气候变化对中国水稻生产的影响研究进展

水稻生产系统是响应气候变化最敏感的农业生态系统之一,本文综述了当前和未来气候变化对我国水稻生产的影响。气候变化背景下,我国水稻生长季的热量资源增多,辐射资源减少,降水不均一性加大。高温热害、干旱、暴雨和洪涝灾害发生更频繁,这可能降低水、热资源的有效性。气候变化使我国单季稻和双季稻潜在种植边界显著北移,导致单季稻、早稻和晚稻的主要生育期缩短。基于统计模型和水稻生长模型的研究结果表明,如果不考虑品种改良和栽培技术的进步,气候变化使单季稻、早稻和晚稻产量下降,但不同稻作区和方法间存在差异。我国水稻生产重心北移、实测生育期延长和产量增加的变化趋势,反映了水稻生产系统通过种植分布调整、品种改良和技术改进来适应气候变化的能力。未来气候变化将进一步导致水稻生育期缩短和产量下降,对我国水稻生产和粮食安全带来严峻挑战。仍需加强气候变化影响机制的研究及其在影响评估中的应用,减小影响评估的不确定性并增加其系统性,为制定有效的应对策略提供可靠的理论支持。     

尕海湿地植被退化过程中土壤有机碳矿化特征

为了揭示植被退化对湿地土壤碳矿化过程的影响,以甘南尕海4种不同植被退化梯度的湿地(未退化(UD)、轻度退化(LD)、中度退化(MD)及重度退化(HD))为研究对象,采用室内恒温培养和碱液吸收法研究不同土层土壤有机碳(SOC)矿化速率和累积矿化量,结合一级动力学方程,分析土壤半矿化分解时间(T1/2)、有机碳矿化潜势(C0)等参数对植被退化的响应。结果表明:(1)不同植被退化梯度湿地SOC矿化速率在培养期内呈现出基本一致的变化趋势,表现为,培养初期(0~4天)矿化速率快速下降,且数值较高,培养中后期缓慢下降(4~41天)并趋于平稳;各培养温度下,不同植被退化梯度湿地土壤在各土层有机碳矿化速率大小均为UD>LD>MD>HD。(2)在整个培养期间,各植被退化梯度湿地土壤有机碳矿化速率均随土层加深而降低,表层0-10 cm的矿化速率(1.14~16.23 mg/(g·d))均显著高于10-20 cm(1.05~2.85mg/(g·d))和20-40 cm土层(0.94~1.26 mg/(g·d))。(3)4种植被退化梯度湿地在不同温度下的土壤有机碳累积矿化量均值排序为5°C(34.54 mg/g)<15°C(46.67 mg/g)<25°C(58.28 mg/g)<35°C(86.46 mg/g)。(4)一级动力学方程的C0值随植被退化程度增加呈递减趋势,而C0/SOC随着温度的升高而降低。因此,植被退化能显著降低高寒湿地土壤有机碳矿化速率,而气候变暖能够显著增加湿地土壤有机碳矿化量。     

旱作覆膜玉米生长和水分利用对气候变化的响应

基于3 a连续冬小麦-夏玉米覆膜轮作试验校准和验证AquaCrop模型的适用性,模拟研究了气候变化对夏玉米生长、产量和水分利用的影响,分析了覆膜措施对气候变化的应对效果。结果表明:关中地区(以武功、宝鸡和西安地区为例)年平均温度呈逐年递增趋势,温度增加幅度由高到低依次为宝鸡、西安和武功,增温速率分别为0.20、0.12℃·10a~(-1)和0.09℃·10a~(-1);降雨量呈逐年递减趋势,减少幅度大小依次为西安、宝鸡和武功,减小量分别为3.59、3.23 mm·10a~(-1)和2.64 mm·10a~(-1)。AquaCrop模型在关中地区表现出了良好的适用性,可以较好地模拟连续覆膜条件下作物的产量指标、水分利用和生长的动态变化,冠层覆盖度模拟值和实测值之间的均方根误差(RMSE)介于1.1%～15.3%,生物量模拟值和实测值之间的RMSE介于0.626～2.540 t·hm~(-2),土壤贮水量模拟值和实测值之间的RMSE介于12.6～47.4 mm。模拟研究表明,上世纪60年代以来,随着气温不断升高,武功、宝鸡和西安地区的夏玉米生育期均呈逐年缩短趋势,特别是1980s以来,减少幅度达2.76、4.82 d·10a~(-1)和5.94 d·10a~(-1);在不同的降水年型下,覆膜处理产量均高于裸地处理,且其变异系数较小;在干旱气候条件下,覆膜处理依然可以获得一定的籽粒产量,与裸地处理相比,覆膜处理表现出了较好的稳产效应。同时,覆膜处理有效减少了玉米苗期土壤表层蒸发(平均减少7.6 mm),从而在土壤中保蓄更多的降雨;覆膜处理虽然增加了土壤耗水量,但其通过保蓄土壤水分,稳定作物产量,有效提高了玉米的水分利用效率。因此,关中地区旱作覆膜可以有效适应当地气候变化,在一定程度上应对干旱气候,具有较好的增产稳产效应。     

Abrupt temperature change and a warming hiatus from 1951 to 2014 in Inner Mongolia,China

