竺可桢与中国现代物候学发展Word文档格式.docx

1、它的目的是认 识自然季节现象变化的规律，以服务于农业生产和科学研究（竺可桢和宛敏渭， 1963a）。他认为，“物候知识的起源，在世界上以我国为最早”（竺可桢和宛敏渭， 1963b ），物候学可以称为“我国土生土长的一种学科”（竺可桢， 1964）。物候学的研究对象包括各种植物的发芽、展叶、开花、叶变色、落叶等；候鸟、昆虫及其它动物的迁移、始鸣、终鸣、始见、 绝见等；也包括一些周期性发生的自然现象，如初雪、终雪、初霜、终霜、融冰及河湖的封 冻、融化、 流凌等。物候现象不仅反映自然季节的变化，而且能表现出生态系统对全球环境 变化的响应和适应， 因而也被视为是“大自然的语言”（竺可桢和宛敏渭， 19

2、73）和全球变化的“诊断指纹”（ Fingerprints ）（ Root et al., 2003 ）。动植物物候是自然环境要素及其变化的综合反映， 研究生物物候对气候变化的响应是深 入分析气候变化及其影响的重要科学基础，物候研究具有许多方面的重要意义。第一， 自然物候记录是全球环境变化的最直接和最有效证据， 可以用来分析环境要素的变化机理，是对仪器记录的重要补充。第二，现代物候规律与历史物候记录相结合可用于深入分析长时间尺度的气候变化和生 物对环境要素变化的响应。第三， 物候变化是陆地生态系统能量流动和物质循环的重要指标之一， 是研究生态系统生态学的重要方法和手段。 在生态系统物质生产和碳

3、循环研究中， 植物物候改变引起的生长 季长短变化对陆地生态系统碳循环产生重要影响（ Piao et al., 2008 ）。第四，物候学在农业生产、人民生活、人类健康、园艺与旅游景观设计等传统应用领域 仍存在较大的发展空间。第五， 开展物候变化研究有助于气候学、 地理学、 生物学、生态学及相关资源和环境科 学的交叉和融合，从而推动多学科综合研究的深入开展。2.中国现代物候学的创立作为一种重要的自然现象，中、 外物候观测和记录都可以追朔到很久以前。 在西方，两 千多年前的古希腊时代 （公元前 800年公元前 146年），雅典人就试制了包含物候容的农历。 在罗马凯撒时代（公元前 102年公元前 4

4、4年），就颁布了简单的物候历以服务于农业生产。 物候记录在我国出现在 3000 多年前的西周时期， 诗经和吕氏春秋等篇章对此都有记 载。“礼记 ?月令是根据吕氏春秋的，是周、时代所遗留下来的一个比较完整的物 候历” 1 。据子 ?天文篇记载，西汉时期二十四节气的全部名称已经出现，说明当时的 物候记录已经相当完备和系统。瑞典著名植物学家林奈（ Carl von Linn ）是西方物候学的奠基人（施奈勒， 1965）。 1751年，他在“植物学哲学”一书中第一次明确阐述了物候观测的目的和方法， 描述了植物的发育期，该论述直到今天还有一定的参考价值。此后，瑞典、英国、德国等国科学家分别 在十八世纪中

5、后期和十九世纪前期开始进行物候观察和记录。 但真正意义上的国家物候服务 机构是二十世纪 20年代在德国开始工作的。竺可桢先生是中国现代物候学的创始人。 1920年先生执教于师学堂时就开始亲自观测的 物候。 1931年，当物候观测资料已经积累了九年时， 他开始理性地考虑在中国开展物候学研 究，撰文讲述现代物候研究的理论与方法。 这一时期竺可桢在物候学研究领域的理论探讨和 实践活动，是中国现代物候学的发轫。此后的四十余年间， 先生身体力行， 一直热心于观测和研究周围动植物物候。 在他所留 下800余万字日记中，几乎每天都在醒目位置记述当日物候。这些资料本身就是极为珍贵的 物候观测数据。他与宛敏渭先

6、生合著的物候学 ，是新中国发行量最大的科技书籍之一。该书首版于 1963 年，之后数次再版， 对传播和普及物候学知识起到非常重要的推动作用。 虽 然我国科学的物候观测较欧洲晚近 200年，但由于竺先生高瞻远瞩，他于二十世纪二、三十 年代在物候领域的科学实践使我国现代物候研究及应用上基本与欧洲和北美同步。 由于数据 优势，在历史时期物候研究方面，则超越欧美，世界领先。二、竺可桢对中国现代物候学的重要贡献竺可桢先生是中国现代物候学的倡导者和创始人。 物候学仅是竺先生一生的一个研究领 域，但物候观测、物候学思考和研究贯穿先生的一生，从未停息。从二十世纪 20年代算起，先生数十年如一日，呕心沥血，孜孜

