基于物候模型研究未来气候情景下陕西苹果花期的可能变化

陕西苹果种植面积大、产量高,但产量易受晚霜冻影响。冻害的发生与苹果花期和晚霜冻时间密切相关,因此准确预测苹果花期,研究苹果花期的变化规律对苹果生产防灾减灾具有重要意义。本研究利用物候模型（春暖模型、连续模型、重叠模型和平行模型）研究气候变化背景下陕西苹果花期（包括始花期和末花期）的变化规律。首先,评价4种物候模型在陕西苹果产区模拟苹果花期的效果,筛选出研究区最佳花期预测模型。然后,基于所选最佳花期模型模拟历史（1980−2019年）时期各代表站（洛川、白水、凤翔和长武）的苹果花期。最后,基于33个全球气候模式（Global Climate Models,GCMs）生成的未来气象数据集,利用所选最佳模型分别模拟RCP4.5和RCP8.5两种情景下2021−2100年各代表站的苹果花期并研究花期时空变化规律。结果表明,连续模型是模拟渭北东部和西部苹果花期的最佳模型,而延安和关中西部苹果花期的最佳模型为平行模型。1980−2019年各代表站始花期提前速率为3.4～4.7d·10a−1,末花期提前速率为3.3～4.6d·10a−1,空间分布上,研究区苹果花期从东南到西北逐渐推迟,年平均花期持续时间为10～11d。在RCP4.5情景下,各代表站2021−2100年始花期提前速率为0.7～0.9d·10a−1,末花期提前速率为0.6～0.8d·10a−1;与1980−2019年相比,各代表站2021−2060年平均始花期提前0～4.4d,末花期提前0～5.0d,各代表站2061−2100年平均始花期提前3.4～7.6d,末花期提前2.6～8.2d。在RCP8.5情景下,2021−2100年各代表站始花期提前速率为1.3～1.8d·10a−1,末花期提前速率为1.3～1.6d·10a−1;与1980−2019年相比,各代表站2021−2060年平均始花期提前1.3～5.9d,末花期提前1.0～6.1d,各代表站2061−2100年平均始花期提前6.7～12.4d,末花期提前6.2～12.3d。未来气候条件下,苹果花期空间分布与历史时期基本一致,但花期持续时间略有缩短。本研究首次综合花期预测模型和未来气候数据研究陕西苹果产区苹果花期变化,可为陕西苹果产区应对气候变化产生的花期冻害提供一定的理论依据。     

未来中高排放情景下松嫩平原农业气候资源变化分析

基于松嫩平原地区基准时段（1961−1990年）的观测数据,应用统计方法对模型模拟的未来30a(2021−2050年)温度、降水、辐射的逐日数据进行偏差订正,同时采用五日滑动平均法计算≥10℃积温,分析研究区域相对于基准时段,未来30a农业气候资源指标的时空变化特征。结果表明：在RCP4.5和RCP8.5两种排放情景下,未来30a松嫩平原大部分地区平均温度在4～8℃,较基准时段升高2.5～2.8℃,且北部地区的增温幅度大于南部地区;此外,大部分地区≥10℃积温介于3000～3700℃·d,两种情景下分别增加500～550℃·d和600～670℃·d,其中南部部分地区增幅超过670℃·d;大部分地区年降水量在460～580mm,增量为50～90mm不等,降水增量在空间分布上表现为南多北少,其中南部地区增量超过90mm,而北部地区年增量则不足50mm,两种情景在相同区域的降水增量表现为RCP4.5多于RCP8.5;相较于基准时段,年辐射量减少85～100MJ·m−2,生长季内辐射量减少10～40MJ·m−2,变化趋势均不明显。综上所述,未来松嫩平原地区农业气候资源表现为整体提升趋势,农作物可种植期相对延长,因此,应适当种植生育期更长的作物,避免因未来气温升高,造成现有作物生育期缩短,导致产量降低的情况发生;同时研究结果对调整种植结构、改变种植措施和选育作物品种等具有指导意义,有利于充分利用气候资源,提高作物产量。     

