全球气候变暖对中国种植制度可能影响Ⅳ.未来气候变暖对东北三省春玉米种植北界的可能影响

【目的】在全球气候变化背景下,中国气温明显升高已成为共识,这一变化对中国农业生产尤其是对种植制度及作物布局的影响越来越受到农业生产管理部门和专家学者的重视。【方法】本文结合SRES的两种排放情景A2(强调经济发展)和B1(强调可持续发展)预估的未来气候数据,采用经验频率法计算不同保证率下的积温,探讨了未来气候情景下东北三省春玉米不同熟型品种种植北界的变化趋势,同时探讨了未来气候情景下研究区域内春玉米缺水率的变化趋势。【结果】未来气候情景下,在不考虑CO2浓度升高对作物生长发育影响的前提下,东北三省春玉米不同熟型品种种植北界不同程度向北移动,在界限敏感区域内中晚熟品种替代早熟品种,使得玉米生育期延长,干物质积累增加,可以提高东北三省春玉米产量。然而在未来21世纪中期,春玉米缺水率亦呈现增加的趋势,为种植界限北移带来一定的风险。【结论】在未来气候条件下,春玉米不同熟型品种种植北界北移需综合考虑热量和水分的影响,适区种植以减少由于干旱造成的春玉米减产。     

全球气候变暖对中国种植制度的可能影响XIV.东北大豆高产稳产区及农业气象灾害分析

【目的】大豆是主要的粮油兼用作物,东北三省是我国大豆主产区,研究气候变化背景下东北三省大豆气候生产潜力高产稳产性区域分布及其变化特征,明确不同区域限制大豆高产稳产性的主要农业气象灾害,可为东北三省大豆合理布局、防灾避灾以及高产稳产提供科学参考。【方法】以1981年为时间节点,将研究时段划分为1961—1980年（时段Ⅰ）和1981—2019年（时段Ⅱ）两个时段,利用调参验证后的DSSAT-CROPGRO-Soybean模型模拟研究区域大豆潜在种植区各站点气候生产潜力,明确气候变化背景下大豆气候生产潜力高产稳产性区域分布及其变化特征;结合大豆冷害和干旱指标,明确不同高产稳产性区域冷害和干旱的时空分布特征;结合统计方法,明确限制大豆高产性和稳产性的主要农业气象灾害因子。【结果】（1）与1961—1980年（时段Ⅰ）相比,1981—2019年（时段Ⅱ）大豆潜在种植区增加2.81×10⁶ hm²,占研究区域总土地面积的3.57%;（2）与时段Ⅰ相比,时段Ⅱ稳产区面积占比减少,其中高产稳产区面积占潜在种植区内总土地面积的比例由17.67%减少到17.11%,高产不稳产区占比由13.54%增加到15.13%,低产稳产区占比由34.98%增加到38.17%,低产不稳产区占比由18.58%减小到18.49%;（3）研究时段内,大豆生长季冷害发生频次总体呈现先上升后下降趋势,高产稳产和高产不稳产区冷害特别是严重冷害发生频次高于低产稳产区以及低产不稳产区;大豆生长季轻旱和中旱发生频次增加,重旱发生频次减小;（4）大豆产量变化与冷害发生频次呈负相关关系,产量变异性的变化与冷害和干旱发生频次均呈正相关关系。【结论】气候变暖背景下,东北三省大豆潜在种植区呈北移西扩趋势,可种植面积增加;大豆高产不稳产和低产稳产面积增加,高产稳产区和低产不稳产区面积减少;不同高产稳产性区域内主要农业气象灾害不同,低产区较高产区总体低温冷害发生频次高,不稳产区较稳产区干旱发生频次高。但在高产稳产性变化区域,冷害发生频次下降,干旱发生频次上升。总体而言冷害是大豆高产性的主要限制因子,冷害和干旱是大豆产量不稳定的主要限制因子。     

