塔里木河流域主要农作物气候生产潜力分析--以塔里木河上游的阿克苏地区为例

采用作物生长动态统计模型对塔里木河流域阿克苏地区主要农作物的光合、光温、光温水、光温土、光温水土生产潜力进行了计算和分析.结果表明：阿克苏地区主要农作物的光合生产潜力远大于现实生产力,冬小麦、玉米、水稻、棉花的光合生产潜力分别是实际产量的4.14、3.94、2.73、2.41倍;光温生产潜力相当于光合生产潜力的57.26%,光温水（气候）生产潜力只有光温生产潜力的9.55%,而土壤生产潜力占光温水（气候）生产潜力的49.92%.该地区光热资源丰富,其光热条件是作物气候生产潜力最突出的优势,土壤水肥条件是限制作物气候生产潜力的主要可控因子.     

气候变化对黄淮海平原冬小麦与夏玉米生产潜力的影响

本文以黄淮海平原气象数据、土壤理化数据和作物数据为基础,应用WOFOST作物生长模型,估算了黄淮海平原冬小麦、夏玉米的光温生产潜力与气候生产潜力,分析了冬小麦、夏玉米生产潜力年变化率的时空变化规律。结果表明,黄淮海平原近44a冬小麦和夏玉米的光温生产潜力分别为6433.5～10592.67kg.hm-2、7786.17～11185.5kg.hm-2,均值分别为9022.18kg.hm-2、9321.46kg.hm-2,可作为补灌区平均最高产量的上限参考值;气候生产潜力分别为1559.17～6724kg.hm-2、6088.33～9053.17kg.hm-2,均值分别为4083.24kg.hm-2、7528.21kg.hm-2,分别占光温生产潜力的45.3%、80.8%,可作为雨养冬小麦与夏玉米平均最高产量的上限参考值。总的来说,冬小麦光温潜力、气候潜力呈现上升趋势,44a分别增加了541.64kg.hm-2、1061.15kg.hm-2;夏玉米光温潜力、气候潜力均呈现下降趋势,分别减少了840.22kg.hm-2、320.59kg.hm-2。本文揭示了黄淮海平原冬小麦与夏玉米的增产潜力及其空间差异,可为改善管...     

吉林省粮食生产的农业自然资源利用率研究

用实际产值占光、热、水、土壤资源生产潜力（资源可能产量）的比率作为粮食生产对自然资源的开发利用率，计算了吉林省各市县主要粮豆作物资源利用率现状。粮豆作物光合资源利用率为２０％￣３０％，光温资源利用率为２５％￣４０％，气候资源利用率为３５％￣４５％，气候－土壤资源综合利用率为４５％￣５５％。资源利用率地域差异较明显，中部及东部半山区较高，东部山区次之，西部半干旱区较低。最后，分析了各地粮食增产的潜力     

未来气候变化对四川盆地玉米生育期气候资源及生产潜力的影响

开展气候变化背景下四川盆地玉米生育期气候资源及生产潜力时空变化趋势的预估, 可对未来应对气候变化及玉米生产宏观决策提供重要的理论依据。利用区域气候模式PRECIS输出的未来A2和B2气候情景(2071-2100年)及基准气候条件(1961-1990年)气象要素资料, 分析了四川盆地玉米生育期内主要气候资源(日平均气温≥10 ℃积温、日照时数、降水量、参考作物蒸散量和缺水率)和玉米生产潜力(光合、光温和气候生产潜力)的时空变化特征。结果表明, 与基准气候条件相比, 在A2和B2两种气候情景下, 2071-2100年四川盆地玉米生育期内≥10 ℃积温、日照时数和参考作物蒸散量都呈增加趋势; 两种气候情景下, 日平均气温≥10 ℃积温的增量分别为460~641 ℃·d和376~492 ℃·d, 在盆地西部增量最大; 日照时数的增量分别为15~225 h和33~202 h, 雅安增加最多; 参考作物蒸散量的增量分别为76~144 mm和73~123 mm, 雅安增加最多。降水量在大部分地区呈减少趋势, 变幅分别为 87~56 mm和 73~47 mm, 雅安减少最多。玉米缺水率分别增加2%~18%和5%~16%, 雅安增幅最大, 未来四川盆地玉米受干旱灾害的风险可能加大。在A2和B2情景下, 2071-2100年玉米光合生产潜力分别增加228~3 277 kg·hm^-2和485~2 960 kg·hm^-2, 雅安和川北部分地区增量最大; 光温生产潜力也呈增加趋势, 分别增加2 923~5 874 kg·hm^-2和2 697~4 909 kg·hm^-2, 雅安的增量最大; 气候生产潜力同样呈增加趋势, 分别增加984~2 975 kg·hm^-2和293~2 090 kg·hm^-2, 盆地西部增加较多。未来四川盆地气候资源变化对玉米的生产有利, 产量存在提升空间。     

