气候突变后伊犁河谷两熟制作物种植区的变化及风险分析

利用伊犁河谷10个气象台站1961-2010年≥0℃和≥10℃积温、无霜期逐日气象数据指标,采用线性趋势分析、累积距平及t-检验和空间插值等方法对伊犁河谷热量资源的时空特征进行分析;结合当地两熟制种植方式即冬小麦-早熟玉米、冬小麦-早熟大豆和冬小麦-牧草对热量条件的要求,分析了气候突变前后两熟制种植区的变化情况;利用突变后历年热量资料计算各地热量大于两熟制所需热量临界值的保证率,分析了两熟制种植区的气候风险.结果表明,（1）50a来伊犁河谷≥0℃和≥10℃积温、无霜期分别以89.9℃·d/10a、88.0℃·d/10a及5.4d/10a的倾向率上升（P＜0.05）,并均在1997年发生了突变.（2）突变后伊犁河谷热量资源在空间分布上总体呈平原最多,丘陵次之,山区最少的特点.（3）伊犁河谷各区域突变前热量条件无法满足两熟制种植要求,突变后平原区域≥0℃和≥10℃积温、无霜期年平均分别达4217.7℃·d、3649.6℃·d和197d,均超过两熟制热量要求,且最低热量条件保证率85.7％,成为伊犁河谷两熟制最适宜种植区,若平原麦后复播大豆,其热量保证率可达93％以上,但复种早熟玉米仍有一定风险.研究结果可为伊犁河谷乃至整个北疆地区发展多熟制种植提供理论依据.     

1961-2010年中国农业热量资源分布和变化特征

利用全国508个气象站点1961-2010年地面气象观测资料,采用气候倾向率和GIS方法研究了近50a全国尺度热量资源分布,并比较分析1961-1980年(Ⅰ)和1981-2010年(Ⅱ)两个时段的热量资源变化特征。结果表明:全国热量资源分布不均匀,总体特征为南多北少,东部主要受纬度的影响,西部则受地形影响。与时段Ⅰ相比,时段Ⅱ平均温度0℃、10℃和15℃等值线均存在北移现象;日平均气温≥0℃和≥10℃的持续日数平均增加5.5d和4.7d;日平均气温≥0℃和≥10℃积温分布和变化趋势相似,华南地区5500~6100℃·d(≥0℃积温)和5300~6500℃·d(≥10℃积温)积温带面积分别增加5.32×104km2和1.92×103km2。1961-2010年,平均温度气候倾向率为0.27℃/10a,增暖趋势显著,且北方增暖趋势较南方明显;最低、最高温度气候倾向率分别为0.37℃/10a和0.21℃/10a。≥0℃积温和≥10℃积温增加趋势大体一致,约为70℃·d/10a。近50a,全国热量资源(平均温度、最高、最低温度和积温)呈增加趋势,且最低温度变化幅度高于最高温度,对气候增暖起主要作用。气候增暖将对农业生产的空间分布产生影响,使基于原来指标和气候确定的农业气候区划边界与当前气候现实存在偏离,研究热量资源的分布和变化对合理利用热量资源,确定合适的农业气候指标和作物种植区域具有指导意义。     

基于站点数据分析中国大陆区域喜凉/温作物界限温度的时空演变

喜凉/温作物界限温度的时空分布能够影响作物物候和种植区域。利用全国585个气象站点1961-2020年地面气象观测资料,以喜凉/温作物界限温度(0℃和10℃)的积温、初日、终日作为农业热量资源研究指标,基于ANUSPLIN气象插值软件,从年际和年代际时间尺度分析1961-2020年喜凉/温作物界限温度的时空演变特征,并探讨热量资源变化对全国农业生产格局的影响。结果表明：受纬度和地形影响,全国热量资源变化幅度较大,东部地区≥0℃、≥10℃积温随纬度变化呈阶梯状分布,而在西部地区主要受海拔影响,总体表现为由南向北逐渐递减。各地≥0℃和≥10℃积温范围分别为700.0～8960.0℃·d和46.3～8960.0℃·d,≥0℃和≥10℃积温气候倾向率平均为72.8℃·d·10a^-1和73.7℃·d·10a^-1。60a内,界限温度0℃、10℃初日分别提前9.6d和8.4d,终日分别推迟4.8d和7.8d。界限温度初日的提前和终日推迟使60a内日平均气温≥0℃和≥10℃的持续日数分别增加14.4d和16.2d。2011-2020年是研究时段内最温暖10a...     