近20年东北气候变暖对春玉米生长发育及产量的影响

【目的】探求东北三省近20 年气候变暖对春玉米生长发育进程及产量的影响,为东北地区气候变暖下粮食安全问题提供理论依据。【方法】选取东北黑龙江、吉林和辽宁省三省进行区域研究,利用东北地区近20 年气候观察数据和春玉米长期观测数据,通过相关和回归等数理统计方法系统分析东北三省春玉米生长季的气候因子（温度和降水量）与春玉米生育进程数据和历史产量数据之间的关系。【结果】东北地区1989-2009 年春玉米生长季日最高温度、最低温度以及平均温度均呈明显上升趋势,气候倾向率每年分别为0.050、0.045和0.044℃,表现为春玉米生育期间白天增温幅度较夜间增温幅度大,降水量变化不显著。近20 年黑龙江省各试验站平均播种日期变化趋势是每年提前0.10 d,而吉林省、辽宁省各试验站每年分别推迟0.18和0.21 d。黑龙江省、吉林省以及辽宁省各试验站春玉米平均成熟日期变化趋势分别每年推迟0.39、0.35和0.55 d,平均生育期天数变化趋势分别每年增加0.49、0.17和0.34 d,成熟日期推迟的幅度大于播种日期的推迟幅度导致三省试验站春玉米生育天数增加。对1991-2006 年东北地区审定品种生育期数据与气候数据关系进行相关性分析表明,黑龙江省最高温度（Tmax）上升会延长审定品种生育期,而吉林和辽宁省春玉米的审定品种生育期与平均温度（Tavg）、最高温度（Tmax）和最低温度（Tmin）均呈现为正相关。采用T检验法分析春玉米审定品种生育期和试验站春玉米生育期关系表明,黑龙江和辽宁省的审定品种和试验站春玉米生育天数呈一致的增加趋势,且无显著性差异。采用线性偏回归测验法分析品种和气候因子对春玉米生育期影响重要性的结果表明,品种生育期的延长是导致春玉米生育期不断延长的主要原因。三省春玉米近20 年平均产量表现为增加趋势,其趋势由小到大的次序是辽宁省、吉林省以及黑龙江省,越往北其产量增加趋势越大,产量增加越明显。东北各省地级市1989-2009年面板数据分析表明,东北地区平均温度（Tavg）、最高温度（Tmax）和最低温度（Tmin）的变化均会影响春玉米的产量。温度上升,东北部产量增加明显,尤其是黑龙江省东部的三江平原地区,而东北地区西南部减产。【结论】受气候变暖的影响,东北春玉米品种对气候变暖是逐步适应,可以利用其适应潜力,通过春玉米品种改良和调整播期等措施来适应气候变暖,从而提高春玉米产量。     

基于品种生育期有效积温确定夏玉米适宜播期

【目的】在当前气候变化和夏玉米品种更替的背景下,如何调整品种和播种期以适应当地有效积温的变化对夏玉米的生产具有重要的意义。本研究通过分析不同熟期夏玉米品种产量形成对播期的响应,以期为当地适宜播期和品种的选择提供理论依据。【方法】2017—2019年,共选用3个中早熟夏玉米品种登海518（DH518）、京农科728（JNK728）、登海618（DH618）,3个中晚熟品种郑单958（ZD958）、登海605（DH605）、先玉335（XY335）作为试验材料,并设置6月5日（E）、6月15日（N）、6月25日（L）3个播期,探讨播期对不同熟期夏玉米授粉结实和产量形成等的影响。【结果】播期推迟至6月25日,各品种千粒重增加,单位面积穗数、穗粒数显著降低,产量下降。与6月25日播种中晚熟品种相比,6月5日播种,产量和有效积温生产效率分别增加28.81%和16.24%;与6月25日播种中早熟品种相比,6月15日播种,产量和有效积温生产效率分别增加18.92%和14.66%。随播期推迟,不同品种全生育期有效积温降低1.21%—10.62%,中晚熟品种的降幅大于中早熟品种;中早熟品种总结实率降低6.25%—19.94%,中晚熟品种总结实率降低8.11%—27.32%,中晚熟品种的降幅大于中早熟品种;不同品种空秆率增高1.42%—14.72%,与品种熟期无关;中早熟品种收获指数先升高后降低,变幅在15.91%—20.23%,中晚熟品种收获指数降幅在2.36%—27.69%。不同品种产量与有效积温呈正相关,且吐丝期—成熟期有效积温与产量的关系更密切;有效积温、收获指数、总结实率、全生育期天数4个因素中,中早熟品种的产量与收获指数、总结实率的关系更密切,而中晚熟品种的产量与有效积温、收获指数的相关性更强;中早熟品种的有效积温与全生育期天数的相关性强于其与总结实率、收获指数和产量的相关性,而中晚熟品种的有效积温与产量的相关性强于其与收获指数、总结实率和全生育期天数的相关性。【结论】中早熟品种产量受有效积温限制较小,1 700℃·d左右的全生育期有效积温更有利于保证其较高的结实率和收获指数,进而获得高产;中晚熟品种产量受有效积温限制较大,1 800℃·d以上的有效积温更有利于其产量的增加。在当地气候条件下,6月5日左右播种中晚熟品种、6月15日左右播种中早熟品种,有利于获得较高产量且提高有效积温生产效率。     

