低温对早稻幼穗分化期叶片生理特性的影响及其与产量的关系

为了探讨低温("小满寒")对早稻幼穗分化期水稻叶片生理特性及产量性状的影响,本研究以30℃/25℃为对照,利用人工气候室进行试验,研究低温(22℃/17℃)下水稻叶片的生理生化变化特征,并分析其与产量之间的灰色关联度。结果表明,随低温处理时间的延长,水稻光合色素呈先上升后下降趋势,并在处理后4 d达最大值。水稻光响应曲线的最大光合速率、光饱和点及光能初始利用效率均随着低温胁迫时间的增加逐渐下降,而光补偿点则呈上升趋势。在荧光参数方面,光化学淬灭系数(qP)、PSⅡ电子传递效率(ETR)及PSⅡ最大光能转化效率(Fv/Fm)呈先下降后上升的趋势,而非光化学淬灭系数(qN)则随着胁迫时间的延长于处理6 d达最大值。叶片SOD活性、POD活性、MDA含量和可溶性蛋白含量均呈先上升后下降的趋势,而CAT活性随着胁迫时间的延长逐渐下降。另外,水稻产量、穗长、结实率、成穗率及千粒重等均随低温处理时间的延长而减少。通过灰色关联度分析各个性状与产量之间的关联度,依次为每穗实粒穗长二次枝梗数一次枝梗数千粒重CAT活性,且其关联度均大于1。CAT活性、光能初始利用效率、光饱和点、ETR、Fv/Fm及叶绿素a/叶绿素b等生理生化指标也与产量关联度较高,可作为低温影响下产量评价与估算的指标。     

河北省苹果大风灾害风险评估

基于长时间序列的河北省142个国家级气象台站大风观测数据、历史苹果大风灾情统计资料、苹果生育期等数据,选择最优机器学习模型延长极大风速时间序列,利用对应站点的极大风速和灾情统计数据确定苹果两个主要生育期内不同等级大风灾害气象指标阈值,分析了苹果大风灾害时空分布特征,对苹果大风灾害的危险性、脆弱性、暴露度和防灾减灾能力等指标进行综合风险评估。结果表明：随机森林模型模拟精度较高,可以较好地延长极大风速时间序列;苹果花期−幼果期的大风灾害阈值为极大风速≥9.1m·s⁻¹,果实膨大-成熟期为极大风速≥7.9m·s⁻¹,并进一步划分了不同等级大风灾害等级,验证结果与历史记录有较高的一致性;苹果大风灾害每年发生次数呈先降后升的趋势,河北省西北部和沧州市东部大风灾害发生频次较高;苹果大风灾害较高和高风险区域较为分散,约占全省面积的20%,主要分布在张家口市东部、承德市东南部、衡水市中部和石家庄市东部等地。     

江西早稻高温逼熟气象灾害指数保险费率的厘定

以江西早稻“五优157”为试材,于2012年在早稻灌浆期利用人工气候室模拟高温逼熟的气候模式（白天35℃/夜间28℃分别持续2、4、6、8、10、12、14、16d）,建立早稻减产率与高温持续天数间的关系模型.再依据江西省11个市1960-2007年气象数据,采用Weibull分布模型模拟不同地区发生高温逼熟的概率,结合减产率模型确定免赔额为15％、30％、45％的保险纯费率.结果表明：“五优157”的减产率（y,％）与灌浆期高温持续天数（x）呈对数函数关系,即y=32.082lnx-22.681;鹰潭和赣州地区的高温逼熟发生概率较高,达87.5％,抚州、景德镇、宜春和萍乡等地区较低,均在70％以下;江西省高温逼熟气象灾害指数保险纯费率呈北高南低的趋势,鹰潭地区的纯费率最高,达4.707％,宜春地区的纯费率最低,为2.138％.研究认为在免赔额为30％时的纯费率较适宜,研究结果可为江西省早稻开展政策性气象指数保险提供科学依据.     

灌浆初期不同时长高温胁迫对早稻叶片光合和荧光参数的影响

以江西早稻"五优157"为材料,于2012年3-7月在南京信息工程大学人工气候箱内进行灌浆初期3d、6d、9d的高温胁迫试验(35℃/28℃,昼/夜),并以适宜温度条件为对照(30℃/25℃,昼/夜),选择早稻上3叶(剑叶、倒1叶、倒2叶)测定其不同时长高温处理光响应曲线,于胁迫解除后第1、3、6、9和12d测定其光合速率和荧光参数,以探讨不同时长高温胁迫对早稻光合特性的影响。结果表明:(1)早稻上3叶叶绿素含量、净光合速率(Pn)、光饱和点(LSP)、PSⅡ最大光能转化效率(Fv/Fm)和PSⅡ实际量子产量(ΔF/Fm')均随胁迫天数的增加而下降。(2)HT3d、HT6d、HT9d处理早稻上3叶的光能利用效率分别比对照降低47.29%、71.21%和79.72%。(3)水稻经过HT6d、HT9d处理后,经12d适宜温度环境下恢复,叶片最大光合速率仅为对照的63.28%和32.04%,而Fv/Fm仅为对照的86.64%和62.57%。研究表明高温(35℃/28℃)胁迫小于6d时,早稻可在适宜温度环境下逐渐恢复光合能力;而高温胁迫达到或超过6d,则会对早稻叶片光合系统造成严重伤害。     

