近50年四川省水稻生产潜力变化特征分析

气候变化对农业生产的影响日益加剧,特别是作为我国粮食重要产区的四川。科学评价气候变化对四川省水稻生产的影响对于区域农业可持续发展具有重要意义。本文基于四川省45个气象站点50年的气象数据和20年的水稻生育期资料,采用侯光良法分析了四川省7个水稻种植区的水稻光合生产潜力、光温生产潜力和气候生产潜力的时空分布特征,并结合现实生产力数据分析了气候变化背景下四川省水稻的增产潜力。结果表明:1961—2010年四川省水稻生育期内光合生产潜力的空间分布呈北低南高中部最低,光温生产潜力呈现北高南低,气候生产潜力为南北低中间高。近50年来日照时数的减少使得水稻光合生产潜力从20世纪80年代开始持续偏低;温度的升高有利于水稻光温生产潜力的增加,尤其在2006年出现高值;降水量的减少使水稻气候生产潜力从20世纪90年代开始下降明显。四川省水稻存在增产潜力,但增产潜力呈下降趋势,未来应加大农业科技投入,合理利用气候资源,提升水稻生产力。     

未来气候情景下四川盆地冬小麦生育期气候资源及生产潜力的变化

选取区域气候模式PRECIS输出的未来A2和B2气候情景(2071-2100年)及基准气候条件(1961-1990年)气象要素资料,利用联合国粮农组织(FAO)推荐的方法和侯光良法等分析四川盆地冬小麦生育期内主要气候资源(≥0℃积温、日照时数、降水量、参考作物蒸散量和缺水率)和冬小麦生产潜力(光合、光温和气候生产潜力)的时空变化特征。结果表明,与基准气候条件相比,在A2和B2情景下,2071-2100年冬小麦生育期内≥0℃积温、日照时数和参考作物蒸散量在四川盆地大部地区呈增加趋势。A2情景下,2071-2100年降水量在盆南和绵阳部分地区呈减少趋势,而在其它地区呈增加趋势;缺水率在盆地大部地区呈增加趋势。B2情景下,2071-2100年降水量在盆地大部呈减少趋势,仅在川东北地区呈增加趋势;缺水率在大部地区呈增加趋势。未来四川盆地大部地区冬小麦受干旱灾害的风险加大。在A2和B2情景下,2071-2100年盆地大部地区冬小麦光合、光温和气候生产潜力呈增加趋势,未来四川盆地气候资源变化对冬小麦的增产有利。     

棉花地上部形态模拟模型的建立

为构建基于生理生态过程的棉花虚拟生长模型,本研究以棉花模型COTGROW为基础,利用棉花品种"美棉33B"的3年田间密度试验数据,分析了棉株器官生物量-形态的关系,改进了COTGROW模型中的发育和形态发生模块,建立了基于生理生态过程的棉花地上部分形态模拟模型,并利用独立试验数据对模型进行检验。结果表明:模型对棉花地上部各器官形态特征的模拟值和测定值的吻合度较好,棉花株高、主茎节数、果枝数、各果枝果节数、节间长度、节间直径、叶片长度、叶片宽度、叶柄长度、叶柄直径、棉铃长度以及铃直径测定值与模拟值间的相关系数分别为0.99、0.99、0.99、0.92、0.95、0.93、0.75、0.71、0.81、0.62、0.98和0.98,均方根误差分别为3.85 cm、0.64、0.52、0.66、1.00 cm、0.15 cm、1.58 cm、2.39 cm、2.54 cm、0.05 cm、0.13 cm和0.10 cm。本研究建立的棉花地上部形态模拟模型能较准确地模拟棉花地上部分的生长状况,这将为棉花生长虚拟模型的开发奠定基础。     

四川地区参考作物蒸散量的变化特征及气候影响因素分析

参考作物蒸散量是估算作物需水量的关键因子,对指导农田灌溉具有重要的现实意义。本文利用1961-2009年四川地区5个盆地站点和5个高原站点的逐日气候资料,采用FAO推荐的Penman-Monteith公式计算参考作物蒸散量（ET0）,分析了当地ET0的日值、月值、季值和年值的变化特征,并采用偏相关分析方法,对影响ET0变化的主要气候因子进行了探讨。结果表明：（1）四川盆地与高原地区参考作物蒸散量的日均值、月均值呈单峰或双峰型曲线变化,有明显的季节特点,最小值出现在冬季,最大值出现在夏季。（2）盆地地区各站点的年ET0呈波动递减趋势,且下降趋势通过了显著性检验;高原地区木里、松潘两站点的ET0呈上升趋势,其他站点呈减少的趋势。（3）四川地区的年、季参考作物蒸散量与日照时数、风速、相对湿度、平均温度、最高温度、最低温度、气压等要素关系密切,但近50a来日照时数的显著下降是导致盆地地区参考作物蒸散量减少的主要原因,风速的变化是导致高原地区参考作物蒸散量变化的主要原因。     