辽西北地区气温和降水变化对气候生产潜力的影响

利用辽西北地区23个气象站1961-2010年逐日平均气温和降水量数据,基于Thornthwaite Memorial模型计算其农业气候生产潜力,通过线性趋势分析、MannKendall突变检验等方法对该区域多年平均气温、降水量和气候生产潜力的时间变化趋势及空间分布特征进行分析,研究农业气候生产潜力对气候变化的响应。结果表明：（1）50a来辽西北地区年平均气温气候倾向率为0.28℃·10a-1（P<0.01）,增温极显著,1987年气温发生突变;（2）50a来辽西北地区年降水量呈波动变化,线性变化趋势不显著,空间分布差异大,降水量呈减少趋势的地区占82.6%;（3）辽西北地区气候生产潜力的时空变化特征与降水量变化相似,其时间变化趋势不显著,气候生产潜力下降的区域占全区的43.5%;（4）气温和降水对农业气候生产潜力的影响作用明显,并以降水的影响为主。气温和降水的组合变化,可以解释气候生产潜力变化的95%以上,暖湿型气候对作物生长最有利,冷干型气候对作物生长最不利;（5）50a来,粮食产量与气候生产潜力的相关性不明显,但两者的波动特点相似,其气候利用率逐年代增加,研究区未来仍存在作物可能增产空间。     

基于格点资料的1961−2018年中国霜冻灾害时空变化规律

以1961−2018年长时间序列的格点化气象数据替代以往研究中站点数据,通过趋势分析和聚类分析等方法,研究中国区域内适合格点数据的霜冻辨识阈值、霜冻发生时间及霜冻强度的时空变化规律,以在气候变化背景下合理利用气候资源,降低霜冻灾害给农业生产造成的损失。结果表明：（1）日最低气温0℃相比日最低气温2℃作为阈值辨识初/终霜冻和无霜期的空间分布更加合理。（2）1961−2018年中国大部分地区初霜冻日期推后（1～3d·10a−1）,终霜冻日期提前,无霜期增加（1～3d·10a−1）。（3）不同强度的霜冻年累计发生次数在中国北方有微弱增加态势,在南方呈现明显的减少趋势。其中,晚霜冻不同霜冻强度年发生频次高于早霜冻。（4）以霜冻日期和霜冻发生频数为标准进行中国霜冻灾害区划,全国可分为亚热带、暖温带、中温带、寒温带和青藏高原5个分区。其中,以青藏高原不同霜冻日期变化最为剧烈。整体上,中国区域的气候变暖对于霜冻灾害的发生在时间、空间和强度上有明显的减弱效果。     

吉林春大豆生育期变化及其对气候变暖的响应

基于1981−2014年吉林省4个代表站大豆生育期观测资料和同期气象观测资料,运用数理统计方法,分析大豆关键生育期的时间变化趋势及其与气候变暖的关系,并建立当地大豆生长发育速率对气温变化的响应模型。结果表明：大豆生长发育时空变化明显,平均而言,大豆播种和成熟日期分别为5月4日和9月24日,全生育期143d,需≥10℃活动积温2640.8℃?d,吉林省东部地区大豆主要发育期偏晚,生育期内平均气温与活动积温均偏低。吉林大豆主产区在20世纪90年代气温出现突变,大豆生长季气温明显升高（P＜0.01）,5−9月气温平均增长速率为0.34℃•10a⁻¹,大豆出苗−成熟期气温平均增长速率为0.43℃•10a⁻¹。34a间,大豆播种期、出苗期和三叶期显著推迟（P＜0.05）,成熟期无明显变化,营养生长期对气候变暖的响应更为显著,大豆生育期逐渐缩短（P＜0.01）。大豆生长发育速率与平均气温均呈极显著正相关（P＜0.01）,随着气候变暖,大豆生长速度加快,总体上,全生育期内平均气温每升高1℃,大豆生长发育速率增加2.8%,生育期缩短约5.4d。     