不同熟期夏玉米品种生长发育特性与产量形成的关系

【目的】研究不同熟期夏玉米品种生长发育特性与产量形成的关系,以期为早熟、高产、适应机械粒收的玉米新品种的筛选提供理论依据。【方法】2017年以早熟玉米品种登海518（DH518）、衡早8号（HZ8）和中晚熟玉米品种登海605（DH605）、郑单958（ZD958）为试验材料,2018年以早熟玉米品种登海518（DH518）、京农科728（JNK728）和中晚熟玉米品种登海605（DH605）、郑单958（ZD958）为试验材料,种植密度为75 000株/hm²,研究玉米生长发育过程中的叶片建成规律、穗部发育特性以及各生育阶段对光温需求的差异。【结果】不同熟期夏玉米品种各生育阶段的光温需求大小表现为吐丝期（R1）—生理成熟期（R6）>出苗期（VE）—吐丝期（R1）>播种期（sowing）—出苗期（VE）。不同品种花后对积温的需求高于花前,中晚熟和早熟夏玉米品种对积温需求的差异主要在拔节期—吐丝期,具体表现为第9—16片叶建成期;花后对积温的需求品种间差异不显著。相关性分析表明,不同熟期夏玉米品种的产量与穗位高、穗高系数呈极显著正相关关系。不同熟期夏玉米品种的雄穗发育特性不同,晚熟品种的雄穗长度显著低于早熟品种,但晚熟品种的雄穗分枝数、雄穗总小花数、小花败育率、有效小花数显著高于早熟品种;而雌穗分化到籽粒形成受品种基因型影响较大。【结论】不同熟期夏玉米品种生长发育特性具有较大差异,在75 000株/hm²条件下,中晚熟品种的产量显著高于早熟品种;植株总叶片数较少,拔节期—吐丝期所需时间短,后期脱水速率快是早熟宜机收玉米品种的典型特征。     

西北干旱灌区不同地膜覆盖利用方式对玉米水分利用的影响

【目的】资源型缺水严重制约干旱灌区的农业生产,传统玉米生产模式地膜投入量大。在极端高温和生态环境污染的挑战日益加剧的情境下,探讨通过免耕地膜重复利用维持较高水分利用的可行性,以期为构建试区地膜减量玉米高效生产技术提供理论支撑。【方法】2017—2018年,在甘肃河西绿洲灌区,设置免耕地膜重复利用（免耕覆膜,NM）、秋免耕春覆膜（少耕覆膜,RM）与传统耕作每年覆盖新膜（传统覆膜,对照,CM）3种地膜覆盖利用方式,研究其对玉米田土壤水分利用的影响,以期为优化试区玉米高产高效栽培管理技术提供理论依据。【结果】NM与RM处理较CM处理提高玉米播种时0—120 cm土层平均土壤重量含水量,分别为7.8%与5.1%,这为玉米播种创造良好的土壤水分环境。玉米播种—拔节期及吐丝—灌浆初期,NM处理较CM处理提高0—120 cm土层平均土壤重量含水量,分别为5.0%与4.7%,弥补了灌浆期玉米植株旺盛生长对土壤水分的大量需求。与CM处理相比,NM处理增加了玉米播种—大喇叭口期的耗水量,降低了玉米吐丝—灌浆初期的耗水量,增大了玉米灌浆初期—收获期的耗水量,有效协调玉米各生育阶段的水分需求关系。虽然NM处理较RM与CM处理提高了玉米吐丝期之前的棵间蒸发量,分别为11.7%与26.0%,提高棵间蒸发量占耗水量的比例（E/ET）,分别为13.4%与19.9%,但是NM处理较RM与CM处理降低了玉米吐丝期之后的棵间蒸发量,分别为9.2%与19.4%,降低E/ET,分别为9.7%与20.7%,说明NM处理有利于增强玉米吐丝期之后土壤水分的有效利用。因而,在地膜减投与免耕措施下,NM处理获得与RM及CM处理相当的籽粒产量与水分利用效率。【结论】在西北干旱灌区,应用免耕地膜重复利用并没有导致玉米产量和水分利用效率的降低,具有稳定产量及水分利用效率的作用,是玉米生产中地膜减投的可行措施。     