气候变化对石羊河流域棉花生产和耗水的影响

为了预测未来气候变化对石羊河流域棉花生产和耗水的影响,该文采用英国Hadley中心的区域气候模式PRECIS并结合COSIM棉花模型,对SRES A2（强调经济发展）和B2（强调可持续发展）2种排放情景下民勤地区的棉花生产和耗水情况进行模拟,并对石羊河流域扩大棉花种植范围的可能性进行了探讨,最后通过调整播期、引进新品种和改变灌溉量等适应措施的提出分析了石羊河流域棉花生产对未来气候变化的响应。结果表明,在PRECIS预测的未来气候变化情景下,到2080s（2071－2100年）民勤地区棉花的生长期明显延长,产量升高,且A2情景下产量高于B2情景,但B2情景下产量的增长速度更快。棉花产量的变异系数减小,种植棉花的风险降低;到2080s民勤棉花的参考作物蒸散量、耗水量和水分利用效率明显提高,棉花生长的用水需求提高,单位水分生产力上升。参考作物蒸散量和耗水量的变异系数增大,棉花受干旱影响的风险加大,水分利用效率变异系数减小,棉花生长的用水效率更稳定;在A2和B2的未来气候情景下,到2080s武威能满足棉花的正常生长,且在A2情景下获得了较高产量,仅从气候变化方面来考虑,未来石羊河流域棉花适宜种植区将扩大, 棉花生产存在一定潜力;当假设其他条件不变时,到2080s,A2情景下适当推迟播期,B2情景下适当提前播期有利于棉花增产。选择早中熟品种替换早熟品种, A2情景下产量明显增加,而B2情景下产量下降,品种的替换存在一定风险。到2080s随着灌溉量的减少棉花产量明显下降,未来如果灌溉量不足、生产用水让位于生态用水将增加石羊河流域棉花生产的风险。     

四川单季稻抽穗扬花期和灌浆结实期高温热害时空特征

利用四川省84个气象观测站1961-2014年逐日平均气温、最高气温和日平均相对湿度等气象资料以及1981-2014年水稻空壳率数据,通过线性回归法、多项式回归法、Morlet小波分析等方法,分析水稻抽穗扬花期和灌浆结实期高温热害的时空变化规律。结果表明： 1961-2014年高温热害总次数呈上升趋势,不同等级热害发生次数的年际变化特点与总次数一致,尤以2000年后增幅显著,其中抽穗扬花期轻度热害和灌浆结实期重度热害的增幅最显著,这与气候变暖背景下,1990年以来水稻高温热害区域增多的趋势基本一致;不同生育期内各等级高温热害发生次数均有显著的周期震荡规律,方差值在16a、12a、4a时间尺度上均出现峰值,依据周期变化推测,2015年后高温热害将持续偏多。依据高温热害“山区少、盆地多”的分布特征,可将盆中浅丘区及盆南丘陵区划分为热害频发区,盆东岭谷区为热害偶发区,川西南山地为热害少发区。在气候变暖背景下,1990年以来不同等级高温热害均呈现发生频率增多,范围扩大,高发中心从平原向山地扩大的趋势。本研究实现了水稻高温热害监测产品由定性向定量化的转变,融合常规高温指标的动态监测,提高了空间分布的精细度,延长了研究的时效性,更具针对性和指导性。     

