全球气候变暖对中国种植制度的可能影响Ⅹ.气候变化对东北三省春玉米气候适宜性的影响

【目的】研究气候变化背景下中国东北三省春玉米气候适宜性的变化特征,为东北地区春玉米种植的合理布局提供科学依据。【方法】本文以1981年为时间节点,把1961-2010年分为两个时间段,基于东北三省74个气象站点1961-2010年的观测资料,根据农业气象学指标,在分析1981-2010年较1961-1980年东北三省春玉米可能种植北界变化的基础上,利用APSIM-Maize模型模拟春玉米可能种植区域内各气象站点逐年的雨养产量,结合统计学方法,分析春玉米雨养产量高产性和稳产性的变化特征,并综合得到气候变化背景下中国东北三省春玉米的气候适宜区分布的变化特征。【结果】（1）与1961-1980年相比,1981-2010年春玉米的可能种植北界向北移动了158.3-285.8 km,春玉米可能种植面积增加了3.87×104 km2,占东北三省土地面积的4.91%。（2）1981-2010年,东北三省春玉米雨养产量的最高产区、高产区和次高产区面积占可能种植面积比例由81.14%增加为86.66%,其中最高产区和高产区面积比例由36.61%减少为34.82%,而次高产区则由44.53%增加到51.85%,低产区面积占研究区域面积的比例由18.86%减少为13.34%。研究区域内雨养产量的单产减少40 kg•hm-2,但由于春玉米可能种植区域总面积的扩大,特别是高产区和次高产区面积的增加,研究区域内雨养产量的总产增加了7.0%。（3）东北三省春玉米雨养产量的最稳产区、稳产区和次稳产区面积占可能种植面积的比例由80.20%增加为89.28%,且最稳产区和稳产区面积比例由40.97%增加为49.97%,而低稳产区面积占研究区域面积的比例由19.80%减少为10.72%。（4）东北三省春玉米气候适宜区和次适宜区面积占可能种植面积的比例由61.09%增加为83.00%,但最适宜区面积比例由18.83%减少为6.67%,可种植区面积占研究区域面积的比例由20.08%减少为10.33%。研究区域内春玉米可稳定获得的雨养产量的单产总体下降了171 kg•hm-2,但由于春玉米可能种植区域总面积的增加,特别是适宜区和次适宜区面积的增加,研究区域内可稳定获得的雨养产量的总产增加了2.6%。【结论】全球气候变暖背景下,东北三省春玉米种植北界明显向北向西移动,春玉米的可能种植面积增加;在春玉米可能种植区域内,如果不考虑品种和栽培管理措施的适应,雨养产量的最高产区面积所占比例缩小,春玉米雨养产量的单产下降,但由于可能种植面积的增加,东北三省春玉米雨养产量的总产增加;春玉米雨养产量的稳定性增加,其中最稳产区和稳产区面积占研究区域面积的比例增加;在春玉米可能种植的区域内,春玉米的气候最适宜区面积减少明显,研究区域内春玉米可稳定获得的雨养产量的单产下降,但由于春玉米可能种植面积的增加,特别是适宜区和次适宜区面积的增加,可稳定获得的雨养产量的总产增加。     