7、不倦，在中国现代物候学创立、中国物候观测网建设、 采用物候资料研究中国历史气候变化、 将物候学知识应用在农业生产以及物候知识的科学普 及等领域均取得了许多重要成就，对中国物候学发展作出了杰出贡献。1.系统总结了中国古代物候学思想，在中国率先开始现代物候研究1931年5月9日，在气象研究所的学术研讨会上，竺可桢作了关于“月令”问题的报告， 为与西汉初年局限于黄河流域的“旧”月令区别开来， 称之为“新月令”， 在中国气象学 会会刊发表时，即名“论新月令”。该文是竺可桢先生第一篇系统性的物候学论文。 对中 国现代物候研究而言， 该文是一篇纲领性论著， 与该时期先生科学观测物候的实践， 可一并 视为中

8、国现代物候学的发轫，具有划时代的意义和价值。“论新月令”透彻论述了物候研究的系统框架，奠定了中国现代物候研究的理论基础， 提供了物候分析的具体思路和方法， 主要包括五方面容： 第一， 厘清了中国古代物候学思想 的萌芽，清楚表述了古代月令、节气与动植物物候的关系。资料起于礼记 ?月令 ，终于清 代全祖望继庄传 对献廷古今物候差异对比工作的评述。惜乎献廷的物候论著散佚， 至今 无可考证。 但是，这丝毫不影响竺先生对中国古代物候学思想发展脉络的把握。第二， 初步 给出物候学的定义： “草木之荣落， 候鸟之往返， 由气候之寒燠而得物类之感应， 中国旧称 物候。”“但物类受天时之感应，不特因地势之高下，

9、纬度之南北而已，即山阳、山阴 已感不同，即同种异类之花卉，其含苞放花之时期，亦自有别，故观测物候，欲求精密，不 得不以科学方法也。 ”第三， 初步厘定中国物候观测的主要标准。 首先对照西欧和北美物候 观测容，确定主要观察的物候期类型，重点讲述了展叶和开花物候；再参考国外经验， 强调 了物种的选取标准： 此种植物须分布甚广； 茁叶开花之时期易于辨认； 记录所得 之结果，须能有禆实用，而确能以示一年中发育之序者； 所选植物须各处所常见，而不 受意外之影响者。 此后， 他与宛敏渭先生一起制订中国物候观测规时， 这些因素也是重点考 虑的容（宛敏渭和秀珍， 1979）。第四，系统介绍和引进 Hopkin

10、s 物候定律（ bioclimatic law ）， 明确指出 Hopkins 在北美地区的重要发现， “每差纬度一度， 或经度五度， 或高度上升四百 公尺（米），各物候之现象，先后差四日，向北、向西、向上则晚。”八十年后的今天，现 代物候学对世界各地物候地理分布规律的分析方法基本仍未脱其窠巢。 第五，基于上述理论， 该文给出一项物候学研究案例。 作者采用 9年的观测数据， 分析了 11个物种（含 2动物种） 11 个物候期的变化，初步认为这种变化与 0的年积温有关 2 。受积温概念启发，宛敏渭先生于 1985年分别推导出榆树（ Ulmus pumila L. ）和绦柳（ Salix mats

11、udana var. lpendula Schneid. ）始花期与积温的数量关系式， 并据此求出两种物候期的起点温度以及起点温度和 积温的日期（宛敏渭， 1985）。2.设计了现代物候观测规和标准，建立了中国现代物候观测网竺可桢先生对中国现代物候学的另一重大贡献是在他的领导下， 筹备、 组建了“中国物候观测网”。 近年来， 几乎所有中国物候研究论著都得益于该观测网所得的数据资料。 但是 “中国物候观测网”的发展并不是一帆风顺的。 从 1934年起， 原中央研究院气象研究所曾选定 21种植物、 9种动物和众多农作物以及部分气象水文现象，委托各地的农事实验场进行物 候观测，这是我国最早有组织的全

12、国性物候观测。后来由于抗日战争，此项观测时有中断， 现仅保存有 1934 1940年的记录，其中， 19341936年的记录较为完整。图1 中国物候观测网观测站点分布图新中国成立后， 竺可桢先生开始考虑全国性物候观测， 1963年网络建成并开始观测， 当 年全国共有 49个观测站点 3 。1963-1996 年陆续有 135个观测站点工作。其中，在“文革”期 间，当竺先生见到有些物候观测站无常工作时，他奔走呼号，直到物候站恢复工作。 2002 年之后，在笔者艰难争取下恢复了其中的 19个站点，并增补和两个观测站（图 1）。在所有观 测站点中， 37 个观测站点观测年份长于 15年。中国物候观测

