青藏高原草地降水利用效率时空动态及对气候变化的响应

本研究利用CASA(Carnegie-Ames-Stanford Approach)模型模拟了2000—2013年青藏高原草地净植被生产力(Net Primary Production，NPP)，结合实测数据、气象数据和土地覆被数据计算了草地降水利用效率（PUE），探究其时空分布特征，以及不同草地类型PUE及其对气候变化的响应。结果表明：青藏高原草地PUE在研究年限内呈现波动增加趋势，增加速率为每年0.0035 g·m^-2·mm^-1，14 a的平均值为0.38 g·m^-2·mm^-1。PUE的空间分布具有明显的异质性，呈现东部高、中西部低的基本格局。PUE分布在0.2～0.4 g·m^-2·mm^-1之间的比例最大，占青藏高原总面积的55.63%，呈减少趋势的区域主要分布在青藏高原的北部和西部，以及东部的边界地区，呈增加趋势的地区集中在研究区的中部和南部。研究年限内PUE的变异系数分布在0.07～0.85之间，变化稳定的区域所占面积最大，为总面积的43.43%，主要分布在唐古拉山脉和横断山脉附近。不同草地类型间PUE均值存在差异，具体表现为：草甸（1.06 g·m^-2·mm^-1）>坡面草地（0.80 g·m^-2·mm^-1）>平原草地（0.30 g·m^-2·mm^-1）>高山与亚高山草甸（0.29 g·m^-2·mm^-1）>荒漠草地（0.23 g·m^-2·mm^-1）>高山与亚高山草地（0.094 g·m^-2·mm^-1）。总体上，青藏高原草地PUE与降水成负相关关系，而与气温呈正相关，PUE的变化对降水响应更加敏感。     

水氮耦合条件下打瓜产量及耗水性的 模糊综合评判

研究水氮耦合对打瓜产量和水分利用效率的影响，以选择适宜的灌溉定额。设置3个不同灌水定额（300 、450、600 m³·hm^-2）和3个不同施氮量（0、138、276 kg·hm^-2）共9个组合，研究水氮耦合对打瓜产量和水分利用效率影响的同时，利用基于层次分析法（AHP）的模糊综合评价，对各指标进行综合分析。结果表明：当灌水定额增加300 m³·hm^-2、施氮量增加276 kg·hm^-2，打瓜产量和水分利用效率分别增加1 416.7 kg·hm^-2和5.24 kg·hm^-2·mm^-1，即打瓜产量和水分利用效率随着灌水定额和施氮量的增大而增加；当灌水定额从450 m³·hm^-2增加到600 m³·hm^-2、施氮量从138 kg·hm^-2增加到276 kg·hm^-2， 打瓜产量减少178.9 kg·hm^-2，即水肥量继续增加则产量下降；灌水定额450 m³·hm^-2(W2)和施氮量138 kg·hm^-2（N2）时，组合产量和WUE分别为2 582.9 kg·hm^-2和10.91 kg·hm^-2·mm^-1，节水增产效果最佳；该组合的模糊综合评价亦为最优，与大田试验分析结果一致。     

密肥互作对全膜双垄沟播玉米产量及水分利用效率的影响

为进一步完善全膜双垄沟播玉米栽培技术体系,采用大田随机区组试验法,研究了不同密度和施肥水平对全膜双垄沟播玉米产量和水分利用效率的影响。结果表明：6.75×10⁴株·hm^-2种植密度下玉米产量和水分利用效率显著高于4.50×10⁴株·hm^-2密度处理。不同施肥处理条件下,玉米穗 行数和产量均以施纯氮180 kg·hm^-2,施过磷酸钙144 kg·hm^-2处理最高;玉米百粒重和 水分利用效率均以施纯氮210 kg·hm^-2,施过磷酸钙168 kg·hm^-2最高;6.75×10⁴株·hm^-2密度下施纯氮210 kg·hm^-2,施过磷酸钙168 kg·hm^-2处理互作效应显著,玉米百粒重、产量和水分利用效率均高于其他处理。说明6.75×10⁴株·hm^-2密度下施纯氮210 kg·hm^-2,施过磷酸钙168 kg·hm^-2是当地全膜双垄沟播玉米生产中比较理想的种植密度和施肥水平。     

