Impact of climate change on maize yield in China from 1979 to 2016

Climate change severely impacts agricultural production, which jeopardizes food security. China is the second largest maize producer in the world and also the largest consumer of maize. Analyzing the impact of climate change on maize yields can provide effective guidance to national and international economics and politics. Panel models are unable to determine the group-wise heteroscedasticity, cross-sectional correlation and autocorrelation of datasets, therefore we adopted the feasible generalized least square(FGLS) model to evaluate the impact of climate change on maize yields in China from 1979–2016 and got the following results:(1) During the 1979–2016 period, increases in temperature negatively impacted the maize yield of China. For every 1°C increase in temperature, the maize yield was reduced by 5.19 kg 667 m–2(1.7%). Precipitation increased only marginally during this time, and therefore its impact on the maize yield was negligible. For every 1 mm increase in precipitation, the maize yield increased by an insignificant amount of 0.043 kg 667 m–2(0.014%).(2) The impacts of climate change on maize yield differ spatially, with more significant impacts experienced in southern China. In this region, a 1°C increase in temperature resulted in a 7.49 kg 667 m–2 decrease in the maize yield, while the impact of temperature on the maize yield in northern China was insignificant. For every 1 mm increase in precipitation, the maize yield increased by 0.013 kg 667 m–2 in southern China and 0.066 kg 667 m–2 in northern China.(3) The resilience of the maize crop to climate change is strong. The marginal effect of temperature in both southern and northern China during the 1990–2016 period was smaller than that for the 1979–2016 period.     

农村互联网发展对中国玉米全要素生产率的影响

采用DEA-mamlquist指数测算2004—2019年中国17个玉米主产省(区)的全要素生产率,运用联立方程组模型实证检验农村互联网发展对玉米全要素生产率的影响及其作用机理,并分区域探讨其差异性。结果显示:2004—2019年中国玉米全要素生产率年均增长0.2%,主要依靠技术进步的单轨模式驱动。农村互联网的发展显著(P<0.01)提升玉米全要素生产率,主要依靠技术进步和技术效率的协同作用驱动。分区域来看,农村互联网发展对玉米全要素生产率均具有显著(P<0.01)的促进作用,其影响程度由高到低依次为北方春播玉米区>黄淮海平原夏播玉米区>西北灌溉玉米区>西南山地玉米区。建议进一步提高农村互联网的配套设施建设,发挥互联网“连接经济”的优势,应用多元化互联网技术,促进不同生态类型区玉米生产效率的提升。     

水流冲击多段滞留气团的三维数值模拟

针对水气两相瞬变现象,充分考虑了水体弹性、气体可压缩性、水-气交界面的动态运动以及多段气团间相互作用,采用三维CFD方法对起伏管道内含多段滞留气团的水气两相作用进行建模和模拟,选择Standard k-ε湍流模型进行模拟研究,将三维计算结果、现有一维模型计算结果与试验结果进行对比分析,并通过水气两相分布图展现动态变化过程.结果表明:与一维模型相比,三维CFD模型能够更为准确地模拟起伏管道内瞬变压力波动,并且能够清楚描述水气掺混、耦合的动态变化.水流冲击初始两段滞留气团压力波动曲线显示,多气团间的瞬变压力并非同步变化,可能呈现多气团峰值压力交替出现的情况,这与初始气团长度密切相关.水气交界面自由变化,阻断水体长度时刻发生变化,当水体运动到管道弯曲处时会产生新的阻断水体,将气团分成若干部分.     