松嫩平原农业气候生产潜力及自然资源利用率研究

在GIS的支持下,计算了松嫩平原各县市主要作物的农业气候生产潜力,并分析了各地农业自然资源利用率的空间差异。结果表明,松嫩平原各地光合潜力差异不大;由于南北跨度大,各地光温潜力差异较大,且从北到南呈带状增加趋势;由于各地作物生育期内降水呈地带性分布,使得各地气候生产潜力具有较大差异,并呈由西向东逐渐增加的趋势。各地主要作物农业自然资源利用率差别较大,西部地区资源利用率较低,增产潜力巨大。     

黄土塬区作物生产潜力分析——以长武试区为例

研究一个地区的作物生产潜力可以发现提高产量的主要障碍因子 ,为合理进行农业生产规划提供依据。以长武试区冬小麦和春玉米为例 ,计算了黄土塬区光温潜力、气候潜力 ,并与实际产量进行比较。结果表明 ,该区光温潜力多年平均值冬小麦为 6 910 .5 kg/hm2 ,春玉米为 10 718.6 kg/hm2 ,年际变化不大 ;气候生产潜力多年平均值冬小麦为 6 190 .3kg/hm2 ,春玉米为 876 8.7kg/hm2 ,年际波动较大。 1986— 1990年 ,试区作物产量潜势实现率较低。1990— 1994年 ,小麦和玉米大田产量已经接近当地的气候生产潜力。今后的农业生产中应注意稳定化肥用量 ,使 N,P比更加合理 ,并大力推广地膜及秸杆覆盖技术 ,增施有机肥 ,加强田间管理等     

基于GIS技术的河南粮食核心区小麦玉米区域潜力研究

为探讨河南粮食核心区小麦玉米的生产潜力,采用机制法研究了基于GIS的小麦、玉米光合、光温、气候和土土等自然生产潜力。结果表明：河南省小麦玉米均存在较大的增产潜力,并且玉米的增产潜力远高于小麦,表现在玉米的光温潜力、气候潜力和土壤潜力高于小麦的各项潜力指标;各潜力指标与县区间的比例关系为：光合和光温潜力中产县的比例大,高产县和低产县的比例均较少,气候潜力和土壤潜力高产县和低产县的比例增加,并高于中产县比例;小麦玉米潜力各指标间优势区域不完全相同,总体趋势是,豫北和豫中地区潜力较大,现实产量也最高,豫东、豫东南地区居中,豫西和豫西南地区较低;河南省粮食核心区建设的关键是挖掘小麦、玉米的气候生产潜力和土壤生产潜力。     

作物生产潜力研究进展

综述了国内外作物生产潜力从光合潜力到光温潜力、再到气候潜力和土地潜力的发展历史,对作物生产潜力的研究现状进行了评述,介绍了当前研究中常用的几种方法,探讨了研究中存在的问题及今后的发展方向,认为作物动态生长模型与地理信息系统的结合将成为研究作物生产潜力的发展方向     

湖南省春玉米光温生产潜力和产量差特征及限制因子分析

应用逐级订正模型,按照"光、温"逐级衰减的方法,逐日计算湖南省春玉米的光合生产潜力,通过每日温度有效系数订正得到逐日光温生产潜力,并累积得到春玉米全生育期内1987-2016年光温生产潜力。计算71个春玉米主产县光温潜力产量差,即主产县实际单产与对应气象站点光温生产潜力的差值。结果表明:累积日照时数对春玉米光温生产潜力和产量差的影响有限,3月下旬日照显著增加但光温生产潜力及产量差显著下降,其区域分布集中在湘西南和湘南等地。积温对春玉米光温生产潜力和产量差的影响较广,特别是高温的限制作用,春玉米全生育期、3月下旬、6-7月积温在全省绝大部分地区均显著增加,且与光温潜力和产量差呈显著负相关。表明气候变化影响下,高温限制作用加强,湖南省春玉米光温生产潜力显著降低。目前湖南西部地区实际单产较低,光温潜力产量差较高,春玉米产量有较大提升空间。     