气候变化对关中地区粮食产量的影响及趋势分析

以增温为主的气候变化对粮食产量具有显著影响。本文利用关中地区1983—2016年的站点气象要素、粮食产量统计数据和跨部门影响模型比较计划(Intersectoral Impact Model Intercomparison Project, ISIMIP)中4个全球气候模式2021—2050年降水、气温输出结果,采用突变分析、趋势分析和敏感性分析等方法,从粮食单产、气候产量和气候生产潜力等方面系统分析了我国主要粮食产地之一的陕西关中粮食产量对气候变化的响应特征。结果表明:1)1983—2016年,关中地区年平均气温呈显著上升趋势,升温速率为0.05℃·a~(-1)(P0.01),其中,最高气温的上升起主要作用;年降水量则以~(-1) mm·a~(-1)的速率呈下降趋势,但不显著。2)关中地区多年平均粮食单产为3 599 kg·hm~(-2),且逐年波动上升,速率为57.17kg·hm~(-2)·a~(-1)(P0.001)。关中多地的气候产量与气温呈正相关,气温的升高一定程度上促进了关中气候产量的增加,但并不显著(平均增加率为0.85 kg·hm~(-2)·a~(-1))。渭河关中地区多年以来的气候生产潜力为7 000～12 000kg·hm~(-2),受气温波动的影响,1995年后的平均气候生产潜力高于1995年之前,是整个研究时段气候生产潜力呈现增加趋势的主要时期。3)未来30年里(2021—2050年),关中地区在RCP2.6情景下的平均气候生产潜力略高于RCP6.0情景,但前者的生产潜力呈逐年下降趋势,后者则表现出逐年上升趋势。关中地区的作物对气候资源的利用空间还很大,且气候变化对关中粮食产量具有促进作用,但此正向作用并不是持续不变的。     

气候变化对内蒙古中部草原气候生产潜力的影响

根据内蒙古中部草原各样点47a的气候数据,基于Miami和Thornthwaite Memorial气候模型,分析研究区域不同草原类型草地生产潜力和影响气候生产潜力的气候驱动力.结果显示,内蒙古中部草原的气候生产潜力由东向西表现出与地理分布和降水量分布趋势一致的差异性,农牧交错带草地＞典型草原＞荒漠草原＞草原化荒漠,其气候生产潜力在3000～7000kg·hm-2·a-1.研究区域的气候资源利用率在23.8%～62.3%,不同草原存在一定的差异性.分别采用草原样方取样实际产量数据、气候数据和气候生产力模型数据计算分析表明:与温度相比,降水量是影响研究区域牧草产量和气候生产潜力的主要气候驱动力,温度与降水对草原气候生产潜力都具有正效应,不同草原类型温度与降水变化对气候生产潜力的影响有差异性.温度每升高或降低1℃,草地气候生产潜力升高或降低6.75～29.07kg·hm-2·a-1,降水量每升高或降低1mm,草地气候生产潜力升高或降低0.83～1.86kg·hm-2·a-1.未来气候"干暖化"的趋势下,研究区域温度升高增加的气候生产潜力作用小于由蒸散量增加引起的减产作用,因而导致草地气候生产潜力下降,受水分限制作用越明显的草原,其气候生产潜力下降的趋势越显著.     

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。     

内蒙古武川县土地生产力及土地合理利用的探讨

本文从区域地理特征出发,应用资源与资源生态科学理论和系统分析方法,分析了土地利用现状、土地生产力现状及土地利用中存在的问题;并从气候方面着手,应用农业气候生产潜力法,估算了本县土地生产粮食及牧草的光合生产潜力,光温生产潜力和气候生产潜力,以及现状土地利用结构基础上的土地人口承载力和草场载畜量,从而提出了合理利用土地,提高土地生产力的建议。     

桃源县水稻产量的气候影响分析

为了解区域气候要素对水稻产量的影响,通过长期(1990-2005年)定位稻田试验结果,对湖南省桃源县早、晚稻气候产量与气候要素的关系进行了解析.结果表明,早稻气候产量与抽穗-成熟期≥10℃的有效积温之间呈显著的正相关关系,而生育期日照时数的波动和日均最低气温的改变是导致晚稻气候产量年际大幅波动的主要原因.针对当地产量与气候的响应关系,提出了相应的水稻栽种应对措施.     

苗期短时高温条件下草莓干物质积累模型的修订

以草莓品种“红颜”为试验材料，分别于2018年和2019年对温室草莓苗期进行不同高温（日最高温/日最低温分别为32/22℃、35/25℃、38/28℃和41/31℃）和不同胁迫天数（2d、5d、8d和11d）处理，以28/18℃为对照（CK），处理结束后将草莓移植到Venlo型玻璃温室进行正常栽培试验。以2018年数据定量分析高温和胁迫天数对温室草莓叶面积指数的影响，构建以生理发育时间为尺度的苗期高温对温室草莓叶面积指数影响模型，并结合已有的光合作用生产模型，构建光合驱动的草莓干物质生产的机理模型。以2019年试验数据对模型进行拟合验证。结果显示，构建的高温影响模型对温室草莓叶面积指数、最大光合速率和干物质生产的模拟值与实测值之间的决定系数（R²）分别为0.98、0.83 和0.91，均方根误差(RMSE)分别为0.04、1.50μmol·m⁻²·s⁻¹和1.38g·m^–2，相对误差（RE）分别为6.43%、13.17%和11.49%，说明所建模型较好地模拟了苗期高温对温室草莓叶面积变化和干物质生产的影响，可为温室草莓的高温环境管理和调控提供理论依据。     

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...     

