（生态学专业论文）城市化对春季开花植物物候的影响.pdf

。1 1 l i i i i i ii i ii i ii i i t l l l l iil y 19 0 2 6 4 6 u n i v e r s i t yc o d e ：10 2 6 9 s t u d e mi d ：510 8 0 8 0 2 0 2 6 e f f e c t so fu r b a n i z a t i o no n p h e n o l o g y o f s p r i n g - f l o w e r i n gp l a n t s at h e s i st ob es u b m i t t e df o rt h ed e g r e eo fm a s t e ri ne c o l o g y b y c h e nz h u s u p e r v i s e db y l ij u n x i a n gp h d i nt h es u b j e c to f e c o l o g y d e p a r t m e n to fe n v i r o n m e n t a ls c i e n c e e a s tc h i n an o r m a lu n i v e r s i t y s h a n g h a i ，c h i n a m a y ，2 0 1 1 华东师范大学学位论文原创性声明 郑重申明，本人呈交的学位论文城市化对上海市春季开花植物物候的影 响，是在华东师范大学攻读媳孟博士( 请勾选) 学位期间，在导师的指导下进 行的研究工作及取得的研究成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含 其他个人已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集 体，均己在文中作了明确说明并表示谢意。 作者签名： 醯：躯日期：f 年嘭月衫日 华东师范大学学位论文著作权使用声明 城市化对上海市春季开花植物物候的影响系本人在华东师范大学攻读学 位期间在导师指导下完成的碌切博士( 请勾选) 学位论文，本论文的研究成果 归华东师范大学所有。本人同意华东师范大学根据相关规定保留和使用此学位论 文，并向主管部门和相关机构如国家图书馆、中信所和“知网”送交学位论文的 印刷版和电子版；允许学位论文进入华东师范大学图书馆及数据库被查阅、借阅： 同意学校将学位论文加入全国博士、硕士学位论文共建单位数据库进行检索，将 学位论文的标题和摘要汇编出版，采用影印、缩印或者其它方式合理复制学位论 文。 本学位论文属于( 请勾选) () 1 经华东师范大学相关部门审查核定的“内部”或“涉密”学位论文 ，于 年月 日解密，解密后适用上述授权。 ) 2 不保密，适用上述授权。 导师签名彳幺? 豸 ( ， 本人签名 磋丛 - 1 t 年口g 旯0 台e t “涉密”学位论文应是已经华东师范大学学位评定委员会办公室或保密委员会审定 过的学位论文( 需附获批的华东师范大学研究生申请学位论文“涉密”审批表方 为有效) ，未经上述部门审定的学位论文均为公开学位论文。此声明栏不填写的，默认 为公开学位论文，均适用上述授权) 。 姓名职称单位备注 达良俊教授华东师范大学主席 李德志教授华东师范大学 张庆费高级工程师上海市园林科学 研究所 本论文研究得到国家自然科学基金项目： “城市景观格局与热岛效应相互关系的多尺度研究 ( 3 0 7 7 0 3 s 4 ) 资助 摘要 本文利用2 0 1 0 年1 - - 5 月上海市城乡梯度上5 种植物物候的定点观测数据、 上海市土地利用数据和气象观测数据，分析春季开花植物物候在城市化梯度上 的空间变化，并进一步分析植物物候变化与城市化导致的景观格局、气温、积 温之间的相关关系，探讨城市化对春季开花植物物候的影晌。主要结论如下： ( 1 ) 垂柳、构树、水杉、银杏和法桐的物候期及其持续时间，展叶和开花 物候期速率在城乡梯度上总体呈现：城区物候期比郊区及农村提前1 3 5 天，物 候持续时间短9 2 2 天，城区展叶速率和开花速率比郊区及农村快6 7 1 1 8 。 城区样点间物候期存在显著差异，而越趋向于农村样点间这种差异越不明显。 ( 2 ) 在样点5 0 0 m 缓冲区内，5 种植物的物候期、物候持续时间和开花及展 叶速率受城市景观格局的影响，各物候期随城市用地面积、城市用地斑块形状 复杂程度、以及城市用地聚集度的增加而提前或加快。 ( 3 ) 各物种的物候期及其持续时间、植物开花展叶速率在城乡梯度上对景观 格局变化的敏感度不同。银杏物候期与构树、垂柳、法桐和水杉相比，对景观 格局变化更敏感；5 种植物物候持续时间受城市化导湮殳的景观格局变化的影响 较小。