氮肥用量对温室草莓生理特性的影响

以草莓品种"丰香"为试材,研究了温室栽培条件下,0、40、80、120mg/kg不同土壤氮素水平对草莓果实发育阶段叶片的光合色素、最大光合速率、硝酸还原酶活性和可溶性蛋白质含量的影响,以期为设施草莓土壤氮素管理提供参考依据。结果表明:在花期和坐果期,草莓叶片叶绿素含量、最大光合速率、硝酸还原酶活性和可溶性蛋白质含量随氮素水平的增加而增加,以120mg/kg氮素处理促进作用最强;在果实膨大期、果实转色期和成熟期,草莓叶片叶绿素含量、最大光合速率、硝酸还原酶活性和可溶性蛋白质含量随氮素水平增加呈先增加后减小趋势,以80mg/kg氮素处理促进作用最强。     

水稻格点作物模型在中国区域的不确定性评估

作物模型是评估气候变化对农业生产影响的主要手段之一,但中国对格点作物模型间的比较研究尚处于初始阶段。为全面评估不同作物模型在中国不同区域对水稻产量模拟的有效性,利用联合国粮农组织（FAO）和中国农业农村部种植业管理司（SYB）水稻年平均产量统计资料,对由2种气候资料（AgMERRA和WFDEI-GPCC）和 3种不同种植管理情景（Default、Fullharm和Harmnon情景）驱动的7种全球格点作物模型（CGMS-WOFOST、CLM-CROP、EPIC-BOKU、GEPIC、LPJML、PDSSAT和PEPIC模型）模拟的中国水稻产量进行了对比分析。结果表明：不同格点作物模型之间的模拟结果差异较大,在不同区域不同格点作物模型的模拟效果差异显著,不同格点作物模型对气候变化和种植管理情景的响应和敏感性不同,大部分模拟结果低估了水稻产量。使用不同水稻统计产量数据会对评估结果产生一定的影响。格点作物模型能够一定程度上模拟出水稻产量的年际变化和气候变化对产量的影响,但对于统计水稻产量上升的趋势较难模拟。通过综合分析产量在时间和空间上的波动情况,并利用2种评分方法对模拟表现打分,发现LPJML和PDSSAT在7种格点作物模型中模拟效果最好,同时也对不同气候数据和种植管理情景的变化最敏感,CLM-CROP的模拟效果最差。对不同种植管理情景,Default情景下的模拟效果显著高于Fullharm和Harmnon情景。多种格点作物模型集合平均（MME）可以降低单个格点作物模型模拟的误差,但需对MME中的集合模型进行挑选。     

高温与空气湿度交互对花期番茄植株水分生理的影响

以番茄品种“金冠5号”为试材,在人工气候箱内进行正交试验,设计日最高气温（℃）/最低气温（℃）分别为32/22、35/25、38/28、41/31共4个温度处理水平,空气相对湿度分别为50%±5%、70%±5%、90%±5%,处理天数为3、6、9、12d,并以28/18、50%±5%为对照（CK）,测定不同处理下番茄苗叶片生理指标的变化。结果表明：在32～41℃高温处理下,叶片气孔导度Gs、蒸腾速率Tr在日最高气温35℃时最高,分别为0.109μmol·m-2·s-1、0.21μmol·m-2·s-1;叶水势ψw、根系活力Rv、根冠比R/S、净光合速率Pn和水分利用效率WUE均随胁迫温度的升高而逐渐降低,日温41℃时较CK降低163.76%、66.63%、28.59%、73.90%和65.11%。高温条件下提高湿度至70%后,ψw、Gs、Pn、Tr和WUE分别较50%处理均有显著提高,且可以在28d内基本恢复至CK水平,在恢复期内根系恢复良好且保持较高WUE;但湿度提高至90%后,Gs和ψw有所上升,而Pn、Rv、R/S、WUE未能显著提高,且在恢复期内WUE较低。故在35℃及以上的高温环境中,提高空气湿度至70%可有效降低高温对番茄的危害,也有利于番茄灾后恢复。     