An abrupt temperature change and a warming hiatus have strongly influenced the global climate.This study focused on these changes in Inner Mongolia, China. This study used the central clustering method, Mann-Kendall mutation test and other methods to explore the abrupt temperature change and warming hiatus in three different temperature zones of the study region based on average annual data series.Among the temperature metrics investigated, average minimum temperature(Tnav) shifted the earliest,followed by average temperature(Tnv) and average maximum temperature(Txav). The latest change was observed in summer(1990 s), whereas the earliest was observed in winter(1970 s). Before and after the abrupt temperature change, Tnav fluctuated considerably, whereas there was only a slight change in Txav.Before and after the abrupt temperature change, the winter temperature changed more dramatically than the summer temperature. Before the abrupt temperature change, Tnav in the central region(0.322°C/10 a)and west region(0.48°C/10 a) contributed the most to the increasing temperatures. After the abrupt temperature change, Tnav in winter in the central region(0.519°C/10 a) and in autumn in the west region(0.729°C/10 a) contributed the most to the temperature increases. Overall, in the years in which temperature shifts occurred early, a warming hiatus also appeared early. The three temperature metrics in spring(1991)in the east region were the first to exhibit a warming hiatus. In the east region, Txav displayed the lowest rate of increase(0.412°C/a) in the period after the abrupt temperature change and before the warming hiatus,and the highest rate of increase after the warming hiatus.     

Sporophytic photosynthesis and gametophytic growth of the kelp Ecklonia stolonifera affected by ocean acidification and warming

Juvenile sporophytes and gametophytes of Ecklonia stolonifera were incubated in combinations of three pCO₂ levels (360, 720 and 980 ppmv) and two temperatures (10 and 15°C for sporophytes; 15 and 20°C for gametophytes) to examine potential effects of climate change on photosynthesis and growth. Sporophytes had significantly higher maximum quantum yields (F_v/F_m) and maximum relative electron transport rates (rETR_max) at 720 ppmv than 360 and 980 ppmv. Also, these parameters were significantly lower at higher temperature of 15°C than at 10°C. Growth of female gametophytes was maximal at 360 ppmv rather than enriched pCO₂ levels. Female gametophytes had significantly lower growth at higher temperature of 20°C than at 15°C. These results indicate effects of elevated pCO₂ varied between generations: stimulating sporophytic photosynthesis and inhibiting gametophytic growth. Ocean acidification and warming would constitute a grave threat to seedling cultivation of E. stolonifera caused by growth inhibition of gametophytes at high pCO₂ levels and temperatures.     

肉牛场生命周期估计及环境影响评价

试验采用生命周期估计(life cycle assessment,LCA)方法对江西高安某存栏1 800头的肉牛育肥场在整个育肥期间(7个月)的污染物排放量,以及污染物在全球变暖、环境酸化、富营养化、光化学臭氧合成方面对环境的影响进行了评估。系统边界包括化肥生产、农作物种植、饲料运输、肉牛生产和粪便处理。结果表明:温室气体排放量为(以CO2当量计)为11 908t,环境酸化气体排放量(以SO2当量计)为84.6t,富营养化气体排放量为(以PO43-当量计)为14.4t,光化学臭氧合成问题气体排放量为(以C2H4当量计)为1.68t。其中饲料运输主要影响全球变暖(占总排放量的49.8%)和光化学臭氧合成问题(占总排放量的54.1%),而粪便处理主要影响环境酸化(占总排放量的70.1%)和富营养化(占总排放量的76.4%),肉牛生产对环境的影响主要是全球变暖(占总排放量的18.1%)和光化学臭氧合成问题(占总排放量的30.9%)。因此,可考虑通过降低运输距离,改善饲料配方、粪便处理方式等降低污染物排放量。     

马尾松毛虫越冬饲养初探

将室内自然温度饲养的第2代马尾松毛虫成虫所产的卵孵化后收集幼虫,分别以自然温度和加温饲养越冬。结果表明,通过加温的方法马尾松毛虫在室内可以继代饲养,室内自然温度越冬饲养1代过程中可以加温饲养3代,加温饲养的马尾松毛虫成虫的产卵量和孵化率与越冬代相比没有明显的差异。     

海南水稻生育期的时空变化特征及对气候变暖的响应

基于海南6个农业气象观测站点的水稻生育期资料和1961~2014年历史气象数据,分析了海南不同地区水稻生育期的时空分布特征,以及气候变暖对海南水稻生育期的影响。结果表明,近54 a海南水稻生长季内平均气温呈上升趋势,早稻气候倾向率为0.21~0.3℃/10 a,以苗期最为明显,晚稻为0.18~0.24℃/10 a,以成熟期最为明显。不同地区水稻生育期差异较大,东部地区早于西部地区,早稻播种时间最大相差55 d,早稻收获和晚稻播种最大间隔42 d,降水和高温可能是造成这一差异的主要原因。随着气候变暖,海南大部分地区早稻生育期提前,晚稻生育期延迟,苗期和成熟期持续时间缩短,与该阶段平均气温呈负相关,但全生育期持续时间变异较大,部分站点略有延长。在未来气候变暖背景下,海南早稻播期可适当提前,晚稻播期可适当延迟,并选用耐高温和抗干旱品种,以减轻高温的不利影响。