全球气候变暖对中国种植制度可能影响Ⅸ.长江中下游地区单双季稻高低温灾害风险及其产量影响

【目的】以1981年为界,将20世纪50年代至2010年划分为两个时段,对比分析1951—1980年和1981—2010年长江中下游地区双季稻安全种植界限及敏感区域面积变化,定量评估长江中下游地区双季稻安全种植敏感区域内单季稻和双季稻生长季内高温灾害和低温灾害发生风险及高低温灾害对水稻产量的影响程度。【方法】利用中国种植制度分区标准和农业气候指标,分析了1981—2010年双季稻安全种植界限变化敏感区域,并基于水稻高温灾害和低温灾害指标,采用Oryza2000对敏感区域内单季稻和双季稻的高低温灾害风险及其对产量的影响进行了定量化评估。【结果】与1951—1980年相比,1981—2010年长江中下游地区双季稻安全种植区增加了11.5万 km2;1981—2010年,双季早稻、晚稻和单季稻发生频率最大的高低温灾害分别为秧田期低温、灌浆—成熟低温以及孕穗—抽穗高温,而对双季早稻、晚稻和单季稻产量影响最大的灾害分别是秧田期低温、孕穗—抽穗低温和灌浆—成熟高温;双季早稻、晚稻和单季稻在不同生育阶段的高温灾害次数大多呈增加趋势,而低温灾害次数大多呈减少趋势。【结论】在全球气候变暖背景下,长江中下游地区双季稻安全种植区域发生了明显变化,敏感区域内单双季稻的高低温灾害风险及其对产量的影响均存在明显差异。     

东北稻作系统对气候变暖的实际响应与适应

【目的】明确气候变暖对作物生产的实际影响,降低对未来粮食安全预测的不确定性。【方法】依据东北水稻生产和气候变化的长期观测数据,并结合田间开放式增温试验（free air temperature increase,FATI）,系统研究稻作系统对气候变暖的实际响应与适应。【结果】历史数据分析发现,近几十年来东北水稻单产与其生长季的气温呈明显递增趋势,相关显著,但与降水量变化相关不显著。理论推算表明,水稻生长季最低气温升高1℃,水稻单产可提高6.0%以上。田间试验发现,在目前的气温背景下,水稻冠层气温升高1℃,单产可提高10%左右。近四十年来东北水稻新品种的生育期每10年约延长3 d,与近二十年来田间观测到的水稻实际生育期延长幅度基本一致,达5 d左右;与1970年相比,2010年黑龙江省的水稻种植面积扩大了24倍,种植重心向北位移了近110 km,与东北水稻生长季≥10℃有效积温带北移的幅度一致。【结论】气候变暖对东北水稻的直接增产效应显著,稻作系统可以通过品种改良、栽培改进和区域调整等策略来逐步适应气候变化的趋势。在应对气候变化的稻作制度调整上,应充分挖掘增温的增产效应及作物系统的适应潜力,调整时机和幅度应适当迟后于预测的气候变化进程。在气候变暖的大趋势下,要注意因水稻生育期延长和种植区域北扩而可能遭遇的低温冷害等极端性天气。     

中国双季稻种植区的气候适宜性研究

【目的】从国家层次和年尺度阐明影响中国双季稻种植分布的主导气候因子,揭示中国双季稻种植分布及其气候适宜性,可为优化双季稻生产布局、改进种植制度和确保粮食生产安全提供科学依据。【方法】从中国区域和年尺度选取影响中国水稻种植分布的潜在气候因子,利用双季稻的地理分布信息及其对应的气候资料,结合最大熵模型和ArcGIS软件的空间分析功能,阐明影响中国双季稻种植分布的主导气候因子并构建中国双季稻种植分布与气候的关系模型。【结果】影响中国双季稻种植分布的主导气候因子有：年降水量、最暖月平均气温和稳定通过18℃持续日数,它们对双季稻种植分布的累积贡献率达潜在气候因子的99.1%;基于主导气候因子和最大熵模型构建的中国双季稻种植分布与气候的关系模型能够很好地模拟中国双季稻种植区分布;中国适宜种植双季稻的国土面积达174万km2,远大于目前种植面积;根据待预测区双季稻的存在概率给出了中国双季稻种植区的气候适宜性分区,并分析了各气候适宜区的主导气候因子特征。【结论】利用最大熵模型构建的中国双季稻分布与气候的关系模型揭示了中国双季稻种植区的潜在分布及其气候适宜性,从气候适宜性角度来说,中国双季稻种植面积还有很大的扩展潜力。     