气候变暖对西北干旱区农业热量资源变化的影响

气候变暖将改变农业气候资源尤其是热量资源的时空分布。本文通过分析西北干旱区67个气象站点的气象数据,研究了西北干旱区近50年气温、积温、霜冻的变化特征与规律。结果表明,西北干旱区气温呈上升趋势,上升幅度为0.33℃.10a 1,高于全国平均水平,其中北疆增温幅度大于其他地区。年内变化上,冬季增温幅度最大。近50年,西北干旱区≥0℃、≥10℃积温变化率分别为67.8℃.10a 1和68.8℃.10a 1,≥0℃和≥10℃积温持续的时间也呈增加趋势,其中≥0℃积温持续天数的增加主要是由于结束日期的推迟引起的,而≥10℃积温天数的增加主要是因为初始日期的提前。研究区无霜期呈增加趋势,主要表现为初霜日的延迟和终霜日的提前,其趋势分别可达2 d.10a 1和1.4 d.10a 1,前者贡献略大。西北干旱区初霜出现日期的年际波动小于终霜日,终霜出现日期晚于≥10℃积温开始日期约10 d,且气温变暖的趋势并没有引起这一状况的改变,而多数站点≥10℃积温结束日期早于初霜开始日期。     

近50年华东地区热量资源变化特征分析

利用1961-2010年华东地区87个气象站日平均气温资料,运用线性倾向估计等方法,对华东地区近50a来≥0℃和≥10℃积温及其持续天数和起止日期的时空分布特征进行分析,以了解气候变暖对该地区热量资源分布的影响。结果表明,1961-2010年华东地区气温持续增高,回归系数达0.24℃/10a,趋势系数为0.68(P<0.01),各项热量资源指标与气温呈显著正相关(P<0.05)。随着气候变暖,≥0℃和≥10℃的积温及持续天数普遍显著增加;≥0℃积温为5000、6000℃.d和≥10℃积温为4500、5500℃.d,以及≥0℃持续天数为300、340d和≥10℃持续天数为220、240d的等值线从华北平原南部和长江下游地区向北大幅推进,长江下游地区北移幅度较大,≥0℃和≥10℃积温及持续天数明显北移的起始年代分别为20世纪90年代和21世纪前10a。≥0℃和≥10℃积温及持续天数普遍增加是受起始日期提前和终止日期延后的共同影响,而前者的影响更明显。     

陕西省不同农业种植区热量资源的变化特征

利用陕西96个气象站1971-2013年气象观测资料,将陕西省分为4个农业种植区,采用线性倾向估计法、累积距平、t-检验和GIS技术等方法对各区及全省范围近43a来热量指标包括平均气温、极端气温、≥0℃和≥10℃界限温度有关指标的变化及分布特征进行分析。结果表明：近43a,陕西全省范围内年、季平均气温均呈显著上升趋势（P＜0.05）,春季增温最快(0.4℃-10a-1),且各热量资源要素与气温极显著正相关 (P＜0.01)。关中平原春季平均气温增幅最大,且各区突变时间一致;榆林北部风沙区夏、秋、冬和年平均气温增幅最大,且夏季平均气温突变时间最晚。陕南浅山丘陵区年、季平均气温增幅均最小,且秋、冬季平均气温突变时间最晚。陕西≥0℃和≥10℃初日普遍显著提前,终日变化不显著。≥0℃和≥10℃初日提前幅度最大地区分别为关中平原和榆林北部风沙区。受初日提前和终日推后的共同影响,陕西≥0℃和≥10℃持续日数和积温分别以3.5d-10a-1、2.4d-10a-1、90.3℃-d-10a-1和74.9℃-d-10a-1的倾向率显著增加,其中关中平原区增幅最大。冬季平均气温突变时间最早,为1987年,其它热量资源要素均在20世纪90年代中后期发生突变,突变后≥0℃和≥10℃积温等值线明显西移,关中平原热量资源增加最多且最快,陕北黄土高原变化较小。     