不同施氮水平下小麦/玉米套作群体产量和水氮利用

通过2018—2020年连续两年田间试验,以小麦/玉米套作群体为试验对象,研究N0、N1和N2 3个水平下（施N量分别为小麦0、120 kg·hm^-2和240 kg·hm^-2,玉米0、180 kg·hm^-2和360 kg·hm^-2）小麦/玉米套作群体产量、土地当量比与土壤水分利用的差异。结果表明：小麦/玉米套作具有明显的产量与水分利用优势,与单作相比,套作小麦产量提高21.34%~27.80%（P＜0.05）,产量优势主要来源于边1行与边2行的增产,而套作玉米表现受氮肥供应的调控,在N0与N1水平下套作产量减少3.02%~11.43%,仅在N2水平下高于单作玉米;小麦/玉米套作群体的土地当量比（LER）在1.04~1.16,具有土地利用优势;在相同产量下小麦/玉米套作群体比单作群体的耗水量更少,水分利用效率更高,其中在N1水平下耗水量减少最为明显,两年内平均减少消耗47.30 mm的水分,而水分利用效率比单作系统提高2.77%~6.46%,小麦/玉米套作群体在3个施氮水平下均表现出节水与水分利用优势;套作种植还可以提高小麦和玉米的氮肥农学利用率及小麦的氮肥偏生产力,两年内套作小麦的氮肥偏生产力和氮肥农学利用率最高可达64.17 kg·kg^-1和11.17 kg·kg^-1。因此在半湿润区雨养条件下具有发展小麦/玉米套作种植模式的可行性。     

不同灌水和施氮水平对河西春玉米水氮利用效率和经济效益的影响

通过田间试验，研究了不同灌溉水平（95%θ_f (土壤田间持水量)、80%θ_f和65%θ_f，依次记为FI、DI1和DI2）和施氮量（0、70、140 kg·hm^-2和210 kg·hm^-2，依次记为N0、N70、N140和N210）对春玉米的产量、水氮利用效率和经济效益等的影响。结果表明：灌水和施氮均可使春玉米产量增加，在FI和DI2灌溉条件下，春玉米产量随施氮量的增加而显著增加，N210处理的籽粒产量比N0处理分别高21.8%和18.8%；但在DI1灌溉条件下，N140和N210处理下的春玉米产量间无显著差异，DI1灌溉水平比FI和DI2平均增产5.5%和8.3%。增施氮肥可提高春玉米水分利用效率，但施氮量超过70 kg·hm^-2水分利用效率显著降低；相同灌溉水平下，氮肥偏生产力随施氮量的增加而显著降低，N70、N140和N210处理的氮肥偏生产力均值分别为262.59、141.52 kg·kg^-1和97.31 kg·kg^-1。综合考虑产量、经济效益和环境因素，在中国河西地区推荐春玉米的最适宜水氮组合为DI1×N140，其产量达23.68 t·hm^-2，净效益达25 390元·hm^-2。     

旱地小麦全膜覆土穴播技术的土壤水分效应

采用田间小区试验研究了旱地小麦全膜覆土穴播技术的土壤水分效应。结果表明,小麦生长前期,不同层次土壤含水量均表现为全膜覆土穴播>膜侧沟播>露地条播;拔节—孕穗期0～20 cm土壤含水量全膜覆土穴播较露地条播提高4.6～5.2个百分点,而膜侧沟播较露地条播提高2.2～2.3个百分点;1 m土壤贮水量,全膜覆土穴播较露地条播增加29.0～48.0 mm,而膜侧沟播较露地条播增加12.9～20.4 mm。全膜覆土穴播技术大幅度提高了小麦农田降水利用率和水分利用效率,使降水利用率最高达到74.1%,平均降水利用率达到71.0%;使小麦水分利用效率最高达到19.58 kg·mm^-1·hm^-2,平均达到18.33 kg·mm^-1·hm^-2,在旱作小麦农田降水高效利用方面取得了重大突破。     