全球气候变化对中国种植制度可能影响分析Ⅲ.中国北方地区气候资源变化特征及其对种植制度界限的可能影响

【目的】在全球气候变化背景下,分析中国北方地区的热量和降水资源变化特征,以及北方地区农业气候资源和种植制度界限变动情况。【方法】基于中国北方地区14个省(市、自治区)308个气象台站地面观测资料,综合分析热量和降水资源的年际和空间变化趋势。结合中国种植制度气候区划指标,分析从1950s—1980年和1981—2007年种植北界的空间位移情况。在种植制度北界变化敏感地带选择典型站点,运用作物生产潜力逐级订正法计算由一年一熟春玉米、春小麦及冬小麦种植模式改变为一年两熟冬小麦-夏玉米种植模式导致的作物生产潜力变化。【结果】(1)中国北方地区气温普遍升高,≥0℃积温带北移西扩,温度上升的累积效应十分明显,≥0℃积温为每10年升高65.5℃。年降水量呈带状分布,由东南向西北减少,全区年降水量呈减小的趋势,年降水量每10年变化-90—23mm,平均为每10年减少10.6mm。(2)在热量和降水共同影响下,北部中高原半干旱凉温作物一熟区(Ⅱ)面积减少,东北西北低高原半干旱温凉作物一熟区(Ⅲ)在东北地区面积增加,而在西北和华北地区面积减少,东北平原丘陵半湿润温凉作物一熟区(Ⅳ)面积增加,黄淮海水浇地二熟旱地二熟一熟区(Ⅵ)向北移动,总体而言北方地区东北部种植界限空间位移显著,而西南部变化不明显。(3)在种植制度北界变动的敏感地带,作物生产潜力明显改变:在东北平原丘陵半湿润温凉作物一熟区变化为一年二熟区,作物生产潜力增加1979kg.hm-2,相当于单位面积土地周年产量增加15.3%;在东北西北低高原半干旱温凉作物一熟区改变为一年二熟区,作物生产潜力增加7912kg.hm-2,相当于单位面积土地周年产量增加155.2%;在东北西北低高原半干旱温凉作物一熟区春小麦种植改变为春玉米,作物生产潜力增加2873kg.hm-2,相当于单位面积土地周年产量增加51.7%。【结论】全球气候变化背景下,研究区域内≥0℃积温增加,年降水量呈减少的趋势,种植界限敏感区域种植北界明显北移西扩,种植界限变化敏感区域内因种植模式改变带来单位土地面积周年作物产量增加。     

不同配置对辽西玉米‖花生间作系统氮素吸收利用的影响

【目的】通过研究不同配置条件下玉米‖花生间作系统地上部氮含量和吸收量,结合间作系统花生结瘤固氮和土壤有效氮分布,明确不同配置下玉米‖花生间作体系对氮素的吸收利用特征,为玉米‖花生间作氮高效利用模式的区域筛选提供依据。【方法】本试验于2015—2016年在国家农业环境阜新观测实验站进行,设置玉米单作（M）、花生单作（P）、2行玉米4行花生间作（M2P4）和4行玉米4行花生间作（M4P4）模式,玉米单作及每种间作模式下设3种不同玉米种植密度（6、9和12株/m²）,共10个处理,分析不同配置（行比和密度）玉米‖花生间作系统氮素吸收利用特征和优势。【结果】与单作相比,间作玉米和花生植株氮浓度变化并不明显,受作物占地比例影响,间作模式下玉米和花生的产量、氮产量均低于相应单作,且氮产量与间作生物产量表现相一致。玉米‖花生间作可以显著提高系统氮的吸收利用（氮吸收当量比NER>1）,且主要归因于玉米的养分吸收优势（pNER_m为0.63—0.80）。随着玉米行比和密度的增加NER也随之增大,其中M4P4模式（NER 1.06—1.22）的氮吸收要显著高于M2P4模式（NER 1.0—1.06）。在玉米‖花生间作系统中,玉米比花生更有竞争力（A_mp>0）,且竞争吸收氮养分能力也更强（CR_mp>1）,M4P4行比以及玉米增密有助于增强玉米对氮营养的竞争,增加系统氮养分吸收优势（△NU>0）以及间作养分对产量的贡献（C）。与玉米间作可促进花生结瘤固氮,M4P4行比配置下花生根瘤数量、单株根瘤重量和单个瘤重均高于M2P4配置,且以中、低密度处理为优。间作系统中土壤有效氮含量（N_min）表现为花生条带土壤N_min高于玉米条带,且单作花生土壤N_min高于间作花生,而单作玉米土壤N_min低于间作玉米。【结论】玉米‖花生间作可显著提高系统氮的吸收利用,其中玉米对系统氮吸收的贡献较大,适度增加玉米行比和密度有助于增加系统氮素吸收当量比、增强玉米对氮营养的竞争以及间作养分对产量的贡献。综合分析认为,本研究中M4P4-6和M4P4-8为玉米‖花生间作较佳配置,玉米花生种间互作对间作系统干物质量和花生生物固氮的促进,以及玉米在吸收氮养分上的强竞争能力是玉米‖花生间作具有氮素吸收利用优势的重要原因。     

