中国冬小麦品质时空变异特征及关键气象因子分析

为精准解析中国冬小麦品质的变异特征及其影响因素，利用地理信息系统(GIS)研究中国冬小麦籽粒品质在2006-2019年的时空分布特征，探究影响冬小麦籽粒品质的关键气象因子，分析冬小麦品质与关键气象因子的空间异质性。结果表明，中国冬小麦籽粒蛋白含量、湿面筋含量和沉淀值在空间上总体呈东北高西南低的变化趋势，各指标在时间上没有一致的变化特征。籽粒蛋白含量与开花至成熟期间最高气温大于30℃的天数呈极显著正相关，空间上具有一定正相关特征；湿面筋含量与开花至成熟期的平均气温呈极显著正相关，空间上具有一定正相关特征；沉淀值与开花至成熟期的日照时数呈显著负相关，空间上呈现出明显的负相关。因此，根据影响冬小麦品质形成的关键气象因子，合理布局冬小麦种植区划，制定冬小麦优质发展的气候适宜区，有利于冬小麦品质提升的气候资源高效利用。     

典型浓度路径(RCP)情景下长江中下游地区气温变化预估

为探明典型浓度路径下(高端路径RCP8.5和稳定路径RCP4.5)长江中下游地区未来30a平均气温的时空变化趋势和分布特征,运用联合国政府间气候变化委员会(IPCC)AR5提出的模拟能力较强的BCC-CSM1-1(Beijing Climate Center Climate System Model version1-1)气候系统模式,基于典型浓度情景RCP(Representative Concentration Pathway)输出的2021-2050年0.5×0.5格点主要气象要素的逐日模式模拟数据资料,应用双线性内插法降尺度到长江中下游及邻近区域62个基本气象站点。以1961-1990为基准年,根据同期等长模拟数据和观测数据的非线性函数关系建立订正模型,并利用方差订正法对2021-2050年模拟数据进行误差订正。结果表明:RCP情景输出数据的模拟效果良好,方差订正可降低模拟值与观测值的相对误差和方差,更加真实反应未来气候变化趋势。RCP8.5和RCP4.5两种排放情景下,长江中下游地区2021-2050年年平均气温均呈显著上升趋势,增温幅度总体表现为自南向北逐渐减少。就季节而言,四季均呈现升温趋势,夏季增温幅度最高,变化倾向率大,春冬两季RCP8.5情景下增温幅度大于RCP4.5下,夏秋季则相反;RCP8.5情景下,研究区域年平均气温呈现自中部向东西递减,春夏季增温幅度高于秋季,冬季增温幅度最小,且变化倾向率低,大部分地区未通过0.05水平的显著性检验。RCP4.5情景下,研究区年平均气温自北向南逐渐降低,变化倾向率则表现为北部大于南部,夏季变化速率较大,增温幅度达1.2℃·10a~(-1)(P0.01),冬季较小且未通过显著性检验。     

RCP情景下长江中下游地区水稻生育期内高温事件的变化特征

基于1981-2009年历史气象数据和全球气候模式HadGEM2-ES输出的未来2021-2050年RCP气候情景数据,采用日最高温度大于35℃的高温日数（HSD）、高温最长持续日数（MCD）和高温有效积温（HDD）,分析过去和未来长江中下游地区水稻生育期高温事件频率、持续时间和强度的变化特征。结果表明：1981-2009年,长江中下游地区水稻生育期内温度升高,各高温指标均一致显著增加,Tmax（平均日最高气温）、HSD、MCD、HDD的气候倾向率分别为0.51℃·10a-1,3.9d·10a-1,0.6d·10a-1和8.2℃·d·10a-1,空间上表现为由北向南递增。除MCD外,Tmax、HSD和HDD均在2001-2002年发生由少到多的突变。2021-2050年两种RCP情景下,长江中下游大部分地区水稻生育期间日最高气温持续升高,高温日数增多,持续时间延长,高温强度增强。RCP2.6情景下,水稻生育期内Tmax、HSD、MCD、HDD较基准时段（1981-2009年）分别增加1.5℃、11.3d、5.6d和45.3℃·d,RCP8.5情景下分别增加1.7℃、15.4d、6.2d和61.1℃·d,且各高温事件在高值区的概率进一步加大。各指标的空间变化特征具有差异性,Tmax、HSD和MCD的增加幅度由东南向西北递增,湖南西部和江苏北部等基准期温度相对较低的地区增幅更大,而HDD的增幅以中部地区较大。湖北、安徽、湖南和江西中北部是未来高温事件频率、持续时间和强度均大幅增加的地区,防灾减灾工作严峻,需采取调整水稻播期,更替耐高温品种等措施减轻高温对水稻的危害。     

