育期（幼果出现期、果实成熟期、果实脱落开始期、果实脱落末期）、叶变色期（包括也开始变色、叶全部变色）和落叶期（包括开始落叶期、落叶盛期、落叶末期）[33]植物萌芽与展叶物候期紧密相关，萌芽期越早的植物，其展叶始期、盛期和末期也随之提前[34]根据萌芽和展叶物候期时间长短划分物候相类型，在园林植物景观配置时可以针对不同树种选择最佳种植时间，根据展叶时间长短形成多种组合，如将植物萌芽和展叶物候划分为萌芽早-展叶持续时间短、萌芽早-展叶持续时间长、萌芽晚-展叶持续时间短、萌芽晚-展叶持续时间长四种类型，根据不同类型组合植物种类即可以形成随时间变化的萌芽及展叶景观，又能丰富群落层次。

我国南、北方春季观赏树种主要以开花树种为主[35-36]，其花期受当年气候条件影响大，但其开花顺序基本相同秋季不同叶色变化营造出缤纷色彩[37]，表现为“枫香红叶晚秋黄杏”季相景观利用植物物候期出現时间的长短来划分物候季节的景观特征，综合分析不同物候期发生的时序规律、季节分布格局、持续期分布特征及相对应的物候景观，运用植物物候频率分布型的定量方法将物候学理论运用于园林植物季相景观营造[38]按照不同的累积频率值将植物的展叶、开花、秋叶、落叶的早中晚期进行划分，并设计了不同的时间搭配组合方式，从物候学角度对园林木本植物材料进行划分，对不同物候相的园林植物进行组合分类，创造出不同季相时序的植物景观[39]2.2 植物物候资料在植物季相景观营造中的应用植物物候资料不仅包含详细记载各个观赏期出现时期的物候资料，还应包括各个物候期出现时所呈现外貌特征的植物物候相资料[40]植物物候期受到不同环境因素影响，各地同一植物不仅同一物候出现日期有较大差异且物候相也存在差异，。