黄土旱塬Hybrid-Maize模型适应性及春玉米生产潜力估算

通过对Hybrid-Maize玉米高产模型进行田间验证,应用该模型对黄土旱塬春玉米生产潜力进行初步估算。结果表明,Hybrid-Maize模型在黄土旱塬表现出较好模拟效果,总生物量、秸秆生物量和籽粒产量模拟值与实测值间具有极显著线性相关性,其决定系数分别为0.9469、0.8164和0.9650,回归系数分别为1.0198、0.9787和1.1844,接近于1。黄土旱塬区多年光温生产潜力和气候生产潜力因品种不同有所差别,对多年平均光温籽粒和总生物量生产潜力,紧凑型玉米品种分别为13.25和22.45t/hm2,平展型玉米品种分别为12.32和20.62t/hm2,年际变化小;对多年平均气候籽粒和总生物量生产潜力,紧凑型玉米品种分别为11.97和19.94t/hm2,平展型玉米品种分别为11.37和18.63t/hm2,年际波动大。在黄土旱塬区,玉米产量潜力挖掘的主要途径应集中在提高密度和水分限制条件下,Hybrid-Maize玉米模型在指导玉米高产栽培上具有较好应用。     

云南作物生产潜力的海拔修正对耕地自然等别评价结果的影响

作物光温生产潜力(thermal potential productivity,TPP)、气候生产潜力(climatic potential productivity,CPP)是农用地质量分等技术体系中的重要参数,其客观性对分等结果的准确性有很大影响。在耕地分布海拔差异较大的区域,实际工作中以县级气象站点TPP、CPP代替全县域TPP、CPP的取值方式导致耕地质量评价结果的准确性不足。该文旨在通过对气象站点指定作物TPP、CPP进行海拔修正,获取陆良县气象站点以外区域的指定作物潜力值并探讨其对耕地自然质量等的影响。首先,以第1轮云南省农用地分等工作中陆良县归属的滇中高原盆地区56个县级气象站点指定作物的TPP、CPP为基础,生成区域内一季稻、夏玉米、冬小麦TPP、CPP的海拔修正模型;其次,在陆良县县域范围内,每村各选取一块质量最好的旱地和水田,以样点旱地、样点水田作物实际单产验证模型的合理性;最后,验算陆良县范围内所有耕地采用修正后的TPP、CPP评定的自然质量等与采用修正前的TPP、CPP评定的自然质量等的差异。结果显示:各样点一季稻、夏玉米、冬小麦的实际单产均低于修正前和修正后的TPP、CPP,且与修正后的TPP、CPP随海拔的变化趋势一致;修正后的一季稻、夏玉米、冬小麦TPP、CPP较修正前更符合自然实际;全县修正后的耕地自然质量等较修正前变化范围为?0.8~1.7等,且99.76%的耕地自然质量等较修正前降低值在1.5等以内。     

多模式集合模拟气候变化对玉米产量的影响

气候模式驱动作物模型是气候变化影响评估的主要手段。但是,单一气候模式输出和作物模型的结构差异使得研究结果存在不确定性。多模式集合的概率预估可以有效减少研究结果的不确定性。为此,本文利用1981—2009年东北地区海伦、长岭、本溪3地区农业气象站的历史气象资料和玉米作物数据,分别建立了作物统计模型并验证了APSIM机理模型在研究区域的适用性。在此基础上,与CMIP5在RCP4.5情景下的8个全球模式结合,尝试基于多模式集合评估了未来2010—2039年时段和2040—2069年时段气候变化对玉米产量的可能影响(相对于1976—2005年基准时段)。研究结果表明,APSIM模型对玉米生长发育和产量形成有很好的模拟能力。玉米生育期的模拟误差(RMSE)为3~4 d,产量的RMSE为0.6~0.8 t?hm~(-2)。建立的产量统计模型表明,玉米出苗阶段(5月中旬)的温度增加对产量增加有积极作用,而开花到成熟阶段(7月中旬到9月上旬)的温度和降水的增加、光照的不足均不利于产量增加。与1976—2005年基准时段相比,气候因素影响下2010—2039年玉米产量减少3.8%(海伦)~7.4%(本溪),减产的概率为64%(长岭)~73%(本溪);2040—2069年时段减产6.4%(海伦)~10.5%(本溪),减产的概率为74%(海伦)~83%(本溪)。未来2010—2039年时段和2040—2069年时段基于机理模型模拟的产量降低分别为6.6%(海伦)~8.9%(本溪)和9.7%(海伦)~13.7%(本溪),均高于相应时段基于统计模型得到的0.9%(海伦)~6.0%(本溪)和2.0%(长岭)~7.3%(本溪)减产结果。     