13、网的观测对象有 35种共同观测植物、 127种地方性观测植物、 12种动物、 4 种农作物和 12 种气象水文现象。该观测网获取了 1963-1996 年的物候观测数据，出版了 30多 年的中国动植物物候观测年报 ，为我国物候学的研究积累了丰富的实践素材。这些资料 不仅在指导我国农业生产规划与布局及作物估产等方面做出了重要贡献， 也直接推动了物候学研究在我国的深入开展，孕育了许多重要的科研成果。3.挖掘了我国史料中的物候信息，在耄耋之年独自重建了中国过去 5000年温度变化规律，开中国历史气候学研究之先河我国悠久的文化历史在世界上独一无二， 历代遗留下来文献资料浩如烟海。 竺先生一直 非常重视

14、这些文献在科学研究中的作用， 注重古代节气、 物候的考证和整理， 使之古为今用。 经过不懈努力，竺先生基本理出中国古代文献中物候资料的脉络。（1）历史物候资料挖掘第一， 从考证二十四节气的演变和源流入手， 了解各时期的物候变化。 由于“四季之嬗 变，中国知之极早”。而古时中国所谓节候均与物候相关。因此对于节候的详细深究， 是了 解古代物候的一个主要途径。“二至”、“二分”已见诸于尚书尧典 ，至子天文 篇二十四节气全部名称都已出现。 换言之， 二十四节气已有两千年以上的记述历史。 此后， 历代正史的相关部分对此均有涉及。 因此， 考证二十四节气及相应时期物候的嬗变过程， 是 研究历史时期物候变化

15、的一个重要途径。第二， 历代月令考证。月令是一种古代文章体裁， 按照一年 12个月的时令， 记述政府管理的文件，包括祭祀礼仪、职务、法令、禁令等容，月令将其归纳在五行相生的系统中。现 存礼记有月令篇之外，据传逸周书也有月令篇，惟后者已佚失，难以考证。 但是现存月令材料中均含有非常详细的区域历史物候信息， 经仔细考订， 也可在历史时期物 候变化研究中发挥重要作用。第三， 各朝正史中的物候资料。 竺先生熟读二十四史， 对于其中的物候资料更是非常重 视。比如根据旧唐书 、元史 等考证历代岭以北地区司竹监的设置情况来考证竹子在岭 北坡的种植与否及其物候变化， 得出了很多有价值的重要结论。 先生对南宋气

16、候特征的研究 也主要基于宋史的降雪记载，并得出“南宋时代文化中心之所以南迁，不特人祸，亦天 时变迁有以造成之也”的重要结论（竺可桢， 1925）。第四，历代诗文中的物候资料。竺可桢先生学贯中西，对许多古代诗文资料烂熟于心， 并善于从中分析所涉物候现象。他曾多次提到唐宋时期王之涣、白、杜甫、梅尧臣、陆游等 人诗文中所反映出的物候现象， 并对此有自己独到的看法。 为明确不同年份的物候资料， 竺 先生非常重视各类诗歌的成文年代。比如，他曾仔细考证了杜甫春望和月夜等诗的 写作年代，精辟分析过陆游“鸟啼”一诗所反映的物候规律。第五， 其他历史文献中的物候资料。 各种农书、 志书等都是竺可桢先生非常重视的

17、历史 文献资料。特别是齐民要术 、农桑辑要、王祯农书 、农政全书和关键地区地方志竺可桢先生在物候资料挖掘方面的工作，对现代中国物候学研究有很大帮助。一方面， 他的辛勤工作帮助我们整理出一系列古代的物候资料， 是一个特殊的物候数据库； 另一方面， 这些工作为我们今后的研究提供了线索，追根溯源，历代文献中还有大量的资料可供参考。（2）采用物候资料研究过去五千年中国历史气候变化在我国建立起物候学理论体系、 解决了全国性系统的物候观测问题之后， 竺先生又将物 候资料应用于气象和气候研究中， 将平时积累的大量历史文献资料用于研究中国历史时期的 气候变迁，耄耋之年完成的“中国近五千年来气候变化的初步研究”