中国水稻生产的时空动态分析

【目的】绘制中国南北稻区不同稻作制度下的水稻播种面积和产量重心变动图,分析成因,找出影响现阶段中国水稻总产稳定的关键因素。【方法】利用重心拟合模型对水稻生产的时空动态进行分析,敏感性分析方法找出该变动背景下影响中国水稻总产稳定的关键因素。【结果】新中国成立以来除20世纪60、70年代中国水稻播种面积重心和产量重心向东南和东部发生偏移以外,总体上向东北方向移动。1979-2009年北方稻重心由华北快速移动到了东北松辽盆地。中稻和一季晚稻重心移动方向为先东北后东南与南方稻作制度“双改单”变化顺序由北向南相吻合。早稻和双季晚稻重心移动方向都为西南。南方稻区单季稻比例明显上升,“双改单”现象明显,这是导致中国水稻种植面积下降的主要原因。结合敏感性分析得出播种面积已成为目前最有可能造成中国水稻总产量大幅下滑的关键因素。【结论】市场机制的调控和技术进步是目前影响中国水稻时空变动的两个主要因素。在继续坚持以市场为指导的前提下,依据国情从粮食安全的角度出发,重点对面积呈下滑趋势的早稻和双季晚稻进行调控,同时兼顾水稻总面积,防止其出现较大波动,努力提高水稻单产,是确保现阶段中国水稻总产稳中有升的关键。     

长江中下游地区双季稻生长季内热量资源的变化特征及温度适宜度分析

【目的】研究长江中下游双季稻区双季稻生长季热量资源时空演变特征及温度适宜度变化规律，为合理调整双季稻种植结构提供重要的理论依据。【方法】基于长江中下游地区均匀分布的87个气象站点逐日平均气温观测资料，运用MATLAB软件统计分析不同站点早稻育秧期起始日序、晚稻安全齐穗期终止日序、双季稻安全生产期、生长季内活动积温以及早晚稻不同发育期温度适宜度时空变化情况，对长江中下游地区双季稻种植适宜性进行专题区划。【结果】长江中下游地区双季早稻适播期越早，晚稻安全齐穗时间越晚，安全生产期越长，活动积温越丰富。整个研究时段内早稻适播期提前，晚稻安全齐穗期相应延迟，安全生产期和活动积温均具有微弱的上升趋势。早稻温度适宜度值随着早稻发育进程的推进逐渐提高，晚稻温度适宜度值随着晚稻生育期的推进呈现相反的趋势；早晚稻温度适宜度都在上升，且早稻温度适宜度上升速度（0.015/10a）快于晚稻（0.004/10a）。双季稻最适宜区主要分布在湖南零陵附近、江西大部分区域以及浙江丽水一带，不适宜区主要位于江苏东北部大部分地区。【结论】气候变暖背景下长江中下游地区双季稻生长季内热量资源发生了明显变化，优化双季稻种植结构和适当调整早晚稻最佳播期，是气候变化背景下提高双季稻生长季气候资源利用率的主要措施。     

稻麦两熟制农田不同土壤耕作方式对稻季CH_4排放的影响

【目的】研究稻麦两熟制农田不同土壤耕作方式对水稻生长季CH4排放的影响,为长江下游稻麦两熟制农田温室气体减排提供对策。【方法】采用裂区设计,利用静态暗箱-气相色谱法研究麦季土壤耕作方式(免耕、旋耕和翻耕)和稻季土壤耕作方式(旋耕和翻耕)对水稻生长季CH4排放的影响。【结果】稻麦两熟制农田不同土壤耕作方式下水稻生长季CH4排放呈先升高后降低的变化趋势,移栽至有效分蘖临界叶龄期CH4累积排放量占全生育期排放总量的比例为64.73%—86.84%。水稻生长季CH4排放总量麦季免耕极显著高于麦季旋耕和麦季翻耕,平均增加53%和24%;稻季翻耕较稻季旋耕平均增加CH4排放量10%,差异达显著水平。不同土壤耕作处理稻季CH4排放总量为:麦季免耕+稻季翻耕麦季免耕+稻季旋耕麦季翻耕+稻季翻耕麦季翻耕+稻季旋耕麦季旋耕+稻季翻耕麦季旋耕+稻季旋耕,"单位产量的CH4排放量"表现趋势相同。水稻生长期内CH4排放通量的季节变化和土壤Eh呈极显著负相关,CH4排放总量与0—5cm耕层土壤有机质含量呈极显著正相关。【结论】麦季土壤耕作方式和稻季土壤耕作方式对水稻生长季CH4排放总量有显著或极显著影响,在长江下游稻麦两熟制农田采用周年旋耕措施能有效减少水稻生长季CH4的排放。     