宁夏玉米机械粒收适宜时期研究与预测模型构建

【目的】 在宁夏地区不同播期条件下,对不同脱水类型玉米品种籽粒含水率降至适宜机械粒收含水率的日期进行预测,为区域品种选择、适宜收获期的确定及低水分粒收技术提供支撑。【方法】 本研究以38个主栽玉米品种为材料,以生理成熟期平均含水率（30.1%）和播种至生理成熟≥0℃的平均积温（3 274℃·d）为指标,采用双向平均法将38个品种分为晚熟脱水慢（Ⅰ类）、早熟脱水慢（Ⅱ类）、早熟脱水快（Ⅲ类）和晚熟脱水快（Ⅳ类）4种类型,结合宁夏生产实际,在每类型品种中选择出生理成熟期籽粒含水率和积温需求居中的品种作为各类型的代表品种;采用Logistic Power非线性增长模型构建玉米品种脱水方程,结合近10年（2008—2017年）气象数据,分始播期、盛播期和终播期对各类型品种与区域热量资源进行定量匹配。【结果】 适期早播可以争取162—230℃·d的积温。Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ类品种由播种至籽粒水分降至25%所需积温分别为3 615、3 291、3 138和3 427℃·d,在宁夏北部和中部区域所有类型品种均可满足含水率降至25%的要求,在南部山区,Ⅲ类品种在始播期和盛播期播种也能基本满足。4类品种籽粒水分降至16%所需积温依次为4 321、3 816、3 633和4 024℃·d,其中,早熟脱水快的Ⅲ类品种,在宁夏北部区域于始播期—终播期播种含水率均可降低至16%;在中部地区始播期和盛播期播种积温也可得到满足。【结论】 在宁夏地区,通过合理配置区域热量资源和脱水类型不同的品种,采用早播种植技术,可以实现高质量的玉米机械粒收,其中,在宁夏北部与中部区域选择早熟、脱水快（Ⅲ类）的品种,可以较好地实现低水分收获,将区域热量资源转变为现实生产力。     

体外法优化玉米—杂粕型饲粮的非淀粉多糖酶谱及其对育肥猪肠道微生物的影响

【目的】利用体外模拟法优化玉米—杂粕型饲粮的非淀粉多糖（NSP）酶谱,并分析优化的非淀粉多糖酶谱对饲粮养分消化率和育肥猪肠道微生物组成和结构的影响,为饲粮高效利用和精准饲养提供数据支撑和理论参考。【方法】试验一在育肥猪玉米—杂粕型饲粮中分别添加不同水平的木聚糖酶、β-葡聚糖酶、纤维素酶、α-半乳糖苷酶、β-甘露聚糖酶和果胶酶6种NSP酶,采用胃—小肠体外模拟法测定体外回肠干物质消化率（IVIDMD）;取IVIDMD达到最大值时各NSP酶的添加水平为该NSP酶0编码水平,按照六元二次回归正交旋转组合设计,进行体外消化试验,建立IVIDMD与NSP酶添加量的六元二次回归方程,筛选出玉米—杂粕型饲粮最优NSP酶谱（OEC）;利用胃—小肠—大肠体外模拟消化法分析测定添加OEC前后饲粮的体外干物质消化率（IVDMD）、体外能量消化率（IVGED）和体外消化能（IVDE）,以验证OEC的效果。试验二按照单因素完全随机设计,选用16头健康、体重相近去势公猪（117.8 ± 1.66 kg）,随机分为2个处理组,每个处理8头猪,对照组饲喂玉米—杂粕型基础饲粮,加酶组在基础饲粮中添加OEC;在试验开展第18天采用直肠擦拭法采集猪新鲜粪便,利用16S rRNA基因高通量测序对粪便微生物菌群的多样性及相对丰度进行分析,并进行功能预测。【结果】（1）在本试验条件下,玉米—杂粕型饲粮OEC为：纤维素酶1 003 U·kg^-1、木聚糖酶18 076 U·kg^-1、β-葡聚糖酶1 377 U·kg^-1、β-甘露聚糖酶14 765 U·kg^-1、α-半乳糖苷酶337 U·kg^-1和果胶酶138 U·kg^-1;（2）在玉米—杂粕型饲粮中添加OEC使IVDMD由73.44%显著提高到76.26%（P<0.01）,IVGED由74.03%显著提高到76.45%（P = 0.01）,IVDE由14.97 MJ·kg^-1显著提高到15.58 MJ·kg^-1（P<0.01）;（3）在门水平上,共筛选出了12个相对丰度大于0.1%的菌门,其中Bacteroidota（拟杆菌门）、Firmicutes（厚壁菌门）和Spirochaetota（螺旋体门）为优势菌门,三者之和在组内占比达96%以上;（4）在属水平上,饲粮中添加OEC显著增加norank_f_F082,norank_f_Bacteroidales_RF16_group,Bacteroides（拟杆菌属）和Roseburia（氏菌属）的相对丰度（P<0.05）,Eubacterium_ruminantium_group（P = 0.083）有增加的趋势,而Oscillibacter（颤杆菌克）的相对丰度显著降低（P<0.05）,Clostridium_sensu_stricto_1和norank_f__norank_o__WCHB1-41（P = 0.083）有降低的趋势（P = 0.052）。【结论】饲粮中添加体外法优化的NSP酶谱,显著提高了育肥猪玉米—杂粕型饲粮干物质和能量的体外消化率以及体外消化能,增加了纤维分解菌和产丁酸菌等有益菌在育肥猪肠道微生物中的占比,在一定程度上减少了有害菌的数量,优化了肠道微生态。     

