引言

高淳位于南京市南端，在每年3—4月高淳都会举办油菜花节，当地称其为“金花节”。据高淳区政府官网统计，2017年收入达3.86亿元，增幅22.2%，人数达218.8万人次，增幅20.9%。至2018年，高淳金花旅游节已成功举办了十届，是南京乡村旅游的代表品牌，也是当地重要的特色农业旅游项目。分析影响油菜花盛花期迟早的主要气象因子，提前预测油菜花盛花期，即最佳观赏期，可为公众最大限度地踏青赏花和政府招商引资提供科学的指导信息，也可有效推动当地生态旅游发展。

气象条件是影响物候出现迟早的因素最重要的因素之一，其中温度是环境因素中最重要的条件，它与植物的生长状况、发育速度，甚至与植物的病虫害发生、发展有直接的联系(Snyder et al，2001；毛明策等，2005；王利琳等，2002；范雨娴等，2018)。有研究表明，植物对气温反应在春季更敏感(吴瑞芬等，2009)。张福春(1995)指出春季气温的波动是影响北京地区树木开花最主要的因子。随着春季温度因子的变化，主要表现为升温，植物开花日期有不同程度的提前(Sparks et al, 2000; Kramer et al, 2000)。陈效逑和张福春(2001)研究了近50年北京春季4种草本植物花期与≥0℃和≥10℃的初日、终日、积温等各温度指标之间的关系，认为春季的植物物候与当年春季气温相关性较高，同时与上一年的冬季气温，尤其是与≥0℃的初日和≥10℃的初日等相关也较明显。作为特色农业旅游的重要的一部分，油菜花观赏时间备受各界关注，气温对油菜花期长短、始花期的影响尤为重要(汪如良等, 2015；叶海龙和吴海镇, 2013)。一般来说，当全田半数以上的植株，三分之二的分枝花开放为油菜开花盛期(国家气象局, 1993)，此时便进入油菜花的最佳观赏期，盛花期随着气象环境因子的变化而发生变化。

大多数研究都是关于作物物候期与高于界限温度(≥0℃、≥5℃、≥10℃)指标的关系，甚至在很多花期预报的研究中，都以与这些界限温度的积温为因子建立花期预报模型(郭睿, 2016; 刘艳等, 2008; 张惠霞, 2013)。但是少有关于低于界限温度的指标对物候的影响研究。油菜越冬阶段大约是从冬至(12月下旬)至翌年立春(2月上旬)，这段时间也是全年气温最低的时期，作为越冬作物的油菜，在发育过程中需要经历春化过程才能抽穗开花，也就是需要适当的低温才能进入下一个生育期；因此，与春化过程相关的低温条件就显得尤为重要(孙超才等, 1996)。一方面，负积温是 < 0℃的日平均气温总和，能够表征冬季的寒冷程度，负积温越多，冬季越寒冷；另一方面，当气温 < 5℃时，油菜花会停止生长。因此，当平均气温低于这个界限温度(5℃)的时间持续越长，则对油菜花花期的影响越大。当冷空气带来降温，则作物所处的环境温度更低，影响作物花期迟早(屈振江等, 2016)。

本文选取时间序列较长的高淳油菜花物候期观测资料，分析了近30年高淳油菜花盛花期的变化特征；结合前一年冬至日至盛花期的气象资料，对油菜花盛花期5种类型年的气温特点做了分析，进一步分析了对油菜花生长有影响的温度阈值(0℃和5℃)指标的特征，冷空气活动的次数和强度与盛花期迟早年的关系；并采用通径分析方法，对表征温度的指标与盛花期关系进行了分析，为预测高淳油菜花的最佳观赏期，做好高淳油菜花节的旅游气象服务提供理论依据。

1 资料与方法 1.1 物候资料与气象资料

物候资料为根据高淳区气象局的作物生育状况观测记录年报表整理的1986—2016年弱冬性的甘蓝型油菜盛花期。由于每个物候期的开始日期与其前2~3个月的气温关系显著(Ahas et al, 2000)，因此所用的气象资料为1985—2016年高淳站冬至(12月22日)至翌年4月30日逐日气象观测资料，包括日平均气温、日最高气温和日最低气温等要素。

1.2 冷空气等级判定标准

依据高淳站24、48和72 h日最低气温降幅(ΔT₂₄、ΔT₄₈、ΔT₇₂)和日最低气温(T_min)为指标确定该站冬至日至盛花日的冷空气活动次数和强度(中国气象局, 2014)。这是目前在国家级和省级气象部门气候监测业务工作中广泛应用的冷空气等级判断标准，规定中对冷空气过程的开始、结束、强度等都进行了界定。冷空气过程强度可分为中等强度冷空气、强冷空气和寒潮三个等级(表 1)。其中，ΔT₄₈、ΔT₇₂分别为前48、72 h内的日最低气温的最大值与当日的日最低气温之差。寒潮过程中48、72 h内的气温必须是连续下降的。