西南区域单季稻生长季干湿演变及影响因素分析

结合作物生产开展区域干湿演变及其影响因素研究,对农业可持续发展和粮食安全具有重要的科学意义。本文基于西南水稻种植区316个气象站点1961—2015年的观测资料,利用降水量与参考作物蒸散量(ET_0)的比值计算湿润指数,分析近55年西南区域单季稻生长季干湿演变特征;探讨ET_0对主要气候要素的敏感性及主要气候要素对ET_0的贡献率,对西南区域单季稻生长季干湿演变的影响因素展开研究。结果表明:西南区域单季稻生长季的半湿润区主要分布在四川攀西地区南部、云南中部和东北部,其余地区属湿润区。与1961—1990年相比,1991—2015年研究区域内的半湿润区面积增加、湿润区面积减小。近55年来,单季稻生长季内西南区域有40.8%的站点气候变湿,其余地区气候变干。四川盆地东北部、云南东北部由于降水量的增加和ET_0的减少,气候变湿;四川攀西地区由于降水量增加对湿润指数的正效应大于ET_0增加对湿润指数的负效应,气候变湿;重庆南部、贵州北部和西部由于降水量减少对湿润指数的负效应小于ET_0减少对湿润指数的正效应,气候变湿;云南大部由于降水量的减少和ET_0的增加,气候变干;西南其他区域由于降水量减少对湿润指数的负效应大于ET_0减少对湿润指数的正效应,气候变干。西南区域单季稻生长季ET_0随平均气温和相对湿度的增加而减小,而随日照时数和风速的增加而增加,日照时数和风速的显著下降是ET_0减小的主要原因。研究为气候变化背景下降低西南区域单季稻生长季可能的气候风险提供了科学依据。     

攀西烤烟生产对气候变化的敏感性和脆弱性研究

本研究基于1981—2014年四川省攀西地区15个县的气象和烤烟资料,建立烤烟产量和各气候因子的一元线性及逐步回归方程,研究攀西烤烟产量对单个气候因子和气候变化的敏感性与脆弱性,为烤烟生产应对气候变化提供理论支持。结果表明:攀西烤烟产量随着气温和日较差上升1℃、降水减少100 mm、辐射增加100 MJ/m2产生了响应,辐射量上升导致产量敏感的面积比例最大,占播种总面积的51.8%,产量变化为-47.26%~23.53%;最低气温升高导致产量脆弱的面积最大,占总面积的32.0%,产量变化为-38.3%~-7.79%;产量对移栽期的气温和日较差升高、成熟采烤期的辐射量增加以及旺长期的降水量减少最敏感。受到6个气候因子变化的综合影响,烤烟产量对气候变化表现为敏感的面积比例为59.8%,产量变化为-26.3%~36.1%,脆弱的面积为28.9%;产量对旺长期和成熟采烤期的气候变化最敏感。不同区域和不同生育阶段气候变化对烤烟产量的影响存在差异,需要因地制宜地应对气候变化带来的不利影响,并抓住有利的气候资源,保障攀西烤烟的安全生产。     

干旱胁迫对大豆气孔特征和光合参数的影响

利用盆栽法对大豆进行了不同梯度的水分处理,以研究不同水分胁迫条件对大豆气孔特征和光合特征的影响。试验结果表明：随着水分胁迫强度的增加,大豆叶片的气孔长度、宽度、周长、面积均呈减小趋势,气孔密度呈增加趋势。轻度水分胁迫条件下,大豆叶片的净光合速率（Pn）日均值较高,而在充分灌水条件下,大豆叶片的最大光量子效率值（Fv/Fm）较高,不同水分胁迫处理之间叶绿素含量没有显著差异。不同水分胁迫下大豆的净光合速率与气孔导度间均存在极显著相关关系,而气孔导度与单一气孔特征之间无显著相关关系,表明气孔传导力是大豆光合能力的主要限制因素之一,但同时也存在非气孔限制因素。实验中大豆生长的最适宜土壤相对含水量是60%～65%,此时的光合速率下降是由气孔限制引起。当土壤相对含水量低于60%时,光合作用的非气孔限制因素开始出现。当土壤相对含水量在35%～40%时,非气孔限制逐渐成为大豆叶片光合能力下降主导因子,并可能导致光合器官受到损伤。     

CENTURY模型在川西北高原草原的适用性研究

利用草地生态模型评价气候变化对草地生产力的影响,对于草地的可持续利用有重要意义。本文选取川西北高原的石渠和若尔盖为代表站点,基于试验站多年牧草观测资料,对草地生态系统模型（CENTURY）在川西北高原草地的适用性进行研究。结果表明：CENTURY模型模拟的石渠和若尔盖牧草地上部生物量的模拟值与观测值比较吻合,决定系数分别为0.85和0.48,均通过了0.05的显著性检验,均方根误差分别为5.4 g·m^-2和122.4 g·m^-2,CENTURY模型能够较好的模拟牧草地上部生物量,适用于气候变化对川西北高原草地生产力的影响研究。基于验证后的CENTURY模型对1961-2017年牧草地上生物量的模拟结果显示,近57年来石渠和若尔盖牧草地上生物量均呈显著增加趋势,增加速率分别为5.4 g·m^-2·（10a）^-1和17.2 g·m^-2·（10a）^-1。