玉米播种期水分胁迫及补水对幼苗生长的影响

利用华北平原49个气象站点的逐日气象数据和24个农业气象试验站的物候期数据,分析了1961—2010年冬小麦营养生长期、并进期、生殖生长期和全生育期的生长度日(Growing degree days,GDD)、高温度日(Killing degree days,KDD)、降水量及其气候倾向率的时空变化特征。研究表明,1)华北平原冬小麦全生育期GDD各省间差异不显著,但其他各生育期各省间空间分布差异显著(P<0.05),华北平原所有地区GDD的气候倾向率均呈正值,高值主要分布在山东东部(莱阳市和烟台市等)、河南东南部(信阳市和固始市等)一带;2)华北平原冬小麦各生育期KDD各省间差异不显著,营养生长期KDD均呈增加趋势,其他时期有增有减,生殖生长期与全生育期KDD倾向率呈现东北与西南正值,其他地区负值的特征;3)华北平原在过去的50年冬小麦各生育期降雨量均呈现由南向北递减特征,营养生长期及全生育期降雨量均呈增加趋势,并进期山东东部地区及生殖生长期河南南部地区呈现降低趋势。因此,过去50年,河北省西部(保定和石家庄等)一带小麦种植极端高温风险较大;山东东北及河南西南一带未来小麦种植极端高温风险较大。华北大部分地区干旱风险呈现降低趋势,山东东部(潍坊市和莱阳市等)在冬小麦并进期,河南南部(南阳市和固始市等)在冬小麦生殖生长期干旱风险呈增加趋势。     

近50年华北平原冬小麦主要生育期水热时空变化特征分析

利用华北平原49个气象站点的逐日气象数据和24个农业气象试验站的物候期数据,分析了1961—2010年冬小麦营养生长期、并进期、生殖生长期和全生育期的生长度日(Growing degree days,GDD)、高温度日(Killing degree days,KDD)、降水量及其气候倾向率的时空变化特征。研究表明,1)华北平原冬小麦全生育期GDD各省间差异不显著,但其他各生育期各省间空间分布差异显著(P0.05),华北平原所有地区GDD的气候倾向率均呈正值,高值主要分布在山东东部(莱阳市和烟台市等)、河南东南部(信阳市和固始市等)一带;2)华北平原冬小麦各生育期KDD各省间差异不显著,营养生长期KDD均呈增加趋势,其他时期有增有减,生殖生长期与全生育期KDD倾向率呈现东北与西南正值,其他地区负值的特征;3)华北平原在过去的50年冬小麦各生育期降雨量均呈现由南向北递减特征,营养生长期及全生育期降雨量均呈增加趋势,并进期山东东部地区及生殖生长期河南南部地区呈现降低趋势。因此,过去50年,河北省西部(保定和石家庄等)一带小麦种植极端高温风险较大;山东东北及河南西南一带未来小麦种植极端高温风险较大。华北大部分地区干旱风险呈现降低趋势,山东东部(潍坊市和莱阳市等)在冬小麦并进期,河南南部(南阳市和固始市等)在冬小麦生殖生长期干旱风险呈增加趋势。     

气候变化背景下东北地区春玉米生育期变化分析

春玉米是东北地区主要作物,研究气候变化背景下春玉米生育期的变化具有重要意义。利用东北玉米种植区内39个农业气象试验站1981—2012年的物候期观测记录数据,系统分析1981—1999年和2000—2012年春玉米播种、拔节、开花、成熟等关键物候期以及营养生长期、营养生长与生殖生长并进期、生殖生长期及全生育期长度的变化特征。结果表明,与1981—1999年相比,2000—2012年东北地区春玉米平均播种期日序差的范围为-10～9 d,推迟站点占32.5%;平均拔节期日序差的范围为-8～9 d,推迟站点占42.5%;平均开花期日序差的范围为-6～6 d,推迟站点占62.5%;平均成熟期日序差的范围为-8～9 d,推迟站点占32.5%。营养生长期长度差范围分别是-23～16 d,增长的站点占57.5%;并进期长度差范围是-17～8.5 d,增长的站点占40%,生殖生长期长度差的范围为-8～21 d,增长的站点占75%;全生育期长度差范围是-19～15 d,增长的站点占55%。     

