气候变化背景下播期对东北三省春玉米产量的影响

为探究气候变化背景下东北三省(黑龙江省、吉林省和辽宁省)春玉米适宜播期的变化程度,本文以东北三省春玉米潜在种植区为研究区域,基于1981—2015年气象资料,1981—2012年农业气象观测站玉米生育期、产量资料以及土壤资料,分气侯区对农业生产系统模型(APSIM)进行调参和验证,建立适用于东北三省10个不同气候区的模型相关参数,在各气候区利用调参验证后的APSIM-Maize模型设置不同播期,模拟各年代不同播期下春玉米潜在产量和气候生产潜力,综合高产和稳产性指标,明确了不同区域各年代不同条件下适宜播期范围。研究结果表明,APSIM模型对于东北三省7个春玉米品种开花和成熟两个关键生育期以及产量模拟结果与实测结果具有较好的一致性,表明APSIM模型能够较好地模拟研究区域春玉米生育期和产量。充分灌溉条件下,研究区域内适宜播期范围从4月16日至5月19日,空间上呈纬向分布南早北迟的特征; 20世纪90年代和21世纪00年代玉米适宜播期较20世纪80年代有提前趋势,其中20世纪90年代提前趋势更明显;第1、第3、第5、第7和第9气候区雨养条件下较充分灌溉条件下适宜播期有推迟趋势,推迟天数为3～6 d。雨养条件下各年代不同气候区理论上的适宜播期较目前生产中实际播期下的产量提高2.84%～9.96%。以上结果为进行未来气候变化对东北三省春玉米影响及其适宜播期等研究提供了技术支撑。     

影响山西春玉米适时播种的气象条件变化特征

利用山西春玉米区95个气象站1970-2005年4-5月逐日气温和降水资料，结合12个农业气象观测站春玉米物候资料，分析春季第一场透雨出现初日和日平均气温稳定通过10℃初日的变化、两因子变化对春玉米播种的影响以及5月极端最低气温对玉米幼苗生长发育的影响。结果表明：各气候区春季第一场透雨集中出现在4月下旬-5月上旬，基本与春玉米播种期吻合，但区域性旱年和无透雨年出现的几率较大，对春玉米适时播种不利；各气候区85％的年份日平均气温稳定通过10℃初日出现在播种期前，并且有逐渐提前的趋势，对春玉米的播种有利；5月极端最低气温呈现升高的趋势，可部分减少对玉米幼苗的影响，但不能排除发生霜冻害的可能。     

基于APSIM模型的大气气溶胶直接辐射效应对我国玉米产量的影响评估

在大气气溶胶污染日益严重的时代背景下,气溶胶对农作物生长发育的影响越来越不可忽视。本文以全球气溶胶监测网（AErosol RObotic NETwork,AERONET）中具有常年观测数据的我国北京、香河和太湖为研究站点,利用AERONET多年观测资料以及MODIS地表反照率数据,借助6S（Second Simulation of a Satellite Signal in the Solar Spectrum）辐射传输模式,计算出2001-2014年研究站点的气溶胶直接辐射效应,评估了APSIM（Agricultural Production Systems Simulator）作物模型的适用性,运用验证适用的APSIM模型分析了气溶胶直接辐射效应对我国玉米产量的影响。结果表明：1）验证后的APSIM玉米模型在我国北京、香河和太湖玉米产区具有较好的适用性。APSIM模型在模拟玉米的发育期以及产量中的模拟结果较好,其中各站点产量的相对均方根误差（NRMSE）为1.55%~6.24%,一致性指标（D）为0.80~0.99,决定系数（R²）为0.75~1.00。2）气溶胶使得太阳直接辐射降低;降低的趋势主要受气溶胶的净辐射通量的影响。2001-2014年期间北京、香河和太湖总辐射量分别降低31.95%、14.74%和28.30%。3）气溶胶直接辐射效应造成玉米减产。2001-2014年期间气溶胶直接辐射效应使得北京、香河和太湖玉米产量分别减少28.44%、14.89%和13.43%。总体来说,2001-2014年期间大气气溶胶直接辐射效应使得我国北京、香河和太湖3个高污染区的玉米产量减少13.43%~28.44%。     

