基于APSIM模型播期对未来气候变化情景下旱地春小麦产量和生育期影响的模拟分析

为明确未来气候变化与播期调控对旱地春小麦（Triticum aestivum L.）产量的互作效应,以陇中黄土丘陵沟壑区为研究区域,首先利用甘肃农业大学试验区2016-2018年不同播期下的春小麦产量和生育日期对APSIM-Wheat模型进行适用性验证,然后基于RegCM4.6模型和HadGEM2-ES预测两个典型气候情景RCP4.5和RCP8.5下西北地区未来2020-2060年的气候变化,最后通过验证后的APSIM-Wheat模型结合未来气象数据,模拟RCP4.5和RCP8.5情景下不同播期（早播、正常播、晚播）对试验区2007-2019（基准期）、2020-2060年（未来分析期）春小麦生育期、产量和生物量的影响。结果表明,APSIM-Wheat模型能够较精确地模拟试验区小麦产量和生育日期。在RCP4.5和RCP8.5情景下,2020-2060年年均日最高温度较基准期分别升高0.8和0.9 ℃,年均日最低温度分别升高0.9 和1.1 ℃,降水量分别增加31.5 和44.2 mm,升高趋势均表现为RCP8.5> RCP4.5;不同气候情景下随着播期的推迟,小麦生育阶段天数较基准期不同程度缩短;两种气候情景下,2020-2060 年早播、正常播和晚播处理的春小麦产量和生物量较基准期均增加,产量增长率表现为早播>正常播>晚播,生物量增长率表现为正常播>早播>晚播;2种气候情景下播期调控对春小麦播种到出苗、出苗到开花阶段的影响均达到极显著水平。     

未来气候变化情景下基于APSIM模型的黄土高原冬小麦适宜种植区域模拟

为探究气候变化对于黄土高原冬小麦适宜种植区域的影响,通过APSIM作物模型与降尺度气象数据集的耦合,模拟了RCP 4.5和RCP 8.5情景下2020-2060、2061-2100年间黄土高原冬小麦的产量及其稳定性,并依据产量及其稳定性分析了黄土高原冬小麦适宜种植范围对于气候变化的响应。结果表明,在RCP 4.5和RCP 8.5情景下,当前黄土高原冬小麦种植范围内产量将显著提高。同时,除RCP 4.5情景的2020-2060年外,其余情景和时间段内黄土高原冬小麦适宜种植范围存在向北扩大趋势,且RCP 8.5情景下种植区域北扩的面积更大。在RCP 4.5情景下,2020-2060年间,小麦适宜种植面积占黄土高原总面积的46.8%,较1981-2010年平均值减少13 095 km~2;2061-2100年间,小麦适宜种植面积占黄土高原总面积的65.2%,较1981-2010年平均值增加101 763 km~2。在RCP 8.5情景下,2020-2060年间,小麦适宜种植面积占黄土高原总面积的56.4%,较1981-2010年平均值增加46 968 km~2;2061-2100年间,小麦适宜种植面积占黄土高原总面积的65.7%,较1981-2010年平均值增加107 671 km~2。     

RCP情景下基于AquaCrop模型的河南省夏玉米减产风险评估

本研究基于AquaCrop模型研究rcp4.5和rcp8.5两种代表性浓度路径情景下河南省不同区域未来气候变化下的夏玉米减产风险的变化特征，准确的评估未来气候变化对作物单产的影响，为最大限度的避免作物减产和制定适应性措施提供理论依据。结果表明，在rcp4.5和rcp8.5情景下，较历史时期2000～2019年相比，河南省各地区最高温度、最低温度和降雨均呈现出显著波动上升趋势，在空间上气温和降雨增加速率呈现出相反的变化特征。基于AquaCrop模型分别模拟rcp4.5和rcp8.5情景下不同区域夏玉米产量损失率，分别为18.3%～42.9%、22.9%～44.8%。产量损失率呈现出明显的空间差异性，其中，豫北-安阳和新乡产量损失率最高，豫南-驻马店产量损失率最低。在rcp4.5和rcp8.5情景下，河南省各区域减产风险指数整体上均呈现出增加的趋势，平均减产风险指数分别为0.353(rcp4.5)和0.368(rcp8.5)，减产风险高值区主要位于河南西北部和中部地区，减产风险低值区主要在河南省南部地区。     