气候变化对四川盆地主要粮食作物生产潜力的影响

基于四川盆地1961—2018年63个气象台站的逐日气象资料和1981—2018年46个农业气象观测站的主要粮食作物(水稻、玉米和冬小麦)生育期资料,利用逐级订正的方法计算作物气候生产潜力,分析太阳辐射、气温、降水及气候变化对四川盆地主要粮食作物气候生产潜力的影响,研究旨在为提高区域农业生产力并保障农业可持续发展提供科学依据。结果显示:1961—2018年四川盆地作物多年平均气候生产潜力的分布为水稻由西向东递增,玉米在盆地北部和西南偏高、其他地区偏低,冬小麦南北高、中部低。辐射量减小对3种作物气候生产潜力的影响为负效应;平均气温升高对作物气候生产潜力的影响为正效应;降水量变化是作物气候生产潜力变化出现空间差异的主要原因,降水量增加对作物气候生产潜力的影响为正效应,而降水量减少为负效应。气候变化对水稻气候生产潜力的影响在盆地西南部和北部的部分地区为正效应,其余地区为负效应;气候变化对玉米气候生产潜力的影响在盆地南部和东部的部分地区为正效应,其余地区为负效应;气候变化对冬小麦气候生产潜力的影响在盆地东北部的部分地区为负效应,其余大部地区为正效应。总体来看,气候变化对四川盆地冬小麦气候生产潜力的影响最大,为9.9kg·hm~(-2)·a~(-1),而对玉米和水稻的影响分别为-1.4 kg·hm~(-2)·a~(-1)和0.5 kg·hm~(-2)·a~(-1)。为了适应气候变化,四川盆地应选育光合效率高和抗旱性强的作物品种,并加强农田管理,以提高农业生产水平并保障粮食安全。     

山西寿阳县旱作农业土地生产潜力

北方旱区是中国最具开发潜力的农业生产基地,土地生产潜力作为土地最本质的属性,它的研究越来越受到人们的重视。该文以山西寿阳县33 a气候数据、土壤理化数据和图件资料为基础,采用“机制法”对土地生产潜力分别进行了光合、温度、水分和土壤的逐级订正,估算土地生产潜力。研究结果表明：水分不足是气候生产潜力的主要限制因子,经水分订正后,多年平均气候生产潜力相对光温生产潜力减少了三分之二;土地生产潜力分布特点基本满足地形地貌类型的分布特点,河谷盆地生产潜力较高,山地部位生产潜力较低,而土壤养分总体含量较低,存在重用轻养现象,肥力补偿差。     

Enhancing the productivity of irrigated Vertisols: a comparative study between a traditional method and surge/intermittent management

Vertisols cover 12% of Ethiopia and produce on average only two million tonnes of maize grain of an estimated potential of 12 million tonnes per annum. Traditional irrigation practices are inefficient and in this paper we have examined the potential for improvement by adopting surge irrigation together with scheduling to determine irrigation frequency. Traditional irrigation management (without scheduling) and surge/intermittent irrigation (with scheduling) using maize as an indicator crop were compared over two irrigation seasons. Yield, water productivity and economic productivity were determined. Surge irrigation with scheduling resulted in a yield of 2.3 times that of traditional irrigation. Water productivity and income using surge management were, respectively, 2.7 and 2.8 times that of traditional management.     

小麦-玉米-大豆轮作下黑土农田土壤呼吸与碳平衡

农田生态系统是陆地生态系统的重要组成部分,探讨农田生态系统的土壤呼吸与碳平衡对于科学评价陆地生态系统在全球变化下的源汇效应具有重要意义。基于中国科学院海伦农业生态实验站的长期定位试验,对不同施肥处理下黑土小麦-玉米-大豆轮作体系2005—2007年的作物固碳量与土壤CO2排放通量进行了观测,并对该轮作体系下黑土农田生态系统的碳平衡状况进行了估算。结果表明:在小麦-玉米-大豆轮作体系中,作物固碳量的高低表现为:玉米>大豆>小麦,平均值分别为6 513 kg(C).hm-2、4 025 kg(C).hm-2和3 655kg(C).hm-2。从作物生长季土壤CO2排放总量来看,3种作物以大豆农田生态系统的土壤CO2排放总量最高,平均值达4 062 kg(C).hm-2;其次为玉米,为3 813 kg(C).hm-2;而小麦最低,为2 326 kg(C).hm-2。3种作物轮作下NEP(净生态系统生产力)均为正值,表明黑土农田土壤-作物系统为大气CO2的"汇",不同作物系统的碳汇强度表现为玉米>小麦>大豆,三者的平均值分别为3 215 kg(C).hm-2、1 643 kg(C).hm-2和512 kg(C).hm-2。长期均衡施用氮、磷、钾化肥或氮、磷、钾化肥配施有机肥后,小麦、玉米和大豆农田生态系统的固碳量和土壤CO2排放总量均明显增加,并在氮、磷、钾配施有机肥处理下达到最高。不同的施肥管理措施将改变土壤-植物系统作为大气CO2"汇"的程度,总体表现为化肥均衡施用下NEP值较高,而化肥与有机肥配施下农田生态系统的NEP值较低。     