气候变暖背景下西藏中南部苹果物候期变化及其气候影响因子分析

利用2001-2020年西藏泽当农业气象站苹果物候期和逐日平均气温(T_m)、最高气温(T_max)、最低气温(T_min)、气温日较差(DTR)、相对湿度(RH)、降水量(Pr)、日照时数(S)和≥0℃积温(∑T₀)等资料,采用线性回归、Pearson相关系数和逐步回归等方法,分析近20a西藏中南部苹果物候期及生长期长度的变化趋势,以及影响的主导气候因子,以期揭示西藏高原苹果物候期变化特征及其对气候变暖的响应。结果表明：2001-2020年西藏中南部苹果除可采成熟期以1.28d·a^-1的速率呈提前趋势外,其它物候期平均每年推迟2.83～7.64d;果实生长发育期长度、花期长度平均每年分别缩短8.92d和5.98d,而果树全生育期长度略有延长,速率为0.65d·a^-1。各物候期T_max趋于升高,T_min呈降低趋势,DTR显著增大;多数物候期RH、S呈显著减少趋势;Pr在可采成熟期前以增加为主,之后趋于减少。春季物候期主...     

气候变化对天山北坡经济带设施农业气候适宜性的影响

新疆天山北坡经济带冬季寒冷且漫长、日照时数少、部分地区多大风,气候条件对设施农业生产总体不利。开展气候变化对该地区设施农业气候适宜性的影响研究,对适应气候变化,科学制定天山北坡经济带设施农业布局和发展规划具有重要意义。利用天山北坡经济带35个气象台站1961-2014年逐年≤0℃负积温、12月-翌年2月日照时数和10月-翌年4月大风日数资料,通过线性趋势分析、累积距平和t检验以及基于ArcGIS的混合插值法对各要素的时空变化进行分析。结合实际调查获取的设施农业气候适宜性区划指标,对比分析了1988年前、后天山北坡经济带设施农业气候适宜性区划的变化。结果表明：天山北坡经济带≤0℃负积温具有高山带多,平原次之,中、低山带少;12月-翌年2月日照时数高山带和平原少,中、低山带多;10月-翌年4月大风日数峡谷地带及风口和风线多,平原和山区少的特点。1961-2014年天山北坡经济带≤0℃负积温、12月-翌年2月日照时数和10月-翌年4月大风日数分别以50.67℃·d·10a^-1、20.52h·10a^-1和1.31d·10a^-1的倾向率呈极显著（P＜0.001）减少趋势,上述各要素分别于1988、1987和1987年发生突变。受其影响,1988年后较其之前,设施农业适宜区和次适宜区面积分别增加14466.0km² 和4929.7km²,不适宜区减小19395.6km²。     

播期对水稻机械旱直播产量及稻米品质的影响

为探明机械旱直播水稻在长江中游地区较优的播种时期,本试验以广两优476(GLY476)和黄华占(HHZ)两个水稻品种为材料,采用机械旱整旱播模式,设置5个播期处理,即S1(5月10日)、S2(5月17日)、S3(5月24日)、S4(5月31日)、S5(6月7日),考察播期对水稻产量形成、光温资源利用率、稻米品质形成的影响。结果表明,广两优476和黄华占的产量均随着播期的延后呈先升高后降低的趋势,其中S4处理的产量最高,该处理下两水稻品种产量分别较S1高15.8%和27.4%。随着播期的延后,光能生产效率呈现逐渐增加的趋势,广两优476在S5处理下的光能生产效率最高,两年平均值为0.432 g·MJ^-1, 黄华占以S4处理最高,两年平均值为0.421 g·MJ^-1;且两品种积温利用率的变化趋势和光能生产效率类似,均以S4处理最高,两者平均值分别为3.72和3.61 kg·℃^-1·d^-1·hm^-2。两品种在S4和S5处理下的整精米率均高于其他播期处理;随着播期延后,两品种S5处理的垩白粒率和垩白度分别较各自的最高值下降14.1~17.1个百分点和4.6~7.8个百分点;营养品质变化趋势和外观品质一致,随播期延后呈显著下降趋势,两品种S5处理的平均直链淀粉含量较S1处理降低1.3~1.5个百分点,蛋白质含量降低2.0个百分点。综上所述,长江中游地区机械旱直播水稻5月中上旬播种期使水稻遭遇高温危害,产量和稻米外观品质降低。将播期延迟到5月底至6月上旬,可有效避免高温危害,对提高水稻稳产能力具有重要作用。本研究为明确水稻生产区高温发生规律,调整适宜播种期,提高机械旱直播水稻稳产能力提供了重要参考。     