基于适应性调整的豫南地区水稻生产对未来气候变化的响应

选取河南信阳市9个取样点和单季稻早、中、晚熟3个代表性品种开展气候变化影响的评价研究。根据政府间气候变化委员会(IPCC)排放情景特别报告(SRES)中的A2、B2情景并结合区域气候模式(PRECIS),生成信阳市9个取样点基准时段(1961-1990年)和未来时段(2021-2050年)的逐日气象资料。利用ORYZA-V3模型,在考虑未来CO_2的直接增益效应情况下,模拟分析了未来气候变化对水稻生产的影响。在此基础上,模拟分析了未来不同情景下水稻生产可能的适应性调整方案,最后得出研究区域的水稻生产经过适应性调整后的产量、稳产性以及豫南地区水稻总产的变化。结果显示,未来气候变化中,若不进行适应性调整,在不考虑CO_2直接增益效应情况下,信阳地区在A2情景下的模拟产量较基准阶段减产14.1%,B2情景下减产8.6%。通过品种、播期的调整,并同时考虑CO_2的肥效作用,A2和B2情景下将分别增产17.2%和15.7%。适应性调整后豫南地区的总产在A2和B2情景下较基准阶段将分别增产14.8%和13.2%。因此,在未来气候变化的评价研究中,将作物生产的适应性调整考虑在内,不仅更为科学合理,也更为乐观。     

基于农户调查的长江中游地区双季稻生产碳足迹及其构成

目的 长江中游地区是我国双季稻主产区,系统分析双季稻生产碳足迹构成对于该地区农业的固碳减排和发展低碳农业具有重要的意义。方法 基于农业碳足迹理论及生命周期评价法,采用问卷调查方式定量研究长江中游地区双季稻生产碳足迹,分析其构成因素,解析长江中游地区双季稻生产肥料、灌溉投入以及碳足迹与水稻产量的关系。【内容】长江中游地区双季稻单位产量、单位生物量、单位产值碳足迹分别为0.67 kg/kg、0.35 kg/kg和0.27 kg/元,随着产量的增加呈现显著降低的趋势。CH₄排放、柴油、肥料为长江中游地区双季稻生产碳排放主要来源,分别占双季稻生产碳足迹的66.2%、13.1%和10.9%。早稻和晚稻生产分别有22.4%和36.7%的地块氮肥投入过量,28.4%和33.5%的地块灌溉投入过量且产量较低,存在着较大的节能减排潜力。种植规模与碳足迹呈现显著负相关关系。与小规模双季稻种植相比,大规模早稻和晚稻种植单位产量碳足迹分别降低了29.7%和37.2%。这项研究表明,作物生产的碳足迹可能受到农场规模、气候条件以及作物管理实践的影响。结论 因此,适当减少双季稻种植面积并发展水稻节肥节水及免耕技术,构建规模化的低碳种植模式必将成为未来长江流域双季稻生产应对气候变化发展低碳农业的重要举措。     

稻—豆与稻—稻复种模式对作物产量和经济效益的影响

为比较稻豆复种模式较常规双季稻种植模式的优势,于2022年在杭州富阳设置早稻—晚稻、春大豆—晚稻与早稻—秋大豆3种种植模式开展大田试验。结果表明：在相同施肥量与大田管理下,春大豆—晚稻种植模式经济效益最高,较双季稻模式提升63.3%,主要得益于晚稻产量的提高及春大豆的经济效益高于早稻;春大豆—晚稻模式下晚稻干物质量较双季稻模式晚稻增加206.3%;早稻—秋大豆种植模式经济效益较双季稻模式提高51.0%,两种模式下早稻产量无显著差异,但秋大豆的经济效益高于双季晚稻。稻豆复种可保障水稻正常生长发育,并提高作物总产量和经济效益,具有较大推广应用价值。     

机插同步一次性精量施肥对双季稻养分累积及利用率的影响

【目的】为保证水稻施肥的准确性，揭示水稻机插与同步一次性侧深减量施肥的养分利用特征，为机插双季稻的氮(N)肥高效利用提供依据。【方法】在典型双季稻种植区，以测土配方施肥量为依据，结合精量施肥机，2017−2018年研究机插同步一次性精量施肥对双季稻养分吸收和利用的影响。【结果】与常规施肥处理相比，机插同步一次性减N 10%~30%处理早稻N、P、K累积量分别提高7.9%~11.7%、9.4%~25.9%和2.0%~6.5%(2017)，8.2%~15.0%、9.0%~12.1%和14.0%~18.1%(2018)；晚稻分别提高−0.6%~5.7%、9.1%~14.4%和3.7%~19.6%(2017)，6.1%~8.5%、9.4%~19.3%和18.7%~22.2%(2018)；早稻N肥吸收利用率(NRE)、N肥农学利用率(NAE)、N肥偏生产力(NPFP)分别提高38.6%~92.7%、49.9%~103.6%和29.5%~71.7%(2017)，35.4%~71.4%、46.0%~98.4%和20.7%~75.4%(2018)；晚稻分别提高20.8%~43.1%、31.3%~64.2%和18.3%~48.5% (2017)，26.8%~99.1%、60.0%~ 82.9%和26.6%~60.5%(2018)。其中，早晚稻以减N 20%~30%处理效果较好。水稻机插同步一次性精量施肥随着施N量的降低，双季稻NRE先增加后降低，NHI、NAE和NPFP呈上升趋势，而土壤碱解氮含量呈下降趋势。【结论】通过施肥技术和机插模式的集成与优化，能有效减少稻田N肥施入，利于N、P、K吸收积累，同步提高双季稻的产量和N肥利用效率。     