水杉的展叶速率受景观格局变化影响最大，垂柳的开花速率、构树的开 花速率、银杏的展叶速率和法桐的展叶速率次之。 ( 4 ) 在城乡梯度上，植物物候期及物候持续时间与平均气温、最高气温和 最低气温呈负相关关系；除水杉外，物候期随着气温的升高而提前；开花展叶 速率与平均气温、最高气温和最低气温呈正相关关系，表明植物开花展叶速率 随着气温的升高而加快。 ( 5 ) 植物物候期及其持续时间与0 、芝5 和芝1 0 的活动积温呈负相关 系，物候期随着活动积温的增大而提前。物候变化速率与o 、5 和之1 0 活动积温呈正相关关系，物候变化速率随着积温的增大而加快。 关键词：植物物候；城市化；景观格局；气温；积温 华东师范大学2 0 11 届硕士学位论文 城市化对春季开花植物物候的影响 a b s t r a c t i nt h i st h e s i s ，砌s i t up h o n o l o g i c a lm e a s u r e m e n t so ff i v ep l a n t s ，i e s a l i x b a b y l o n i c a , b r o u s s o n e t i ap a p y 死f e r a , m e t a s e q u o i ag l y p t o s t r o b o i d e s , g i n k g ob i l o b a a n dp l a t a n u sh i s p a n i c a , o b s e r v e df x o mj a n u a r yt om a yi n2 011a l o n gau r b a n - r u r a l g r a d i e n ti ns h a n g h a i ，c o m b i n e dw i t hl a n du s ed a t aa n dm e t e o r o l o g i c a ld a t a , w e r e u s e dt oa n a l y z et h es p a t i a lv a r i a t i o n so fp l a n tp h e n o l o g ya l o n gt h eu r b a n i z a t i o n g r a d i e n ta n d t oc o r r e l a t e d p l a n tp h e n o l o g yw i mu r b a nl a n d s c a p ep a r e m ， a i r t e m p e r a t u r ea n da c c u m u l a t i v ea i rt e m p e r a t u r e m ym a i nf i n d i n g sa r ea sf o l l o w i n g ： 1 i ng e n e r a l ，t h ep h o n o l o g i c a lp h a s e sa n dt h e i rd u r a t i o nt i m ei nc e n 仃a lu r b a n a r e a sw e r ea d v a n c e dlt 03 5d a y sa n dw e r es h o r t e n e d9t o2 2d a y st h a nt h a ti n s u b u r b a na n dr u r a la r e a s ，r e s p e c t i v e l y w h i l et h ep h o n o l o g i c a l _ c h a n g er a t eo fl e a f u n f o l d i n ga n df l o w e r i n go ft h ef i v ep l a n ts p e c i e si nc e n 仃a lu r b a na r e a sw a sh i g h e r 6 7 o - 11 8 t h a nt h a ti ns u b u r b a na n dr u r a la r e a s t h e r ew e r em a r k e dp h o n o l o g i c a l p h a s ev a r i a t i o n sb e t w e e nu r b a no b s e r v a t i o ns i t e s ，b u tt h ev a r i a t i o n sw e r er e d u c e d a l o n gt h eu r b a n - r u r a lg r a d i e n t 2 t h ep h o n o l o g i c a lp h a s e sa n