18、是突出代表。竺可桢先生曾言： “我一生写了不少文章， 但是一生专门研究一个课题。 这个课题就是 中国历史上气候的变迁。 ”他晚年撰写的“中国近 5000年来气候变迁的初步研究” （竺可桢， 1972）是其巅峰之作， 不仅为我们勾勒出历史时期中国气候的基本轮廓， 而且将中国气候变化研究带到世界先进水平。该文写作极为辛苦，初稿用英文写就，于 1966年 6月10日动笔，三校稿完成于当年 9月19日，正是受“文革”干扰最大的时候 4 。前后用时三个多月，之后几年时时注意补充资料，又于 1972年将其修订成中文稿。该文在考古学报发表后，引起 巨大反响，多家报刊进行介绍或，当时的国家领导人也极为关注，国

19、外学者不断函索该文， 一时间纸贵。著名历史地理学家谭其骧给竺可桢的私人信函中曾言：“读大著，每读一遍， 都使我觉得，这篇文章功力之深，分量之重， 实为多年少见的作品，无疑应列于世界名著之 林。”1 1973年， Nature 杂志对该文进行了详细介绍，使其在西方世界也产生了重要影响 （ JG，1973）。日本著名气候学家吉野正敏曾对该文有这样的评价： “经过半个世纪到今天，他（竺可桢）发表的论文，仍然走在学术界的前面。”可见该文影响之巨大、论述之精深，第一， 将物候学方法系统、 深入地应用在历史气候研究方面。 充分考虑物候现象的顺序 、同步性，以及物候在不同地区的推移规律，根据古代物候资料和现

20、代记录分析对比，进 推算，恢复历史时期的气候状况。第二， 基本勾画出历史时期中国气候的轮廓， 指出了历史上著名的冷、 暖气候事件，对 竺先生之后， 中国历史时期气候变化研究受到 在国外产生很大影响 （ Ge et al., 2003, 2007,完成了一项开创性和奠基性的工作， 为后人做出构建了我国历史时期温度变化的第三，在我国历史气候变化研究方面，了榜样。 竺先生不仅奠定了中国历史气候研究方法的基础， 基本框架，同时也为后辈科学家提供了一个有关集成研究的例。4.利用国外物候学研究成果，为我国农业发展提出了一系列有指导意义的真知灼见经世致用是他的一贯 他曾经指出， 引种驯化等方面。与当时许多知

21、名科学家一样， 竺先生一直将地理学看成经世之学，先生积极倡导现代物候学研究的一个重要目的就是服务于农业生产。期、预报农时外，其成果还能用于农业区划、 竺先生历来重视在农业生产上的作用。在物候学一书中，专门 并指出了物候农谚、 积温方法和自然历在预报农时上的作用。一文中， 他再次论述了物候学知识对农业生产的重要指导作用 “对农、林、牧、副、渔，物候规律统可以起一定作用”，并举例 但因存在物候南北差异而导致水稻亩产量存在较大差别。， 进而影响农业生产。 比如， 乌鲁木齐的春季物候提 ，作物生长季节延长， 对农业大有裨益；而徐淮区灌云一带春温上升较迟，三麦受春霜冻 威胁就较大。 将这类物候经验应用在

22、农业生产上， 当然效果明显。 这对当前的物候研究仍 一定启发， 要求我们继续深入研究区域物候分布和变化的规律， 为农业生产提供重要的参特别值得一提的是， 竺先生在我国物候知识普及方面的辛勤工作也极为感人。 竺可桢和 宛敏渭合著的物候学 （竺可桢和宛敏渭， 1963b；竺可桢和宛敏渭， 1973）是建国以来， 我国出版的最为成功的一部科普著作， 为向广大人民群众推广和普及物候学知识作出了重要遍阅 19601974年间的竺可桢日记 5 ，我们才体会到竺先生著书时孜孜不倦、呕心 沥血的情景。该书的写作始于 1962年 1月23日，至 1963年 1月书稿交付，当年 7月出版。中间 除了事务性工作外，

23、 竺先生几乎心无旁骛， 大部分精力都投入于该书的写作， 并在日记中详 细标注。在资料、理论和语言等方面都严格要求，对有些资料反复推敲，仔细甄别。该书出 版后好评如潮，给作者以极大信心，不久就考虑积攒资料准备修订再版。于 1964年 6月15日开始修订， 增加了很多证据， 在资料中将黄河流域的“九九歌”和“二十四番花信风”统统 加入， 为物候学研究提供了新的线索。此外， 从植物生理生态学理论出发， 再版稿中加入了 “生物物候推移的原动力”一章。这一过程中，作者对物候资料的把握也极其严格、谨慎。 在 1965年 7月 14 日日记中他曾经写到：“这一节所看材料不少，但要斟酌取去颇费心 思。” 19