不同灌溉时期的冬小麦土壤水分变化动态

为高效利用水分资源以及给冬小麦灌水制度的合理制定提供依据,采用水量平衡法,系统研究了不同时期单次灌水和两次灌水的冬小麦土壤水分变化动态。结果表明,雌雄蕊分化期前单次灌水,开花前土壤水分能基本满足小麦生长的要求,开花期后土壤处于持续干旱状态;雌雄蕊分化期之后的单次灌水处理,在拔节期至灌水时期之间有一时段的土壤干旱,通过不同时期的灌溉,开花时各处理的土壤基本处于适宜小麦生长的含水量范围。小麦抽穗后进行第二次灌水的处理,籽粒形成期之前为满足型供水,籽粒形成后处于轻、中度干旱。从无水处理的耗水特点可以看出,小麦返青至拔节主要消耗0～40cm土层的水分,拔节至开花消耗0～100cm土层的水分,至成熟耗水可达到200cm。单次灌水处理,以孕穗前后灌水产量较高,二次灌水处理,以拔节配开花处理产量表现较好。     

施肥对春谷子生长发育及水分利用效率的影响

试验研究不同施肥水平对半湿润偏旱区春谷子生长发育和水分利用效率的影响结果表明,春谷子株高、单位面积穗数和千粒重对施肥量的变化均有响应,一定施肥水平内随施肥量的增加,春谷子株高、单位面积穗数和千粒重均有所增加。施肥导致春谷子地2m土体土壤蓄水量下降,且随施肥量的增加而降幅增大;施肥使春谷子水分利用效率增加11.56%~16.24%。但当施肥量超过一定水平时,增加施肥量反而使春谷子产量和水分利用效率下降。     

再生水灌溉对冬小麦不同生育期抗氧化酶系的影响

通过对冬小麦再生水灌溉与清水灌溉的比较研究,从作物生理角度确定再生水灌溉的可行性。试验采用不同预处理的城市再生水;同时进行大田和盆栽两种培育方式;以冬小麦叶片为检测样品;以可溶性蛋白、丙二醛(MDA)含量、过氧化氢酶(CAT)、超氧化物歧化酶(SOD)、超氧化物酶(POD)为测定生物学指标作为评价。分别在不同生育期测试了再生水灌溉和清水灌溉冬小麦下,上述指标的差异。结果表明:再生水灌溉与清水灌溉对冬小麦抗氧化酶系的影响没有显著差异,从而说明以再生水灌溉冬小麦是可行的。     