dt h e i rd u r a t i o n ，t h el e a fu n f o l d i n ga n df l o w e r i n g r a t eo ft h ef i v ep l a n ts p e c i e sw e r ed i s t i n c t i v e l yi n f l u e n c e db yu r b a nl a n d s c a p ep a t t e r n a l la b o v ep h o n o l o g i c a lp h a s e sw e r ea d v a n c e do ra c c e l e r a t e d 、 ，i t l la r e a s p a t c hs h a p e c o m p l e x i t ya n da g g r e g a t i o no fu r b a nl a n du s et y p e sw i t h i nt h e5 0 0 m - b u f f e ra r e a a r o u n dt h eo b s e r v a t i o ns i t e 3 t h ep h o n o l o g i c a lp h a s e sa n dt h e i rd u r a t i o n , p h o n o l o g i c a lc h a n g er a t ea l o n g t h eu r b a n - r u r a lg r a d i e n te x h i b i t e dv a r i e ds e n s i t i v i t yt ou r b a nl a n d s c a p ep a t t e r n s t h e p h o n o l o g i c a lp h a s e so fg i n k g ob i l o b aa r em o r es e n s i t i v et ol a n d s c a p ep a t t e r n st h a n t h o s eo ft h e o t h e rf o u rp l a n ts p e c i e s a m o n ga l lp h o n o l o g i c a ic h a r a c t e r i s t i c s ，t h e d u r a t i o nt i m eo ff i v ep l a n ts p e c i e si sl e s ss e n s i t i v et ou r b a nl a n d s c a p ep a t t e r n s w h i l et h el e a fu n f o l d i n gr a t eo fm e t a s e q u o i ag l y p t o s t r o b o i d e si sm o s ts e n s i t i v et o u r b a nl a n d s c a p ep a r e r n s ，a n df o l l o w e db yt h ef l o w e r i n gr a t eo fs a l i xb a b y l a n i c aa n d b r o u s s o n e t i ap a p y r i f e r aa n dl e a fu n f o l d i n gr a t eo fg i n k g ob i l o b aa n dp l a t a n u s h i s p a n i c a 华东师范大学2 0 11 届硕士学位论文 城市化对春季开花植物物候的影响 4 a l o n gt h eu r b a n r u r a lg r a d i e n t s ，t h ep h o n o l o g i c a lp h a s e sa n dt h e i rd u r a t i o n w e r en e g a t i v e l yc o r r e l a t e dw i t hm e a na i rt e m p e r a t u r e ( t m 黜) ，m a x i m u ma i r t e m p e r a t u r ef r m a x ) a n dm i n i m u ma i rt e m p e r a t u r e ( t m m ) ，r e s p e c t i v e l y b u tt h e l e a f u n f o l d i n ga n df l o w e r i n gr a t eo f a l lp l a n ts p e c