东北三省春玉米产量差时空分布特征

【目的】随着人口增加、气候变化和环境问题日益凸显,粮食生产能力及粮食安全受到广泛重视。然而,目前中国粮食产量远远低于作物潜在产量,如何利用有限耕地生产更多粮食已经成为中国农业目前面临的重大问题。东北三省是中国重要的玉米生产区,其春玉米产量占全国总产量的29%,该区玉米产量提升对中国粮食安全具有重要的意义。【方法】论文以东北三省春玉米种植区为研究区域,基于1961—2010年气候资料、农业气象观测站作物资料和统计资料,利用农业生产系统模拟模型(APSIM-Maize)和数理统计方法,解析气候变化背景下研究区域春玉米潜在产量与实际产量的差及各级产量差的时空分布特征,为提升东北三省春玉米产量提供科学依据和参考。【结果】东北三省春玉米潜在产量与农户实际产量之间产量差(总产量差)呈明显的经向和纬向分布(P0.01),即由南向北递减,由西向东递减,且地区间差异较大,变化范围为4.8—11.9 t·hm~(-2)。春玉米潜在产量与可获得产量之间的产量差(产量差1)、可获得产量与农户潜在产量之间的产量差(产量差2)均呈现随经度升高而降低的趋势,这与春玉米生长季内降水量分布有关。产量差1变化范围在0.06—3.2 t·hm~(-2)之间,产量差2地区间差异较大,变化范围为1.7—8.0 t·hm~(-2),主要是由于栽培管理措施的差异造成的。从全区50年平均来看,春玉米潜在产量与实际产量间的产量差为64%,其中由于不可转化的技术因素、农学因素和经济社会因素限制的产量差分别为8%、40%和16%。从时间变化趋势来看,过去50年(1961—2010)研究区域春玉米各级产量差均呈现减小的趋势,其中总产量差和产量差3呈显著缩小趋势(P0.01),每10年分别缩小1.55 t·hm~(-2)和1.40 t·hm~(-2),但产量差1和产量差2变化趋势并不显著。【结论】东北三省春玉米潜在产量与农户实际产量之间的产量差呈明显的经向和纬向分布,即由南向北递减,由西向东递减。农学因素是限制当地玉米产量提升的主要因素,通过改善农学因素,如提高栽培管理措施、改善土壤条件和更换高产品种可有效缩小产量差达40%。     

北京地区防风林树种多样性调查

本文通过调查分析北京地区的防风林的树种多样性,探讨树种多样性对防风林防风功能的影响,为防风林建设提供参考。以期建设更加稳定的生态系统结构,为使防风林的生态和经济效益更高提供理论与实践依据。     

华北地区冬小麦产量潜力分布特征及其影响因素

利用华北地区农业气象观测站作物资料,验证APSIM-Wheat作物模拟模型区域尺度有效性,结合1961-2007年47年逐日气候资料,分析冬小麦潜在产量、水分限制产量和水氮限制产量时空分布特征,明确了气候因素对冬小麦不同等级产量潜力分布特征的影响程度。对APSIM-Wheat模型在华北地区区域尺度上进行验证,结果显示区域化模型在华北地区有较好的适用性。华北地区冬小麦各层次产量在时间上总体呈下降趋势,空间上呈带状分布,不同层次产量空间分布特征有所差别：冬小麦潜在产量从东北向西南减少,水分限制产量从东南向西北递减,水氮限制产量从东向西先增加后降低在山东济宁地区达到最大;河北省为冬小麦潜在产量和水氮限制产量的高值区,同时为水分限制产量的低值区,增加灌溉是提高其产量的主要途径;山东省为冬小麦潜在产量和水分限制产量的高值区,水氮限制产量的低值区,增施氮肥是提高其产量的主要途径;河南省为冬小麦潜在产量的低值区,辐射是其主要限制因素。决定冬小麦潜在产量时空分布特征的最主要气候要素为生长季内总辐射,总辐射与潜在产量呈极显著正相关关系;决定冬小麦水分限制产量分布特征的最主要气候要素为冬小麦生长季内降水量,呈极显著正相关关系;气候要素对于冬小麦水氮限制产量空间分布特征的解释方差较小,仅为0.48,故土壤等其他因素对其空间分布影响较大。气候变化背景下,如不改变作物品种,冬小麦各级产量潜力呈下降趋势,造成其下降的主要原因为总辐射下降以及随积温增加冬小麦生长季缩短,决定冬小麦产量潜力空间分布的主要因素为总辐射和降水量。     

景德镇市2009年7月22日偏食期间温度变化特征分析

分析了2009年7月22日景德镇日偏食期间温度的变化情况。结果表明:日偏食造成景德镇市气温、草面温度和地面温度明显下降,其中气温下降了1.8℃,草温下降了9.8℃,地温下降了12.7℃。对于研究日偏食等天文奇观出现时天气要素的变化情况有一定的参考作用。     

