苦楝(Melia azedarach)是我国优良的乡土树种, 它具生长快、材质优良、驱虫、耐腐、吸附烟尘能力强等特性; 根、皮、花、果均可入药, 对昆虫具有很强的杀伤力, 有“天然杀虫剂”之美誉, 是高效、低毒的广谱生物农药的原材料之一; 苦楝也是良好的蜜源植物, 同时苦楝果实是榨油和酿酒的工业原料。它分布广泛, 水平分布范围为北纬18~39°, 南至海南省崖县, 北到河北保定、山西临汾以及陕西和甘肃南部; 东自台湾、沿海各省, 西到四川、云南都有分布(河南省获嘉县林科所, 1986)。苦楝垂直分布范围一般是海拔6~800 m, 在云南南部思茅地区海拔1 500 m仍有苦楝分布, 自南向北横跨热带、亚热带、温带, 分布区地形、地貌复杂多变。分布区内气候因子变化多样, 光、热、水气象因子变化剧烈, 这些变化必然会给苦楝的生长和发育带来各种复杂的影响, 形成许多具有适合当地气候的地理生态型(黄智慧, 1992; 童再康等, 1993)。众所周知, 物候与地理因子、气象生态因子关系密切, 中国气象局规定在不同的气候区选择那些最能反映当地季节现象、与农业生产关系密切的物候按同一方法观测记录, 全国选定的观测植物有59种, 苦楝是其中之一(韦京华, 1996; 竺可桢等, 1963)。由于物候是气候的体现和反应, 因此对苦楝分布区内物候进行区划, 对种源区的划分、种子的合理调拨以及种质资源保存具有非常重要的理论和实践意义。

1 材料与方法 1.1 物候资料的收集整理

国家气象局物候观测站有70个台站每年对苦楝的物候进行较为详尽的观测记录。作者对苦楝近8年(1994—2001)物候数据(资料由国家气象局物候资料中心提供)进行收集整理。由于苦楝大多分布在平原、四旁, 正是台站的观测位置, 不存在观测台站与分布区海拔不一问题, 观测数据不需校正(王小平等, 1999)。并且这些观测站是按照我国气候区布设的, 具有代表性和科学性。当然, 也存在苦楝边缘分布区的物候观测数据缺失问题(如台湾等), 只能借助中国生态梯度等值线图(顾万春, 1992; 1993;1995)来进行苦楝边缘分布区的区划。

1.2 物候指标的确定

围绕苦楝生长及发育的年周期过程对其物候指标进行确定。选定叶芽膨大期、叶芽开放期、开始展叶期、展叶盛期、开花始期、开花盛期、开花末期、果实成熟期、叶开始变色期、叶全变期、开始落叶期、落叶末期共12个物候指标以及对光、热、水指标有再分配作用的纬度、经度及海拔3个地理坐标(竺可桢等, 1963; 顾万春, 1993)。

1.3 数据处理与分析方法

将多年物候数据进行整理。具体作法是, 如果一组记录都出现在同一月份, 则将各年出现日期求和再做平均即为平均日期; 如果该物候现象在不同年份不是出现在同一个月份, 这时先将各年的出现日期化成年顺序累积天数, 然后求和、做平均, 再由平均值查《各日年顺序累积天数表》, 反查出平均值的月、日。对资料中缺测的个别年份, 用内插法补足(张福春, 1983)。各观测站地理物候因子数据如表 1所示。将物候观测数据以1月1日为起点, 进行标准化, 查《各日年顺序累积天数表》, 得出距1月1日实际天数, 求算出年顺序累积天数。

把标准化后的数据首先采用主成分分析, 将错综复杂的多个物候与地理坐标因子简化成少数几个综合因子, 通过排序确定大致趋势。然后, 用聚类方法, 采用SAS7.0、SPSS10.0统计软件(卢纹岱, 2002; 高惠璇等, 1997), 将隶属关系程度不同的样点进行分类, 使物候区区划建立在客观、合理的基础上。最后进行苦楝全分布区的物候区划和经主成分分析对第1主分量影响较大的前4个物候因子绘出等候线图。