基于WOFOST模型分析不同气候情景对辽宁典型雨养春玉米产量的影响

气温、降水和辐射是农作物生长发育必需的基本气候要素，其大小、波动及空间分布决定局部地区的种植结构和农产品产量增减，具有喜温喜水特性的玉米其生长发育对气候变化的响应更为敏感。本研究基于辽宁省新民和朝阳地区近40a气象数据分析各气候要素变化特征，根据局地气候暖干化趋势耦合气温、降水、辐射三要素构建不同气候情景，利用田间实测数据对WOFOST模型进行校准和适用性检验，并将该模型用于模拟不同气候情景下辽宁典型雨养春玉米产量变化。结果表明：（1）验证后的WOFOST模型能较好地模拟两站点春玉米产量，其模拟值与实测值的相对均方根误差分别为8.78%和5.96%，一致性系数分别为0.82和0.96。（2）新民和朝阳两地在设定的气候要素变化范围内春玉米产量与气温呈负相关，与降水呈正相关。在气温增加，降水减少，辐射增强的不同梯度气候情景下，新民（气温+1.2℃，降水量−25%，辐射+4%）和朝阳（气温+1.4℃，降水量−25%，辐射+3%）减产幅度分别达92.5%和85.9%，接近雨养春玉米绝产的警戒气候情景。（3）新民春玉米产量受降水影响显著，朝阳则对气温变化响应敏感，而两地产量对给定比例的辐射变化均未表现出明显波动。     

气候变化对北方冬麦区冬小麦生育期的影响

利用北方冬麦区18个农业气象观测站1983-2005年气象资料和冬小麦生育期观测资料,采用统计分析方法,分析了该区域气象因素和冬小麦生育期变化特征,以及气候变化对生育期的影响。结果表明：1983-2005年,北方冬麦区降水量、日照时数和日较差的变化趋势不明显;而气温呈明显增加,以冬春季增加最为明显,最低气温的增幅较大;从总体上看,冬小麦播种期和返青期的变化趋势不明显,抽穗期和成熟期分别以0.46d/a和0.27d/a的趋势显著提前;在空间分布上,播种期和返青期的变化趋势差异不显著,而抽穗期和成熟期差异显著,特别是抽穗期表现出随纬度增加提前趋势变小的特点。相关分析表明：冬小麦关键生育期均表现为与日照时数和日较差呈显著正相关;与气温均呈显著负相关;除成熟期与5月降水总量相关性不显著外,其余均表现出显著负相关;从整体上看,最低气温升高是北方冬麦区冬小麦生育期提前的主要原因。北方冬麦区以气候变暖为主要特征的气候变化特征较为明显,其对冬小麦生育期的影响较为显著,研究结果可为北方冬麦区的农作物生产积极应对气候变化提供参考依据。     

东北地区玉米气候产量变化及其对气候变化的敏感性分析

选取1981-2009年东北地区具有连续气象资料和玉米产量资料的站点,按气温高低、日照时数长短和降水量多少将研究区分为4个气候类型,并用一阶差分法得到玉米气候产量,对各气候类型区内玉米产量、气候产量的变化趋势进行分析,并采用多元回归法分析玉米产量对气候变化的敏感性。结果表明,1981-2009年东北地区玉米实际产量呈增长趋势,但其气候产量呈降低趋势。类型Ⅰ区,日照时数、平均气温和降水量均适中,玉米气候产量对平均最高气温、积温、日较差和日照时数较敏感,标准回归系数分别为-1.244、1.484、-0.655和0.502;类型Ⅱ区,日照时数和平均气温较高,降水不足,光、热和温度间的相互配合较差,玉米产量对平均最低气温、积温、日较差和日照时数较敏感,标准回归系数分别为1.325、-1.739、-0.272和-0.515;类型Ⅲ区,降水充足,玉米产量对平均最高气温、积温、降水和日照时数较敏感,标准回归系数分别为-2.171、3.450、0.235和0.493;类型Ⅳ区,气温、降水和光照充足,玉米产量对平均最低气温、积温、降水和日照时数较敏感,标准回归系数分别为0.88、-1.014、0.329和0.256。各类型区玉米产量均对积温变化较敏感,在温度较高地区,对平均最低温度的变化较敏感;温度较低地区,对平均最高温度的变化较敏感。在降水较多地区,玉米产量对降水和日照时数的变化较敏感;降水较少地区,对日较差和日照时数的变化较敏感。     

