干旱对农业生态系统影响研究进展

笔者综述了国内外近10 年干旱对农业生态系统的影响研究,国内外学者主要基于田间试验观测,从细胞微观、单株作物、站点尺度较好地研究了干旱对农作物干物质合成、分配的影响机制,分析了不同生长阶段干旱对作物生长的影响差异。干旱明显降低了作物气孔导度,影响了ATP 合成酶的活性,降低了光合作用效率。在部分作物生长前期,干旱会适当地增加干物质向根部的分配比例,提高水分利用效率;但在大部分作物生长中后期,干旱将直接影响作物地上生物量合成,降低作物产量。但是,干旱对农业生态系统的区域性研究稍显不足。干旱影响范围广,持续时间长,受灾地区农作物品种复杂。单一站点田间试验观测不能反映干旱的区域性影响,且在大范围下开展多站点田间实时观测耗时费力。遥感可以实现干旱影响的大范围监测,但却不足以反映干旱对不同作物的影响差异。随着计算机模拟技术的不断发展,基于田间试验观测构建的作物生长模型能有效克服田间试验的时空局限性,且通过不同的作物模型或参数设置,能够较为准确地反映干旱对不同作物的影响差异,成为开展干旱对农业生态系统影响的重要手段。     

我国森林火灾与气温、降水的关系及其时空差异研究

[目的]从区域的角度来探讨森林火灾与气温和降水的关系。[方法]首先通过耦合站点气象数据、我国森林分布数据以及我国森林火灾季节月份分布数据,获得了气温和降水在每个省森林区域火灾季节时间段内的平均值。然后,通过时间序列分析、相关性分析等方法探讨降水、气温与森林火灾面积的关系。[结果]降水和气温的变化能够较好地反映火灾面积的年际变化。降水减少的同时温度升高以及降水升高的同时温度降低与火灾面积的增、减存在的较好的同步关系,且在不同地区、不同时间这种伴随关系有差异。对不同地区森林区域平均气温、降水与火灾面积的相关性分析发现,大多数地区森林火灾面积与气温具有较好的正相关关系,例如西北地区（R=0.367,P=0.01）、西南地区（R=0.327,P=0.02）、华南地区（R=0.330,P=0.02）、华东地区（R=0.516,P〈0.01）、新疆地区（R=0.447,P=0.042）都表现出显著的正相关关系;而降水与火灾面积除了在西北地区存在正相关关系（R=0.482,P〈0.01）、在华南地区存在负相关（R=-0.323,P=0.03）之外,在其他地区不存在显著相关关系。[结论]揭示我国森林火灾与气温、降水关系对于开展森林防火以及火灾预警都具有重要意义。     

不同CO2浓度变化下干旱对冬小麦叶面积指数的影响差异

叶面积指数是作物生长状况的一个重要表征参数,也是研究陆地生态系统的一个重要的参数.当今世界温室气体排放逐年上升,气候变暖趋势明显,对气候变化敏感的农业将受到影响.在全球变化的背景下,采用农业技术转移决策支持系统(DSSAT)系统,通过在黄淮海平原典型站点模拟3种CO2浓度条件下冬小麦在水分充足和水分亏缺2种情境下的生长过程,分析不同CO2浓度下水分亏缺对冬小麦叶面积指数的影响差异.研究发现,CO2浓度升高对叶面积指数增长有促进作用,且在干旱情况下对叶面积指数的正效应比湿润情况下更为明显,在CO2浓度倍增条件下,发生水分亏缺的作物叶面积指数数倍增长.研究结论有助于分析CO2浓度变化对农作物生长过程的影响,为农田水分管理提供依据,又为估算叶面积指数提出了一种模型的方法.     