1.3 通径分析法

在多变量的研究中，通径分析能有效表示相关变量之间的主要因子，比相关分析更加全面，能反映多变量的综合作用效果。通径分析在多元回归的基础上将相关系数分解为直接通径系数和间接通径系数两部分，直接通径反映了某一变量对因变量的直接作用效果，间接通径表示某一变量通过其他变量对因变量的间接作用效果，这种方法在多个相关变量间的关系研究中，具有精确、直观等特点，已在农业、环境等领域有成熟应用研究(黄世成等, 2012; 任义方等, 2010)。通径分析基本模型为：

$ \left\{ \begin{matrix} {{r}_{11}}{{p}_{1y}}+{{r}_{12}}{{p}_{2y}}+\cdots +{{r}_{1k}}{{p}_{ky}}={{r}_{1y}} \\ {{r}_{21}}{{p}_{1y}}+{{r}_{22}}{{p}_{2y}}+\cdots +{{r}_{2k}}{{p}_{ky}}={{r}_{2y}} \\ \begin{align} & \vdots \\ & \vdots \\ \end{align} \\ {{r}_{k1}}{{p}_{1y}}+{{r}_{k2}}{{p}_{2y}}+\cdots +{{r}_{kk}}{{p}_{ky}}={{r}_{ky}} \\ \end{matrix} \right. $

(1)

设x₁，x₂，x₃，…，x_k为k个自变量，式(1)中，r_ij为变量x_i与x_j的相关系数，r_iy为自变量x_i与因变量y的偏相关系数，p_ky为自变量x_i与因变量y标准化的偏相关系数，即直接通径系数；r_ijp_ky为间接通径系数。

2 高淳油菜花最佳观赏期及迟早年变化 2.1 高淳油菜花最佳观赏期特征

1986—2016年南京高淳油菜花的盛花期和南京入春日(图 1)表明，近30年高淳油菜花盛花期基本在3月下旬至4月上旬，平均盛花期为3月29日。趋势变化以2001年为界分为两部分：1986—2001年高淳油菜花盛花期多在3月25日至4月5日，且波动不大，除1987、1990、1993和1995年外，其余年份盛花期都晚于平均盛花期。2001—2016年，盛花期明显提早，大部分年份油菜花盛花期在4月1日之前，最早出现在3月18日(2007年)，只有2003、2005和2012年的盛花期在4月1日之后。

较节气而言，大部分年份的盛花期处于春分和清明两个节气之间，但1986—2001年，高淳油菜花盛花期多接近清明节气，2001—2016年盛花期则更接近春分节气。

根据气象学定义，入春日为滑动5 d平均气温(T_a)超过10℃的初日。由图 1可见，入春日在1999年后有明显提早，气候倾向率为5.8 d·(10 a)^-1；1986—2000年油菜花盛花期多数晚于入春日，但相差不超10 d；2001—2016年，入春日本身就提早较多，大部分年份盛花期晚于入春日10 d以上。入春时间最早出现在2002年(3月7日)，偏早于平均入春时间(3月24日)半个月以上，当年盛花期早于春分节气；其次为1990年(3月8日)，但是当年盛花期并未提早，接近平均盛花期。

综上所述，以平均盛花期±1 d为定义油菜花盛花期正常年的标准，认为1990、1992、2000、2001和2006年为盛花期正常年；以盛花期早于春分节气(3月21日)定义为偏早年，2002和2007年盛花期较平均日期偏早8 d以上，认为是偏早年；以盛花期晚于清明节气(4月5日)定义为偏晚年，认为1986、1988、1996、2005和2012年是盛花期偏晚年，其余19年盛花期均在春分节气至(平均日期-1 d)，或(平均日期+1 d)至清明节气，分别定义为盛花期正常偏早年和正常偏晚年，详见表 2。

此外，高淳油菜花盛花期还表现出明显的年代际特征(图 2)，1986—1996年油菜花平均盛花日为4月2日，1997—2006年平均盛花日在3月29日，2007—2016年平均盛花日在3月26日。可以看出，油菜花盛花日呈年代际提早的变化趋势，气候倾向率为3 d·(10 a)^-1。

2.2 冬至日—盛花期平均气温特征

图 3所示为油菜花盛花期不同类型年高淳的T_a日分布，图 3a为正常年、偏早年和偏晚年的气温变化特征，由图可见，从冬至日至盛花期T_a分为四个阶段，第一阶段为上一年12月下旬，三个类型年的T_a无明显区别；第二阶段为1月2—15日，在这一阶段，T_a出现差别，表现为偏早年>正常年>偏晚年；第三阶段为1月16—29日，三个类型年的T_a无明显区别；第四阶段为1月30日至盛花期，持续时间较长，为T_a随着日期基本呈偏早年>正常年>偏晚年的趋势。