i e se x h i b i t e dp o s i t i v ec o r r e l a t i o n s t h e p h o n o l o g i c a ld a t eo fa l lp l a n ts p e c i e sw e r ea d v a n c e dw i t ht m 锄e x c e p tt h es p e c i e so f m e t a s e q u o i ag l y p t o s t r o b o i d e s t h e l e a f u n f o l d i n g a n d f l o w e r i n g r a t ew e r e a c c e l e r a t e dw i ma i rt e m p e r a t u r e 5 t h ep h o n o l o g i c a ld a t ea n dt h e i rd u r a t i o nw e r en e g a t i v e l yc o r r e l a t e dw i t h a c c u m u l a t i v et e m p e r a t u r eo fm o r et h a n0 ，5 ，a n d10 ，r e s p e c t i v e l y t h e p h o n o l o g i c a lp h a s e sw e r ea d v a n c e dw i t ht h ea c t i v ea c c u m u l a t i v et e m p e r a t u r e t h e p h o n o l o g i c a lc h a n g er a t e sw e r ep o s i t i v e l yc o r r e l a t e dw i t ha c c u m u l a t i v et e m p e r a t u r e o fm o r et h a no c ，5 c ，a n dio c ，r e s p e c t i v e l y t h er a t e sw e r ea c c e l e r a t e d 晰ma c t i v e a c c u m u l a t i v et e m p e r a t u r e k e yw o r d s ：p l a n tp h e n o l o g y ；u r b a n i z a t i o n ；l a n d s c a p ep a t t e r n ； a i rt e m p e r a t u r e ； a c c u m u l a t i v ea i rt e m p e r a t u r e i i i 华东师范大学2 0 11 届硕士学位论文 城市化对春季开花植物物候的影响 日求 摘兰暮i a b s t r a c t i i 第一章引论l 1 1 研究背景l 1 1 1 物候的概念及其在生产实践中的应用1 1 1 2 城市化带来的生态问题2 1 2 研究目的和意义2 1 3 国内外研究进展一3 1 3 1 国外植物物候研究现状3 1 3 2 国内植物物候研究现状5 1 4 研究目标和研究内容6 1 4 1 研究目标6 1 4 2 研究内容一6 第二章研究区概况及材料与方法8 2 1 研究区范围及自然社会经济情况8 2 1 1 研究区范围8 2 1 2 研究区自然环境特征8 2 2 研究方法与研究资料8 2 2 1 植物物候观测样点的选定9 2 2 2 植物物候观测物种的选择9 2 2 3 植物物候观测时间和观测要求9 2 2 4 植物各物候期的主要特征l o 2 2 5 研究资料及数据处理方法11 2 3 技术路线1 3 第三章植物物候在城乡梯度上的时空变化1 4 3 1 研究方法1 4 3 2 结果分析1 5 3 2 1 植物物候在城乡梯度上的时空变化1 5 3 2 2 植物物候期的相对持续时间在城乡梯度上的时空变化1 9 3 2 3 植物开花和展叶速率在城乡梯度上的时空变化2 2 3 3 小结与讨论2 4 第四章城乡梯度上植物物候与景观格局的关系2 6 4 1 研究方法2 6 4 2 结果分析2 7 4 2 1 植物物候期与景观格局指数的关系2 7 4 2 2 植物物候持续时间与景观格局指数的关系2 9 4 2 3 植物开花及展叶速率与景观格局指数的关系3 0 4 2 3 1 植物开花及展叶速率与景观格局指数的相关关系3 0 4 2 3 2 开花与展叶速率与景观格局指数的拟合模型3 0 4 3 小结与讨论3 2 第五章城乡梯度上植物物候与气温及积温的关系3 3 5 1 研究方法3 3 华东师范大学2 0 1 1 届硕士学位论文 城市化对春季开花植物物候的影响 5 2 结果分析3 4 5 。