近35年吉林省玉米气候适宜度及其变化

利用吉林省50个气象站1981～2015年的气象数据及玉米产量数据,利用模糊数学方法建立吉林省分区域玉米逐旬温度、降水、日照时数和气候适宜度模型,并利用加权分析法计算玉米全生育期、营养生长期、营养生长与生殖生长并进期、生殖生长期的单要素适宜度和气候适宜度,并分析其时空变化特征。结果表明:玉米全生育期、营养生长期各区域基本是日照时数适宜度最高,其次是温度适宜度,降水适宜度最低;并进期多数情况下温度适宜度最高,降水适宜度仍然最低;而生殖生长期日照时数适宜度最高,温度和降水适宜度不同区域不同年份高低不定。因此,水分是影响吉林省玉米生长发育的主要关键气象因子。各时期降水适宜度均呈西低东高的特点,导致气候适宜度基本也是西低东高。气候适宜度在各区域生殖生长期以及东部的并进期呈不显著上升趋势,其他各生育时期各区域均呈不显著的下降趋势。     

黑龙江省热量资源变化特征及对水稻不同发育期生长的影响

[目的]明确黑龙江省热量资源变化特征及对水稻不同发育期生长的影响,为理解和评价气候变化对水稻生产的影响提供科学依据.[方法]利用黑龙江省28个农业气象站点1974—2016年≥10℃积温、逐日最高气温、逐日最低气温及水稻发育期和产量数据,运用线性倾向估计法、相关性分析法等对黑龙江省水稻不同发育期的热量资源时空变化及其对水稻生长和产量的响应进行分析.[结果]水稻生育期内≥10℃积温、逐日最高气温、逐日最低气温等热量资源呈增加趋势,空间上从北到南、由东向西逐渐增加;水稻整个生育期长度逐渐延长,但营养生长和生殖生长并进期略有缩短;生殖生长期持续天数与生殖生长期≥10℃积温、营养生长和生殖生长并进期持续天数与营养生长和生殖生长并进期≥10℃积温、营养生长期持续天数与营养生长期最高气温和营养生长期最低气温、气象产量与营养生长和生殖生长并进期≥10℃积温和营养生长期最低气温,呈极显著相关(P<0.01),相关系数分别为-0.719、0.712、-0.606、-0.501、0.537和0.554.营养生长期持续天数与营养生长期≥10℃积温,气象产量与营养生长期最低气温、生殖生长期最高气温和营养生长期最高气温呈显著正相关(P<0.05),相关系数分别为0.337、0.318、0.374和0.349.[结论]1974—2016年黑龙江省热量资源呈增加趋势,对水稻生长有利,导致水稻产量增加.     

气候变化对1981年以来湖北省中稻生育期的影响

从湖北省国家基本气象站中选择有中稻观测资料且较完整的武汉市、随州市、利川市、钟祥市、谷城县等5个站点1981-2008年生育期观测资料及平均气温、最高气温、最低气温、日照时数、降水量等气象资料,考察1981年以来湖北省不同地区气象要素旬变化及其对中稻生育期变化的影响.结果表明:中稻营养生长期平均气温、平均最高气温、平均最低气温大多呈现升高的趋势;生殖生长期平均最高气温呈现升高的趋势,而平均气温、平均最低气温呈现降低的趋势,且8月中旬旬平均最高气温明显下降.整个生育期日照时数呈现减少的趋势.全生育期、营养生长期平均气温与平均最低气温的升高导致生育期缩短,但生殖生长期平均气温、平均最低气温的降低导致生育期延长.综合气象要素的变化导致中稻全生育期天数与营养生长天数在鄂东南、鄂西南、鄂东北、鄂西北表现延长的趋势,在江汉平原表现为缩短的趋势;生殖生长天数在不同地区则统一表现出延长的趋势.     