泾河流域不同时期土壤侵蚀状况及分区的植被建设研究

从20世纪80年代到2003年,泾河流域侵蚀呈更强的发展态势。其中,极强和剧烈侵蚀比重分别增加了1.30%和1.97%。按照侵蚀模数所属侵蚀等级,把2000年流域土地利用类型进行分类,得出以中、低覆盖度草地和丘陵耕地为主的土地利用结构是流域水土流失产生的主要原因。植被建设与恢复是缓解区域水土流失的重要途径。根据泾河流域内和流域周边25个气象站点的林地生态需水量与当地生长季降水量的匹配程度,通过插值方法,将流域分为适宜或较适宜造林区（乔灌林区）、欠适宜造林区（耐旱灌木林与高覆盖度草地区）和非适宜造林区（中覆盖度草地区）3类,结果显示,这3类区由东北向西南呈倾斜的条带状分布,分别占流域总面积的53.69%,22.16%和24.15%。为研究气候变化对植被分区的影响,分别评价了1961-1980年和1981-2004年两个时段流域林地生长季降雨量变化及对应的林地区域分异状况,结果显示：生长季降雨量整体表现为减少趋势,最大减幅在50 mm左右,总体减幅高于全年平均降水量的减幅,减幅区涉及范围较广;在局部地区降雨有所增加,最大增幅为20 mm左右,增幅区位于下游的泾阳县、淳化县以及上游的定边县,受此影响,非适宜造林区和欠适宜造林区呈现向南推进态势,适宜或较适宜造林区面积减少了11.44%。本文的研究结果可为当地植被建设提供参考。     

黄淮海平原典型区冬小麦水分胁迫规律与灌溉策略

黄淮海平原区是中国主要的水分亏缺区,进行合理的灌溉,充分提高水分利用效率是近些年该地区农业研究的重要课题。该文利用环境政策综合气候模型（environmental policy integrated climate,EPIC）,通过模拟黄淮海平原典型区河北沧州地区冬小麦在3种灌溉情景下的生长过程探索合理的灌溉策略。首先通过雨养（无灌溉）情景模拟,分析在当地气候条件下冬小麦生长期内水分胁迫的变化规律,然后通过自动灌溉,调整单次灌溉最大量来分析产量、水分利用效率的变化规律,并根据灌溉实施过程探索合理的人工灌溉方式进行手动灌溉模拟。研究发现：该地区冬小麦在生长期内缺水严重,存在4个主要的水分胁迫期,分别位于分蘖期、返青期、拔节期和灌浆期;通过分析自动灌溉结果,冬小麦在播种期需灌溉10 mm,分蘖期40 mm,返青期35 mm,拔节期35 mm,灌浆期10 mm,能在提高产量的同时保证水分利用效率在一个较高的水平;试验证明,利用EPIC模型可较好地进行作物的水分胁迫与灌溉策略研究。     

我国森林火灾与气温·降水的关系及其时空差异研究

[目的]从区域的角度来探讨森林火灾与气温和降水的关系。[方法]首先通过耦合站点气象数据、我国森林分布数据以及我国森林火灾季节月份分布数据,获得了气温和降水在每个省森林区域火灾季节时间段内的平均值。然后,通过时间序列分析、相关性分析等方法探讨降水、气温与森林火灾面积的关系。[结果]降水和气温的变化能够较好地反映火灾面积的年际变化。降水减少的同时温度升高以及降水升高的同时温度降低与火灾面积的增、减存在的较好的同步关系,且在不同地区、不同时间这种伴随关系有差异。对不同地区森林区域平均气温、降水与火灾面积的相关性分析发现,大多数地区森林火灾面积与气温具有较好的正相关关系,例如西北地区（R=0.367,P=0.01）、西南地区（R=0.327,P=0.02）、华南地区（R=0.330,P=0.02）、华东地区（R=0.516,P〈0.01）、新疆地区（R=0.447,P=0.042）都表现出显著的正相关关系;而降水与火灾面积除了在西北地区存在正相关关系（R=0.482,P〈0.01）、在华南地区存在负相关（R=-0.323,P=0.03）之外,在其他地区不存在显著相关关系。[结论]揭示我国森林火灾与气温、降水关系对于开展森林防火以及火灾预警都具有重要意义。     