2 1 植物物候期与气温的关系3 4 5 2 1 1 植物物候期与气温的关系3 4 5 2 1 2 植物物候期相对持续时间与气温的关系3 9 5 2 1 3 植物开花和展叶速率与气温的关系4 0 5 2 2 植物物候与积温的关系4 2 5 2 2 1 植物物候期与积温的关系4 2 5 2 2 2 植物物候期相对持续时间与积温的关系4 4 5 2 2 3 植物开花和展叶速率与积温的关系4 5 5 3 小结与讨论4 6 第六章结论与展望4 8 6 1 主要结论4 8 6 2 本论文的特色和创新方面4 9 6 3 展望5 0 参考文献51 附录一5 7 后记一5 8 华东师范大学2 0 1 1 属硕士学位论文 城市化对春季开花植物物候的影响 1 1 研究背景 第一章引论 1 1 1 物候的概念及其在生产实践中的应用 物候知识起源很早，雅典人早在两千多年以前就己试制了包括一年物候的 年历，而我国古代物候知识起源于周、秦时代，于1 9 3 4 年，在竺可祯的推动下 得到更好的发展。物候( p h e n o l o g y ) 是指动植物的生长、发育、活动规律与非生 物的变化受环境( 气候、水文、土壤) 影响而出现的以年为周期的自然现象。物 候现象包括植物的萌芽、展叶、开花、结实、叶变色和叶落等( 张福春，1 9 8 5 ) ； 农作物的种植时间、收获时间和成熟期的长度等；候鸟、昆虫以及其他动物的 交配和繁殖、皮毛的热力性质变化、新陈代谢变化及初见、迁移、鸣啼、冬眠 等行为特性；还有一些水文现象如土壤的冻融，大气的霜、雪、闪电等( 姚克敏 等，1 9 9 5 ；章基嘉，1 9 9 5 ) 。而物候学是- 1 7 古老的学科，最初由比利时植物学家 莫伦在1 8 5 3 年提出，主要是研究自然界的植物、动物和环境条件( 气候、水文、 土壤条件) 的周期性变化之间相互关系的科学( 竺可祯和宛敏渭，1 9 8 0 ) ，可根据生 物种类分为植物物候、动物物候、作物物候和自然物候( 张福春，1 9 8 5 ) 。植物物 候学是研究外界自然环境条件引起植物生活周期性变化的学科，是指植物受生 物因子和非生物因子影响而出现的以年为周期的自然现象，它包括各种植物的 发芽、展叶、开花、叶变色和落叶等现象( 陆佩玲等，2 0 0 6 ) 。 物候不仅对于科学研究具有重要意义，而且在农业生产实践中也具有一定 的理论和现实意义。在农业生产应用方面，可根据自然物候现象进行某种农事 活动的时间或指标与物候资料进行对比分析，找出相应的物候指标，就可以依 据指标物候现象指示和预报农时活动，包括播种、放牧、放蜂、采茶、养蚕、 防治植物病虫害等农事活动。在林业方面，物候资料对于新品种的引进和选种， 植树造林，移植和采集树木种子等也有一定的参考价值。在气候研究方面，物 候资料在没有气象观测条件的情况下可以用来判断地方气候的特性，还可用于 气候预报。物候历史记录可研究和重建历史时期气候的变化情况为研究古今气 候变迁提供重要证据。同时，物候资料在监测环境污染方面起到一定的作用 华东师范大学2 0 11 届硕士学位论文 城市化对春季开花植物物候的影响 ( p e n u e l a sa n df i l e l l a , 2 0 0 1 ) ，可通过判断污染造成的物候变化以及植物的受害症 状和程度来监测和指示污染物的种类和污染程度。 1 1 2 城市化带来的生态问题 目前我国正处于城市化进程急剧上升的阶段，而城市化一直是我国城市建 设中一个令人关注的问题，成为了众多学者研究的焦点之一。城市化可以充分 利用能源与资源，充分利用土地，节约时间与空间，具有更大的经济效益和社 会效益，但城市化的生态问题伴随着工业化和城市化进程接踵而至，随城市规 模的扩大越来越严重( 陈利军等，2 0 0 2 ；陈茂铨等，2 0 0 2 ) ，其中城市化对物候产生 一定的影响，近年来已被越来越多的专家及学者所关注( r o e t z e r , e t a ，2 0 0 0 ； w h i t e ，e ta ，2 0 0 2 ；z i s k a ，e la ，2 0 0 3 ；z h a n g ，e fa ，2 0 0 4 ；c h u n g ，e t 口互，2 0 0 9 ； m i m e r ，e t a ，2 0 0 9 ) 。 城市化可以通过城市景观格局的变化反映出来，根据城市的景观格局及其 变化来衡量城市化的水平( b r y sa n dj a c q u e m y n ，2 0 0 9 ；c h u n g ，e t a ，2 0 0 9 ) 。景观 空间格局是大小和形状各异的景观要素在空间上的排列，它是景观异质性的重 要表现，又是各种生态过程在不同尺度上相互作用的结果，属于生命组建的一 种宏观分异性状( 张金屯等，2 0 0 9 ；常学礼等，2 0 0 3 ) 。