不同行距配比对玉米光合生理指标及茎秆特性的影响

以‘大丰30’为试验材料,在同一密度下（75000株/hm²）设置5种不同行距配比,研究不同行距配比对玉米光合生理指标及茎秆力学特性的影响。结果表明：行距配比为40 cm×80 cm时,棒三叶的叶绿素含量(SPAD)在灌浆期达到峰值;行距配比为30 cm×90 cm时,棒三叶净光合速率在灌浆期最高。大口期开始,行距配比为40 cm×80 cm时,叶面积指数(LAI)最高。单株干物质积累量以40 cm×80 cm最高。各行距配比的茎秆硬皮穿刺强度与茎秆弯曲性能随着节位的下降均呈逐渐增强的趋势,从大到小为 40 cm×80 cm>50 cm×70 cm>30 cm×90 cm>60 cm×60 cm>20 cm×100 cm。穗长、穗粗、千粒重和穗粒数各处理间均有不同变化,行距配比为40 cm×80 cm时产量最高,比等行距60 cm×60 cm增产7.96%。由此可见,行距配比为40 cm×80 cm,有利于大穗型品种‘大丰30’的光合性能和茎秆强度的提高,从而达到抗倒伏增产的目的。     

滴灌下生物质改良材料对盐渍土水盐氮运移的调控效应

为探究生物质改良材料对滴灌盐渍土水、盐、肥运移过程的调控效应，采用土箱模拟试验，研究了水肥一体化滴灌条件下，生物炭和腐殖酸两种改良材料对盐渍土水、盐、氮运移和再分布过程及其时空分布特征的影响规律。结果表明：在滴灌条件下，盐渍土壤水盐的时空动态变化表现出明显的水分入渗驱动的盐分运移过程和蒸发扩散驱动的水盐再分布过程；铵态氮含量在时间上表现出先增大、后减小的变化趋势，在空间上的运移再分布特征较弱；硝态氮含量初始时空分布表现出与水盐相似的运移特征，受铵态氮硝化作用的多重影响，后期空间分布与铵态氮空间分布相似；生物炭通过提高土壤饱和导水率，增大了入渗阶段土壤水、盐、氮的运移速率和分布范围；腐殖酸通过提高土壤田间持水率增大了再分布过程土壤水、盐、氮的分布范围和强度，同时其对尿素的水解和硝化过程表现出更强的抑制效果。应用生物质改良材料在改变土壤物理性状进而调控滴灌土壤水盐运移的同时，还影响土壤氮素转化运移过程及其分布，这为水肥一体化滴灌盐渍农田的节水、控盐、减肥治理提供了理论基础。     

基于"量-质-域-流"四维指标体系的水资源荷载状况评价——以黑河流域三地市为例

随着社会经济用水不断增加，水资源供需矛盾加剧，水资源系统出现荷载不均衡现象，制约了区域发展，危及生态环境良性循环。本文从水资源系统的负荷需求和承载能力出发，基于“量、质、域、流”四个维度构建水资源荷载均衡评价指标体系，采用指标规范化的正态云模型，评价2015年黑河流域张掖市、酒泉市、阿拉善盟水资源配置方案的荷载均衡状况，并依据负荷与承载能力评分二维坐标，分出低负荷-高承载能力、低负荷-低承载能力、高负荷-高承载能力和高负荷-低承载能力四个分区。评价结果表明：2015年三地水资源荷载状况均为Ⅳ级，张掖市综合评分为3.697，酒泉市为3.657，阿拉善盟为3.901，三地均处于高负荷-低承载能力区域；三地在水质维度上处于低负荷-高承载能力区间，水质维度评分均处于Ⅱ级，酒泉市水质评分优于张掖市，张掖市水质评分优于阿拉善盟；在水量、水域、水流维度上均处于高负荷-低承载能力区间，水量方面三地处于Ⅳ级，张掖市优于酒泉市，酒泉市优于阿拉善盟；水域方面张掖和阿拉善盟评分均处于Ⅴ级，酒泉评分处于Ⅳ级；水流方面三地均处于Ⅴ级。需要采取调控手段在水量、水域、水流方面上进行“增强承载”和“卸荷”。     