河北省农作物生产投入品碳排放变化特征

基于2010-2018年河北省农资投入、农作物产量、耕地面积和农作物播种面积等统计数据,计算河北省农作物生产投入品碳排放,分析河北省农作物生产投入品碳排放的动态变化和不同投入品碳排放所占比例,为农业生产节能减排,实现低碳农业提供理论依据。结果表明,2010-2018年河北省农作物生产投入品碳排放以2015年为转折点,呈现先上升后下降的趋势。研究期内河北省农作物生产碳排放总量、单位产量碳排放量和单位耕地面积碳排放量分别为2219万～2674万tCO₂eq、0.21～0.30tCO₂eq·t^-1和3.40～4.10tCO₂eq·hm^-2。2018年河北省农作物生产碳排放总量、单位产量碳排放量和单位耕地面积碳排放量最低,分别比最高值降低17.0%、30.0%和17.0%。化肥、农药、农膜、柴油和灌溉用电9a平均碳排放量占比分别为38.6%、2.1%、11.5%、34.7%和13.1%。化肥和柴油是最主要的农业碳排放源,占比均在30%以上。农作物生产投入品碳排放的动态变化受国家政策影响...     

内蒙古东部中晚熟区青贮玉米产量和品质与气象因素的关系

为研究青贮玉米(Zea mays L.)产量和品质与气象因素的关系,于2018—2019年在通辽市农业科学研究院试验基地,以北农青贮368、东科301、京科青贮516及京科968为材料,设置D1(4月24日)、D2(5月1日)、D3(5月8日)和D4(5月15日)4个播期,比较不同播期条件下青贮玉米产量和品质的变化,分析青贮玉米产量和品质形成与气象因素的关系。结果表明,随着播期的推迟,各品种青贮玉米生育期缩短,株高和茎粗均呈增加趋势,绿叶数变化不大,D2播期的穗位较高。各品种在D2播期的平均生物产量最高(35.2～40.2 t·hm^-2)。随着播期推迟,中性洗涤纤维(NDF)和酸性洗涤纤维(ADF)含量呈增加趋势,粗蛋白含量变化不明显,D2播期淀粉含量较高。生育期日照时数(R²=0.381,P=0.031)和吐丝后日照时数(R²=0.507,P=0.003)与干物质产量呈负相关,生育期降雨量(R²=0.591,P<0.001)和吐丝后降雨量(R²=0.367,P=0.03...     

华北平原潮质土壤协同实现有机碳提升，粮食增产稳产的途径——以曲周县为例

土壤有机碳(SOC)的提升和持续的粮食增产和稳产是当前农业可持续发展所面临的重大挑战之一。然而,在农业生产系统中,协调SOC提升,粮食增产及稳产的机制尚不明确。通过收集不同历史时期(1980s、1990s、2000s和2010s)曲周县粮食产量、土壤有机质含量、有机肥施用量等数据,以及对曲周若干个田间定位试验的整合,分析不同时期曲周县的碳投入量和作物产量差异。主要研究结果如下:(1)曲周县作物产量和土壤有机质含量在空间上呈显著区域特征,临近县城范围内作物产量和土壤有机质含量明显较高;(2)从1980s到2010s曲周县粮食产量从2.9 t·hm^-2提高到7.7 t·hm^-2,产量变异系数从22.9%降低到3.3%,土壤有机质含量从8.5 g·kg^-1提高到13.8 g·kg^-1,全县农田平均碳投入从1.4 t·hm^-2提高到9.3 t·hm^-2;(3)基于长期定位试验结果分析,与空白对照相比,优化处理的SOC显著提升,平均每年提高5.9%,粮食产量10年平均增加84.1%。同时变异系数降低了3.9%。通过秸秆还田、有机肥施用等优化管理措施可以提高SOC含量,促进粮食增产和稳产。随着产量增加,秸秆数量进一步提高,将更多的碳投入到土壤中。产生了地上-地下的良性循环,协同实现土壤有机质提升、作物增产及稳产。