基于实际生育期的东北地区玉米气候生产潜力研究

应用1981-2006年中国东北三省30个农业气象观测站玉米生育期资料和玉米种植区内1961-2006年70个气象台站的气象资料,统计分析了东北三省玉米主要发育期的变化特点,研究了东北地区玉米实际生长期间的气候生产潜力的变化特征,结果表明:东北地区玉米各生育期呈现自西南—东北方向逐步推进的趋势;东北地区玉米光合生产潜力、光温生产潜力均呈现由西向东、由北向南递减的趋势,而气候生产潜力呈现由西南向东北逐渐递减的趋势.46年来东北地区光合生产潜力、气候生产潜力呈逐年减少的趋势,而光温生产潜力辽宁、吉林呈现逐年减少的趋势,黑龙江呈现增加趋势.从年代际来看,东北地区玉米气候生产潜力在20世纪60年代最高,进入90年代后显著减少,2001年后进入气候生产潜力的最小时期.在玉米生产中应根据热量资源增多的特点,适当扩大晚熟型玉米种植面积,延长生长期,采取水分调控等措施提高玉米的综合生产能力.     

近20年东北气候变暖对春玉米生长发育及产量的影响

【目的】探求东北三省近20 年气候变暖对春玉米生长发育进程及产量的影响,为东北地区气候变暖下粮食安全问题提供理论依据。【方法】选取东北黑龙江、吉林和辽宁省三省进行区域研究,利用东北地区近20 年气候观察数据和春玉米长期观测数据,通过相关和回归等数理统计方法系统分析东北三省春玉米生长季的气候因子（温度和降水量）与春玉米生育进程数据和历史产量数据之间的关系。【结果】东北地区1989-2009 年春玉米生长季日最高温度、最低温度以及平均温度均呈明显上升趋势,气候倾向率每年分别为0.050、0.045和0.044℃,表现为春玉米生育期间白天增温幅度较夜间增温幅度大,降水量变化不显著。近20 年黑龙江省各试验站平均播种日期变化趋势是每年提前0.10 d,而吉林省、辽宁省各试验站每年分别推迟0.18和0.21 d。黑龙江省、吉林省以及辽宁省各试验站春玉米平均成熟日期变化趋势分别每年推迟0.39、0.35和0.55 d,平均生育期天数变化趋势分别每年增加0.49、0.17和0.34 d,成熟日期推迟的幅度大于播种日期的推迟幅度导致三省试验站春玉米生育天数增加。对1991-2006 年东北地区审定品种生育期数据与气候数据关系进行相关性分析表明,黑龙江省最高温度（Tmax）上升会延长审定品种生育期,而吉林和辽宁省春玉米的审定品种生育期与平均温度（Tavg）、最高温度（Tmax）和最低温度（Tmin）均呈现为正相关。采用T检验法分析春玉米审定品种生育期和试验站春玉米生育期关系表明,黑龙江和辽宁省的审定品种和试验站春玉米生育天数呈一致的增加趋势,且无显著性差异。采用线性偏回归测验法分析品种和气候因子对春玉米生育期影响重要性的结果表明,品种生育期的延长是导致春玉米生育期不断延长的主要原因。三省春玉米近20 年平均产量表现为增加趋势,其趋势由小到大的次序是辽宁省、吉林省以及黑龙江省,越往北其产量增加趋势越大,产量增加越明显。东北各省地级市1989-2009年面板数据分析表明,东北地区平均温度（Tavg）、最高温度（Tmax）和最低温度（Tmin）的变化均会影响春玉米的产量。温度上升,东北部产量增加明显,尤其是黑龙江省东部的三江平原地区,而东北地区西南部减产。【结论】受气候变暖的影响,东北春玉米品种对气候变暖是逐步适应,可以利用其适应潜力,通过春玉米品种改良和调整播期等措施来适应气候变暖,从而提高春玉米产量。     

基于气象因素对豫西南春花生高产栽培安全性分析

对2001～2016年邓州市春花生全生育期及不同生育阶段平均气温、降雨、光照等气象因素变化进行分析,并探讨了气象因素变化对春花生生长发育的影响.结果表明,在春花生生育期内,自2001年至今,平均气温则呈递增趋势,但递增趋势较缓;降雨量呈递减趋势(播种期、花针期呈递增趋势),光照量呈逐年递减趋势(不同生育时期递减趋势不同),但光照量递减趋势强于降雨量.基于气象分析,结合春花生生长规律,科学选择品种和规划适宜播种模式,合理运筹肥水,在安全稳产的基础上实现持续高产.     