水肥供应对马铃薯根层养分及产量的影响

以陕北地区普遍种植的马铃薯品种荷兰15号为供试材料，设置灌水水平和施肥量两因素，研究水肥供应对马铃薯根层养分及产量的影响。以100%ET₀（W1）和当地推荐施肥量（F1，N-P₂O₅-K₂O为240-120-300 kg·hm^-2）为基础，3个灌水量处理分别为W1，W2（80%ET₀）和W3（60%ET₀），3个施肥水平分别为F1，F2（75%F1）和F3（50%F1），以60%ET₀灌水水平和不施肥处理为对照组（CK），共10个处理。结果表明：不同水肥供应对马铃薯各生长阶段耗水量及水分利用效率有显著的影响，随着灌水量增加，土壤水分逐渐向下层迁移；在马铃薯整个生育期，W3F2处理水分利用效率最高，为44.69 kg·hm^-2·mm^-1，其次为W2F2(44.41 kg·hm^-2·mm^-1),比CK分别高39.64%和38.75%;W3F1处理在10~60 cm土层硝态氮含量平均值最高，比CK高166.1%，W2F2在10~60 cm土层铵态氮含量平均值最高，比CK高61%，W3F3在10~60 cm土层电导率平均值最高，比CK增高48.44%。W2F2处理的土壤养分含量较高，主要集中在10~30 cm土层；W2F2处理的产量最高，为12 539.33 kg·hm^-2，比CK处理的产量高55.65%，且变异系数小。因此，该地区推荐的灌水量为80%ET₀，施肥量N-P₂O₅-K₂O为180-90-225 kg·hm^-2。     

膜下滴灌小麦-西兰花复种水肥利用效率

于2017年4月—2018年9月连续2 a进行田间试验，以传统畦灌为对照，开展膜下滴灌不同灌水定额对小麦复种西兰花生长状况、水肥利用效率及效益的影响研究。结果表明：膜下滴灌有利于提高小麦产量和水分利用效率，较传统畦灌处理分别平均提高12.6%和39.10%，但随灌水量增加，作物增产效应下降、耗水量增长率出现回落，膜下滴灌条件下，高水处理(3 225 m³·hm^-2)小麦获得最大产量，平均为5 468.57 kg·hm^-2，但与中水处理(2 700 m³·hm^-2)无显著差异（P＞0.05）；西兰花中水处理(1 920 m³·hm^-2)增产效应最大，较传统畦灌产量平均提高15.65%，水分利用效率和氮肥偏生产力平均增加40.03%和15.65%；膜下滴灌有利于补充土壤氮库，增加土壤肥力，较传统畦灌土壤中N肥消耗平均减小25.52%；当膜下滴灌定额为4 620 m³·hm^-2时，小麦-西兰花净产值较传统畦灌处理平均增收8513.77元·hm^-2，产投比较传统畦灌处理平均提高15.30%。     

盐池县扬黄灌区玉米滴灌制度的制定

为了提高宁夏扬黄灌区水资源利用效率，促进玉米滴灌技术推广应用,在位于西北黄土高原的宁夏盐池县扬黄灌区开展了玉米滴灌制度研究。试验设计了单因素施肥水平2 131～3 847 m³·hm^-2共9个梯度灌水总额，灌水次数10~11次，单次灌水定额150～450 m³·hm^-2。通过对玉米生育期灌水量、土壤含水量、产量等指标的监测，分析了玉米生育期土壤含水量变化规律、各生育阶段耗水量强度、不同灌水定额下土壤水蓄存情况、年灌水量与产量的关系。结果显示：灌水前后0~40 cm土壤含水量有显著差异，40~100 cm差异不显著；单次灌水定额为225~375 m³·hm^-2时灌溉水在土壤中得到有效蓄存,而单次灌水定额为450 m³·hm^-2时，灌溉水有深层渗漏和侧渗现象。灌水量与玉米籽粒、青贮产量均呈正相关，R²分别为0.75和0.82,，在总灌水量为3 402、3 628 m³·hm^-2和3 847 m³·hm^-2时，产量分别为14 062、11 717、12 889 kg·hm^-2，籽粒和青贮产量均随灌水量增加而减少,灌溉水生产效率分别为2.46、2.01、2.14 kg·m^-3；灌浆期、抽雄期、拔节期是玉米生长的关键需水期，灌水定额为300~375 m³·hm^-2；盐池县扬黄灌区适宜滴灌次数10～11次，灌水总额3 405～3 660 m³·hm^-2。     