黄土高原红枣种植区积温变化特征分析

为了揭示黄土高原红枣种植区积温的变化特征,为红枣产业的布局和科学管理提供依据。利用1971—2010年12个气象站日平均气温资料,运用线性倾向估计、M-K及小波分析等方法,对≥0℃,5℃,10℃积温及负积温的变化特征进行了分析。结果表明,40年来≥0℃,5℃,10℃积温呈增加趋势,气候倾向率分别为64.557℃/10 a,66.235℃/10 a,48.023℃/10 a。负积温呈减少趋势,气候倾向率为-33.759℃/10 a。持续日数呈增加趋势,各界限温度初日呈提前趋势,终日除10℃外均呈推后趋势。各界限温度积温均发生突变现象,负积温突变出现最早1986年,其次为≥0℃积温1995年,≥5℃、≥10℃积温1996年;各界限温度积温变化存在多时间尺度的周期变化特征,具有2～4,9～11,32～33 a左右的周期振荡,其中32～33 a左右的周期最为明显。黄土高原红枣种植区近40 a来0℃以上各界限温度积温和持续时间呈增加趋势,热量资源明显改善,适宜种植红枣的区域扩大;但需采取有效措施防御可能发生的干旱灾害及红枣病虫害。     

1961-2001年间陕西冬小麦种植北界北移的热量资源分析与评价

气候变暖使农作物种植北界发生了不同程度的北移。为研究冬小麦在陕北地区种植的适宜性, 本文选取了该地区榆林、绥德、横山、吴起和延安5个站点1961-2001年间40年的逐日温度数据进行整理分析, 研究该地区冬前积温、越冬期负积温、1月平均温度、生育期≥0 ℃积温和年极端最低温度等指标及变化情况, 通过热量指标评价陕西省冬小麦北移的可行性。结果表明, 陕北地区冬小麦越冬期负积温、1月平均温和生育期≥0 ℃积温都呈显著升高趋势, 其中, 越冬期负积温每10年升高36.2~71.7 ℃·d, 1月平均温度每10年升高0.32~0.61 ℃, 生育期≥0 ℃积温每10年升高44.1~88.7 ℃·d。此外, 年极端最低温也表现出升高趋势, 但不显著。而冬前积温在延安和吴起两站点分别以20.3 ℃·d·10a^-1和16.1 ℃·d·10a^-1的速率显著升高, 但榆林和绥德两站则有所下降。整体而言, 到2001年, 延安站各项气温指标都能满足北移冬小麦需要, 热量资源不会成为该地冬小麦北移的障碍; 吴起和绥德1月份平均温度偏低, 北移存在一定风险; 而榆林和横山因越冬期负积温和1月平均温度过低而存在较大风险, 不适合北移冬小麦的种植。     