湖南省双季稻产量差时空分布特征

【目的】湖南省是中国主要的双季稻种植区之一,2014年湖南水稻总产量位居全国第一,在中国籼稻生产中占重要地位。研究湖南省双季稻区早稻和晚稻潜在产量特征,明确潜在产量、实际产量以及产量差时空分布特征。【方法】论文基于湖南省1981—2010年气候资料、水稻作物资料、土壤资料及产量统计资料,对ORYZA v3进行调参和验证,选用决定系数(R2)、D指标、均方根误差(RMSE)、归一化均方根误差(NRMSE)、平均绝对误差(MAE)等评价指标来评价模型调参验证的结果。然后利用调参验证后的ORYZA v3模型并结合Arc GIS软件模拟分析湖南省双季稻的潜在产量时空分布特征,再结合双季稻实际产量,分析早稻和晚稻产量差绝对值及相对值过去30年的时间变化趋势及空间分布特征,明确研究区域双季稻的产量可提升空间。【结果】(1)调参验证后的ORYZA v3模型对研究区域早稻和晚稻的出苗—穗分化、出苗—开花、出苗—成熟的时间(天数)以及产量具有较好模拟效果,可用于湖南双季稻潜在产量模拟研究。(2)1981—2010年间湖南省早稻和晚稻潜在产量呈北高南低的空间分布特征,高值区为研究区域中部的武冈和邵阳等地,低值区为南部的丘陵地区;研究区域内东部地区双季稻潜在产量稳定性略高于西部地区,早稻潜在产量稳定性高于晚稻。研究时段内早稻和晚稻潜在产量随时间呈降低趋势,且晚稻潜在产量降低速率更快。(3)研究区域内双季稻产量差空间分布差异较大。研究区域内北部地区早稻和晚稻产量差最大,表明该地区双季稻产量有较大的可提升空间;西南部地区双季稻产量差小于北部地区,且早稻产量差最小而晚稻产量差相对较大,即西南部地区晚稻产量可提升空间大于早稻。研究时段内湖南省早稻和晚稻产量差均呈缩小趋势,且晚稻的产量差缩小速率大于早稻。【结论】气候变化背景下平均气温的升高使得双季稻潜在产量呈现下降趋势,同时品种的改进、栽培技术进步及生产投入增加,实际产量不断增加,研究时段内除个别站点(道县、沅江等)外早稻和晚稻的产量差均呈减小趋势。研究表明湖南省双季稻区内早稻产量差普遍高于晚稻且其随时间缩小的速率小于晚稻,这是由于早稻生长季内日照时数增加对早稻生长发育和产量形成的正效应可以部分抵消温度升高的负效应。同时,早稻产量差呈现增加趋势的站点多于晚稻,因此湖南省双季稻产区早稻产量提升空间较晚稻大。     

国家十三五“粮食丰产增效科技创新”重点专项“稻作区土壤培肥与丰产增效耕作技术”重点研发专项 再生稻稻田培肥与丰产增效耕作模式研究

正再生稻是在水稻收获第一季后,开发头季腋芽再次种植收获的一季水稻。在种植一季稻热量有余,而种植双季稻热量又不足的地区及双季稻区只种一季中稻的稻田发展再生稻,是提高复种指数、增加稻田单位面积稻谷产量和经济收入的有效措施之一。由于我国经济发展,南方主要稻作区劳动力向沿海发达地区转移,使得劳动力紧张。发展再生稻可以缓解双季稻区"双抢"季节劳动力紧张的矛盾,降低劳动成本。因此,再生稻已逐渐成为我国重要的水稻种植制度之一。然而,由于特殊的栽培与管理措施,再生稻稻田土壤突出的问题是土壤养分     

淮河流域小麦-水稻种植制度的气候适宜性

 【目的】定量研究淮河流域小麦-水稻种植制度对气候变化的响应,揭示种植制度适宜性的变化规律,明确种植制度适宜区的变动趋势,为因地制宜地制定科学可靠的种植制度提供依据。【方法】运用生态适宜度理论和模糊数学的方法,建立作物适宜度函数,同时结合空间插值的方法研究淮河流域麦-稻制的温度、降水、日照和气候适宜度。【结果】小麦-水稻种植制度的气候适宜度呈下降趋势;其中,温度适宜度呈上升趋势,降水适宜度和日照适宜度呈递减趋势。淮河流域麦-稻制气候适宜度的空间分布由东南沿海向西部山地递减,西南山区适宜度低于平原地区。在未来气候变化情景下,淮河流域麦-稻制的气候适宜度有所升高,但空间格局变化不大。【结论】淮河流域麦-稻制气候适宜度对近几十年来的气候变暖有明显的响应。     

