气候变化背景下安徽省冬小麦气候生产潜力和胁迫风险研究

从气候的资源和灾害双重属性出发,构建了冬小麦气候生产潜力和胁迫风险评价指标,以安徽省为例分析了二者对气候变化的响应特征,综合气候对高产和稳产的影响进行研究区冬小麦种植气候适宜性区划。结果表明:采用逐级订正法结合作物生长动态参数估算安徽省冬小麦气候生产潜力多年平均为12 391kg?hm-2,以沿淮和江淮之间最高;1961—2015年淮北和沿淮东部地区为显著上升趋势,而淮河以南地区则以下降为主。通过考虑在冬小麦生长发育过程中气候条件偏离最适区间而导致的胁迫影响,建立了高温、低温、雨涝、干旱4种气候胁迫的评估指标,并基于气候胁迫的超越概率形成了冬小麦气候风险评价方法。气候变暖使研究区冬小麦高温胁迫显著上升,低温胁迫显著下降,水分胁迫无显著的变化趋势。安徽省冬小麦的气候风险呈现中间低,两头高的分布特征,以沿淮和江淮之间风险最低,淮北北部和江南南部风险较高;淮北地区主要以干旱和低温贡献为主,而淮河以南地区则以雨涝风险为主。融合气候生产潜力和气候胁迫风险形成冬小麦的气候适宜性区划,其空间格局呈南北低、中间高的特征,种植分布格局与气候适宜性的空间匹配程度较高,但有一定的优化调整空间。     

基于GIS的台湾青枣在福建引扩种的气候适宜性区划

为合理利用福建气候资源、优化台湾青枣在福建的种植布局,基于GIS开展台湾青枣在福建引扩种的气候适宜性区划。根据台湾青枣的生长气象指标、生命周期和生产管理特点,选取≥10℃年活动积温(∑T≥10℃)、年平均气温(Tavg)、90%保证率年极端最低气温(T90%JDW)、年降水量(R)、年日照时数(S)5个气象因子作为区划指标,构建台湾青枣的气候适宜性区划指标体系;采用专家打分法和层次分析法对区划指标进行权重分析,建立气候适宜指数算法;基于气象要素值、经度、纬度、海拔高度,通过线性回归建立5个区划指标的小网格推算模型;结合小网格推算模型和气候适宜指数算法,开展台湾青枣在福建引扩种的气候适宜性区划;采用前期相关研究成果、青枣种植现状对区划结果的可靠性进行验证。结果表明:台湾青枣的适宜种植区主要分布在泉州市辖区以南的沿海县市和漳州市的部分内陆县市;次适宜区主要分布在福建中部沿海地区及龙岩南部的永定、上杭部分乡镇,该区种植青枣可能遭受寒冻害,应注意低温防护;其余县市为不适宜种植区。区划结果与前期研究成果和青枣种植现状一致。研究结果可为台湾青枣在福建的引种、扩种和种植结构调整提供参考。     

贵州山区红心猕猴桃种植气候区划

基于贵州西部红心猕猴桃种植区2005-2014年逐日气温、降水资料,依据贵州85个气象观测站1981-2010年逐旬、逐月、逐年平均气温、降水量、日照时数和极端最高、最低气温以及观测站和1462个乡镇的地理信息数据,应用经验正交函数分解法和模糊聚类法,通过分析贵州省西部红心猕猴桃各生育期的气候条件,得到红心猕猴桃种植的气候适宜性区划指标,采用GIS技术对红心猕猴桃种植进行气候适宜性区划。结果表明：年平均气温、历年极端最低气温（80%保证率）、1月平均气温、3月平均气温、7月平均气温、8月昼夜温差、年降水量、年日照时数可作为红心猕猴桃种植的气候适宜性区划指标,每个指标分4级,对应最适宜、适宜、次适宜和不适宜,红心猕猴桃种植最适宜区在贵州西部地区,适宜种植区在贵州中部偏西地区,次适宜种植区在贵州中部,不适宜种植区主要分布在遵义市、铜仁市、东南部局部和西部边缘。调查表明,贵州山区红心猕猴桃实际种植情况与气候适宜性区划结果基本吻合。     

基于GIS的云南省烤烟种植区划方法研究

根据烟草生长发育生态条件,确定烟草种植适宜性气候生态指标和区划原则;在GIS技术支持下,利用气象、土壤、地形、土地利用等多源数据,得到云南省烤烟种植适宜区划数据,为云南省烟草企业进行原料基地优选提供科学依据。     