太行山山前平原近50 年气候变暖特征及其对冬小麦-夏玉米作物系统的影响

气候变暖及其对作物系统的影响是农业应对全球变化领域的主要研究命题之一。本文以河北省石家庄为例, 通过对近50 年气温数据以及作物系统热量资源变化特征的分析, 探讨了太行山山前平原区气候变暖对冬小麦-夏玉米作物系统的影响。山前平原区近50 年来明显变暖, 增温速率为0.35 ℃·10a^-1, 其中冬季增温幅度最大, 为0.51 ℃·10a^-1。气候变暖对作物的影响主要体现在有效积温的增加。近20 年来, >10 ℃积温较基准时段增加明显, 农业热量资源条件改善, 相当于农作物有效生育期延长10~20 d。由于较大的增温幅度及季节不均衡性, 冬小麦-夏玉米作物系统受到显著影响: 1990 年以来, 冬小麦生长季积温较基准时段上升幅度超过10%, 冬前生长期积温增加易造成旺长, 影响其安全越冬能力, 需推迟冬小麦播种期以适应气候变暖导致的不利影响; 气候变暖改善了夏玉米生育期热量条件, 综合考虑其收获期因小麦晚播而相应推迟的影响,夏玉米生长季>10 ℃积温可超过2 900 ℃, 满足中晚熟玉米品种平播的热量条件。     

气候变暖背景下南疆棉花种植区划的变化

利用南疆地区52个气象台站1961-2013年逐年≥10℃积温、无霜冻期和最热月(7月)平均气温资料,使用线性趋势分析、累积距平和t检验以及基于Arc GIS的混合插值法对各热量要素的时空变化进行分析;结合新疆棉花种植气候区划指标,对比分析了1997年前后南疆棉花种植气候区划的变化。结果表明:南疆地区热量资源的空间分布总体呈现平原和盆地多,山区少的特点。全球变暖背景下,近53a,南疆地区≥l0℃积温、无霜冻期和7月平均气温分别以56.64℃?d?10a-1、3.15d?10a-1和0.15℃?10a-1(P0.05)的倾向率呈显著上升趋势,并分别于1997、1997和1994年发生突变,受其影响,1997年后较其之前,南疆地区中熟棉、中早熟棉区面积分别扩大17682km2和43033km2,早熟棉区面积变化不明显,特早熟棉区和不宜棉区分别减少4940km2和56589km2。     

作物产量差研究与展望

作物实际产量与潜在产量间存在较大差距,地区间甚至同一地区不同田块间作物产量也存在显著差异,这种现象在世界范围内的农业生产中广泛存在.缩小该差距对于提高粮食产量,确保粮食安全具有重要意义.本文在阐述开展作物产量差研究重要性和必要性的基础上,从产量差的内涵、研究尺度的扩展及分析方法等方面介绍了目前国内外有关作物产量差的研究进展,并综述了作物生长模拟模型在产量差研究中的应用,最后分析了目前作物产量差研究中存在的问题和不足之处,并探讨了未来作物产量差研究的发展方向.     

UV-B辐射的增强对作物形态及生理功能的影响

通过综述UV-B辐射增强对作物产生的影响,为进一步揭示作物对UV-B辐射增强的响应机制、适应变化和寻找相应的解决方法提供参考.分析发现UV-B辐射增强能对作物的形态在根、茎、叶营养器官和生殖器官方面产生负面影响,从而进一步影响作物的生物量和产量;UV-B辐射增强对植物生理的影响主要通过影响作物的叶绿体、光合作用及矿质代谢而起作用,并且这些影响具有品种间和生育期的差异.因此研究紫外辐射对作物的影响具有重要的生态学意义.     

作物水分生产函数研究进展

作物水分生产函数(cropwaterproductionfunctions,CWPF)一般指作物产量(cropyield,Y)与蒸散发(evapotranspiration, ET)之间的函数关系,是作物模型中联系水分和生产力的关键。本文系统地梳理了近半个世纪以来CWPF的相关研究,发现CWPF受多种因素影响,不同地区获得的田间试验结果往往差异较大;常用的CWPF模型多是基于统计信息,缺少坚实的物理基础和可靠的理论支撑,在跨地区、跨物种应用时存在一定缺点。同时基于碳同化过程的机制模型和更为复杂的作物模型也因为参数过多而不易在实际中应用。在以往研究的基础上,从公开发表的41篇文献中筛选出592组田间试验数据,发现小麦产量与ET基本呈线性关系,但数据分布相对离散,而玉米、棉花、水稻因数据量较少其产量与ET关系不明显。利用生长季降水量和累计蒸发皿蒸发数据对不同地区获得的小麦水分生产函数进行了修正,发现改进后的小麦水分生产函数表现出较好的跨地区应用潜力(r2从0.36提高到0.75),并提出了进一步的CWPF修正思路。指出通过改进函数关系虽然能提高统计模型的可移植性,但发展机制模型仍是未来CWPF研究的根本出路。     