不同种植密度和土壤水分条件下大田玉米冠层光结构分析

以石羊河流域普遍种植的玉米品种先玉335为供试材料，设置7万株·hm^-2和10万株·hm^-2两种种植密度，充分灌水（W1）、轻度亏缺（W2）、中度亏缺（W3）3种水分条件，测定不同层次冠层光合有效辐射的分布并分析冠层光结构指标在生育期的变化。结果表明：大田玉米下部冠层光分布较优，光结构指标数值约为上部冠层的1.1倍，整体而言，增大种植密度（10万株·hm^-2）增强了冠层光能截获能力，光合有效辐射截获量（IPAR）在34.02~39.38 MJ·m^-2·d^-1，光合有效辐射截获率抽穗期~灌浆期较低密度条件下升高0.40%~4.67%；种植密度增大（10万株·hm^-2）引起群体尺度上光结构的明显劣化，消光系数（K）约为低密度条件下的83%，光合有效辐射在冠层内的衰减不均衡；拔节期低密度种植（7万株·hm^-2）促进光结构指标的改善，随生育期推进，尤其在抽穗期密植（10万株·hm^-2）时下部冠层的光合辐射利用效率降低约50%，这与作物自下而上的叶片衰老及光衰减不均衡有关；密植条件下(10万株·hm^-2)，水分亏缺处理导致辐射利用率平均降低3%，冠层各项指标受水分条件的影响较大。因此，为改善大田玉米冠层光结构，在密植条件下确保生育期中后期的充分供水十分重要。     

新疆石河子地区气候变化特征分析

利用1953—2007年的气温、降水资料分析了新疆石河子地区冷暖干湿气候特征的演变规律和突变情况。结果表明:近55 a来石河子地区的气温在20世纪80年代中后期持续升高,90年代以后明显变暖,其中春、冬季升温幅度较大;70年代降水最少,80年代后各季降水持续增加,21世纪后降水增加趋势更加明显。受降水的影响,干燥度经历了一个"偏湿—偏干—偏湿"的变化过程。在西北变暖湿背景下,石河子地区的气温和降水突变都比较明显。各季气温突变比较一致,主要集中在20世纪80年代和90年代;各季降水突变时段不尽相同,在60年代、70年代和80年代都有突变发生;干燥度在60年代和70年代经历了一次变干突变和一次变湿突变。     

民勤荒漠气候变化的不稳定性分析

气候的不稳定性要比气温持续升高的危害性更大。以民勤荒漠区为例,运用1961—2013年的气象观测资料,分析了民勤荒漠气候在响应全球变暖过程中的不稳定性。结果表明:1 1月和4月平均气温的不稳定性增大,2月的等温日期提前10.36 d。2 12月和1月的极端最高气温的不稳定性增大,7月的极端最低气温的不稳定性增大,5月的极端最低气温的变异系数高达287.3%。3 1月降水量的不稳定性增大。同时,年降水量的稳定性增强。     

气候变化对陇东塬区冬小麦生长发育及产量的影响

分析西峰农业气象试验站冬小麦生育期的观测资料表明,气候变暖使陇东塬区冬小麦全生育期天数缩短,主要是越冬期天数缩短,而冬小麦实际生长的天数并未缩短;气候变暖使冬小麦播种期推迟,成熟期提前,从而使麦田的休闲期延长,延长了复种作物的生长期,为提高气候资源的利用率和单位面积的产量提供了保证。气候变化对冬小麦气候产量的影响具有明显的周期性。     

呼伦贝尔典型草原区牧草气候生产潜力评估

利用迈阿密模型和Tharnthwaite Memorial模型研究了呼伦贝尔典型草原区6个旗县牧草气候生产潜力,结果表明,牧草气候生产潜力在4925.500~5551.542 kg/(hm2.a),潜力较大,地区差异不很明显;最大潜力地区在降水量较多的陈旗以南一带,北部新右旗至满洲里一带的降水较少,气候潜力普遍偏低;牧草气候资源潜力的利用率陈旗以南地区为34.2%~37.9%,新右旗至满洲里一带为27.6%~30.9%,表明现实的生产力远未达到气候生产潜力,尚有很大潜力可以开发;与气温相比,降水量是限制该地区牧草气候生产潜力的主导因素,决定牧草气候生产潜力高低的关键因子是水热组合情况;在温度不变的情况下,降水每增加1 mm,牧草的生产潜力增加8.7111~14.0877 kg/(hm2.a);用气温、降水量与牧草气候生产潜力建立的6个县级单元气候评估模式均通过了0.01信度检验,模拟的平均相对误差均<5%,可以用于未来气候变化条件下呼伦贝尔草地生产力的评估研究。     