CERES-Maize模型在中国主要玉米种植区域的适用性

选取北方春玉米区、黄淮海春夏播玉米区、西南山地丘陵玉米区、南方丘陵玉米区、西北内陆玉米区五个区域中70个站点,利用1998-2000年玉米生长的田间试验资料和气象台站的气象观测资料,研究CERES-Maize模型在主要玉米种植区域对玉米生育期、产量的模拟能力.选用符合度指数D、RMSE等统计指标进行评价.结果表明:玉米生育天数模拟的D值为0.58～0.95,产量模拟的D值为0.66～0.88,说明CERES-Maize模型可以较好地模拟出区域内玉米生育期和产量观测值的分布趋势;生育期的模拟误差小于产量的模拟误差;区域尺度的统计分析可以更准确的表示模型的模拟效果.     

玉米丝黑穗病的防治技术

玉米丝黑穗病是玉米产区的重要病害之一。在我国各玉米栽培区，每年都有不同程度的发生，以北方春播玉米区、西南丘陵山地玉米区受害较重。     

2015年春季气候对农业生产的影响

2015年春季全国气候特点是气温起伏大,南方遭遇倒春寒,北方出现极端高温和“5月雪”现象;华南入汛晚,雨势猛、旱涝转换快,强对流点多面广、强度大,但全国干旱总体偏轻。对农业生产而言,夏收作物产区大部光温水匹配良好,利于冬小麦、油菜生长发育和产量形成。北方和西南春播区大部气温偏高、降水较为充足,春播作物播种出苗顺利。但南方春播区出现低温阴雨寡照、倒春寒等不利天气,早稻播种育秧受到影响。5月江南、华南等地强降水频繁,局地暴雨洪涝灾害较重。西北、内蒙古、东北、黄淮等地出现低温霜冻、雪灾以及大风冰雹等灾害性天气,局地作物幼苗和设施农业等受灾严重。     

黄土丘陵区油松人工林温度效应的研究

通过研究黄土丘陵区油松人工林内空气温度和土壤温度的变化规律后认为，白天林内气温低于林外，夜间高于林外，晴天，林内外气温差异较大，阴天则较小，生长季林内平均气温高于林外，其最大差值出现在6月，最小差值出现在10月，林内气温梯度变化明显，日平均气温，日最高气温平均和日最低气温平均，林冠层中部均比林地表层和林冠表层大，林分和枯枝落叶层覆盖对土壤温度的影响主要表现在2个方面，即降低林内土壤温度和土壤温度的较差，日平均土壤温度，东坡较西北坡高0．48℃。     

不同灌溉模式下土壤温度的变化及对气温的响应特征

在内蒙古河套灌区分别选取了黄灌、井灌、滴灌3种灌溉模式,用土壤温度自动记录仪监测了土壤5、15、25、40 cm处膜内、膜外玉米田土壤温度,研究了膜内表层5 cm土壤温度旬变化、膜内土壤温度日变化、灌溉前后土壤温度变化过程及对气温的响应特征。结果表明:黄灌、井灌土壤膜内5 cm土层旬温度与气温变化显著相关,而滴灌主要受灌水的影响,与气温相关性较差;土壤日温度随土壤深度的增加均出现明显的滞后效应,土壤深度每增加5 cm,黄灌和井灌土壤温度滞后2.7 h左右,滴灌土壤温度滞后2.4 h左右;气温变化显著影响0~40 cm土壤温度日变化;6月中下旬灌水前后黄灌显著提高作物根层底部(40 cm)土壤温度,井灌使得土壤温度降低,滴灌对土壤温度的影响剧烈而短暂;灌后一段时间黄灌和井灌15 cm、25 cm处土壤温度对气温的响应过程与灌前差异明显,而滴灌则是25 cm处灌前灌后差异显著。膜下滴灌较地面灌溉(黄灌、井灌)对气温变化响应迅速且在玉米苗期土壤温度高于地面灌溉,故河套灌区井灌区玉米宜选择膜下滴灌。     