2011—2050年RCP4.5新情景下东北春玉米种植布局及生产评估

【目的】研究东北地区春玉米适种区域及其生育期、产量对气候变化的响应。【方法】基于气候模式RegCM4输出的未来RCP4.5新气候情景逐日资料,采用经验频率法预测80%保证率下2011—2050年中国东北地区早、中、晚熟型春玉米种植区域时空变化,同时结合作物模型DSSAT4.5对黑龙江省晚熟品种的生育期、产量变化特征及该省因气候变化而新增的晚熟品种可能种植区内晚熟玉米的适种性进行模拟评估。【结果】RCP4.5情景下,2011—2050年东北三省≥10℃的积温呈增加趋势,早、中、晚熟型玉米品种种植界限均有不同程度的北扩或东移,可能种植范围扩大。黑龙江省2011—2050年间晚熟玉米新增可能种植区域内适宜种植晚熟品种;气候变化对原有种植区内晚熟品种生殖生长期的影响程度大于对营养生长期的影响,全生育期天数平均缩短2—11 d;产量变化存在明显空间差异,不考虑CO2肥效作用和考虑CO2肥效作用两种方案下的产量变化范围均介于±20%以内,但考虑CO2肥效作用时的产量较高。【结论】因气候条件变化而新增的春玉米种植区域的适种性需要综合考虑多方面因素来评估。未来40a玉米全生育期天数变化主要源于生殖生长期缩短,大气中CO2浓度增加带来的肥效作用可抵消一部分因温度升高产生的对玉米产量形成的不利影响。     

2002-2009年东北早熟春玉米生育期及产量变化

[目的]分析气候变暖背景下中国东北春玉米生育期及产量的变化趋势,为品种栽培和育种目标方向提供科学依据.[方法]利用2002-2009年国家东北早熟春玉米品种区域试验中对照品种生育期、产量和气候资料等相关数据,分析气候变暖对东北早熟春玉米生产及育种的影响.[结果]对照品种的生育期、营养生长期、花粒期与相应期间的活动积温呈较强的正相关,随着活动积温的增加,生育期和花粒期均有延长的趋势.对照品种产量和年平均气温呈显著正相关(r=0.647*,Sig.=0.041,o=0.05).随着年平均气温的增加,对照品种产量有进一步提高的趋势.同时,随着生产水平、栽培方式等因素的变化,东北玉米种植密度呈增加趋势.[结论]气候变暖显著影响中国东北早熟春玉米的生育期、产量、生产栽培和育种.选育总生育期长、营养生长期短但生殖生长期长,耐密植的高产品种是东北春玉米适应气候变暖的育种方向.     

基于品种熟期和籽粒脱水特性的机收粒玉米适宜播期与收获期分析

【目的】规模化生产条件下,需要兼顾产量和效率的协同提高。通过合理配置不同熟期品种及播期,能够延长播种和收获的机械作业时间,提高机械利用效率和玉米生产效率。【方法】本研究于2015—2017年,选用KWS9384、新玉77和M751 3种不同熟期的主栽玉米品种,观测籽粒含水率变化动态,建立基于授粉后积温(≥0℃)的籽粒含水率预测模型,结合当地气象数据,分析不同品种的播种与收获时期。【结果】结果表明,不同熟期品种的产量和适播期不同。早熟品种KWS9384适宜播期和收获期更长,但产量较晚熟品种低;晚熟品种新玉77和M751产量高,但满足生理成熟及脱水至适宜机械粒收含水率的时间更长。通过早熟品种和晚熟品种的搭配,可以有效延长玉米播种及机械粒收的作业时间;早播晚熟品种、晚播早熟品种的配置方案,能够较好地协调产量和籽粒脱水的关系。【结论】通过分析不同品种适宜播种期及其相应的适宜收获期,提出了高产高效协同生产目标下的品种和播期配置原则,实现特定生态和生产条件下机具利用效率和效益的最大化,为相关技术需求的研究和应用提供思路。     