机插同步一次性精量施肥对双季稻养分累积及利用率的影响

【目的】为保证水稻施肥的准确性,揭示水稻机插与同步一次性侧深减量施肥的养分利用特征,为机插双季稻的氮(N)肥高效利用提供依据。【方法】在典型双季稻种植区,以测土配方施肥量为依据,结合精量施肥机,2017-2018年研究机插同步一次性精量施肥对双季稻养分吸收和利用的影响。【结果】与常规施肥处理相比,机插同步一次性减N10%~30%处理早稻N、P、K累积量分别提高7.9%~11.7%、9.4%~25.9%和2.0%~6.5%(2017),8.2%~15.0%、9.0%~12.1%和14.0%~18.1%(2018);晚稻分别提高-0.6%~5.7%、9.1%~14.4%和3.7%~19.6%(2017),6.1%~8.5%、9.4%~19.3%和18.7%~22.2%(2018);早稻N肥吸收利用率(NRE)、N肥农学利用率(NAE)、N肥偏生产力(NPFP)分别提高38.6%~92.7%、49.9%~103.6%和29.5%~71.7%(2017),35.4%~71.4%、46.0%~98.4%和20.7%~75.4%(2018);晚稻分别提高20.8%~43.1%、31.3%~64.2%和18.3%~48.5%(2017),26.8%~99.1%、60.0%~82.9%和26.6%~60.5%(2018)。其中,早晚稻以减N20%~30%处理效果较好。水稻机插同步一次性精量施肥随着施N量的降低,双季稻NRE先增加后降低,NHI、NAE和NPFP呈上升趋势,而土壤碱解氮含量呈下降趋势。【结论】通过施肥技术和机插模式的集成与优化,能有效减少稻田N肥施入,利于N、P、K吸收积累,同步提高双季稻的产量和N肥利用效率。     

机插同步一次性精量施肥对双季稻养分累积及利用率的影响

【目的】为保证水稻施肥的准确性,揭示水稻机插与同步一次性侧深减量施肥的养分利用特征,为机插双季稻的氮(N)肥高效利用提供依据。【方法】在典型双季稻种植区,以测土配方施肥量为依据,结合精量施肥机,2017-2018年研究机插同步一次性精量施肥对双季稻养分吸收和利用的影响。【结果】与常规施肥处理相比,机插同步一次性减N10%～30%处理早稻N、P、K累积量分别提高7.9%～11.7%、9.4%～25.9%和2.0%～6.5%(2017),8.2%～15.0%、9.0%～12.1%和14.0%～18.1%(2018);晚稻分别提高-0.6%～5.7%、9.1%～14.4%和3.7%～19.6%(2017),6.1%～8.5%、9.4%～19.3%和18.7%～22.2%(2018);早稻N肥吸收利用率(NRE)、N肥农学利用率(NAE)、N肥偏生产力(NPFP)分别提高38.6%～92.7%、49.9%～103.6%和29.5%～71.7%(2017),35.4%～71.4%、46.0%～98.4%和20.7%～75.4%(2018);晚稻分别提高20.8%～43.1%、31.3%～64.2%和18.3%～48.5%(2017),26.8%～99.1%、60.0%～82.9%和26.6%～60.5%(2018)。其中,早晚稻以减N20%～30%处理效果较好。水稻机插同步一次性精量施肥随着施N量的降低,双季稻NRE先增加后降低,NHI、NAE和NPFP呈上升趋势,而土壤碱解氮含量呈下降趋势。【结论】通过施肥技术和机插模式的集成与优化,能有效减少稻田N肥施入,利于N、P、K吸收积累,同步提高双季稻的产量和N肥利用效率。     