城市景观格局的改变可进一 步影响到景观系统内的物质循环与能量流动，进而影响植物物候( l i a n ga n d s c h w a r t z ，2 0 0 9 ；l i a n g ，e t a ，2 0 11 ) 。 同时，城市化带来的日趋集中的高强度的人类活动和日益密集的城市建筑 导致热量在城区空间范围内聚焦，城市热岛效应( u r b a nh e a ti s l a n d ，u m ) 显著 增强( 肖荣波等，2 0 0 5 ) ，从中心城市、郊区到农村梯度上城市气候变化存在着一 定的时间和空间异质性( o k e ，1 9 8 7 ；m i m e r ，e t a ，2 0 0 9 ) 。植物各物候期与气候因 子中的气温变化有密切关系( c h m i e l e w s k ia n dr o t z e r ，2 0 0 1 ；m e n z e l ，2 0 0 0 ； s p a r k s ，e t a ，2 0 0 1 ) ，气温变化也同样是影响植物生长季节长度的关键气候因子 ( k v a a l e na n dj o h n s e n ，2 0 0 8 ；l u o ，a ，2 0 0 7 ) ，城市热岛导致的城乡温度差是导 致物候差异的直接原因m ，e t a ，2 0 0 6 ) 。 1 2 研究目的和意义 2 华东师范大学2 0 1 1 届硕士学位论文 城市化对春季开花植物物候的影响 全世界有5 0 的人口居住在城市，未来2 0 年中9 5 的人口增加将发生在城 市地区( c o h e n ，2 0 0 4 ；u n ，2 0 0 8 ) 。快速的城市化对城市生态系统产生深远的影 响，在城市化带来的众多的生态环境问题中，城市化对物候的影响，近年来已 引起学界广泛的关注( r o e t z e r ，e t a l ，2 0 0 0 ；w h i t e ，a 1 ，2 0 0 2 ；z h a n g ，e t a l ，2 0 0 4 ； z i s k a , e t a l ，2 0 0 3 ；m i m e r ，e t a l ，2 0 0 9 ) 。有研究表明，城市化导致植物物候期提 前( r o e t z e r ，a 1 ，2 0 0 0 ；n e i la n dw u2 0 0 6 ；黄银晓等，1 9 8 8 ；韩贵锋等，2 0 0 8 ) 。但 对城市化导致的物候变化的时空格局及其机理，却了解甚少。 城市化最显著的变化是导致自然景观的改变( l u c ka n dw u2 0 0 2 ) ，景观的变 化会显著影响植物的物候( l i a n ga n ds c h w a r t z ，2 0 0 9 ；l i a n g ，e t a l ，2 0 1 1 ) ，并增强 城市热岛效应( o k e 。1 9 8 2 ) ，在中心城市，建筑高且密集，高强度的生产和生活 活动，形成了城市热岛中心；而越趋向于农村，房子低矮且稀少，植被覆盖增 多，使得城市热岛效应越来越不明显( o k e ，1 9 8 7 ) ，而城市热岛导致的城乡温度 差是导致物候差异的直接原因( l u ，e t a l ，2 0 0 6 ) 。 植物物候是指植物受生物因子和非生物因子影响而出现的以年为周期的自 然现象，它包括各种植物的发芽、展叶、开花、叶变色、落叶等现象( 陆佩玲等， 2 0 0 6 ) 。植物物候现象是全球变化最敏感、最精确的指示，因此，植物物候被用 作指示气候变化和环境变异敏感而精确的感应器，是研究城市化和气候变化双 重作用下城市环境变化的理想而客观的指标。 上海是中国城市化程度最高的城市，也是中国城市化速度最快的城市之一。 快速的城市化导致城市面积激增，城市景观格局发生显著的变化( 李俊祥等， 2 0 0 4 ) ，城市热岛效应显著增强( 丁金才和周红妹，2 0 0 2 ；孙娟等，2 0 0 7 ；王桂新和 沈续雷，2 0 1 0 ) 。因此，上海市是开展城市化对植物物候影响研究的理想场所。 本论文将在上海地区开展城市化对植物物候时空格局的影响研究，以期揭示城 市化影响植物物候变化的机理，研究结果可为全球变化和城市化的生态环境后 果的研究和应对措施提供参考。 1 3 国内外研究进展 1 3 1 国外植物物候研究现状 国外物候知识起源较早，在两千多年以前，雅典人就己试制了物候推移 华东师范大学2 0 11 届硕士学位论文 城市化对春季开花植物物候的影响 的农历，而2 0 世纪5 0 年代期间，欧洲各国均建立了物候观测网，1 9 5 7 年，德国 著名的物候学家s c h n e l l a g l j 立国际物候观测园。