内蒙古中东部地区耕地物候动态研究

 【目的】采用遥感手段监测内蒙古中东部地区耕地物候变化,探讨气候变化导致耕地物候变化进而对耕地生产力的影响。【方法】采用趋势分析监测研究区耕地物候变化及生产力变化,根据空间相关分析及显著性检验分析气候变化导致生长季变动对耕地生产力的影响。【结果】研究区内耕地生长季明显延长;生长季提前开始且延迟结束区域最大,其次为生长季延迟开始且提前结束区域;研究区耕地物候受温度、降水影响明显;空间上,耕地生长季缩短受降水负相关影响显著,并且受降水影响显著的耕地净初级生产力增幅较小且波动较大,而受温度影响显著耕地的净初级生产力稳定且明显提高。【结论】遥感技术能够整体把握区域耕地物候空间特征;物候对于温度和降水的响应均较明显,气候变化改变耕地物候进而影响生产力。     

中国玉米生育期变化及其影响因子研究

【目的】在全球气候变化背景下,分析中国玉米播种期和成熟期的变动情况以及气候资源变化特征。【方法】在收集整理全国2 414个县的玉米生育期数据的基础上,绘制了1970s和2000s中国玉米的播种期与收获期分布图;在整理全国618个气象站点1971-2010年气象资料的基础上,绘制了1970s时段和2000s时段中国年均温度、降雨和太阳辐射量空间分布图。以农业种植一级区为基本单位,建立不同区域农业气候资源变化与玉米生育期变化的回归方程,并将PRECIS模型中B2情景数据代入方程组预测2030s中国玉米的生育期。【结果】与1970s时段相比,2000s时段东北大豆春麦甜菜区的玉米播种期基本保持不变;其它各农业种植一级区的玉米播种期均提前约1-15 d;除东北大豆春麦甜菜区和北部高原小杂粮甜菜区春玉米的成熟期平均推迟了11 d和3 d,2000s时段其它玉米种植区域的成熟期平均提前3-12 d。2000s时段云贵高原稻玉米烟草区的玉米生育期缩短约5 d,黄淮海棉麦油烟果区、华南双季稻热带作物甘蔗区和西北绿洲麦棉甜菜葡萄区的玉米生育期基本保持不变;其它各区域玉米生育期均有所延长。与2000s时段相比,B2情景下,2030s东北大豆春麦甜菜区的春玉米播种期将推迟2-5 d,其它各农业种植一级区的玉米播种期将提前2-19 d;东北大豆春麦甜菜区、北部高原小杂粮甜菜区和华南双季稻热带作物甘蔗区的玉米成熟期将推迟4-15 d,黄淮海棉麦油烟果区、长江中下游稻棉油桑茶区、川陕盆地稻玉米薯类柑橘桑区和云贵高原稻玉米烟草区的玉米成熟期将提前2-12 d,南方丘陵双季稻茶柑橘区和西北绿洲麦棉甜菜葡萄区的玉米成熟期则基本保持不变。2030s时段黄淮海棉麦油烟果区和云贵高原稻玉米烟草区的玉米生育期则将缩短3-6 d,其它区域的玉米生育期将延长2-15 d。【结论】中国气候正朝着增温、变干和低辐射的方向发展。受温度、降雨和太阳辐射量变化的影响,中国不同农业种植区域内玉米生育期变动明显,其中除东北大豆春麦甜菜区外玉米播种期以提前为主,玉米成熟期的变动则较为复杂,玉米的生育期则以延长为主。     

优质稻“玉美占”的选育与高产栽培技术

【目的】选育出优质、高产的水稻新品种,提高广西优质稻的产量和品质。【方法】利用从广东引进的优质稻“丰美占”分离植株经3年5代系统选育而成。【结果】优质稻新品种“玉美占”具有高产、稳产、米质优、分蘖力强、适应性广等特点,生育期早造128 d左右,晚造110 d左右, 2012年6月通过广西农作物品种审定委员会审定。【结论】“玉美占”是具有较好发展前景的优质稻新品种,适宜在桂南、桂中和气候相似的华南双季稻作区早晚造种植。     