岩溶流域典型农业区水体氢氧同位素的空间异质性及形成机制

分别于平水期和枯水期采集了花溪河流域典型农业区地表水和地下水样品。利用氢氧同位素示踪技术,结合土地利用类型对研究区不同水体的补给来源、季节变化及主要影响过程进行了分析,并对不同水体氢氧同位素值进行了空间插值分析,同时对其形成机制进行了分析,阐明了不同土地利用类型影响下的主要水文过程。结果表明:(1)研究区不同水体的主要补给来源为当地大气降水,月亮湖水库受蒸发作用影响明显,地表水和地下水的δD和δ~(18)O整体上呈现平水期高于枯水期的特征。(2)地下水的δD和δ~(18)O在枯水期与平水期均呈现明显的空间分异性特征,西部水田/水库集中区富集,东部旱地集中区贫化,土地利用对研究区环境水文过程影响明显。该研究结果有助于了解不同土地利用方式下地表水对地下水的影响,为流域管理提供科学依据。     

过表达ZmIBH1-1提高玉米苗期抗旱性

【目的】干旱是严重影响玉米生长发育进程的一个重要因素。挖掘玉米抗旱相关基因,通过转基因功能验证和转录组分析,解析关键基因在响应干旱胁迫过程中的分子调控机制,为抗旱分子育种和遗传改良提供理论依据。【方法】以玉米自交系B104（WT）为背景材料,利用农杆菌介导方法构建过表达ZmIBH1-1转基因株系（ZmIBH1-1-OE）;通过对转基因植株进行草铵膦抗性筛选、标记基因和目的基因PCR检测,以及运用实时荧光定量PCR检测目的基因的表达情况,鉴定阳性植株和株系;以WT和ZmIBH1-1-OE转基因株系为材料,通过干旱处理（20% PEG6000）,进行表型鉴定和耐旱生理生化指标测定,验证ZmIBH1-1的抗旱功能;通过对干旱胁迫下玉米4叶期转录组的比较分析,鉴定出差异表达的基因（differentially expressed genes,DEGs）;结合DAP-seq（DNA affinity purification sequencing）分析,初步确定ZmIBH1-1蛋白直接调控与抗旱相关的下游靶基因,利用基因组可视化软件IGV（integrative genomics viewer）分析ZmIBH1-1蛋白结合候选靶基因的位置,然后通过Dual-Luciferase试验验证ZmIBH1-1蛋白与靶基因的调控关系。【结果】通过玉米遗传转化获得12个转化事件;T₃代中,能同时检测到标记基因Bar和目的基因ZmIBH1-1的植株有458个,实时荧光定量PCR检测结果表明,ZmIBH1-1-OE中ZmIBH1-1的表达量显著高于WT,株系3和株系8表达量最高,将其自交获得T₄代转基因株系用于后续试验。在干旱胁迫条件下,ZmIBH1-1-OE株系存活率、叶片相对含水量、叶绿素含量、可溶性蛋白含量及其生理生化指标（超氧化物歧化酶、过氧化物酶、过氧化氢酶活性）均显著高于WT,说明玉米中过量表达ZmIBH1-1赋予玉米更高的耐旱性。转录组分析结果表明,WT与ZmIBH1-1-OE株系在干旱胁迫下有1 214个差异表达基因;Gene Ontology（GO）功能富集分析结果表明,差异表达基因主要涉及生物过程、细胞组分和分子功能,如在生物过程中主要涉及到光合作用、应激响应、脱水响应等;KEGG富集分析表明,差异表达基因主要参与植物激素信号传导、新陈代谢等过程。结合转录组显著差异表达基因和DAP-Seq分析所得到ZmIBH1-1蛋白的靶基因,初步确定ZmIBH1-1蛋白直接调控与抗旱相关的11个候选靶基因,包括2个钙信号相关基因、3个半胱氨酸代谢相关基因、1个bHLH转录因子、1个应激响应蛋白、1个谷胱甘肽转移酶、1个氧化还原过程蛋白和2个乙烯响应因子;基因组可视化结果显示ZmIBH1-1蛋白可以结合靶基因启动子区;随后通过Dual-Luciferase试验进一步表明,ZmIBH1-1蛋白可以直接作用于11个候选靶基因,其中,ZmIBH1-1蛋白可以促进ZmCa-M、ZmSYCO、ZmbHLH54、ZmGlu-r1、ZmCLPB3和ZmP450-99A2的表达,抑制ZmAGD12、ZmCYS、ZmCYSB、ZmERF-107和ZmEIN3的表达。此外,在干旱胁迫下NAC、WRKY、MYB等转录因子在ZmIBH1-1-OE和WT株系中也存在差异表达。【结论】ZmIBH1-1的过表达可以增强玉米苗期的耐旱性;ZmIBH1-1蛋白通过直接调控乙烯信号通路中的ZmERF-107和ZmEIN3的表达提高玉米的耐旱性;ZmIBH1-1蛋白通过直接调控钙信号相关基因ZmCa-M和ZmAGD12增强玉米的耐旱性;ZmIBH1-1蛋白可能通过间接调控NAC、WRKY、MYB等转录因子响应干旱胁迫。     