2 结果与分析 2.1 主成分分析结果

经主成分计算, 3个地理坐标因子与12个物候因子前4个主分量矩阵见表 2。经分析, 前4个主成分累计贡献率已达83.643%, 其中第1主成分主要与展叶期、展叶盛期、经度、开花始期、叶芽开放期、开花末期、开花盛期、叶芽膨大期、纬度有关; 第2主成分主要与开始落叶期、叶始变色期、叶全变期、落叶末期有关, 是第1主成分的补充, 主要反映苦楝物候年变化后期状况; 第3、4主成分是前2个主成分的补充, 但影响很小。

从表 2各成分特征根可以看出第1主成分与第2主成分之间的特征值之差值很大, 主成分2、3、4之间差值也较大, 因此可以初步得出保留4个主成分将能概括绝大部分信息。

2.2 分层聚类分析

为更直观反映各观测点的归属, 进行了分层聚类, 分析结果如表 3所示, 将各观测站点聚为10类。

根据聚类分析结果, 结合各观测点的地理位置对各观测点进行客观地归类, 划分物候区, 我们发现, 这些物候区与中国生态梯度图(顾万春, 1995)所对应的气候区具有很大的吻合性, 也是该树种适应不同气候区的表现。结合中国生态梯度图, 将中国苦楝分布区划分为11个物候区, 分别为: Ⅰ.桂南南部沿海、海南物候区; Ⅱ.桂南、粤南物候区; Ⅲ.台湾、桂中、粤西、滇东南物候区; Ⅳ.粤东南、闽中南物候区; Ⅴ.浙江、赣东南、闽北物候区; Ⅵ.滇中、黔东南、桂北、湘南、赣西南、浙北、沪物候区; Ⅶ.苏中南、皖中南、鄂东南、湘北、黔中物候区; Ⅷ.青岛、鲁南大部、苏北、皖北、豫中南、鄂北大部、重庆物候区; Ⅸ.鲁北、豫北、冀南、晋东南物候区; X.陕中南、甘东南、川东北物候区; Ⅺ.川中南、川西北、滇中北物候区。

2.3 物候区的划定及其物候特点

1) 物候区的划定  由于苦楝在中国分布范围广, 跨过热带、亚热带、温带3个气候带, 造就了苦楝物候带也复杂多样。从苦楝物候区划图(图 1)可以看出, 华南、西南是苦楝集中分布的地区, 该处地形、地貌复杂, 物候区分布较为密集; 华东、华中为苦楝分布较为集中的地区; 华北、西南、陕甘南部为苦楝边沿分布区。

2) 各物候区的特点见表 4。

3) 苦楝物候等线图  经主成分分析对第1主分量影响较大的4个物候因子(开始展叶期、展叶盛期、始花期、叶芽膨大期)勾绘出等候线图(略)。

3 结论与讨论

1) 本文采用主分量分析方法和分层聚类的方法将中国苦楝分布区划分为11个物候区, 从主分量分析结果来看, 展叶期、叶芽开放期、展叶盛期在苦楝整个物候周期中起主要作用, 也是当地气候因子的具体体现, 间接地反映了当地光、热、水3大气候因子的分配状况。用苦楝的物候来进行当地物候的日期预测, 对各物候区的农林生产起到指示作用。

2) 苦楝分布大半中国, 广域范围内生态梯度明显。连续分布的种群, 伴随着生态渐变, 适应与保存了梯度变异(顾万春, 1995)。从苦楝物候区划的结果来看, 苦楝展叶期、叶芽开放期、展叶盛期的早迟有自南向北、自东向西推迟的地域分布规律, 地区间差异大, 具有不同程度的梯度变异。

3) 苦楝梯度变异的形成, 增加了其遗传基础, 扩大了其适生范围, 形成许多具有自己特色的地理生态型, 物候区的区划为苦楝种质资源的保存, 合理取样提供了科学依据和保证, 为我国苦楝种质资源保存奠定了基础。

4) 进行苦楝物候区划为苦楝种苗的合理调拨提供科学依据。如1984年河南省从南方调苦楝与川楝种子1.5万kg, 造林后大部分因冻害而死亡, 造成经济损失300余万元, 为生产带来严重损失。从苦楝物候区划图中可以看出, 河南的获嘉与四川归属于不同的物候区。因此, 进行苦楝种苗调拨, 要在其物候区内进行较为合理。