1961-2010年中国主要麦区冬春气象干旱趋势及其可能影响

【目的】近年来,连续发生的冬春连旱事件已经严重威胁到冬小麦的安全生产和粮食增产,本研究以中国主要麦区为研究对象,分析1961-2010年中国北方主要麦区冬春季降水、无降水日数和极端干旱频率的变化趋势及其对当地冬小麦生产的可能影响,揭示冬春干旱在当前气候背景下的演变趋势,为科学应对冬春干旱提供依据。【方法】采用线性倾向估计与Robust F线性显著性检验分析1961-2010年中国北方各站点冬春季降水、冬春季无降雨日数的线性倾向与显著性,揭示冬季、春季和冬春季的降水和无降雨日数的年代际变化趋势;根据气象干旱等级的国家标准GB/T 20481-2006将干旱5个等级中的重旱和特旱定义为极端干旱,基于降水距平的滑动平均,计算1961-2010年各年冬春季极端干旱频次的线性倾向,分析极端干旱发生频次的年际变化趋势和干旱风险剧增区降水的时间变化,揭示干旱时间动态趋势。【结果】(1)1961-2010年,华北为中心的冬麦区冬春气象干旱呈加剧趋势,其中心区域山西、河北和山东西北部冬春两季极端干旱的频次呈现增加趋势,陕西东部和湖北西北部春极端干旱的频次也呈增加趋势;(2)1961-2010年华北冬麦区的冬季降水呈减少趋势,且无降水日数呈增加趋势,即冬季气象干旱呈加剧趋势,其他区域的冬季降水呈增加趋势,无降水日数呈减少趋势;(3)1961-2010年华北冬麦区、黄淮冬麦区中南部和西北春麦区南部的春季降水均呈减少趋势,且无降水日数呈增加趋势,其他区域春季降水呈增加趋势,无降水日数呈显著减少趋势;(4)从重点区域降水的时间动态看,近20来华北地区的冬季和春季降水呈急剧下降趋势,无降水日数呈显著增加趋势,冬春气象干旱风险呈剧增趋势;近50年来黄淮冬麦区和长江中下游冬麦区的冬季降水呈增加趋势,而春季降水呈下降趋势,无降水日数呈增加趋势,长江中下游麦区20世纪70年代中期以后春季降水呈持续下降趋势。【结论】华北地区冬春季降水呈急剧下降趋势,无降水日数呈增加趋势,华北冬小麦冬、春干旱势必由于地下水位的持续下降和抗旱成本的增加而导致干旱风险加大;黄淮冬麦区南部和长江中下游冬麦区的春季降水尽管也呈下降趋势,由于该区域春季平均降水量对小麦来说以偏多为主,降水减少还不会影响到小麦生长,该区域降水的减少可能对冬小麦生长有利;气候干旱区东北和内蒙春麦区、西北春麦区西部50年来的冬春季降水呈增加趋势,有利于春小麦生产。     

气候变化背景下东北三省主要作物典型物候期变化趋势分析

 【目的】分析气候变化背景下东北三省主要作物类型（水稻、玉米、春小麦和大豆）典型物候期（出苗期、抽穗期和成熟期）的变化趋势。【方法】应用气候倾向率（θ）确定农业气候资源特征和典型物候期的变化趋势与整体对应关系。【结果】近20年来,东北三省大部分地区≥10℃初日出现了提前趋势,初霜日不断推迟,温度生长期天数持续增加,≥10℃积温总体呈升高趋势。在此背景下,水稻和玉米均出现了出苗期提前（0.04＜θ＜0.55 d•a-1和0.04＜θ＜0.35 d•a-1）、成熟期推后（0.09＜θ＜0.35 d•a-1和0.23 ＜θ＜0.38 d•a-1）、以及生育期延长（0.31＜θ＜1.26 d•a-1和0.11＜θ＜0.57 d•a-1）的趋势;大豆则表现为出苗期提前（0.01＜θ＜0.61 d•a-1）、成熟期提前（0.18＜θ＜0.19 d•a-1）、生育期缩短（0.06＜θ＜0.17 d•a-1）的趋势;而春小麦典型物候期的变化趋势不明显。【结论】东北三省农业气候资源变化使作物生长期内温度适宜程度偏向好转,总体上有利于早种晚收、生育期长的作物品种的推广种植。     