吉林省春玉米土地生产潜力时空变化及其与气候因子的关系

利用1961~2015年气象观测资料、春玉米生长发育及产量资料和土壤数据,计算了吉林省不同区域的春玉米土地生产潜力,并分析其时空变化特征及主要的气候影响因子。结果表明:吉林省各区域的太阳辐射均呈显著减小趋势(P0.05),≥10℃有效积温均呈极显著的增加趋势(P0.01),降水量变化趋势不显著。太阳辐射和≥10℃有效积温呈由西向东逐渐降低趋势,降水量呈由西向东逐渐增加趋势。春玉米土地生产潜力由西向东呈低-高-低的趋势分布。西部和中部区域土地生产潜力呈减小趋势,东部区域土地生产潜力呈上增加趋势,但变化趋势均不显著。西部、中部和东部区域土地生产潜力平均值分别为7544.5、12346.4和11878.0 kg hm~(-2)。土地生产潜力利用率由西向东逐渐降低,西部、中部和东部区域利用率平均值分别为74.2%、61.1%和47.5%。降水量是西部和中部土地生产潜力的主要气候影响因子,≥10℃有效积温是东部土地生产潜力的主要气候影响因子。     

不同气候和土壤条件下玉米叶片叶绿素相对含量对土壤氮素供应和玉米产量的预测

叶绿素仪可以用于估测作物和土壤氮素供应状况,本研究通过野外土壤置换试验评估叶绿素仪在不同区域的适用性。在黑龙江海伦（中温带）、河南封丘（暖温带）和江西鹰潭（中亚热带）设置3种主要农田土壤（黑土、潮土、红壤）的异地置换对比试验,研究了不同气候和土壤条件下玉米叶绿素相对含量对土壤氮素供应的响应及其对玉米产量的预测性。研究结果表明:不同气候和土壤条件下,玉米生长旺盛期功能叶的叶绿素相对含量（叶绿素仪SPAD值）和土壤表层（0—20 cm）硝态氮、无机氮含量相关性显著,说明叶绿素仪测定值可以在玉米生长旺盛期反应土壤氮素供应情况;玉米生长旺盛期功能叶叶绿素相对含量和土壤表层硝态氮含量均与玉米子粒产量呈显著相关,说明叶绿素仪可以在玉米生长旺盛期估测玉米子粒产量,且不受地域、土壤类型的影响。     

田间条件下小麦和玉米秸秆腐解过程中微生物群落的变化——BIOLOG分析

对秸秆分解微生物演变机理的研究是调控秸秆还田、提高农田地力的理论基础。本试验基于土壤置换试验平台,利用BIOLOG方法研究在寒温带、中温带和中亚热带气候下,埋于黑土、潮土和红壤中的小麦和玉米秸秆在腐解过程中微生物对碳源利用的变化规律。试验中利用网袋法区分直接分解秸秆微生物。试验结果发现秸秆腐解微生物的碳源代谢活性(Average Well Color Development AWCD值表示)在腐解0.5 a和1 a后表现出一定的随气候变化规律,即随温度和降雨量的增加而降低。其中0.5 a为海伦(0.765±0.060)>封丘(0.737±0.165)>鹰潭(0.326±0.076),1 a为海伦(0.630±0.092)>封丘(0.319±0.096)>鹰潭(0.291±0.029),但这种趋势在腐解2 a后减弱。气候条件是影响秸秆腐解微生物碳源代谢活性的主要因素,其次是腐解时间和土壤类型。主成分分析表明在腐解0.5 a后海伦、封丘地区的微生物群落代谢特征与鹰潭差异较大,而1 a后封丘和鹰潭的微生物群落代谢特征与海伦的差异较大,腐解2 a后不同气候条件下的秸秆腐解微生物对碳源的利用趋于一致,均对含氮化合物利用较多。