干旱对半干旱环境中木本植物叶片物候及可食用枝叶的影响

《Environmental and Sustainability Indicators》：Drought impact on woody plant leaf phenology and browse availability in a semi-arid environment

植物物候受温度、日照和降雨影响，干旱（低雨量、高温）会改变植物生长周期和落叶时间。本研究对南非卡鲁哈里地区18种木质植物在2014-2020年干旱期间的物候和叶生物量进行了24个月观测，发现干旱导致所有物种 leaf carriage（活叶+成熟叶）周期缩短，落叶提前，永续生植物 leaf biomass（干叶量）显著降低。决照植物在干旱中通过落叶避开胁迫，而常绿植物通过保留叶片维持基本生理活动。分析表明，前6个月降雨量与活叶 carriage 强相关（τb=0.61-0.70），而干旱使叶生物量峰值延迟且降低。研究揭示干旱加剧了卡鲁哈里地区野生和牲畜的食物季节性限制，建议通过保护关键永续生树种（如 Boscia albitrunca）和优化放牧管理缓解气候变化带来的影响。

　　这项研究聚焦于干旱对南非开普省北部卡拉哈里地区木本植物物候和叶生物量的影响。通过两年的观察和数据收集，研究人员分析了十八种常见木本植物在干旱期间的生长周期变化，以及这些变化如何影响食草动物的食物资源。研究发现，干旱显著改变了植物的生长和休眠周期，尤其是在落叶植物和半落叶植物中。这种变化对依赖这些植物作为食物来源的野生动物和牲畜构成了潜在威胁。

植物物候指的是植物在生长过程中定期发生的事件，如新叶萌发、叶片衰老以及开花和结果。这些过程受到多种环境因素的影响，包括温度、日照时间和降雨量。在南非的半干旱和干旱地区，降雨是调节植物物候的关键因素。然而，温度变化也被认为是影响植被物候的重要因素。因此，干旱作为一种降水减少、温度升高和湿度下降的综合现象，可能对植物物候产生显著影响。卡拉哈里地区的半干旱生态系统中，植物物候的变化对食物资源的可获得性有着深远的影响，因为这里存在明显的雨季和旱季，以及夏季和冬季之间较大的温差。

在该研究中，卡拉哈里地区经历了长达数年的干旱（2014年至2020年），这为研究植物物候提供了独特的条件。研究人员选择在该地区进行为期24个月的观察，时间跨度从2017年8月至2019年7月。在此期间，他们监测了多种木本植物的物候变化，包括新叶萌发、成熟叶片的出现、叶片衰老和脱落等过程。同时，他们还评估了植物的叶生物量，以了解干旱如何影响这些植物的生长和资源可用性。

研究结果显示，干旱对所有研究的植物物种都产生了影响。对于落叶植物而言，新叶萌发的时间推迟，而叶片脱落则提前发生。这种现象意味着植物在干旱期间的生长周期被压缩，导致叶片的可用时间减少。对于常绿植物，虽然它们在干旱期间能够保留大部分叶片，但总叶片携带量有所下降。此外，干旱还导致了叶生物量的减少，从而影响了食草动物的食物供应。研究还指出，降雨量的持续减少（例如六个月）对叶物候的影响最为显著，这表明长期干旱对植物生长和资源可用性具有更深远的影响。

在卡拉哈里地区，干旱的频率和强度预计会因气候变化而增加。这可能会进一步降低该地区的生产力，尤其是对那些依赖木本植物作为食物来源的野生动物和牲畜。因此，土地管理者需要采取更加务实的管理策略，特别是关注牲畜和野生动物的种群密度，以及维持的植物种类多样性。在干旱期间，植物的生长周期被改变，这可能导致某些关键物种的叶生物量减少，进而影响整个生态系统的稳定性。

此外，研究还强调了木本植物在生态系统中的重要性。它们不仅对生态系统的健康功能至关重要，还为食草动物提供了重要的自然饲料资源。因此，任何对木本植物生长周期和生物量的改变都可能对野生动物种群产生重大影响。卡拉哈里地区的农业和野生动物管理主要依赖于这些植物，因此了解干旱对它们的影响对于实现可持续的管理至关重要。

为了更全面地理解干旱对植物物候和生物量的影响，研究人员采用了一种基于Kendall等级相关系数的统计分析方法。这种方法特别适用于非正态分布的数据，并能够处理数据中的重复项。通过这种方法，研究人员发现降雨量与叶生物量之间存在显著的正相关关系，尤其是在短期降雨量（一个月）的情况下。然而，对于某些物种，如Vachellia erioloba和Vachellia haematoxylon，降雨量的长期影响（六个月）对叶物候和生物量的影响更为显著。

研究还指出，不同类型的植物对干旱的反应存在差异。常绿植物通常表现出更高的耐旱性，因为它们能够在干旱期间保留叶片，维持一定的光合作用和生理活动。而落叶植物则通过在干旱期间脱落叶片来减少水分流失和呼吸作用，这可能意味着它们在干旱期间的生存策略更加依赖于避免干旱。半落叶植物则介于两者之间，表现出一定的适应性，但其对干旱的反应仍需进一步研究。

在卡拉哈里地区，某些植物种类，如Boscia albitrunca、Senegalia mellifera和Grewia flava，被发现具有较高的可食用性，特别是在干旱期间，它们成为重要的食物来源。然而，这些植物的分布密度较低，这可能限制了它们对食草动物的支持能力。相比之下，某些半落叶植物如Rhigozum trichotomum则在冬季提供了重要的食物资源，因为此时其他植物正在脱落叶片。因此，维持这些关键物种的种群密度对于确保食草动物的食物供应至关重要。

此外，研究还发现，植物的生长形态和高度对叶生物量的可获得性具有重要影响。例如，许多植物的叶片集中在较高的位置，这可能使得某些食草动物无法有效利用这些资源。因此，了解植物的生长形态和高度分布对于优化饲料管理策略具有重要意义。同时，研究还指出，气候变化可能导致干旱的频率和强度增加，从而进一步加剧这些植物的生长压力。

为了应对气候变化带来的挑战，研究建议采取更加多样化的管理策略，包括增加对耐旱植物种类的保护，以及优化牲畜和野生动物的种群管理。此外，还需要加强对木本植物物候和生物量的长期监测，以更好地预测和应对未来可能的干旱事件。通过这些措施，可以有效缓解干旱对生态系统和农业生产的负面影响，确保可持续的资源利用。