气候及其变率变化对长江中下游稻区水稻生产的影响

 在长江中下游稻区选择19个样点,将每个样点近20年（1979-1998年）的水稻产量资料及同期气象资料分为两组,一组结合当地水稻生态试验或品种区域试验资料用于CERES Rice模型中遗传参数的调试,另一组用于检验该模型在研究区域的适用性。通过对未来气候变率变化(ΔCV)的3种假设并利用WGEN(天气生成器),将每个样点基于3种平衡GCM(大气环流模型)的CO2倍增气候变化情景文件改进为兼顾气候及其变率变化(CC+ΔCV)的9种情景文件。在上述各情景文件下分别运行CERES Rice,并将模拟结果与本底气候 (Baseline)下的模拟值进行比较,再结合蒸散比（β）和产量波动系数等算法,评价了CO2有效倍增时CC+ΔCV对长江中下游稻区水稻生产的影响。结果表明,当CO2有效倍增时,随着ΔCV的增大,不同稻作制度下水稻高温热害将愈演愈烈,早稻和晚稻受低温威胁将显著减轻;水稻生长季内干湿状况较目前无明显差异,但季节性干旱和暴雨的发生频次呈增加之势;研究区域不同稻作制度下的水稻生育期均明显缩短,ΔCV增大对生育期无显著影响;不论是单、双季稻,还是灌溉或雨育水稻都显著减产,其中中游稻区的减产幅度大于下游稻区,单季稻和晚稻的减产幅度大于早稻,UKMO、GISS情景下的减产幅度大于GFDL情景;研究区域不同稻作制度下的水稻进一步减产,且稳产性变差,但良好的灌溉条件可以减缓水稻产量的年际波动。     

Effects of Different Seedling Raising Trays on Plant Type and Grain Yield of Machine-Transplanted Double Cropping Rice

【Objective】The objective is to elucidate the effects of different seedling raising trays on plant type and yield of machine-transplanted double cropping rice.【Method】Field experiments were conducted in Jiangxi in 2019, involving two early and two late rice cultivars and three types of nursery trays [blanket tray(CK), bowl tray(D1) and bowl-blanket tray(D2)]. The changing characteristics of plant morphology and yield components were systematically measured. 【Result】The results indicated that: 1) The seedling quality of different seedling raising trays followed the trend of CK>D1>D2. The whole transplanting quality of seedlings under D2 was the best, as reflected by lower floating rate, injure rate and missed rate of seedling than CK. 2) Under D2 treatment, the seedlings turned green quickly and tillering was accelerated after jointing stage. The average number of tillers at booting stage was D2 > D1 > CK, which effectively increased the tiller number and panicle number and directly promote the yield. In the booting stage of early and late rice, the SPAD value of seedling leaves under D2 treatment was 3.2% higher than that under D1, and 9.2% higher than that under CK treatment, which effectively promoted photosynthesis and provided nutrition guarantee for increasing yield; 3) The yield data showed that D2 treatment had the highest yield in early rice, 13.04% and 1.65% higher than CK and D1, 30% and 19% higher than CK, respectively, and 20% higher than CK on average; The high yield of D2 treatment was due to its high chlorophyll contents in leaves, high effective panicle number, high seed setting rate and 1000-grain weight. 【Conclusion】Compared with the blanket nursing tray and bowl tray, the bowl-blanket tray can raise seedling quality and grain yield, which has a potential to be widely applied for high yield cultivation in double cropping rice production.     

不同育秧盘对机插双季稻株型与产量的影响

【目的】旨在阐明不同育秧盘对机插双季稻株型与产量的影响。【方法】以4个早、晚稻品种为材料,设置毯状盘(CK)、钵体盘(D1)和钵体毯状盘(D2)3种育秧盘试验,系统测定了不同育秧盘处理下早、晚稻植株形态特征与产量结构。【结果】1）不同秧盘处理秧苗素质表现为CK>D1>D2;机插时,D2处理下秧苗整体机插质量最优,表现在漂秧率、伤秧率和漏插率D2均优于CK,提高了栽插质量;2）D2处理下秧苗返青快,拔节期后分蘖快,孕穗期分蘖数D2>D1>CK,有效促进了茎蘖成穗,直接影响产量;从SPAD值看,早晚稻孕穗期时,D2处理下秧苗叶片SPAD值比D1处理平均高出3.2%,比CK处理平均高出9.2%,可有效促进光合作用,为增产提供了营养保障;3）产量数据显示,早晚稻均以D2处理产量最高,早稻分别比CK和D1增产13.04%和1.65%,晚稻分别增产30%和19%,平均比对照(CK)育秧机插增产20%;具体表现在D2处理叶片叶绿素含量高,有效穗数多,结实率和千粒重指标好。【结论】与毯状盘和钵体盘相比,钵体毯状盘可提高秧苗素质和产量,在江西双季稻生产中具有推广应用价值。     

