作物模型中单叶最大光合作用速率的温度响应修订

作物的光合作用对温度变化敏感,其温度依存性随品种、生长环境的变化而改变。基于光效率模型的作物生长模型,在应用中很少对光合作用的温度影响参数值进行订正,且在全生育期使用相同的参数值,难免会增加干物质模拟的误差。为此,本文以ORYZA2000模型为例,提出了一种修订光合作用温度影响参数值的方法。为确定方法的有效性,结合2012年和2013年水稻品种两优培九的温度梯度控制实验,首先利用抽穗开花期光合作用观测曲线提取了不同温度水平的光合作用参数值,然后结合Arrhenius方程和Peaked方程建立了温度敏感性参数的温度影响方程。将这些方程代入机理性光合作用模型,模拟了单叶最大光合作用速率与温度的曲线关系。最后,以归一化后的曲线关系修订作物模型参数值,并利用两年地上部分生物量(WAGT)观测值对其验证。结果显示,两优培九单叶最大总光合作用速率随温度的变化关系不同于ORYZA2000的默认设置,修订后的最适温度为38~40°C,高于默认值。在10~20°C的低温段,修订后的温度影响系数低于默认值。从WAGT模拟值的相对误差看,修订后较修订前平均降低约3.3%。本研究为改进干物质模拟精度和分析不同品种光合作用的温度依存性提供了重要参考。     

基于作物水分亏缺指数的江苏省冬小麦生长季干旱时空特征

近年来,江苏地区季节性干旱频发,很大程度上制约了冬小麦产量的增长。研究作物生长季干旱发生的时空规律,对于采取有效防灾减灾措施具有重要意义。基于江苏省1981—2010年14个气象站点的逐日气象资料、冬小麦生育期及产量资料,利用作物水分亏缺指数(CWDI),分析近30年江苏省冬小麦生长季干旱的时空变化规律。结果表明,CWDI值在冬小麦各生育期均表现为江苏北部高于南部,2个地区的CWDI多年均值在年代间变化趋势大体一致,20世纪90年代是剧烈波动期。从各等级干旱发生站次数的年代变化来看,30年里冬小麦拔节至抽穗期的干旱发生站次数为持续增加趋势,其他3个生育阶段呈现先增后减的单峰变化,峰值均出现在20世纪90年代,说明30年里旱情总体在加重,最严重的时期是20世纪90年代,21世纪初有所缓和。干旱发生概率的空间分布规律基本一致,总体为由苏南向苏北逐渐增大。在冬小麦各生育阶段,苏北的赣榆区、徐州市、宿迁市是干旱频率的高值区,干旱频率随着干旱等级的升高而降低。江苏省冬小麦生长中后期干旱灾害发生的可能性较大,徐州市更是干旱灾害的高发区,须加强对干旱灾害的预警和预防。     

典型高温年不同播期一季稻产量差异及其原因分析

为研究自然高温对水稻产量的影响,以南粳45为试材,于2013年在南京信息工程大学农业气象试验站进行3个播期的分期播种试验,分别为4月30日(第1播期,No.1)、5月15日(第2播期,No.2)和5月31日(第3播期,No.3),并分析水稻产量及其性状、产量贡献因子、灌浆期茎和叶向穗的干物质转运及收获指数(Harvest index,HI)对高温的响应特征。结果表明:(1)在试验播期范围内,随着播期的延后水稻表现为增产的趋势,其中No.1与其它两个播期间产量差异达到显著性水平(P0.05),相比No.2和No.3,No.1产量分别降低3495.08kg·hm-2和6319.58kg·hm~(-2);就产量性状来看,No.1的结实率与其它两个播期达到显著性差异(P0.05),而3个播期间千粒重和穗粒数的差异均达到显著性水平(P0.05),总体上来看,高温主要表现为降低结实率和穗粒数;(2)抽穗末穗干重P0、灌浆期同化的干物质量ΔW、灌浆期茎和叶向穗转移的干物质量ΔT这3个产量贡献因子的贡献量均随着播期的推迟逐渐增大;从贡献率来看,对No.1和No.3产量贡献率最大的是ΔW,而No.2是ΔT;(3)3个播期中茎的干物质输出率(Dry matter export rate,DMER)和转化率(Dry matter transformation rate,DMTR)均超过叶的两倍(除No.1的DMER),叶的DMER和DMTR均表现为No.1最大,No.3最小,分别相差4.37和7.35个百分点,但No.1茎的DMER和DMTR均最小;(4)3个播期HI大小趋势与产量一致,表现为No.1(28.84%)No.2(39.60%)No.3(46.92%)。由此可见,在2013年将播期调整至5月中下旬有助于缓解高温对水稻造成的危害,从而保证产量。     

江苏省倒春寒发生程度评估

选取江苏省13个典型代表站1961—2015年3、4月逐日平均气温资料,分析江苏省倒春寒发生次数变化特征和倒春寒期间最大降温幅度、持续时间和最低日平均气温,结合主成分分析法构建倒春寒评估模型,探讨江苏省倒春寒发生程度。结果表明:55年来,倒春寒发生次数整体呈下降趋势,且20世纪60年代发生次数最多;倒春寒发生期间最大降温幅度各站点间差异较小,整体呈上升趋势;最低日平均气温整体呈下降趋势,且江苏盱眙和盐城下降趋势明显;倒春寒持续时间整体呈上升趋势,但增幅不大。本研究运用构建的倒春寒评估模型对江苏13个代表站点近55年发生过程进行评估,结果表明,江苏省倒春寒等级发生频率整体呈轻级中级重级,且以1962年发生程度最为严重。     