全球变暖影响下农作物气候适宜性研究进展

简介了近年来国内外有关全球气候变暖对农作物气候适宜性影响的研究方法和基本观点 ,对动态模拟和控制试验所得结论给予评述 ,并针对目前气候影响评价与预测存在的主要问题提出今后研究重点。     

云南玉米需水规律及灌溉效应的试验研究

基于玉米苗期控水试验和玉米需水量田间试验，分析研究了土壤含水量和灌溉对出苗率、成活率、有效株数和玉米产量经济性状的影响，得到了云南玉米生长季内各月平均日需水量和玉米作物系数。研究认为，苗期灌溉或降水条件好能确保基本的有效株数，促进营养生长；在光照条件好但干旱缺水年份，灌溉的增产效益十分突出；但在干旱缺水影响较小的条件下，玉米灌溉的增产效益并不显著。     

农业生物质热裂解实验研究

研究了温度和加热速率等因素对玉米秆、棉柴、麦秸和稻草等农业生物质热裂解过程中产品得率的影响。实验结果表明,适宜的热解温度为500～600℃,原料滞留时间以6～8min为宜,可燃气、生物炭和木焦油等三种热解产品的得率(wt％)分别为40.2％、34.7％和25.1％;产品成份和有关指标的测试结果表明,燃气的热值为12.88MJ/m³,生物炭的热值为25MJ/kg,冷凝木焦油中的有机组份主要包括甲醇、糠醛、苯酚、邻甲酚、甲苯和醋酸等。     

Effects of tillage systems and rotations on crop production for a thin Black Chernozem in the Canadian Prairies

Soil degradation is the single most important threat to global food production and security. Wind and water erosion are the main forms of this degradation, and conservation tillage represents an effective method for controlling this problem. The objective of this study was to quantify the effects of three tillage methods [zero (ZT), minimum (MT) and conventional (CT)] and three four-year crop sequences [spring wheat (Triticum aestivum L.)–spring wheat–winter wheat–fallow; spring wheat–spring wheat–flax (Linum usitatissimum L.)–winter wheat; spring wheat–flax–winter wheat–field pea (Pisum sativum L.] on crop establishment, plant height, seed weight, soil water storage, crop water use, crop water use efficiency and grain yield over a 12-year period under Canadian growing conditions. Plant establishment was not adversely affected by tillage systems or crop sequences except for flax, where a small reduction was observed with ZT and MT. Conservation tillage showed a yield benefit over CT of 7%, 12.5% and 7.4% for field pea, flax and spring wheat grown on cereal stubble, respectively over the 12 years of the study. Much of the yield increase was due to an increase in soil water in the 0–30 cm soil layer with ZT and MT. However, tillage systems had no effect on grain yield for spring wheat grown on fallow and field pea stubble due to a lack of differences in spring soil water content. Flax grown in sequence with cereals only yielded higher than when it was grown in the sequence which included field pea, even though flax was seeded on spring wheat stubble in both cases. Winter wheat yielded higher when grown on flax stubble than on spring wheat stubble. The results indicate that a one-year non-cereal break crop was enough to alleviate the negative effects of consecutive cereal crops on winter wheat. Spring wheat grown on field pea stubble always yielded more than when grown on cereal stubble. A 10% increase in water use efficiency was observed with flax grown with ZT and MT management. Crop sequence improved water use efficiency in flax and spring wheat. Growing spring wheat on field pea stubble as opposed to growing it on cereal stubble resulted in a 10% increase in water use efficiency. Overall, rainfall accounted for 73%, 72%, 67% and 65% of total water used by field pea, flax, winter wheat and spring wheat, respectively. This explains the large year effect as a result of variation in growing (May–August) season precipitation. The non-significant tillage system by year interaction implies that the positive benefits of ZT and MT occur over a wide range of growing conditions, while the absence of a tillage system by crop sequence interaction suggests that knowledge developed under CT management also applies to ZT and MT. The results of this study support the large shifts towards in conservation tillage being observed in the Canadian prairies.     