基于气象因素对豫西南春花生高产栽培安全性分析（英文）

对2001~2016年邓州市春花生全生育期及不同生育阶段平均气温、降雨、光照等气象因素变化进行分析,并探讨了气象因素变化对春花生生长发育的影响。结果表明,在春花生生育期内,自2001年至今,平均气温则呈递增趋势,但递增趋势较缓;降雨量呈递减趋势(播种期、花针期呈递增趋势),光照量呈逐年递减趋势(不同生育时期递减趋势不同),但光照量递减趋势强于降雨量。基于气象分析,结合春花生生长规律,科学选择品种和规划适宜播种模式,合理运筹肥水,在安全稳产的基础上实现持续高产。     

2002-2009年东北早熟春玉米生育期及产量变化

[目的]分析气候变暖背景下中国东北春玉米生育期及产量的变化趋势,为品种栽培和育种目标方向提供科学依据.[方法]利用2002-2009年国家东北早熟春玉米品种区域试验中对照品种生育期、产量和气候资料等相关数据,分析气候变暖对东北早熟春玉米生产及育种的影响.[结果]对照品种的生育期、营养生长期、花粒期与相应期间的活动积温呈较强的正相关,随着活动积温的增加,生育期和花粒期均有延长的趋势.对照品种产量和年平均气温呈显著正相关(r=0.647*,Sig.=0.041,o=0.05).随着年平均气温的增加,对照品种产量有进一步提高的趋势.同时,随着生产水平、栽培方式等因素的变化,东北玉米种植密度呈增加趋势.[结论]气候变暖显著影响中国东北早熟春玉米的生育期、产量、生产栽培和育种.选育总生育期长、营养生长期短但生殖生长期长,耐密植的高产品种是东北春玉米适应气候变暖的育种方向.     

2011—2050年RCP4.5新情景下东北春玉米种植布局及生产评估

【目的】研究东北地区春玉米适种区域及其生育期、产量对气候变化的响应。【方法】基于气候模式RegCM4输出的未来RCP4.5新气候情景逐日资料,采用经验频率法预测80%保证率下2011—2050年中国东北地区早、中、晚熟型春玉米种植区域时空变化,同时结合作物模型DSSAT4.5对黑龙江省晚熟品种的生育期、产量变化特征及该省因气候变化而新增的晚熟品种可能种植区内晚熟玉米的适种性进行模拟评估。【结果】RCP4.5情景下,2011—2050年东北三省≥10℃的积温呈增加趋势,早、中、晚熟型玉米品种种植界限均有不同程度的北扩或东移,可能种植范围扩大。黑龙江省2011—2050年间晚熟玉米新增可能种植区域内适宜种植晚熟品种;气候变化对原有种植区内晚熟品种生殖生长期的影响程度大于对营养生长期的影响,全生育期天数平均缩短2—11 d;产量变化存在明显空间差异,不考虑CO2肥效作用和考虑CO2肥效作用两种方案下的产量变化范围均介于±20%以内,但考虑CO2肥效作用时的产量较高。【结论】因气候条件变化而新增的春玉米种植区域的适种性需要综合考虑多方面因素来评估。未来40a玉米全生育期天数变化主要源于生殖生长期缩短,大气中CO2浓度增加带来的肥效作用可抵消一部分因温度升高产生的对玉米产量形成的不利影响。     