日光诱导叶绿素荧光反演及其在植被环境胁迫监测中的研究进展

日光诱导叶绿素荧光(solar-induced chlorophyll fluorescence,SIF)作为光合作用的直接探针,能对植物的生理状态作出快速、灵敏的响应,与传统监测方法相比具备早期监测植被环境胁迫的能力,弥补了当前植被遥感监测的不足.因此,SIF在植被环境胁迫监测中具有良好的应用前景.然而,有很多因素会对SIF产生影响,使得SIF对植被环境胁迫监测的应用变得更为复杂.本文首先介绍了SIF的来源和反演方法,对比分析了各种反演方法的优缺点,剖析了SIF的影响因素,总结了目前SIF在植被环境胁迫监测中的应用研究,在此基础上指出目前SIF在植被环境胁迫监测应用领域中的不足,最终提出今后可以从SIF的影响因素、反演过程及SIF与植被环境胁迫之间的机制关系等方面开展进一步的研究,旨在为陆地生态系统碳循环及植被胁迫监测等提供理论支持.     

高温热害对水稻生长的影响及其应对措施

介绍了中国水稻(Oryza sativa L.)受高温热害的影响,对水稻受害的机理、高温热害指标及风险评估、高温预警监测等方面进行了综述。在大量研究的基础上提出从分子水平探明水稻受高温热害的根本机制,建立考虑品种、生育期、其他气象因素等的综合性高温热害指标,并提出选取合适播期、采用耐热品种、健全防范体系等观点。旨在为应对高温热害带来的危害及完善应对技术提供理论依据。     

基于格点积温指标的黄淮海冬麦区冬小麦气候生产潜力预估

为宏观了解冬小麦产量及产量稳定度的变化规律,基于1991-2013年黄淮海冬麦区91个有冬小麦种植的农业气象站点的冬小麦发育期及对应年份100个气象站点逐日气象资料,采用格点积温指标划分生育期,通过逐步订正法对冬小麦的气候生产潜力及其变异系数进行估算,之后结合国家气候中心RegCM3模式模拟A1B情景下1951-2100年0.25°×0.25°格点气象资料,对未来情景下冬小麦气候生产潜力及其变异系数进行预估。结果表明,从年际变化看,黄淮海冬麦区冬小麦气候生产潜力总体呈现波动下降的趋势,且该波动逐渐趋稳;各时段气候生产潜力基本介于6 277~7 044kg·hm~(-2),除2011-2040年有21.94kg·hm~(-2)·10a~(-1)的上升趋势外,其余时段均呈明显下降趋势。冬小麦气候生产潜力在空间上总体呈北部低、四周高,在时间上主要呈先平稳后逐渐降低的趋势;其变异系数在空间上总体呈北高南低,在时间上呈北部先增后减、南部先减后增的变化趋势。在实际生产过程中应更加注重冬小麦生长发育过程中光、温、水的匹配程度。     

中国1981～2014年太阳总辐射的时空变化

利用1981～2014a逐日总辐射资料和最高气温、最低气温、日照时数资料,确定我国逐日太阳总辐射DSRM-C模型(Daily solar radiation model-C)的时不变参数.利用该模型与气象资料,估算各站逐日总辐射,分析近34a总辐射的空间格局.并利用Mann-Kendall(M-K)方法检验辐射量年和季节的变化趋势.结果表明,我国1981～2014a太阳总辐射量总体下降.华北、东北和西南地区总辐射量显著下降,西北地区辐射量明显增加,华南地区则无明显变化.夏、秋、冬季辐射量呈下降趋势,且以夏季变化幅度最大;春季辐射量略有上升.总辐射量四季变化趋势空间分异明显.东部地区夏季和华北地区春、秋、冬季总辐射量明显下降,将影响夏粮和秋粮的生产.     

抽穗期高温胁迫对水稻开花结实的影响

以常规稻南粳43和杂交稻常优2号为试验对象,通过在人工气候箱中进行高温处理,研究抽穗期高温胁迫对花药生理机制、花粉活力和籽粒结实率的影响,旨在深入探讨高温对水稻的伤害机理.结果表明:高温胁迫下水稻花药中的脯氨酸(Pro)、游离氨基酸、可溶性蛋白质、抗坏血酸(ASA)和还原型谷胱甘肽(GSH)含量较对照处理均显著降低(p<0.01),并且随着胁迫温度的升高与胁迫时间的延长,其花粉活力、花粉萌发率、结实率、每穗实粒数与单株产量均有所下降,而千粒重的变化较小,说明高温胁迫破坏花药细胞膜结构与功能,影响花粉活力与萌发能力,从而降低结实率与每穗实粒数,最终导致产量下降.两个水稻品种相比,高温胁迫对常优2号的花粉活力、花粉萌发率以及结实率的伤害都明显小于南粳43,说明常优2号耐热性稍强于南粳43.相关分析表明,常优2号与南粳43品种的结实率与花粉活力和花粉萌发率之间均呈极显著正相关关系(p<0.01),因此影响水稻结实率降低的原因之一可能是花粉活力与花粉萌发率的降低.研究结果可为江淮地区生产中防御高温危害提供理论依据.