双季优质稻产量和品质形成对开放式主动增温的响应

目的 水稻是我国最重要的口粮作物。明确气候变暖对双季优质稻产量和稻米品质的影响对我国粮食安全至关重要。方法 采用稻田开放式远红外主动增温系统,早稻以金早47(常规籼稻)、两优287(杂交籼稻),晚稻以象牙香珍(常规籼稻)、万象优华占(杂交籼稻)和甬优5550(杂交粳稻)为材料,设置全生育期增温和全生育期不增温2个处理,分别测定双季优质稻的产量、产量构成和稻米品质。结果 与不增温相比,全生育期増温(1.3℃ ~1.6℃)对早晚籼稻产量影响不显著,但晚粳稻产量显著下降,降幅为10.2%,主要是因为其每穗粒数下降。全生育期增温降低了早晚稻株高;早稻生育期缩短了3~4 d,而晚稻生育期无明显变化。全生育期增温下,双季优质稻米垩白粒率和垩白度显著增加,早稻两优287出糙率和整精米率及晚粳甬优5550整精米率显著提高;同时,晚稻蛋白质含量提高,但晚粳直链淀粉含量降低,而早稻蛋白质和直链淀粉含量无明显变化;此外,稻米RVA谱特征值因季别和品种而异。结论 全生育期增温对优质晚粳稻产量影响大于籼稻,不利于外观品质的保优,但有利于改善优质稻米加工品质,对晚稻营养品质和食味品质的影响也大于早稻。     

我国优质杂交稻主要品种推广情况与展望

【目的】最近十余年,是我国杂交稻优质化从修订审定指标引导到全面推进的重要时期,回顾这一时期我国优质杂交稻的选育与推广进程,对于完善和指导未来的水稻育种具有重要的意义。【方法】试验材料与数据来自2009－2020年我国杂交水稻主要品种的推广面积统计汇总、品种审定试验结果及品种系谱资料。分析了各主要稻区优质杂交稻品种的推广应用总体情况,梳理了主要优质杂交稻品种利用的不育系、恢复系及各系列品种推广面积,还回顾了各稻区主栽品种更替历程。【结果】这一时期,我国优质杂交稻品种推广面积持续快速增长,各主要稻区品种优质率显著提升,但高档优质稻品种仍然缺乏。优质杂交稻品种的亲本来源比较单一,集中于15个骨干不育系和9个恢复系。此外,分析结果还显示我国各主要稻区主栽优质杂交稻品种总体上进行了1~2次大规模更替。【结论】过去12年来,得益于水稻科研育种技术创新驱动,我国杂交稻优质化育种进程明显加快,各稻区优质杂交水稻品种不断涌现,推广面积快速增加,生产主推优质品种比重显著提升。     

秸秆还田下大气CO2浓度升高对水稻生长和CH4排放的影响

【目的】明确秸秆还田下大气CO₂浓度升高对水稻生长和稻田CH₄排放的影响,为气候变化下温室气体排放评估和丰产低碳的稻作技术创新提供理论参考和科学依据。【方法】利用开顶式气室(Open top chamber, OTC)进行田间试验,设置两个CO₂浓度处理,分别为正常大气CO₂浓度处理(简称aCO₂,CO₂浓度约为0.04%)和大气CO₂浓度升高处理(简称eCO₂,CO₂浓度约为0.055%),每个处理的田块混入等量的前茬小麦秸秆,探明秸秆还田下大气CO₂浓度升高对水稻产量等生长特性、稻田CH₄排放及微生物丰度的影响,揭示秸秆还田下大气CO₂浓度升高对CH₄排放的影响机制。【结果】大气CO₂浓度升高显著促进水稻的生长,使剑叶叶面积增加25.0%,地上生物量增加22.0%,产量提高29.0%。大气CO₂浓度升高显著增加了穗数、结实率和千粒重,但对穗粒数影响不显著。秸秆还田下,大气CO₂浓度升高有降低稻田CH₄排放的趋势,使单位产量CH₄排放量降低了39.4%。大气CO₂浓度升高使土壤甲烷氧化关键基因pmoA的拷贝数增加了20.0%,但对甲烷产生关键基因mcrA的拷贝数影响较小。【结论】秸秆还田条件下,未来大气CO₂浓度升高不仅提高了水稻产量,而且有利于减少稻田温室气体CH₄的排放。