水氮耦合对苗期葡萄叶片氮素代谢酶活性的影响

为研究水氮耦合对苗期葡萄叶片氮代谢影响及最佳施氮量的制定,以一年生葡萄品种红提为研究试材,利用人工控制环境的方法,在温室内采用水、氮两因素各4水平的全面设计进行实验,水分处理分别为正常灌溉W1（田间最大持水量的70%～80%）、轻度胁迫W2（60%～70%）、中度胁迫W3（50%～60%）和重度胁迫W4（30%～40%）。4个氮素施用水平分别为1.5倍推荐施肥N1（施纯氮25.5g·m⁻²）、正常推荐施肥N2（17g·m⁻²）、0.5倍推荐施肥N3（8.5g·m⁻²）、不施用氮肥N4（不施氮）。处理时间为10、20、30、40d。结果表明,在水分条件适宜时,葡萄叶片硝酸还原酶（NR）、谷氨酰胺合成酶（GS）、谷氨酸合成酶（GOGAT）活性、可溶性蛋白、游离氨基酸含量随施氮量增加而提高;在轻度干旱胁迫时,增施氮肥可缓解干旱胁迫;在重度干旱胁迫时,高氮处理使设施葡萄叶片中氮代谢酶活性、游离氨基酸和可溶性蛋白含量降低。葡萄叶片内氮含量始终随处理时间增加而降低,在轻度水分胁迫下氮的转运率较高,而水分胁迫严重时,高氮处理与无氮处理时氮转运率均偏低。最终得出：在水分条件适宜（W1）和轻度水分胁迫（W2）下,N1处理葡萄叶片的氮代谢能力最高;在中度水分胁迫（W3）和重度水分胁迫（W4）下,N3、N4处理氮代谢能力最高。研究结果可为实际生产中设施葡萄的干旱灾害防控提供理论依据,既能有效缓解水分胁迫带来的危害,又避免生产中肥料的浪费。     

基于多种算法的果树果实生长模型研究—以云南昭通苹果为例

【目的】针对果树果实与生长过程中的气象因子关联密切,且生长过程多为非线性、非平稳序列,直接对其连续测定难度较大的问题,对比多种模型对果实直径的模拟能力,为果树及其果实的生长发育监测和预测、适时灌溉施肥、生长环境调控等提供科学参考。【方法】以云南昭通苹果为例,分析2019和2020年果实生长期间直径变化特征及其与环境气候因子的关系。引入深度学习中的长短期记忆模型（LSTM）,使用LSTM模型对苹果果实直径进行模拟及预测,与多元线性回归模型（MLR）和机器学习模型中的决策树（DT）及随机森林（RF）模型的模拟结果进行对比分析,并使用3种采样方法对不同模型模拟的结果进行评估。【结果】苹果果实直径有明显日变化特征,呈夜间直径增长而白天缩小为主的规律,一般早晨直径达到最大,然后逐渐微缩,在日落前后直径到达当日最小。苹果果实直径的增长速率在果实膨大初期较高,在果实生长后期降低。苹果果实小时和日平均直径与土壤温度和土壤湿度呈中度或高度正相关,与紫外线指数（UVI）呈高度负相关。苹果果实直径的日平均增长量（FMDG）、日增长量（FDG）、日最大变化量（MDFS）与60 cm土壤温度和20 cm、40 cm土壤湿度呈低负相关（-0.5≤R<-0.3）。4个模型的模拟结果相比,LSTM模型的模拟精度高于MLR、DT和RF模型。LSTM模型比MLR模型在相关系数R增加3%—20%的情况下,RMSE和MAE下降约50%—75%,而机器学习模型DT和RF对苹果果实直径的预测相对较差,可能存在过度拟合。【结论】对比统计学、机器学习和深度学习等方法,LSTM模型在苹果果实直径的模拟中表现出更高的精度和可靠性,能更好地解决果实生长过程中的复杂非线性问题。     

多种格点作物模型对中国区域水稻产量模拟能力评估

基于部门间影响模型比较计划（The Inter-Sectoral Impact Model Intercomparison Project,ISIMIP）FAST-TRACK 轮模拟中由5种国际耦合模式比较计划第五阶段（CMIP5）全球气候资料驱动下的 6 种水稻格点作物模型模拟水稻产量的结果,评估了格点作物模型模拟中国区域水稻历史产量（1980-2004年）的时空分布模拟效果,并基于多种作物模型等权重集合平均（Multi-Crop Models Ensemble,MCME）对未来（2020-2099 年）4 种不同典型浓度路径（Recommended Concentration Pathways,RCPs）情景下的中国区域水稻产量进行预估。结果表明：相对于单种水稻模型模拟的结果,采用MCME可以有效提高水稻模型在中国区域的模拟能力。MCME 模拟中国区域水稻历史年平均产量相关系数R和RMSE分别为0.798和1540.6kg·hm^-2,在空间上对东北和西南地区模拟效果较好,其它地区模拟效果一般,模拟水稻产量的空间变率较大。未来随着气温和CO₂浓度的上升,水稻产量呈增加趋势,在RCP8.5 情景下中国区域平均水稻产量在21世纪末增加最多,达到22%,RCP6.0情景下约增产15%,RCP2.6和RCP4.5情景下水稻产量在 21世纪上半叶增产,21世纪下半叶产量保持稳定甚至略有下滑,在21世纪末分别增产约4%和10%,在空间上东北和西南地区水稻增产较多,可达 40%以上,其它水稻主产区如长江中下游地区和华南地区增产较小。