图 3b所示为正常偏早年和正常偏晚年T_a日分布，可以看出正常偏早年和正常偏晚年T_a趋势较一致，均呈先降后升，在1月中旬至下旬达到最低值。

T_a稳定在5℃以上的日期也因不同类型年而存在差异。盛花期偏早年最早，T_a约在2月3日开始稳定在5℃以上。正常年、正常偏晚年和正常偏早年则约在2月6日(正常偏早年和正常偏晚年)和2月10日(正常年)。由图 3b知，正常偏早年和正常偏晚年虽然稳定到5℃的日期一样，但是正常偏晚年在稳定到5℃后至盛花日期间气温波动较大，因此花期正常偏晚。盛花期偏晚年稳定在5℃以上的日期为3月2日。综上所述，不同类型年T_a稳定在5℃以上的日期为盛花期偏早年 < 正常偏早年和正常偏晚年 < 正常年 < 偏晚年。

3 油菜花最佳观赏期与温度指标的关系 3.1 负积温与T_a < 5℃的日数和积温

T_a < 0℃的日数越多，说明从冬至日至盛花日气温波动越大，可以做表征天气寒冷程度的指标。从高淳油菜花负积温和T_a < 0℃的日数(图 4)结果可以看出，1986—2016年，在偏早年(2002和2007年)冬至日至盛花期间，T_a < 0℃的日数较少，2002年只有1 d，当年负积温为-1.5℃·d；2007年负积温为0℃·d。偏晚年(1986、1988、1996、2005和2012年)T_a < 0℃的日数基本不超过5 d，负积温不低于-7.6℃·d；盛花期分别与负积温和T_a＜0℃日数的相关系数均未通过显著性水平检验。

但是，盛花日与T_a < 5℃的日数和积温关系较为明显。图 5为T_a < 5℃的日数和T_a < 5℃的积温与高淳油菜花盛花日散点图，结果表明T_a < 5℃的日数和积温与高淳油菜花盛花日关系密切。

从图 5a中可以看出，从冬至日开始，随着T_a < 5℃的日数增加，当年油菜花开放的时间出现偏晚的趋势，两者相关系数达到了0.609，通过了α=0.01的显著性水平检验；结合图 6，可以看出T_a < 5℃的日数最多的5年依次为2005年(64 d)、1986年(55 d)、1996年(54 d)、1988年(54 d)和2012年(53 d)，即为盛花日偏晚的5年，均超出T_a < 5℃的日数平均值(约为41 d)12 d以上；而偏早年(2002和2007年)T_a < 5℃的日数分别为28和33 d，由表 3可知盛花期偏晚年T_a < 5℃日数较多，最小值为53 d，盛花日均在4月4日之后。

T_a < 5℃的积温与高淳油菜花盛花日的关系也很密切(图 5b)，油菜花盛花日随着T_a < 5℃的积温增加而推迟，两者的相关系数达到0.649，通过了α=0.01的显著性水平检验。同样，对于偏晚年来说，T_a < 5℃的积温都在137℃·d以上(表 3)，结合图 6，有两年T_a < 5℃的积温超过了150℃·d，最高达到157.6℃·d(1986年)；盛花日正常年和偏早年与T_a < 5℃的积温并无明显关系。可知，当从冬至日开始，T_a < 5℃的积温超过137℃·d，则当年油菜花的盛花日出现较晚。

3.2 冷空气活动与盛花期关系

图 7为1986—2016年高淳站各强度等级冷空气分布，1988、1998、1999、2009和2013年冷空气总日数较多，但是只有1988年的油菜花盛花日偏晚；1988年出现中等强度冷空气较多，为7 d，出现寒潮日数只有2 d，分别为3月15、16日，降温幅度分别为13.5、15.4℃，1988年高淳油菜花盛花日为4月10日，较常年偏晚。1998和1999年冷空气总日数最多，均为10 d，由图可见，这两年的冷空气特点相似，均以中等强度冷空气为主，占冷空气总日数的80%以上；均出现1 d强冷空气，略有差异的是1998年出现1 d寒潮，而1999年并无寒潮日出现，但是1998和1999年油菜花盛花日分别为3月31日和4月2日，与平均盛花日相差在5 d以内，属正常略偏晚。两个偏早年冷空气特征却有明显差异，冷空气总日数分别为3 d(2002年)和6 d(2007年)，差异体现在中等强度冷空气，2007年为2 d，2002年为0 d；寒潮日数相同，均为2 d。此外，寒潮日数最多的是1996和2010年，均为4 d，盛花期较常年偏晚近10 d。