陇东地区几种旱作作物产量对降水与气温变化的响应

研究作物产量对气候变化的响应,对于指导区域农业生产,保障粮食安全和生态安全具有一定的理论指导意义。结合大田试验与农业生产系统模拟模型(Agricultural Production Systems Simulator,APSIM),在验证模拟研究区冬小麦、玉米和紫花苜蓿产量可靠性的基础上,分析5个降水变化梯度(降水量不变、降低10%和20%、升高10%和20%)和5个气温变化梯度(不变、降低1.5和1℃、升高1.5和1℃)组合情景下3种作物的产量变化趋势。结果表明:APSIM模型在试验点对3种作物籽粒产量和生物量的模拟精度较高,决定系数R2在0.80~0.93之间,归一化均方根误差在11.35%~22.48%之间,模型有效系数在0.53~0.91之间。冬小麦、玉米和紫花苜蓿在气温升高、降水量减少的情景下减产,减产的最大幅度分别为38.7%、40.3%和41.8%;冬小麦、紫花苜蓿的在气温降低、降水量增加时增产,增产的最大幅度分别为29.8%和51.7%;玉米在降水量增加、温度不变的情景下增产幅度最大,为22.0%。总之,在研究范围内,3种作物的产量随降水的增加而增高;玉米的产量随气温升高先增高后降低,另2种作物的产量随气温的升高而降低;紫花苜蓿适应气候变化的能力最强。结果对明确黄土高原地区主要作物的生产走势,制订农业布局、管理措施等具有一定意义。     

东北地区干旱特征与春玉米生长季干旱主导气象因子

在全球气候变化背景下，东北地区干旱及其主导气象因子呈现出新的态势，并可能对当地农业生产带来不可预见的灾害风险。因此，开展干旱时空规律研究，揭示春玉米生长季干旱发生的气象驱动因子，对于指导当地开展农业防旱减灾工作尤为重要。该研究利用东北地区及其周边105个气象站点数据以及30 m分辨率的DEM，在考虑海拔影响的前提下将逐月气象因子数据空间插值并计算了1989－2018年1、3、6、12、24个月尺度的潜在蒸散量和标准化降水蒸散指数（SPEI），分析了干旱的多尺度特征和春玉米生长季各气象因子的变化规律，明确了干旱的高发月份、区域及主导气象因子。结果表明：1）1989－2018年干旱呈现出10a周期的偏轻-偏重-偏轻规律，其中2000－2010年干旱较为严重。2）干旱高发月份为5月，且在吉林西部、内蒙古东部和黑龙江西南部等地区干旱发生概率较高。3）气象因子变化主要以气温增加为主，且伴随气压下降和风力减弱，平均气温、最高气温、最低气温、气压、风速分别以0.41 ℃/(10 a)、0.42 ℃/(10 a)、0.39 ℃/(10 a)，?0.05 kPa/(10 a)、?0.08 mps/(10 a)的速度变化。4）各月干旱主导气象因子不尽相同，5月为降水、相对湿度、最高温度和日照时数，6月为降水、相对湿度、日照时数和最低气温，7月为降水、相对湿度和日照时数，8月为降水、最高气温和平均气温，9月为降水、相对湿度和最高气温，生长季平均条件下为降水、最高气温、日照时数和相对湿度，降水对干旱的直接作用远大于其他气象因子。该研究可为全面了解东北地区春玉米生长季干旱特点、以及制定合理的干旱应对措施提供一定的参考和依据。     

