CO2浓度和温度升高对早稻生长及产量的影响

研究温度升高和CO2浓度增加的气候变化条件对我国主要粮食作物早稻生长及产量的影响对评估国家粮食安全有重要参考意义。采用改进后的开顶式气室原位模拟大气CO2浓度450μL·L-1及温度升高2°C的环境条件对早稻生长及产量的影响,试验设置三个处理(对照、增温、增温+CO2),结果表明:1温度及CO2同增对早稻最终株高有显著增加作用,而仅增温只能加快前期株高增长速度而对最终株高没有影响;2增温处理使最终分蘖数增加2~3茎·穴-1,但在增温条件下增加CO2浓度,分蘖数不再增加;3增加CO2浓度使早稻叶片叶绿素含量略增,但增温处理没有效应;4增温处理对不同时期地上部生物量无显著影响,但增温+CO2处理使各期生物量较对照显著增加;5增温2℃使早稻增产13.3%,而增温基础上再增CO2,产量不再进一步增加。从产量构成因子看,增温或增温+CO2处理条件下早稻增产主要与穗数和每穗粒数增加有关。     

晚霜冻胁迫后冬小麦株高降低及其与籽粒产量关系

【目的】探究晚霜冻胁迫对冬小麦株高及其构成因素的影响,阐明株高降低特性及其与节间长、穗长和籽粒产量的内在关系,为晚霜冻害评估指标的建立提供依据。【方法】基于低温室和田间可移动式霜箱2种模拟霜冻手段,分别以冬小麦幼穗发育阶段(小花原基分化、雌雄蕊原基分化、药隔形成、四分体形成和抽穗期)和零下处理温度(-1℃、-3℃、-5℃、-7℃、-9℃和-11℃)为梯度,共开展6期盆栽试验和3期小区试验;在考察植株茎部冻害、测定株高与其构成因素、统计籽粒产量要素的基础上,运用方差分析、回归函数拟合、以及突变检验等方法研究晚霜冻胁迫下株高降低特性,分析各构成因素对株高的贡献、以及株高与籽粒产量的回归关系。【结果】(1)在雌雄蕊原基分化至药隔形成后期,株高随处理温度降低而呈突变性降低特征,处理温度低于-5℃左右时突变开始,且不同植株个体、品种间有一定差异;在同一处理温度下,株高最大降幅出现在药隔形成后期。(2)在雌雄蕊原基分化期、药隔形成前期和药隔形成后期,对株高贡献排前两位的节间分别为倒四节间和倒三节间、倒三节间和倒二节间、倒二节间和倒四节间,其长度均因冻害胁迫而显著缩短,且与株高呈极强显著相关性(P0.001),此时株高亦呈显著降低趋势。(3)株高与穗粒数、千粒重、单株产量之间的回归模型符合幂函数曲线特征,其中,单株产量的降幅随株高降低而呈现先快后慢的变化态势;当单株产量因冻害胁迫降低至1.5 g以下时,其随株高继续降低而不再明显减少,此时穗粒数变化也已不大。【结论】在模拟晚霜冻胁迫条件下,正在伸长或待伸长的冬小麦节间长度与穗长显著缩短;当缩短节间与对株高起主要贡献的节间相一致时,株高显著降低。利用节间缩短特性、以及单株产量和株高降低之间的幂函数关系模型,可为冬小麦生长后期植株倒伏以及产量损失风险评估方法提供新的研究途径。     

1976-2015年中国主要农业气象灾害的变化特征

根据1976-2015年受灾、成灾和绝收面积等统计数据,计算中国主要农业气象灾害包括洪涝、干旱、风雹和低温灾害的受灾率、成灾率、绝收率和损失率,并对其变化趋势、灾害损失和灾害等级的变化特征进行分析.结果表明:(1)总体上,1976-2015年中国主要农业气象灾害的受灾率呈显著减小的趋势,而成灾率和绝收率变化趋势则不显著.干旱与农业气象灾害总体变化趋势相一致;洪涝受灾率、成灾率和绝收率存在阶段性的变化特征,1986-2005年各项均值最大;风雹灾害下降趋势显著,受灾率、成灾率均显著减小;而低温灾害各项指标的年代均值逐渐增加.(2)研究期内四大灾害总体损失率的上下限呈先增加后减小的趋势,平均灾害损失率为7.1％～15.7％.洪涝和干旱灾害损失率的上下限变化趋势与农业气象灾害总体一致,其平均损失率分别为2.0％～4.2％、3.8％～8.6％;而风雹灾害损失率的上下限呈减小的趋势,平均损失率为0.8％～1.7％;低温灾害损失率的上下限呈增加趋势,平均损失率为0.5％～1.1％.(3)研究期间洪涝重灾发生次数最多,为突发性灾害;干旱、风雹中灾和重灾发生次数之和最多,为常态性灾害.     