近20年黄淮海地区气候变暖对夏玉米生育进程及产量的影响

【目的】探求黄淮海地区近20年气候变暖对夏玉米生长发育进程及产量的影响,为气候变暖背景下夏玉米的高产稳产制定合理的应对措施提供理论依据。【方法】选取黄淮海地区,包括河北、京津地区、河南、山东、安徽和江苏等地区进行区域研究,利用该地区近20年长期观察的气候数据和夏玉米生产数据以及历史产量数据,采用相关分析和非线性多元回归等分析方法,明确气候因子（温度和降水）与夏玉米生育期和产量的关系。【结果】近20年间黄淮海大部分地区夏玉米生长季内区域平均温度呈上升趋势,但存在地区间差异。降水方面,该区东北部的京津-河北地区与山东降水量呈下降的趋势。与1990s相比,2000s河北和山东夏玉米营养生长期天数呈下降趋势,分别下降2 d和1 d,河南呈上升趋势,增加1 d;而生殖生长期呈上升趋势,分别上升4 d和2 d,河南下降1 d。全生育期天数有所增加,平均增加2 d和1 d。河南保持不变。利用F检验法分析审定品种和试验地玉米全生育期线性趋势一致性。结果表明,审定品种生育期和试验地玉米生育期变化呈现一致的趋势,说明品种的变化是影响夏玉米生育期的因子。采用线性偏回归测验法分析品种和气候因子对夏玉米生育期影响重要性。结果表明,气候因子是夏玉米生育期变化的主要因子,影响率占75.3%。黄淮海地区（除江苏外）夏玉米产量以增产为主。非线性分析表明,气温升高会导致黄淮海地区北部的河北与西部的河南夏玉米产量上升,东南部地区各省份夏玉米的减产。降水对该地区干旱少雨的北部地区夏玉米产量有正效应,对湿润多雨的南部地区有负效应。此外,当GDD10上升时,黄淮海地区北部的河北与西部的河南的夏玉米产量会随着上升,而东部和南部的山东、安徽与江苏夏玉米产量将会下降;整个黄淮海地区,当GDD30上升时,会造成全地区夏玉米产量下降,且山东下降最为明显。【结论】黄淮海地区夏玉米的实际生产受气候变暖的影响,夏玉米对气候变暖是逐步适应,可以利用其适应潜力,通过选育生育期长和耐热的夏玉米品种和改进栽培措施来适应气候变暖,从而提高夏玉米产量。     

中国北方地区春玉米干旱的时间演变特征和空间分布规律

【目的】研究北方地区春玉米各生育阶段干旱年代际演变特征及空间分布规律。【方法】基于研究区域1961—2010年291个气象站点的逐日气象资料以及春玉米生育期资料,利用农业干旱指标作物水分亏缺指数（CWDI）,明确了研究区域春玉米干旱的年代际演变特征及空间分布规律。【结果】西北地区春玉米水分亏缺指数年际间波动平稳,华北和东北地区在20世纪80和90年代波动较为剧烈;华北地区春玉米水分亏缺指数在抽雄—成熟阶段明显低于其余两个阶段,东北、西北地区各生育阶段变化不明显;华北中部地区干旱等级的年代间波动明显。北方地区春玉米干旱等级和干旱发生频率的空间分布均呈现西高东低、北高南低的形势,西北地区最高、华北地区次之,东北地区最低;各旱级干旱频率的空间分布以特旱和轻旱最为明显,其中特旱主要集中发生在新疆大部、甘肃北部、内蒙古西北部等地区,发生频率在3年2遇以上,而轻旱主要集中在东北大部、华北大部以及西北东南部地区,发生频率在5年1遇以上。中旱和特旱主要集中发生在华北地区以及西北东部地区,频率均在5年1遇以上,并且随生育阶段更替有减轻的趋势。【结论】北方地区春玉米农业干旱指标CWDI年代间波动以华北、东北地区较为剧烈,且从20世纪80年代以来波动有上升的趋势。干旱的等级和频率空间分布均呈现明显的东西向分布。各旱级中特旱频率呈西高东低分布,生育后期在区域上呈扩大趋势,轻旱频率呈东高西低分布,生育后期有加重趋势,中旱和重旱频率呈中高东西低分布,生育后期在区域和程度上均呈下降趋势;生育阶段间旱级变化敏感的区域主要是新疆北部和华北中部地区。     