而近年来，国外已召开多次国际 生物气象学会( i s b ，i n t e r n a t i o n a ls o c i e t yo f b i o m e t e o r o l o g y ) ( 裴顺祥等，2 0 0 9 ) ，建 立了欧洲物候观测网络，甚至是全球物候监测网( g p n ，g l o b a lp h o n o l o g i c a m o n i t o r i n g ) 等( v a nv l i e t ，e t a ，2 0 0 3 ；m i m e t ，e t a ，2 0 0 9 ) 。近年来，由于物候观测 站点网络的更全面更完善的建立，遥感技术和电子计算机技术迅速发展，而卫 星观测可以提供较为完整的时间取样和大范围的覆盖数据，许多学者开展了基 于遥感影像对区域或全球植被物候对气候变化的响应的直观分析和研究 ( d e l b a r t ，e ta ，2 0 0 5 ；r e e d ，2 0 0 5 ；d e l b a r t ，e ta ，2 0 0 6 ) 。及定量描述物候与环境因 子( 主要是气象因子) 关系的植物物候模型( c r a m e r ，1 9 9 4 ；m a a ka n dv o n s t o r c h ， 1 9 9 7 ；w h i t e ，e t a l ，1 9 9 9 ) 的建立，区域和全球尺度上植被动态监测成为可能( 裴 顺祥等，2 0 0 9 ) 。 而随着城市化进程的加快，许多学者就从中等城市尺度上研究植物物候， 观察和研究美国，欧洲和亚洲等地方，发现植物的开花时间在城市和农村存在 明显的差别( r o e t z e r ，e t a ，2 0 0 0 ；w k t ee t a ，2 0 0 2 ；z i s k a , e t a ，2 0 0 3 ；z h a n g ， a ，2 0 0 4 ) 。z h a n g 等( 2 0 0 4 ) 在2 0 0 1 年使用中等分辨率成像光谱仪( m o d i s ) ，研 究时北部半球研究芽的展开和休眠，发现大城市中的植被比周围农村芽展开提 前约4 9 天和休眠期延迟约2 1 6 天。w h i t e 等人( 2 0 0 2 ) 研究了美国东部城市和农 村地区的阔叶林植物物候的差异，发现城市地区的植物生长季节要延长约7 6 天，大部分的原因是生长季节开始较早，其余的是由于休眠推迟。并非所有地 区呈现相同趋势，在一些地区呈现出芽展开的推迟。z i s k a 等( 2 0 0 3 ) 研究美国巴 尔的摩的豚草沿城乡梯度的物候变化，发现沿城市到农村梯度豚草呈现出生长 快，开花早，衰老早，并地上生物量变化更大，城市中心的豚草在开花季节开 花要跟早一些。r o e t z e r 等( 2 0 0 0 ) 分析了来自1 0 个中欧观测站的1 9 5 1 年至1 9 9 5 年4 年的植物春季物候数据，发现在几乎所有站点( 除夕j - z u r i c h 站) ，城市地区的植 物开花时间往往比城市周边农村地区要提前2 - 4 天，但并非所有的站点都差异显 著，可能是由于观测站点不是在一个完全城市或完全农村，而是在一个很难说 是城市还是农村的地区。 而研究城市化对植物物候影响这方面研究还较少。m i m e r 等( 2 0 0 9 ) 研究了城 4 华东师范大学2 0 11 届硕士学位论文 城市化对春季开花植物物候的影响 市化对悬铃木和樱桃开花物候期的影响，发现城市化产生的热岛效应导致悬铃 木和樱桃开花物候期提前，且对开花前和开花物候期的影响程度是不一样的， 在城乡梯度上物候期分布也不一样( m i m e r ，e t a l ，2 0 0 9 ) 。n e l l 和w u ( 2 0 0 6 ) 对城市 化影响植物开花物候期进行了综述，从物候影响因子，植物物候受城市化影响 后分布情况及其造成的生态后果进行论述，得出城市化对物候有重要影响附e i l a n dw u 2 0 0 6 ) ，但其影响机理这方面还有待于我们更详细阐述，是今后研究的 重点。 1 3 2 国内植物物候研究现状 我国最早的有组织的植物物候观测工作是1 9 3 4 年在竺可桢的组织和推动下 开展中国现代物候观测，选定了2 1 种植物和差不多全部农作物进行观测。1 9 5 7 年农作物的观测工作推向全国范围，1 9 6 1 年在竺可桢的指导下，由中国科学院 地理所支持建立了全国物候观测网，制定了动、植物物候观测方法。直至1 9 7 2 年 后，中国气象局所属的农业气象观测站开始了系统的作物物候和自然物候的观 测工作( 陆佩玲等，2 0 0 6 ) 。目前，许多学者借助于物候观测站点网络( 张福春，1 9 9 5 ； 郑景云等，2 0 0 2 ；郑景云等，2 0 0 3 ) ，遥感技术( 陈利军等，2 0 0 2 ) 和植物物候模型( 高 亮之等，1 9 9 2 ；冯利平等。1 9 9 7 ) ，从区域和全球尺度上植被动态进行监测。 