延迟收获对长江中游春玉米农艺性状及机收质量的影响

为探明长江中游玉米籽粒机械直收适宜品种与配套农艺措施，2018—2019年选用不同玉米品种，测定不同机收时间下玉米关键农艺性状、产量及机收质量指标。结果表明，收获时间对春玉米机收产量与机收质量均有显著影响。延迟1周收获后籽粒容重显著增加，机收产量显著提高，2年平均提高9.72%；而延迟2周收获则有降低机收产量的趋势。2年收获时杂质率总体≤3%，而机收籽粒破碎率与损失率均>5%，是该区域春玉米籽粒机收面临的主要问题。籽粒厚度、籽粒含水率和百粒重是影响机收籽粒破碎率的关键性状，三者与机收籽粒破碎率均呈显著的倒二次曲线关系；玉米的倒伏率、穗位高和重心高度是影响机收损失率的关键性状，倒伏率与机收损失率呈显著正相关，而穗位高和重心高度与机收损失率均呈显著的二次曲线关系。延迟收获能显著降低籽粒含水量，从而降低籽粒破碎率，但继续延迟收获有增加倒伏的风险。综上，长江中游春玉米成熟后适时延迟7~10 d收获，可有效降低籽粒含水量与机收籽粒破碎率，提高玉米籽粒机收产量。     

Cultivation effects on soil texture and fertility in an arid desert region of northwestern China

In arid desert regions of northwestern China, reclamation and subsequent irrigated cultivation have become effective ways to prevent desertification, expand arable croplands, and develop sustainable agricultural production. Improvement in soil texture and fertility is crucial to high soil quality and stable crop yield. However, knowledge on the long-term effects of the conversion of desert lands into arable croplands is very limited. To address this problem, we conducted this study in an arid desert region of northwestern China to understand the changes in soil physical-chemical properties after 0, 2, 5, 10, 17, and 24 years of cultivation. Our results showed that silt and clay contents at the 17-year-old sites increased 17.5 and 152.3 folds, respectively, compared with that at the 0-year-old sites. The soil aggregate size fraction and its stability exhibited an exponential growth trend with increasing cultivation ages, but no significant change was found for the proportion of soil macroaggregates (>5.00 mm) during the 17 years of cultivation. The soil organic carbon (SOC) content at the 24-year-old sites was 6.86 g/kg and increased 8.8 folds compared with that at the 0-year-old sites. The total (or available) nitrogen, phosphorus, and potassium contents showed significant increasing trends and reached higher values after 17 (or 24) years of cultivation. Changes in soil physical-chemical properties successively experienced slow, rapid, and stable development stages, but some key properties (such as soil aggregate stability and SOC) were still too low to meet the sustainable agricultural production. The results of this long-term study indicated that reasonable agricultural management, such as expanding no-tillage land area, returning straw to the fields, applying organic fertilizer, reducing chemical fertilizer application, and carrying out soil testing for formula fertilization, is urgently needed in arid desert regions.