气候变化背景下东北三省主要作物典型物候期变化趋势分析

 【目的】分析气候变化背景下东北三省主要作物类型（水稻、玉米、春小麦和大豆）典型物候期（出苗期、抽穗期和成熟期）的变化趋势。【方法】应用气候倾向率（θ）确定农业气候资源特征和典型物候期的变化趋势与整体对应关系。【结果】近20年来，东北三省大部分地区≥10℃初日出现了提前趋势，初霜日不断推迟，温度生长期天数持续增加，≥10℃积温总体呈升高趋势。在此背景下，水稻和玉米均出现了出苗期提前（0.04＜θ＜0.55 d•a-1和0.04＜θ＜0.35 d•a-1）、成熟期推后（0.09＜θ＜0.35 d•a-1和0.23 ＜θ＜0.38 d•a-1）、以及生育期延长（0.31＜θ＜1.26 d•a-1和0.11＜θ＜0.57 d•a-1）的趋势；大豆则表现为出苗期提前（0.01＜θ＜0.61 d•a-1）、成熟期提前（0.18＜θ＜0.19 d•a-1）、生育期缩短（0.06＜θ＜0.17 d•a-1）的趋势；而春小麦典型物候期的变化趋势不明显。【结论】东北三省农业气候资源变化使作物生长期内温度适宜程度偏向好转，总体上有利于早种晚收、生育期长的作物品种的推广种植。     

全球气候变暖对中国种植制度可能影响ⅩⅢ. 东北三省春玉米熟型调整的降水限制及其对产量的可能影响

【目的】研究气候变化背景下东北三省春玉米品种熟型调整敏感区域内的降水条件变化及其对产量的可能影响,为当地春玉米种植品种熟型的调整提供科学参考。【方法】以1985年为时间节点,将1961—2017年分为2个时间段（1961—1985年和1986—2017年）。基于东北三省春玉米品种熟型调整敏感区域内的24个地面气象观测站点1961—2017年地面气象观测资料和16个农业气象试验站点1981—2007年玉米生育期的观测资料,分析春玉米不同生育阶段水分条件的变化特征,并运用作物生产潜力逐级订正法计算降水条件变化对生产潜力的影响。【结果】（1）1961—2017年,东北三省春玉米品种熟型调整的敏感地带内实际播种期呈提前趋势,成熟期呈推迟趋势,实际生产中品种熟型的调整导致实际生育期延长。（2）敏感区域内春玉米品种熟型的调整,使生育前期（播种—拔节）和后期（开花—成熟）需水量增加,生育中期（拔节—开花）需水量减少;同时,生育前期有效降水量呈现增加趋势,生育中期和后期有效降水量呈现减少趋势。（3）品种熟型调整后,春玉米生育中期有效降水量满足率最低。（4）品种熟型调整后,气候生产潜力在中晚熟品种调整为晚熟的区域5南部和西部的宽甸和通榆站点呈减小趋势,波动性增加,在特早熟品种调整为早熟的区域1和早熟品种调整为中熟的区域3北部气候生产潜力呈增加趋势且波动性降低。【结论】全球气候变化的背景下,东北地区敏感区域内有效降水量满足率在生育中期和后期降低,气候生产潜力在研究区域的西部和南部减小、东部增大且不稳定性高。因此,在敏感区域的东部、西部和南部仍要进一步关注品种熟型的选取,同时在春玉米生育中期和后期,及时进行灌溉补充水分,确保春玉米产量。     

1981-2015年华北地区种植结构演变及其驱动机制分析

为明确农业生产资料投入和作物受灾面积对作物产量的影响以及作物综合比较优势指数对华北地区种植结构演变的影响。本研究利用综合比较优势指数和线性回归等方法分析1981—2015年河北、河南和山东3个华北地区粮食主产省的作物生产、农业生产投入和作物受灾面积等变化特征。结果表明:1)1981—2015年,华北地区玉米和花生种植面积均显著增加,大豆和棉花种植面积均显著减少,冬小麦和油菜种植面积保持相对稳定;冬小麦、玉米和花生总产量显著增加,大豆和棉花总产量显著下降;1981—2015年所有作物单位面积产量均显著增加,其中冬小麦、玉米和花生单位面积产量增加速率较快,大豆和棉花单位面积产量增速较慢;2)1981—2015年,华北地区氮肥、磷肥和钾肥等肥料投入和有效灌溉面积均显著增加,增长速率分别为14.3万t/年、7.2万t/年、7.3万t/年和12.2万hm~2/年;3)旱灾是影响华北地区作物生产的主要自然灾害,1981—2015年各省旱灾受灾面积显著减少;4)农业生产资料投入增加是作物单位面积产量提升的主要推动力,自然因素中旱灾是造成作物产量波动的主要因素,作物之间的比较优势是华北地区种植结构变化的主要驱动因子。