我国学者从中等城市尺度上研究植物物候相对于国外还是较少，有学者研 究了沈阳市( 胡健波等，2 0 0 6 ；徐文铎等，2 0 0 6 ；徐文铎等，2 0 0 8 ) 、北京市( 刘炳全， 2 0 0 4 ；张学霞等，2 0 0 5 ) 和长春市( 苗鹭，2 0 0 9 ) 等，发现有城市植物物候期随着气 温的升高而提前的物候规律。徐文铎等( 2 0 0 6 ，2 0 0 8 ) 预测了沈阳城市森林树木 物候期，结果显示若未来气温升高1 ，芽萌动期将提前9d 、展叶提前1 0d 。张 学霞等人( 2 0 0 5 ) 北京树木春季开花物候与春季气温之间有极显著相关关系， 各树木开花期随着春季气温的升高而提前。 改革开放以来，城市化的迅速发展导致的不良后果越来越引起大家的而关 注，而城市化对植物物候期的影响的研究己成为热点。黄银晓等( 1 9 9 8 ) 研究 了北京市首钢工业区和樱桃沟游览区生态条件的变化及城市化对植物生长发育 的影响，结果发现工业区大多数植物的开花期、结果期比游览区早，而营养结 束期延晚，有些植物甚至不能开花、结果；有些虽能正常开花，但花的数量少， 华东师范大学2 0 1 1 届硕士学位论文 城市化对春季开花植物物候的影响 结的果实也小等；游览区九种乔木、灌木的叶面积和四种常绿乔木的枝条年生 长量都比工业区大0 5 1 倍( 黄银晓等，1 9 8 8 ) 。韩贵锋等( 2 0 0 8 ) 研究了1 9 9 8 - 2 0 0 5 年间，长三角地区主要城市植被物候，研究区的城市化导致城区内植被始绿期 提前、终绿期推后、生长期变长、n d v i 的年内极差减小，离城区越近的缓冲带 这些变化越明显( 韩贵锋等，2 0 0 8 ) 。 国内外都有越来越多的学者研究城市化对植物物候其影响，但国内相对国 外来说，研究这方面还较少，而且对城市化导致的植物物候变化的时空格局及 其机理，却了解甚少，还有待于我们更深入更详细地研究。近年来，随着综合 实力的不断增强，我国已进入了城市化进程加速阶段，尤其上海市是高度城市 化的城市，因此，定量分析上海市城市化导致的景观格局变化、城市局部地区 气候变化及热岛效应对植物物候期的影响有重要的意义。 1 4 研究目标和研究内容 1 4 1 研究目标 本文通过2 0 1 0 年1 5 月上海市东西和南北城乡梯度上5 种植物物候的定 点定株观测，结合上海市土地利用数据和气象观测数据，研究春季开花植物物 候在城乡梯度上的时空变化，采用相关分析方法分析比较城乡梯度上植物物候 与城市化导致的景观格局和气温及积温变化的相关关系，探讨城市化对春季开 花植物物候的影响。 1 4 2 研魄内当 ( 1 ) 植物物候在城乡梯度上的时空变化 利用2 0 1 0 年1 5 月东西和南北城乡梯度上定点定株观测及记录的植物物 候数据，并结合拍摄的照片记录开花和展叶数量百分比，计算出植物物候期、 植物物候持续时间( 开花、飞絮和展叶物候持续时间) 及植物开花和展叶速率， 分析植物物候在城乡梯度上的时空变化，寻找其变化的规律。 ( 2 ) 城乡梯度上植物物候与景观格局的关系 基于植物物候在城乡梯度上的时空变化，并结合2 0 0 5 年上海市土地利用 图，在以植物样点为中心的5 0 0 m 缓冲区内提取出城市用地类型水平上的景观 6 华东师范大学2 0 11 届硕士学位论文 城市化对春季开花植物物候的影响 格局指数( 主要指能表征城市化水平的景观格局指数) ，分析城乡梯度上植物物 候( 植物物候期、植物物候持续时间和植物开花及展叶速率) 与景观格局指数 的相关关系，探索城市化导致的景观格局改变对植物物候的影响。 ( 3 ) 城乡梯度上植物物候与气温及积温的关系 根据植物物候在城乡梯度上的时空变化，并利用2 0 1 0 年上海市加密气象站 点数据，采用反距离权重插值法获得植物样点的相对应气象数据，提取并计算 出各植物样点的平均气温( 天、旬及月) 、最高气温和( 月) 和最低气温( 月) ， 以及以旬为步长累加的积温，分析城乡梯度上植物物候( 植物物候期、植物物 候持续时间和植物开花及展叶速率) 与气温及积温的相关关系，探讨城市化导 致的气温及积温变化和城市热岛对植物物候的影响。 7 华东师范大学2 0 1 1 届硕士学位论文 城市化对春季开花植物物候的影响 第二章研究区概况及材料与方法 2 1 研究区范围及自然社会经济情况 2 1 1 研究区范围 本文从比较分析春季开花植物各物候期在城乡梯度上变化，定量描述植物 物候变化与景观格局的关系，以及植物物候变化与气温及城市热岛效应的关系 来探讨城市化对春季开花植物物候期的影响。因此本文植物物候观测的范围均 是以城市中心( 华东师范大学) 为中心，选择东西和南北两个从城市，郊区到 农村梯度条带为代表，主要以道路两旁的行道树及公园绿地为主，而气象数据 资料来源于整个上海