为进一步探析冷空气活动与油菜花盛花日的关系，统计各强度等级冷空气日数与盛花日的相关性(表 4)。结果表明，盛花日与从前一年冬至日开始计算起的强冷空气日数呈负相关，相关系数为-0.384(通过α=0.05的显著性水平检验)，认为从冬至日开始，如果高淳冷空气最低气温48 h降幅超过8℃次数越多，则翌年油菜花盛花日时间会有所推后；但是盛花日时间与其余等级的冷空气次数并无明显关系，相关系数均未通过显著性水平检验。

3.3 最优方程的建立和显著性检验

综上所述，以强冷空气累计日数、T_a < 5℃的日数(从前一年冬至日算起)、T_a < 5℃的积温为表征温度因子的指标。盛花日与各指标密切程度如表 5所示，与油菜花盛花期相关程度的大小依次为T_a < 5℃积温(r=0.649，通过α=0.01显著性水平检验)、T_a < 5℃日数(r=0.609，通过α=0.01显著性水平检验)、强冷空气日数(r=-0.384，通过α=0.05显著性水平检验)。

因T_a < 5℃日数与T_a < 5℃积温相关性较高，r=0.834，通过α=0.01显著性水平检验，如果两个指标同时出现在模型中，放大了低温的效应，因此选择与盛花期相关系数较高的T_a < 5℃积温引入模型，利用回归分析，建立盛花期与2个指标的最优回归方程：

$ Y=0.148{{X}_{1}}-2.860{{X}_{2}}+85.160 $

式中，X₁为T_a < 5℃积温(单位：℃·d)，X₂为强冷空气累计日数(单位：d)。回归方程的系数为r=0.746，经F检验，F=17.538，P < 0.000，回归效果显著。

3.4 通径分析

影响油菜花盛花期的温度因子很多，这些因子之间存在协同作用。通径系数是Y关于X₁、X₂的标准的偏回归系数(盖钧镒, 2000)，通径系数=自变量的回归系数×(自变量的标准差/因变量的标准差)。结合表 6，计算各指标的直接和间接通径系数，结果如表 7所示，温度指标对油菜花盛花期的直接通径系数大小(绝对值)为：T_a < 5℃积温大于强冷空气累计日数；其中，T_a < 5℃积温对油菜花盛花期的影响最大；在间接通径系数中，强冷空气累计日数通过T_a < 5℃积温对油菜花盛花期造成影响。综上所述，两个低温指标：T_a < 5℃积温和强冷空气累计日数，以T_a < 5℃积温对油菜花盛花期的影响最大。

4 结论与讨论

(1) 高淳油菜花盛花期一般在3月下旬至4月上旬，近30年平均盛花期为3月29日。盛花期在2001年后发生明显的趋势变化，具体表现为盛花期明显提早，2001年以前盛花期波动不大，多在3月25日至4月5日；2001年之后，大部分年份在4月1日之前，最早出现在3月18日(2007年)，且油菜花盛花期呈提前的趋势，变化率为3 d·(10 a)^-1。

(2) 虽然多数研究集中在T_a > 5℃的积温，但是T_a < 5℃的日数和T_a < 5℃的积温与盛花期关系也比较明显，相关系数分别为0.609和0.649(均通过了α=0.01的显著性水平检验)。从冬至日开始，T_a < 5℃的日数越多或者T_a < 5℃的积温超过137℃·d，则当年油菜花开放的时间越晚；若T_a < 5℃的日数超过了53 d，则盛花日有可能出现在4月4日之后。

(3) 冷空气活动的频次和强度对高淳油菜花盛花期有一定的影响。从冬至日开始，如果冷空气过程中最低气温48 h降幅超过8℃的次数越多，即从冬至日起，降温强度如果达到强冷空气级别的日数越多，则翌年高淳油菜花盛花期会有所推后；但是油菜花盛花期与其他等级的冷空气活动，如寒潮、中等强度冷空气日数的关系并不显著。

(4) 在三个温度指标中，因T_a < 5℃的日数与T_a < 5℃的积温自相关较高，选取相关性较高的T_a < 5℃的积温加入回归模型，通径分析结果表明，影响油菜花盛花期最大的是T_a < 5℃的积温，通过分析间接通径系数，表明强冷空气累计日数通过影响T_a < 5℃的积温，最终对油菜花盛花期造成影响。

虽然温度是影响油菜花花期早晚的重要气象条件，但日照的多寡对油菜花的开花迟早也有重要影响，体现在现蕾前到初花期的每个阶段，若日照时间长，则利于现蕾和开花；因此，后续研究中将考虑温度和日照对油菜花开花迟早的综合影响。另外，低温促进春化作用与油菜所处的发育阶段有关，因此，在分析冷空气活动频次和强度时，若能细化到油菜所处的生育阶段更能说明问题，后续将通过收集油菜各生育期资料，开展更深入的研究。