陇中半干旱区不同覆盖种植方式对土壤水热效应和玉米产量的影响

【目的】探讨黄土高原半干旱区不同覆盖种植方式对土壤水热效应及春玉米产量和水分利用效率的影响,为优化陇中旱作农业区春玉米农田土壤水热环境,提高作物产量提供依据。【方法】于2015—2016年在甘肃省榆中县石头沟省级旱作农业示范点开展田间定位试验,设平地全膜覆盖（WM）、平地半膜覆盖（HM）、隔沟覆膜垄播（MRM）、全膜双垄沟播（WRF）、秸秆覆盖（SM）和露地平播（CK）6种种植方式,测定分析春玉米各生育时期土层剖面水热状况、物候特征、不同生长阶段耗水特性和水分利用效率,以及收获后春玉米产量与水分利用效率。【结果】与露地平作（CK）相比,地膜覆盖处理较CK具有增温效应,全生育期土壤平均增温2.42℃,而SM处理表现为降温效应,平均降温0.36℃,且该调节效应主要表现在苗期,随后温度调节效应逐渐减弱;MRM、WRF、HM和SM处理在春玉米整个生育期内保墒效果显著,而WM处理不利于降水收集,仅在春玉米生长前期具有保墒效果,而在中后期随作物耗水增加,土壤含水率低于CK;春玉米在生长中期（拔节至吐丝）耗水最多,生长后期（吐丝至成熟）次之,生长前期（出苗至拔节）耗水最少,其中地膜覆盖耗水量大于秸秆覆盖,全膜覆盖耗水量大于半膜覆盖;地膜覆盖能显著提高春玉米中前期水分利用效率,其中生育前期和中期分别以HM和WRF处理提高幅度最大,2年平均较CK分别提高250.68%和61.30%;地膜覆盖种植方式在增温、促进耗水作用下使春玉米各生育期提前并增加单株干重,最终表现为产量和水分利用效率的提高,其中以WRF和MRM处理增产和提高水分利用效率效果最为显著,产量较CK分别平均增加171.40%和155.05%,水分利用效率分别平均增加142.80%和125.44%。【结论】垄沟集雨种植方式可明显改善黄土高原半干旱地区土壤水热环境,增加玉米物质积累量,其中全膜双垄沟播种植方式的玉米产量和水分利用效率最佳。     

气候变化对黄淮海地区夏玉米-冬小麦种植模式和产量的影响

【目的】全球气候正以变暖为主要特征发生显著变化,探究气候变化对黄淮海地区夏玉米-冬小麦种植制度的影响,为制定合理的应对措施提供理论依据。【方法】通过气象站点观测值的加权平均和一元线性回归分析黄淮海各省市地区1992—2013年来的气候变化特征。利用农业气象站点多年长期观察的夏玉米-冬小麦物候数据,通过加权求平均,分析气候变暖背景下夏玉米-冬小麦的生育期和茬口推移情况。采用一元线性回归分析1992—2013年来黄淮海地区夏玉米-冬小麦周年产量变化。同时利用非线性回归分析法和面板数据敏感性分析法分析气候变化对黄淮海地区夏玉米-冬小麦周年产量的影响。【结果】1992—2013年来,黄淮海地区温度整体呈现波动上升趋势,降水总量变化趋势不明显,但区域差异显著。在气候变化的背景下,黄淮海地区夏玉米-冬小麦种植模式发生明显改变:冬小麦播种时间推迟,生育期存在缩短趋势,不同地区缩短2—5 d不等;夏玉米播种时间南部推迟而北部提前,收获时间总体呈现推迟趋势,整个黄淮海地区生育时长未发生明显变化。茬口时间因夏玉米-冬小麦生育期的推移呈现不同程度延长,造成了气候和土地资源的浪费。1992—2013年间黄淮海地区夏玉米-冬小麦单产呈显著上升趋势,多数省份达到显著水平。非线性敏感性分析表明,最低温度、最高温度和平均温度对夏玉米-冬小麦产量的影响基本表现为同时增产或同时减产的一致性。冬小麦产量受最低温度的影响最为显著,东南部的江苏省和山东省减产明显,而北部河北省和西部河南省表现为增产。温度升高除对河南省夏玉米有增产作用外,其他省份夏玉米产量均出现不同程度的降低,这可能与温度升高的幅度不同和降水的区域性差异有关。降水量对夏玉米-冬小麦产量影响存在地区差异。总体上气候变暖对周年单产影响表现为北部增产,而南部减产,因而选择适宜早播且生育期长的夏玉米品种对保障周年产量具有重要意义。【结论】气候变暖背景下,黄淮海地区冬小麦播种时间推迟,生育期缩短,夏玉米生育期北部延长而南部缩短,生育期的推移导致茬口时间延长,造成了气候资源和土地资源的浪费。1992—2013年间夏玉米-冬小麦周年产量显著提高。温度升高和降水增加对产量的影响存在区域差异,整个区域平均来看升温使夏玉米减产,冬小麦增产;降水增加有利于黄淮海北部地区夏玉米的产量形成,对南部地区夏玉米产量则存在不利影响,而对黄淮海大部分地区冬小麦的产量形成不利。