气候变化和品种更替对东北地区春玉米产量潜力的影响

东北地区是中国重要的粮食生产基地。近50 a中国东北地区正经历着一次显著的增温过程,年平均气温每10a增加0.38℃。明确气候变化对东北春玉米产量的影响以及新品种对产量的贡献对实际生产有重要的指导意义。该文利用通过参数调试与验证后的APSIM-Maize模型,对吉林梨树县春玉米的产量潜力进行模拟分析,解析了不同年代育成的玉米品种的产量潜力,明确了气候变化对春玉米产量潜力的影响以及品种对增产的贡献。结果表明,假设1961－2010年种植的玉米品种不改变,种植20世纪60年代的农家种50 a平均产量潜力为7 879 kg/hm2,种植70年代育成品种50 a平均产量潜力为11 482 kg/hm2,种植80年代育成品种50 a平均产量潜力为12 148 kg/hm2,种植90年代育成品种50 a平均产量潜力为13 400 kg/hm2,种植2000年以后育成的玉米品种50 a平均产量潜力为14 139 kg/hm2,随玉米品种育成年代的后移而增大;1961－2010年随着新品种的育成而不断更替品种时,产量潜力50 a平均值为11 537 kg/hm2。在栽培管理措施不改变的条件下,1961－2010年种植同一品种,产量潜力呈下降的趋势,气候变化对玉米产量潜力的影响表现出负效应,减产率在22%～26%,生育阶段内日照时数的下降是产量潜力下降的主要气候因素;当品种不断更替时,玉米的产量潜力呈上升的趋势,新品种的增产贡献率为46.1%～79.0%,品种的改良对气候变化的负效应有一定的补偿作用;新玉米品种从开花到成熟生育阶段天数延长,成熟期生物量和收获指数增大有利于产量的提高。     

基于腐熟稻壳的育苗混配基质及其应用效果

为研发以腐熟稻壳为主要成分的育苗基质,在测定腐熟稻壳等单一基质理化性质的基础上,根据基质理化性质模型,初步确定了以腐熟稻壳为主的11种育苗配方,并以番茄和叶用莴苣幼苗为试材,对配方进一步筛选确定适宜蔬菜幼苗生长的基质配方。结果表明：腐熟稻壳EC值与容重适宜,但持水孔隙度偏小,不适宜单独作为育苗基质材料;通过模型预测的11种基质配方复合合意值为0.91～0.98,均在育苗基质适宜指标范围内,且11种基质配方的理化性质实测值与模型预估值相对误差较小,为3.23%～9.63%;混配后的腐熟稻壳基质可以满足蔬菜苗期的生长需要,其中腐熟稻壳∶蛭石∶珍珠岩以6∶2∶2的混配基质栽培的番茄和叶用莴苣生长效果最好,壮苗指数分别比对照提高82.76%和184.80%,植株生长健壮。基质理化性质预测模型用于基质的研发方法可行。     

黑龙江省春玉米产量潜力及产量差的时空分布特征

【目的】研究黑龙江省春玉米不同水平产量潜力及各级产量潜力之间产量差的时空分布特征,分析研究区域制约春玉米生产的限制因素。【方法】以黑龙江省春玉米种植区为研究区域,利用当地气候资料、作物生育期、栽培管理措施和土壤资料,使用区域尺度验证后的农业生产系统模型（APSIM）,分析研究区域春玉米1981-2010年不同水平产量潜力,明确春玉米产量潜力及各级产量差的时空分布特征。【结果】研究区域内春玉米产量潜力与玉米生长季内日照时数分布趋势一致,西部高于东部,产量潜力年际变化趋势有增有减;春玉米雨养产量分布特征与生长季降水量分布特征相似,表现为中部高于东西部的趋势,降水量愈少的地区,雨养产量低且稳产性愈差;最近30年研究区域82%的站点雨养产量呈下降趋势,雨养产量的不稳定性远高于产量潜力的不稳定性,气候土壤生产力区域特征为西部齐齐哈尔和绥化地区最低。近30年因降水变化造成的产量差呈增加趋势,表明生长季干旱发生风险加大。【结论】降水是制约黑龙江省西部玉米产量的主要因素,可通过灌溉提高产量;中部伊春地区、通河地区和牡丹江地区,水分不是限制春玉米产量的因素,提高产量的途径是改良土壤条件及优化栽培管理措施;在雨养条件下,东部的三江平原通过改良土壤物理性状,可提高产量16%-22%。     