基于NDVI的柴达木盆地植被空间分异规律及影响因素

利用1982-2006年的GIMMS/NDVI资料,分析柴达木盆地植被的空间分异规律,并结合盆地的地形、降水、水系、土地利用和植被分布图等资料,通过叠加分析,进一步研究了植被空间分异的影响因素。结果表明:柴达木盆地的植被覆盖总体偏低,由东南向西北呈明显的三层半环状结构;在局部地区由于河流、湖泊和地下水等水文条件的影响,上述半环状结构成非连续状态而形成突出亮斑和线状特征;柴达木盆地植被覆盖的影响因素主要包括降水、地表地下水文条件、海拔高度和人类活动4个方面;降水和海拔有一定的关联性,从总体上决定了盆地植被分布的基本格局;水体和人类活动对植被分布的作用主要体现在局部地区,并且往往打破降水和海拔作用下的植被分布格局。     

1961-2010年陕甘宁农区干旱变化规律及其对小麦潜在产量的影响

干旱作为一种典型的气象灾害事件,对人类生产生活带来了极大影响。近几十年来,随着气候变化不断加剧,干旱的变化规律及对作物生长影响的变化趋势已成为气候变化影响研究的重要组成部分。该文选择中国陕甘宁农区为研究区,利用帕默尔干旱指数(Palmer drought severity index,PDSI)分析了1961-2010年干旱强度及频率的变化趋势,并研究了不同月份干旱的变化趋势;在此基础上,依托EPIC(environmental policy integrated climate)模型分别模拟了冬小麦、春小麦在雨养和充足灌溉条件下的作物生长过程,通过两种模拟情景的差异研究降水亏缺所导致干旱对作物潜在产量影响的变化趋势。研究发现:1961-2010年,中国陕甘宁农区年均PDSI呈现明显的下降趋势,并且年内重度干旱月份数(PDSI-3.0)出现了明显的增长趋势,干旱发生频率上升,强度增强。尤其在4、5、7月,由于降水量明显下降,PDSI的下降趋势最为明显。相比而言,冬小麦种植区PDSI的变化幅度较大。通过分析EPIC模拟结果发现,近50 a,研究区大部分站点干旱导致的作物减产量均出现不同程度的上升,并且空间分布格局与PDSI变化趋势分布相同,研究区中部地区作物产量的减产幅度明显大于其他地区。     

中国东部季风区植被气候生产潜力的时空特征

以中国东部季风区为研究区域、植被气候生产潜力为研究对象，以英国东英格利亚大学气候研究所公布的气候变化数据库(CRU TS v.4.06)中0.5°×0.5°月尺度时空分辨率的降水和气温数据集的气象数据(时间尺度为1981—2021年)、中山大学陆-气相互作用研究组2013年开发的中国陆地表面土壤数据库的土壤数据为数据源，采用迈阿密模型(Miami)、桑斯威特纪念模型(Thomthwaite Memorial)分析1981—2021年中国东部季风区植被气候生产潜力的时空特征，采用冗余分析(RDA)法分析植被气候生产潜力与土壤理化性质相关性。结果表明：过去40a,中国东部季风区气温生产潜力、降水生产潜力、蒸散生产潜力的时间演变，均分为2个阶段，气温生产潜力的第Ⅰ阶段为1981—2001年、第Ⅱ阶段为2002—2021年，降水生产潜力的第Ⅰ阶段为1981—2014年、第Ⅱ阶段为2014—2021年，蒸散生产潜力的第Ⅰ阶段为1981—2013年、第Ⅱ阶段为2013—2021年，2个阶段均呈现出生产潜力增加趋势，其中第Ⅱ阶段生产潜力增加幅度显著高于第Ⅰ阶段。气温生产潜力、降水生产潜力和蒸散生产潜...