北方冬麦区CO_2浓度增高与氮肥互作对冬小麦生理特性和产量的影响

【目的】阐明CO_2浓度增高与氮肥互作对冬小麦生理和产量的影响,为客观评估气候变化背景下冬小麦生产潜力提供理论依据。【方法】2011—2014年利用开放式CO_2富集系统(FACE)平台,采用盆栽方法,研究冬小麦"中麦175"在不同CO_2浓度及高低氮肥水平下(高浓度CO_2 550 mg·L~(-1)和大气浓度390 mg·L~(-1);高氮N1,0.16 g·kg~(-1)和低氮N0,0 g·kg~(-1))的生育进程、光合特征及产量变化。CO_2富集处理于每年返青-成熟期间进行,通气时间为每日6:30-18:30,夜间不通气。CO_2浓度通过计算机程序控制,并根据具体风向和风速控制释放管电磁阀的开合度,实现预定设置浓度。【结果】盆栽试验表明与大气CO_2浓度相比,高浓度CO_2加快了冬小麦生育进程,拔节期提前1d,开花期可提前1-2 d,全生育期可缩短3-5 d,高氮肥处理对生育进程具有延迟作用,开花期延长1-2 d,灌浆期可延长4-5 d,同步缓解高浓度CO_2对生育进程的加快作用;高浓度CO_2使叶片光合速率提高13.7%,产量平均提高16.0%,且在高氮肥下光合速率的增幅比低氮肥相对提高2.5%,蒸腾速率提高13.5%;试验中单独高氮较低氮的增产效果达到50%,高于单独高浓度CO_2较大气浓度的增产效果;高浓度CO_2对产量构成中穗粒数和千粒重提高明显,高浓度CO_2较大气浓度穗粒数增加3.69%,单独高氮处理较低氮处理平均穗粒数增加3.43%,即CO_2肥效起到了增加穗粒数的作用并略高于单独氮肥处理,高氮和高CO_2双重促进下的穗粒数最多,达到38.37粒/穗,低氮和低CO_2处理的穗粒数水平最低,可见CO_2和氮肥互作对穗粒数的促进相对更明显,各自单独施用的促进作用彼此差异不大,但低氮、大气CO_2浓度处理的穗粒数则相对较低;与大气CO_2浓度相比,高浓度CO_2的千粒重增加5.3%,高氮高浓度CO_2处理的千粒重大约提高7.3%,说明氮肥的施用促进了高浓度CO_2对千粒重的提升效果。【结论】高浓度CO_2可提高冬小麦产量,且与氮肥有明显的正向互作关系,高氮肥处理可降低CO_2浓度升高对生育期的加快作用,提高光合能力,促进CO_2肥效的发挥;CO_2对冬小麦产量的提高主要是缘于CO_2浓度升高有利于穗粒数和千粒重的增加,育种中可以做综合性考虑和应用。     

豫西配方施肥对旱地冬小麦水分利用效率的影响

针对豫西旱地冬小麦生产中盲目施肥、过量单一施肥问题，采用二因素五水平加一回归均匀布点设计，经过３ａ田间定位试验，探明了豫西旱地冬小麦高产的适宜氮、磷配比和用量，并分析了合理配方施肥对冬小麦产量、土壤水分和水分利用效率的影响。经大面积示范，推广，取得了明显的经济效益和生态效益。     

华北平原干旱事件特征及农业用地暴露度演变分析

根据1961-2014年华北平原52个气象观测站月降水数据和区域气候模式COSMO-CLM（CCLM）输出的逐月降水预估数据,利用标准化降水指数,结合“强度-面积-持续时间”（Intensity-Area-Duration, IAD）方法,研究了华北平原过去（1961-2014年）和未来（2016-2050年）3种排放情景(RCP2.6、4.5、8.5）下,不同持续时间的区域最强干旱事件的强度-面积特征及其时空分布规律。同时,基于2000年的土地利用数据,分析了2016-2050年华北平原农业用地暴露度的演变。研究表明：（1）1961-2014年,华北平原干旱中心在空间上呈由南向北迁移的趋势。（2）相比基准期（1961-2005年）,过去45a未遇的干旱事件在2016-2050年RCP3种情景下均有可能发生;RCP2.6情景下发生频率最高。（3）2016-2050年,RCP2.6和RCP 4.5情景下,华北平原农业用地干旱暴露度（即暴露面积）呈增大趋势,RCP4.5情景下干旱暴露面积增加的速率更大,RCP8.5情景下则与之相反,呈减小趋势。3种情景下暴露度峰值分别出现在2040s后期,2040s前期及2020s中期。     

干热风对灌浆期冬小麦旗叶光合蒸腾的影响

采用人工模拟干热风方法,对灌浆期冬小麦进行重度干热风（重）、轻度干热风（轻）和无干热风（CK）平行对比试验。结果发现：重度干热风对旗叶光合速率（An）、蒸腾速率（Tr）和气孔导度（Gs）的胁迫指数（SI）为0．88,0.68,0．83,轻度干热风对An、Tr和Gs的SI为0．32,0．19,0．39;在重-轻-CK3个梯度上,Gs-An和Gs-Tr均有极显著正相关关系;轻干热风对胞间CO2浓度（Ci）无显著影响,重干热风下Ci显著升高。综合分析认为：轻、重干热风对灌浆期旗叶光合蒸腾均有显著抑制作用,重干热风抑制作用要显著强于轻干热风;干热风引起气孔部分闭合Gs减小是光合蒸腾受抑制的主要原因,重干热风下光合还明显受到非气孔限制;非气孔因素是导致同等干热风条件下光合受抑制程度大于蒸腾的原因。