近30年中国玉米气候生产潜力时空变化特征

气候变化背景下中国玉米气候生产潜力变化趋势及其空间差异值得关注。在1981年-2010年日气象数据、玉米生育期数据和土壤数据基础上,该文采用GIS技术和AEZ模型结合的方法,模拟了30a平均中国玉米生产潜力和中国玉米生产潜力变化趋势。研究得出:近30a中国春玉米气候生产潜力变化趋势为每5a变化-887～1689kg/hm2,空间差异明显,东北地区西部、黄淮海平原北部和黄土高原部分地区气候生产潜力呈降低趋势,黄淮海地区南部和南方绝大部分地区呈增加趋势。中国夏玉米气候生产潜力变化趋势为每5a变化-589～1768kg/hm2,除黄淮海平原北部呈降低趋势外,其他地区夏玉米气候生产潜力呈增加趋势。中国春玉米、夏玉米气候生产潜力呈下降趋势地区玉米光温生产潜力在近30a显著增加,气候干旱化是主要影响因素。该研究可为中国玉米生产宏观决策提供支持。     

空气温度和CO2浓度升高对晚稻生长及产量的影响

人类活动所导致的气候变化将使大气CO2浓度和温度上升,研究空气温度和CO2浓度升高对晚稻生长和产量的影响,可为评估未来气候条件下粮食安全提供依据。采用改进后的开顶式气室（OTC）大田原位模拟CO2浓度增加60μL·L-1和温度升高2℃的未来气候情景,研究气候变化对晚稻生长及产量的影响,试验设对照(气室内温度和CO2浓度与大田一致,CK)、增温2℃(IT）和增温2℃+CO2浓度增加60μL·L-1（IT+IC）3个处理,对晚稻的株高、分蘖数、叶绿素含量、叶面积指数以及产量构成进行监测。结果表明：（1）IT处理能显著增加晚稻的株高,全生育期株高平均增加约3cm,而IT+IC处理对株高无影响;（2）移栽20d后IT处理对水稻分蘖产生促进作用,每穴约增加1个分蘖茎,IT+IC处理对分蘖数无显著影响;（3）IT处理增加叶绿素含量约0.8个SPAD单位,并显著增加晚稻叶面积指数,而全生育期IT+IC处理对叶绿素含量无影响;（4）IT+IC处理使水稻显著增产,增产率达14.0%,而单纯增温使晚稻空秕率增加,降低千粒重从而导致产量增加不显著。     

藏北高原土壤湿度MODIS遥感监测研究

利用Terra与Aqua两颗卫星的MODIS地表温度和植被指数数据,分别构建LST-NDVI与LST-EVI共四种不同组合的Ts-VI特征空间,并依据该特征空间提取温度植被干旱指数(TVDI)作为反映土壤干湿状况的指标,探讨一种合适的遥感监测藏北高原土壤湿度的方案,并基于同步的实地土壤表层含水量采样数据进行验证评价。研究表明,四种数据组合方案提取的TVDI分布图均能较好反映藏北土壤湿度,且Terra MODIS LST-EVI构建的特征空间提取TVDI指标效果最佳。在此基础上获得的藏北高原土壤湿度分级图表明,从东南到西北土壤湿度逐渐降低,并呈现明显的空间分异规律。     