中国稻田CH_4和N_2O排放及减排整合分析

【目的】对中国有关稻田CH4和N2O排放试验结果进行整合分析,估算不同管理措施的减排潜力,为稻田CH4和N2O减排提供参考依据。【方法】通过建立中国稻田CH4和N2O排放的数据库,研究稻田CH4和N2O的排放特征,分析作用显著的影响因素,比较不同措施的减排效果。【结果】中国稻田CH4排放存在明显的地域性分布规律,主要表现为西南地区稻田CH4排放远高于其它地区。水稻生长季节水分管理方式、非水稻生长季水分状态、化肥氮投入量和有机物料对稻田CH4排放具有重要影响(P0.05)。与淹水灌溉(CF)相比,前期淹水-中期晒田-淹水(F-D-F)、前期淹水-中期晒田-淹水-湿润灌溉(F-D-F-M)和间歇灌溉或完全湿润(M)降低稻田CH4排放的幅度分别为45%、59%和83%。与休闲期淹水(F)相比,采取冬闲期排干(SD)、稻旱轮作(LD)或旱-旱-稻轮作模式(TD),能降低稻田CH4排放42%—56%。不同有机添加物产生CH4的能力的顺序为:作物秸秆+厩肥(S+FM)绿肥(GM)厩肥(FM)作物秸秆(S)堆肥或沼渣(CM)。化学氮肥的种类对CH4排放有一定的影响,但特征不明显,而随着氮肥用量(N)的增加,CH4排放逐渐降低。当0N≤150kgN·hm-2,150N250kgN·hm-2和≥250kgN·hm-2时,CH4排放较不施任何肥料降低12%、29%和65%。中国稻田N2O排放的地域性分布特征不明显。水稻生长季节水分管理方式、非水稻生长季水分状态和总氮投入量是影响N2O排放的最重要的因素(P0.05)。与CF相比,F-D-F、F-D-F-M和M能够提高稻田N2O排放12%、140%和478%,而且在F-D-F、F-D-F-M模式下的氮肥N2O排放因子分别为0.43%和0.68%。不同非水稻生长季水分状态模式下N2O排放平均值表明,SD、LD和TD比F增加40%—110%的排放。【结论】稻田CH4和N2O排放的消长关系表现在水分管理、非水稻生长季节的水分状态和氮素的投入量等方面。合理的减排措施应基于二者的综合考虑。通过优化稻田水肥管理措施可降低稻田CH4和N2O排放的温室效应。     

基于NDVI数据的华北地区耕地物候空间格局

 【目的】探讨基于多时相遥感信息监测中国华北地区耕地种植制度和物候空间格局特征。【方法】选择NDVI时间序列数据,采用非对称性高斯函数拟合方法重建平滑曲线,依据年内NDVI变化曲线峰值数目监测华北地区耕地的多熟种植制度,并利用动态阈值法获取该种植制度下耕地物候空间格局。【结果】华北地区耕地种植制度以一年两熟为主,其分布具有明显的空间差异性,随着纬度递减呈现出从简单到复杂的总体趋势。在该种植制度下,华北地区耕地第一季作物的生长开始期和生长结束期存在十分明显的空间差异,一年两熟区域的第一季作物生长开始期和生长结束期要明显早于一熟区域。与第一季作物物候期明显的空间差异相比,华北地区耕地第二季作物物候期差异不显著。【结论】华北地区耕地种植制度与物候分布格局和自然地理环境紧密相关,不同区域的温度、降水和光照等气候资源的禀赋和匹配程度对该区域的种植结构和作物布局有很大影响。此外,这种耕地物候空间格局还与作物品质、耕作水平、灌溉、施肥和农药等有密切关系。如何区别生态环境因子和人类活动因子对耕地物候的影响是今后值得深入研究的问题。     

播期对融水、三江超级稻头季稻及再生稻性状的影响

【目的】探讨超级稻再生稻适时播种期,为充分利用山区光、温、水资源,指导山区农民适时播种,合理衔接超级稻、再生稻与油菜生育期提供技术指导。【方法】对比融水、三江两县不同播期对超级稻头季稻及再生稻生物学、经济学性状的影响。【结果】超级稻播期每推迟5 d,头季稻叶龄、基本苗、最高苗数、有效穗数增加,始穗期、齐穗期、成熟期后推1～4 d,全生育期缩短1～4 d,成穗率、穗粒数、实粒数、产量降低;再生稻生育期延迟,其生物学、经济性状均呈退化趋势;在气候条件允许情况下,留低桩,延长营养生长期,有利于获得高产。【结论】海拔140 m以下地区,超级稻宜在3月中下旬早播,最迟不超过4月8日,再生稻留10~20 cm低桩,通过促大穗大粒获得高产;海拔250 m以上中稻地区,超级稻宜3月19~24日播种,最迟不超过4月3日,再生稻留高桩,保留倒2节,通过提高有效穗而获得高产。