A comparison of operational remote sensing-based models for estimating crop evapotranspiration

The integration of remotely sensed data into models of evapotranspiration (ET) facilitates the estimation of water consumption across agricultural regions. To estimate regional ET, two basic types of remote sensing approaches have been successfully applied. The first approach computes a surface energy balance using the radiometric surface temperature for estimating the sensible heat flux (H), and obtaining ET as a residual of the energy balance. This paper compares the performance of three different surface energy balance algorithms: an empirical one-source energy balance model; a one-source model calibrated using inverse modeling of ET extremes (namely ET = 0 and ET at potential) which are assumed to exist within the satellite scene; and a two-source (soil + vegetation) energy balance model. The second approach uses vegetation indices derived from canopy reflectance data to estimate basal crop coefficients that can be used to convert reference ET to actual crop ET. This approach requires local meteorological and soil data to maintain a water balance in the root zone of the crop. Output from these models was compared to sensible and latent heat fluxes measured during the soil moisture–atmosphere coupling experiment (SMACEX) conducted over rain-fed corn and soybean crops in central Iowa. The root mean square differences (RMSD) of the estimation of instantaneous latent and heat fluxes were less than 50 W m⁻² for the three energy balance models. The two-source energy balance model gave the lowest RMSD (30 W m⁻²) and highest r² values in comparison with measured fluxes. In addition, three schemes were applied for upscaling instantaneous flux estimates from the energy balance models (at the time of satellite overpass) to daily integrated ET, including conservation of evaporative fraction and fraction of reference ET. For all energy balance models, an adjusted evaporative fraction approach produced the lowest RMSDs in daily ET of 0.4–0.6 mm d⁻¹. The reflectance-based crop coefficient model yielded RMSD values of 0.4 mm d⁻¹, but tended to significantly overestimate ET from corn during a prolonged drydown period. Crop stress can be directly detected using radiometric surface temperature, but ET modeling approaches-based solely on vegetation indices will not be sensitive to stress until there is actual reduction in biomass or changes in canopy geometry.     

鲁北地区地膜覆盖对棉花需水量、作物系数及水分利用效率的影响

作物系数和需水量是制定作物灌溉制度和计算区域水资源平衡的重要参数,不同气候和不同栽培条件下作物系数和需水量会发生变化。本文通过大田试验,以水量平衡法计算作物需水量、以Penman-Monteith公式计算参照作物蒸散量和作物系数。结果表明,鲁北地区棉花地膜覆盖栽培比露地栽培生育期内作物需水量减少101.5mm,作物系数降低17.6%,水分利用效率增加29.3%。     

Whole Forage Barley Crop Quality as Affected by Different Deficit Irrigation and Fertilizing Systems

Effects of organic, biological, and chemical fertilizers along with water-deficit regimes were investigated on forage barley in a field experiment during 2007–2008. Irrigation regimes were nonstressed (NS), moderately stressed (MS), and severely stressed (SS) and fertilizer treatments were no fertilizer (NF), phosphorus and nitrogen biofertilizers (BF), chemical fertilizer (CF), vermicompost (VC), chemical fertilizer + vermicompost (CV), and chemical fertilizer + biofertilizer (CB). Water stress reduced leaf/stem ratio and dry-matter digestibility (DMD), but increased crude protein (CP), acid detergent fiber (ADF), and neutral detergent fiber (NDF). However, the effect of water deficit on DMD, ash, and NDF depended on the fertilizer treatment. In BF and CV, the barley forage had the greatest DMD and least ash and NDF under water-deficit conditions. The integrated fertilizing systems are more reliable than conventional systems to produce high-quality forage barley in arid environments with late water stress or water deficit irrigation system.