东北地区干旱特征与春玉米生长季干旱主导气象因子

在全球气候变化背景下，东北地区干旱及其主导气象因子呈现出新的态势，并可能对当地农业生产带来不可预见的灾害风险。因此，开展干旱时空规律研究，揭示春玉米生长季干旱发生的气象驱动因子，对于指导当地开展农业防旱减灾工作尤为重要。该研究利用东北地区及其周边105个气象站点数据以及30 m分辨率的DEM，在考虑海拔影响的前提下将逐月气象因子数据空间插值并计算了1989－2018年1、3、6、12、24个月尺度的潜在蒸散量和标准化降水蒸散指数（SPEI），分析了干旱的多尺度特征和春玉米生长季各气象因子的变化规律，明确了干旱的高发月份、区域及主导气象因子。结果表明：1）1989－2018年干旱呈现出10a周期的偏轻-偏重-偏轻规律，其中2000－2010年干旱较为严重。2）干旱高发月份为5月，且在吉林西部、内蒙古东部和黑龙江西南部等地区干旱发生概率较高。3）气象因子变化主要以气温增加为主，且伴随气压下降和风力减弱，平均气温、最高气温、最低气温、气压、风速分别以0.41 ℃/(10 a)、0.42 ℃/(10 a)、0.39 ℃/(10 a)，?0.05 kPa/(10 a)、?0.08 mps/(10 a)的速度变化。4）各月干旱主导气象因子不尽相同，5月为降水、相对湿度、最高温度和日照时数，6月为降水、相对湿度、日照时数和最低气温，7月为降水、相对湿度和日照时数，8月为降水、最高气温和平均气温，9月为降水、相对湿度和最高气温，生长季平均条件下为降水、最高气温、日照时数和相对湿度，降水对干旱的直接作用远大于其他气象因子。该研究可为全面了解东北地区春玉米生长季干旱特点、以及制定合理的干旱应对措施提供一定的参考和依据。     

基于WebGIS的藏北草地生态信息系统构建

草地畜牧业是藏北地区的重要经济基础。构建藏北草地生态信息系统,以更好地满足草地生态学研究的需要,并更好地为当地畜牧业发展服务,系统依托功能强大的WebGIS技术和遥感技术平台,以先进的网络技术、数据库技术为支撑,以相关生态学模型为核心,实现对各种空间信息和属性查询浏览、统计图表制作、草地类型图、坡度坡向图等专题图的制作,能够按照坡度对草地类型进行分析、提供辅助决策,并以网站形式向社会发布。在系统设计阶段,对系统的4层体系结构、系统的功能结构、系统的数据库进行了设计。系统模块主要包括信息概览、地图浏览、属性查询、专题应用和系统管理。系统的数据库设计包括数据分析、总体结构设计和编码设计。在系统实现阶段,基于关系数据库系统SQL Server 2005和WebGIS平台ArcGIS Server 9.3对系统各模块进行开发,采用先进的ajax技术、Web服务技术和flash技术,最后对各模块进行集成和测试,系统性能良好。     

基于ArcGIS Server的藏北草地资源信息共享平台的设计与实现

针对藏北草地资源破坏日益严重以及草地生态信息管理困难等问题,基于.NET技术和ArcGIS Server技术构建B/S多层结构WebGIS系统的思想,设计了集信息发布、地图浏览、地理信息查询、统计制表、专题制图以及其他空间分析等功能于一体的藏北草地资源信息共享平台,为公众、科研人员以及管理部门提供信息共享和决策支持。     

藏北地区草地补播及放牧制度对草地覆盖影响的遥感监测研究

草地畜牧业作为藏北地区的重要经济产业,一直以来政府和科研人员致力于通过试验示范区探索和推广天然草场围封改良、补播改良、优质混播人工草地建植等措施来提高草场利用率和维持草地生态系统的可持续发展。基于GPS实地测量人工、天然草场以及自由放牧、暖季休牧和禁牧不同放牧制度的草场试验样地范围,以2006年7月及2008年年内时间序列的CBERS-02星数据作为遥感数据源,分别监测人工与天然的休牧草场、天然的自由放牧-暖季休牧-禁牧草场的植被长势。利用归一化植被指数(NDVI)和差值植被指数(DVI)的均值、标准差、极值及优势度反映不同草场植被长势、覆盖均匀度等情况。结果表明:人工补播的草场植被普遍长势、最佳长势及最劣长势均优于天然草场,但人工草场的覆盖均匀度不及天然草场;天然禁牧、天然暖季休牧、天然自由放牧草场长势依次递减;休牧在九月中旬放牧之前与禁牧草场的植被覆盖均匀度基本保持一致,两者的NDVI标准差远低于自由放牧草场,但休牧草场在放牧之后,植被均匀度遭到破坏,NDVI标准差介于禁牧与自由放牧草场之间。此外,该研究采用3S技术,从另一角度有效地实现了对草场覆被长势的动态、宏观监测。