APSIM玉米模型在东北地区的适应性

利用东北地区6个典型农业气象试验站的玉米田间试验数据和同期逐日气象数据对APSIM模型(农业生产系统模型)在东北玉米产区的适应性进行了初步研究。先依据各站第一组玉米试验数据对模型相关参数进行调试、确定,再利用另一组试验数据检验模型模拟玉米生育期、叶面积指数、地上部总生物量和产量的可靠性。结果表明,APSIM模型模拟的播种至出苗、开花和成熟各阶段天数与实测天数有较好的一致性,其误差分别为0~2.0、0.7~2.0和0.7~2.3 d;哈尔滨地区模拟的叶面积指数和地上部总生物量相对均方根差分别为33%和11%,模拟效果较好;黑龙江哈尔滨、海伦、泰来,吉林桦甸、通化和辽宁本溪的模拟产量与实际产量的NRMSE分别为18%、13%、4%、4%、5%和2%。说明APSIM模型对东北地区玉米生育期、叶面积指数动态变化过程、地上部总生物量动态变化过程和最终产量具有较好的模拟结果,验证后的APSIM模型在东北地区具有较好的适应性。以上结果为今后在东北地区深入开展玉米生产潜力以及解析产量形成的限制因素等研究提供了技术平台与支撑。     

全球气候变暖对中国种植制度可能影响Ⅻ. 气候变暖对黑龙江寒地水稻安全种植区域和冷害风险的影响

【目的】以1981年为时间节点,将1961-2010年划分为2个时段,结合未来不同升温情景,定量分析历史和未来气候变暖对黑龙江寒地水稻安全种植区域影响以及由此带来的冷害风险。【方法】利用积温带划分标准和农业气候指标,结合ArcGIS方法,对比分析历史和未来黑龙江积温带及寒地水稻安全种植区界限的空间变化特征。基于气象行业标准中水稻冷害标准分析寒地水稻安全种植北界变化敏感区域的延迟型冷害及障碍型冷害变化特征,评估气候变暖背景下水稻种植北界敏感地区冷害风险特征,并预估未来不同升温情景下冷害风险演变趋势。【结果】与1961-1980年相比,研究区域内1981-2010年积温带发生了明显的北移东扩,平均北移1.19个纬度,位移最大的是第五积温带和第六积温带,面积增加最多的是第二积温带,几乎覆盖了整个松嫩平原。未来不同升温情景下各积温带北扩趋势明显,面积增加最多的是第一积温带。1981-2010年寒地水稻安全种植北界相对于1961-1980年北移121 km,水稻安全种植北界北移至嫩江中部-五大连池-逊克北部一线。未来升温1-3℃情景下,寒地水稻安全种植北界向北移动410.5-545 km,向北扩展至黑龙江省呼玛以北地区,温度升高3℃时,除漠河地区外都可种植寒地水稻。比较寒地水稻种植界限敏感区域和非敏感区冷害风险可见,敏感区域冷害风险明显高于非敏感区域,其中障碍型冷害风险高于延迟型冷害,寒地水稻种植区严重冷害出现频率最高,其次是轻度冷害,中度冷害最低。1981-2010年敏感区域严重和轻度延迟型冷害较非敏感区域显著增加,中度延迟型冷害风险在敏感区域和非敏感区域均较低,敏感区域的各级障碍型冷害较非敏感区域明显增加;未来升温情景下敏感区域的各级冷害均高于非敏感区域。【结论】气候变暖背景下黑龙江积温带及寒地水稻安全种植北界发生了明显北移,未来升温情景下仍呈北移趋势。寒地水稻种植敏感区域的冷害风险明显高于非敏感区域,随着未来温度升高,冷害有不同程度的减轻,但仍需进一步关注寒地水稻种植区北缘北扩后的冷害风险,采取改进栽培技术与选育抗寒早熟品种等低温冷害防御措施,同时避免水稻种植区域的盲目扩大和品种越区种植,加强冷害防御能力。