影响共和盆地天然草地牧草生育期的气候因子变化特征

对影响共和盆地天然草地产量的气候因子近47 a来的趋势性、阶段性和周期性进行分析。结果表明:影响天然草地产量的气候因子中,4～9月的平均气温和积温增加趋势显著;4～9月的积温、平均气温和降水量有显著的阶段性;4～9月的积温、降水量、日照时数和上年度秋季降水量都有显著的振荡周期,总日照时数有2～6a的振荡周期,上年度秋季降水量有1～2 a、5～6 a的振荡周期。     

黄河三角洲地区气候变化特征及其对气候生产力的影响

为了揭示在全球变暖大背景下,黄河三角洲地区的气候变化趋势及气候生产力对其的响应,根据1959-2009年的气象资料,在运用数理统计方法分析了该区气候变化特征的基础上,利用Thornthwaite Memori-al模型计算了气候生产力,并借助滑动t检验法进行了突变分析。结果表明：年平均气温以0.373℃/10a的速率递...     

东北地区玉米气候适宜评价指标的确定与验证

为科学、定量地评价气象条件对玉米生长发育及产量形成的影响,以东北地区为例,利用模糊数学原理,在考虑了玉米生物学特性的基础上,结合农业气象业务服务指标,构建了东北区温度、水分、日照适宜度模型,采用几何平均法计算了玉米气候适宜度。考虑到不同发育期气候条件对玉米产量形成影响程度的客观差异,运用相关系数法设定玉米生育期内各旬对产量的权重,采用加权平均法构建了玉米播种至任意时段的气候适宜指数。利用各时段历史气候适宜指数最大值、平均值、最小值,确定了不同等级的气候适宜评价指标。基于该指标将1993—2011年玉米全生育期气候适宜指数划分为气候适宜、较适宜、较不适宜和不适宜4个等级,并将该指标进行验证。检验结果表明:东北地区玉米气候适宜等级与生育期内气象条件的优劣具有很好的一致性,播种~拔节、播种~乳熟、播种~成熟3个阶段的气候适宜等级与产量增减幅度的相关性十分显著(P≤0.05),且越接近成熟期,相关性越明显;气候适宜等级能够较准确地反映出玉米生育期内气象条件的优劣变化及逐年、典型灾害年产量的实际情况。     

三江平原50a来气温及降水变化研究

三江平原位于我国高纬度地区,是受全球气候变化和人类活动影响最显著的地区之一。本文利用三江平原地区范围内的18个气象站点及外围6个站点的长期观测资料,运用趋势系数、气候倾向率等方法分析了该区域的气候时空变化规律。结果表明:50a年来本区气温有显著上升趋势,平均气温以0.303℃.(10a)-1幅度升高。全年各月气温均呈上升趋势,但是冬春季升温最为剧烈,达0.512℃.(10a)-1;夏秋季最弱,仅为0.153℃.(10a)-1。由于最冷月平均温度升高比最热月大,所以导致气温年较差减少。气温升高存在显著的区域差异,西南地区增温强烈,气温倾向率大于0.4℃.(10a)-1;最小的气温倾向率位于西部及南部边缘地区,小于0.2℃.(10a)-1。降水趋势性变化不显著,但是还是呈现弱的减少趋势,平均年降水量倾向率为-8.926mm.(10a)-1。一年中冬季降水增加明显,1月份尤其显著;9月份降水减少明显。     

内蒙古近45a蒸发量气候变化特征分析

利用内蒙古境内35个气象站1960~2004年逐日蒸发皿蒸发量资料,研究了大兴安岭森林区、草甸草原区、典型草原区、荒漠化草原区、草原化荒漠区和典型荒漠区6种不同生态类型区域蒸发量的气候变化,揭示了不同生态类型区蒸发量的特征值及蒸发量年内、年际变化规律,推断得出内蒙古不同生态类型区域今后蒸发量的气候变化趋势。     

全球气候变化背景下渭北旱塬气候变化及气候生产力研究

运用数理统计方法对渭北旱塬5市19个代表性气象站点1970—2010年的气温及降水量气象要素进行了统计分析,研究了全球气候变化背景下渭北旱塬气候变化及气候生产力对其响应。结果表明:渭北旱塬年、季平均气温均呈明显上升趋势,春季和冬季的升温幅度较大;年、季降水总量呈下降趋势,其中春季及秋季的降水量呈下降趋势,而夏季及冬季的降水量呈上升趋势;气候生产力呈增加趋势,未来暖湿型气候对作物生产最为有利,气候生产力平均增加12.1%,"冷干型"气候对作物生产最为不利,气候生产力平均减少18.3%。