太湖典型水稻种植区近50年来气候变化特征及其对浅层土壤温度的影响

根据常熟市 1960—2009 年的气象资料及浅层土壤温度观测资料分析了太湖典型水稻种植区近 50 年来的气候变化特征及其对浅层土壤温度的影响,其中气候变化特征分析包括气候倾向率、气候突变和气候异常年份及年代际分析。结果表明近 50 年来研究区的气候变化特征明显：①研究区气温明显升高;气压、相对湿度、风速及累积日照时数降低;降水量和蒸发量年际间波动较为明显,且各季节的倾向率有正有负;②近 50 年来研究区有 6 个气象要素发生了气候突变,其中最为明显的是平均风速;③近 50 年来研究区各气象要素中出现异常年份最多的为平均相对湿度;异常年份出现次数其次的气象要素是累积蒸发量;异常现象出现最少的气象要素为平均风速;④随着土层深度的增加,平均地温对气候变化的响应逐渐减弱,各季节中平均地温对气候变化的响应在秋季最弱。平均地表温度、平均 5 cm 地温、平均 20 cm 地温与平均气温及平均最高气温、最低气温均存在着显著的相关关系。     

主要生育期气候变化对河南省冬小麦生长及产量的影响

为分析不同生育期气候变化对冬小麦生长及产量的影响,本研究选择河南省30个农业气象观测站1961—2014年气象资料、1981—2014年冬小麦发育期及产量资料,采用数理统计与DSSAT-CERES Wheat模型模拟相结合的方法,分析了冬小麦播种—返青、返青—抽穗、抽穗—成熟3个时期的气候变化特征及其对生育期和产量的影响。结果表明:研究区气候变化的显著特征是播种—返青期日照时数按40.09 h·(10a)~(-1)的速率显著减少(P0.05),返青—抽穗期平均日最高气温和平均日最低气温同时大幅升高。冬小麦幼穗分化随着抽穗前日最低气温的升高按2.9 d·(10a)~(-1)的速率而提前结束,返青前气候变化对后续生育进程有持续影响,气象因子与播种—抽穗期、播种—成熟期持续日数以负相关关系为主。两种分析方法均表明:当前河南麦区播种—返青期气候变化对产量的影响不大,在一定范围内甚至有增产作用,气象因子贡献率平均为0.758;返青—抽穗期气候变化使穗密度和穗粒数平均减少2.74%和3.94%,大于抽穗—成熟期。不同生育期气候变化情景下,冬小麦高产和稳产均受影响,代表站点播种—返青、返青—抽穗、抽穗—成熟期分别平均减产1.6%、6.3%和4.8%,其中播种—返青、抽穗—成熟期影响产量的关键气象因子是日最高气温,而返青—抽穗期是日最低气温。     

鲁西南木本植物物候期对气候变暖的响应

以鲁西南地区9种木本植物为研究对象,采用统计分析方法研究其物候期对气候变暖的响应规律。结果表明:(1)研究区气温呈上升趋势,尤以冬季升温最显著,在春、秋、冬季及年际水平的气温变化中,平均最低气温的上升趋势明显高于平均气温和平均最高气温。(2)随着气候变暖,木本植物春季物候期普遍提前,秋季物候期推迟,其中旱柳的整个物候期及毛白杨和榆树的春季物候期均呈极显著提前(P0.01),榆树的落叶期和梧桐的叶全变期和落叶末期呈极显著推迟(P0.01)。(3)春季物候期与前1~2个月平均气温及年平均气温呈负相关,秋季物候期主要与其前2旬的平均最低气温呈正相关。9种木本植物中,旱柳对气候变暖的响应最明显,其次是毛白杨和榆树,合欢和梧桐对气候变暖的响应则较迟钝。研究结果可为气候变暖背景下城市绿化及农时预报提供参考。     

华北地区滴灌灌水频率对春玉米生长和农田土壤水热分布的影响

针对华北地区春玉米田间灌溉和降雨相结合的灌溉模式,以北京为典型试验区,在保证作物最优土壤水分下限和灌溉定额相同的基础上,研究了滴灌灌水频率对土壤水、热分布及春玉米根系分布和产量的影响.试验结果表明:在春玉米抽雄期以前阶段实施的滴灌各处理中,高频滴灌下土壤平均含水率和不同深度处的土壤基质势波动幅度较小,高频滴灌下土壤水分能保持在一个比较稳定的范围;土壤温度受灌水过程、土壤含水率及作物生育阶段的影响较明显,滴灌能显著延迟气温对土壤温度的影响:灌水频率对春玉米根系分布存在一定影响,高频灌溉能显著促进春玉米根系在上层土壤(0～40 cm)中的分布;此外,在这种典型的灌溉和降雨相结合灌溉模式下,不同灌水频率下玉米产量差异不显著.因此,建议华北地区春玉米滴灌模式采用低频滴灌.     