24、66年 1月7日修订完毕。此后，受“文革”影响，直到 1973年新稿才得以出版。当年9月 5日的日记中，竺先生写到：“今天我接到重版的物候学 ，我已等了好久，得此书亲切，如见到自己的小孩，已扩大到 82000字，共印 76400（册）”。这种激动的心情说明了竺 先生极为重视该书。 1973年尚在“文革”之中，科学著作匮乏，此书却风靡一时， 对大家空 虚的心灵是一种极大的慰籍。该书的出版不但将物候学知识以一种通俗易懂的形式传递给广大人民群众， 而且深入浅 出，极大推动了物候学理论和研究的发展， 并使一大批基层气象工作者和物候爱好者开始观 测物候，并采用物候学原理进行农业生产管理的实践。因此，竺可

25、桢先生是中国现代物候学研究的拓荒者和引路人。 先生筚路蓝褛， 开启山林， 在他的关怀和领导下， 我国物候学研究取得丰硕成果。 近20年来， 全球气候变暖引起学术界 的高度关注，物候学在这一领域将起到更大的作用。三、近年物候学研究的新进展近年来，物候学快速发展，理论愈加精深，应用领域不断拓宽，这些都值得引起我们高 度关注。 加之学科交叉深入， 物候学正逐渐向纵深发展。 物候学研究与前沿科学问题结合密 切， 研究对象越来越细致， 一些特殊物候现象引起普遍重视， 在数据获取和传输方式方法上 都有革命性进步。1.物候学在全球变暖研究中发挥了巨大作用作为一种综合性响应指标， 植物物候能敏感地指示气候变化

26、， 在全球变化中也受到很大 重视。 M. D. Schwartz （ 2003）在其新作物候学：一门综合的环境科学中指出，“物候 学是研究受环境要素影响、 特别是受气温等气象和气候条件变化影响的动植物的周期性变化 等生物学现象的学科”， 是一门综合反映环境变化的科学。 近年来物候学重新受到学术界重 视的一个重要原因是因为物候变化是全球气候变化的一项独立证据（ Barr et al., 2009 ）。大量的观测事实与分析表明， 最近几十年以来， 中高纬度地区春季物候大多都出现了不 同程度的提前，它们很好地指示出了全球增暖的趋势及其区域差异（ Parmesen and Yohe,2003）。 Wa

27、lther 等人（ 20032002）研究表明，近 30年来的气候变暖对植物物候、植物沿纬 向和垂直方向的分布变化以及植物之间相互作用过程等都有明显影响， 这种影响体现了自然生态系统对气候变化的响应和适应方式。 Root 等人（ 2003）对 143项同类研究的荟萃分析也 表明， 植物物候变化与近期的气候变暖密切相关， 他们认为在全球变化、 特别是气候变化研究和未来气候预测领域， 自然物候记录分析将发挥越来越大的作用， 动植物物候是全球变化 的“诊断指纹”（ fingerprints ）。 Cleland 等将野外观测与遥感数据结合研究，认为全球 变化已经对物种到生态系统层次的生命系统产生巨大

28、影响； 他们认为这些“证据都是非常强 有力的”（ the most compelling evidence ）（ Cleland et al., 20082007 ）。在 IPCC 第四次评估报告第二工作组报告（ IPCC AR4）的“自然和管理系统所观察到的变化和响应评估” 部分， 作者们全面引用了欧盟科学技术合作计划 （COST725）物候项目研究结论 （Rosenzweig et al., 2007） 。他们基于 542个植物物种和 19个动物物种共计 125000个观测序列，采用“荟 萃”分析方法研究了 1971-2000 年气候变化导致的物候期变化。 结果表明， 78样本的展叶、 开

29、花和果实成熟有显著提前趋势， 但秋季叶变色和落叶有推后趋势。 物候对前月温度变化具 有敏感响应，增温 1将导致春、夏季物候期大约提前 2.5 天。北美也有类似工作受到重视。这清楚地说明了全球变暖对植物物候和陆地生态系统的影响。 物候是研究全球变化的重要途 径。2.物候学是全球生态学和陆地生态系统碳循环研究的新线索理论上说， 全球变化引起生态因子变化， 特别引起主导气候要素的变化， 结果影响到陆 地生态系统的结构和功能。 在该过程中， 生态因子变化往往首先改变植被系统植物物候期的 出现时间和物候期长度，进而影响到生态系统的物质循环和能量流动（ Barr et al., 2004, 2009）。因此，物候与生态系统碳循环之间的关系是最近几年生态学和全球变化