葡萄主产区春霜冻风险分析

选取中国607个气象站1958−2019年逐日最低气温观测资料,运用统计和空间分析方法,从气候致灾的角度,对葡萄主产区春霜冻灾害发生日数、频率、站次比以及致灾危险性进行分析,以了解葡萄主产区春霜冻的分布特征和风险区域,为葡萄主产区灾害防御工作提供依据。结果表明,60a来,各葡萄产区春霜冻平均发生日数和频率差异较大,春霜冻发生频率和平均发生日数最高在西北产区和西南高山产区,最低在南方产区;研究期内葡萄主产区春霜冻发生范围呈缩小趋势,且轻霜冻发生范围大于中度和重度春霜冻;春霜冻发生强度区域性明显,其中,轻霜冻强度指数自北向南呈逐渐偏小的趋势,中霜冻和重霜冻强度指数普遍偏小;葡萄主产区致灾因子危险性指数空间分布特征表现为中北部普遍高于南部区域,其中高风险区域主要分布在西北产区和东北中北部产区,无风险区域主要分布在南方产区。     

APSIM玉米模型中辐射估算的误差传输

以华北地区3个典型站点(山东省莒县站、河南省郑州和南阳站)为研究对象,分析计算玉米生长期间Angstrom-Prescott模型、Ogelman模型、Bahel模型、日照百分率和气温日较差综合模型(简称综合模型)和刘可群等太阳总辐射估算模型的相对误差,分别将该5个模型估算结果和太阳辐射实测值(依次命名为模拟方案1-5和模拟方案0)输入APSIM玉米模型,计算各模型驱动APSIM玉米模型模拟产量的相对误差,分析由于太阳辐射估算误差对模型产量模拟结果造成的误差传输。结果表明,5个日太阳辐射模型在生长期内的平均估算误差(εi)在莒县站以A-P模型最小,在郑州和南阳站点以综合模型最小;各辐射估算模型对APSIM模型的产量模拟结果均有明显影响,综合模型模拟结果最好,其驱动APSIM模拟的玉米产量误差最小;5个辐射模型估算误差对APSIM模型模拟玉米产量的误差均有放大效应,Angstrom-Prescott模型、Ogelman模型、Bahel模型、综合模型和刘可群等模型辐射误差分别以2.23、2.28、1.63、1.85、1.90倍传输到APSIM玉米模型模拟的产量误差,可见,一定要重视辐射模型的选取和辐射模型经验系数的确定;评价5个辐射模型的误差传输到产量的误差,要综合考虑辐射模型本身的误差和辐射误差传输到产量误差中放大的效应两方面的影响,综合模型传输到产量的误差最小。因此,在华北地区无太阳总辐射实测值的地区使用APSIM模型时,本研究推荐辐射方案4即综合模型为首选模型。     

农业技术和气候变化对农作物产量和蒸散量的影响

随着农业生产条件的改善、品种改进和有利的气象条件的变化, 世界各地的作物产量得到大幅度提高, 但作物的蒸散量却未出现大幅度提高。本文以石家庄气象站1955~2007 年的气象资料为基础, 分析了河北省冬小麦和夏玉米生长期间主要气象因素变化, 结合中国科学院栾城农业生态系统试验站长期定位灌溉试验的研究结果, 分析了农业生产条件和气象因子变化对冬小麦和夏玉米产量及耗水量的影响。结果表明,1955~2007 年冬小麦和夏玉米生长季的气象因子发生了变化, 日照时数、相对湿度、风速、气温日较差显著降低, 最低气温、平均气温和积温显著升高, 气象因子的变化对作物总蒸散量未产生明显影响, 但由于降水减少,作物生长期间的灌溉需水量呈增加趋势。长期灌溉试验结果表明, 随着农业生产条件的变化和品种的改良, 冬小麦和夏玉米的产量不断增加, 而耗水量的增加幅度小于产量增加幅度, 夏玉米的耗水量呈稳定状态。节水技术的推广和应用对维持耗水量稳定起着非常关键的作用。