基于GIS的广东荔枝种植气候区划

以广东1980-2009年气候资料为基础,采用地理信息系统（GIS）技术,对不同熟性荔枝进行气候适宜性区划,为广东荔枝生产布局、品种调整提供科学依据。通过分析广东荔枝生育与气象条件的关系,得出早、中、晚熟荔枝的气候适宜度区划指标有4个：年平均气温、历年极端最低气温、荔枝花芽形态分化关键期的平均气温及开花坐果期的降水量,每个指标分3级,对应适宜、次适宜、不适宜。建立了区划指标的空间分析模型。在专业地理信息系统软件ArcGIS系统支持下,运用模型进行了区划指标的小网格点推算及早、中、晚熟荔枝的气候区划。得出广东适宜中熟荔枝种植的面积最大,达666.53万hm^2;其次是早熟品种,为527.45万hm^2;晚熟荔枝受气温和降水的共同制约,适宜种植的面积较小,为425.25万hm^2。     

贵阳市主要蔬菜品种的气候适宜性区划

蔬菜是人们生活中重要的副食品之一,对气候资源依赖性强,特别是低温和高温给蔬菜的种植、品种布局带来很大的限制。通过生产实践和调查分析,确定了莲花白、莴笋、白萝卜3种优势蔬菜品种的农业气候适宜性指标、农业发病及海拔适宜性指标。并采用气候适宜指数、发病指数和海拔高度适宜指数,通过综合分析,基于GIS实现贵阳市主要蔬菜品种气候适应性区划。结果表明:贵阳市除部分高海拔地区外,大部分地区都适宜莲花白的种植;莴笋与白萝卜的适宜种植范围小于莲花白,除北部与东南部地区次适宜外,其余地区都适宜种植。本区划可为贵阳市充分合理利用蔬菜气候资源,因地制宜调整蔬菜产业布局提供参考。     

贵州省小油桐气候适宜性评价指标分析和区划

小油桐是生物柴油的优质原料之一,经济和生态潜力突出,其生长对气象条件的依赖性强,为避免盲目引种,本研究以贵州85个气象观测站1961-2009年的气候资料为基础,结合野外小油桐实地观测资料,采用农业气象分析方法和地理信息系统(GIS)技术,对小油桐进行气候适宜性区划.利用年均温、＞10℃积温、日照时数、极端最低温度及最冷月平均气温等指标确立了贵州省小油桐气候适宜分区标准.依托GIS技术空间分析功能,运用气候资源推算模式进行网格距为100m×100m以及精确到贵州乡(镇)的精细化气候区划,将小油桐种植划分为适宜、次适宜和不适宜气候区域.小油桐气候适宜生长区主要分布在南北盘江沿线,次适宜区主要分布在贵州省内中亚热带地区,不适宜区主要分布在黔中及黔北大部,研究结果可为贵州未来小油桐生产安全布局提供科学依据.     

基于GIS的广西木薯种植气候区划县分布研究

广西壮族自治区特殊的地理气候条件非常适宜木薯的生长,一直以来都是我国木薯的主要产区,不过因木薯对气候条件较为敏感,导致了广西并非所有地区都能够适宜木薯的种植。由此,通过对木薯的生长特性及以往种植经验的研究,选择出了平均气温、稳定通过10℃活动积温、年降雨量以及年日照时数这4个指标作为木薯种植的生态气候区划指标。以县为单位,根据2 a收集到的各县的气象数据,采用GIS技术对木薯种植的气候进行区划,按照木薯种植对气候的适宜性把广西各县分别划为最适宜、次适宜、适宜以及不适宜种植木薯的区域。     

基于GIS的重庆市甘薯气候生态区划研究

甘薯是重庆市第三大粮食作物,其产量、品质与气候资源条件紧密相关。选取重庆市及其周边地区52个气象观测站1981—2010年的气象资料以及1∶25万DEM资料,分析与甘薯生长发育密切相关的气温、降水、日照等多种气象因子,确定年平均气温、伏旱频率作为关键区划因子,得到甘薯生长的区划指标。通过利用Arc GIS平台对区划因子分别进行空间扩展,制作重庆市甘薯气候生态区划图,可将全市划分出热量丰富伏旱高发、热量丰富多伏旱、温热多伏旱、温热少伏旱、冷凉伏旱偶发以及寒冷不适宜等6个不同生态气候类型的甘薯栽培区,为重庆市甘薯种植优化布局提供客观的科学参考依据。     

河北省冬小麦气候适宜度及其时空变化特征分析

为定量评价气象要素对作物生长的影响,采用逐日气象要素和统计方法,建立了河北省冬小麦各生育期气候适宜度评价模型,并分析了1981-2010年逐年冬小麦各生育期气温、降水、日照和气候适宜度的时空变化特征。结果表明：冬小麦生育期内日照和气温适宜度较高,降水适宜度最低且变异系数最大。日照适宜度以冬小麦分蘖期最小,变异系数最大;降水适宜度以拔节-抽穗期最小,变异系数最大;气温适宜度以越冬-返青期最小,分蘖期变异系数最大。全麦区气温适宜度高值区分布在西北部,低值区分布在东南部;降水适宜度高值区分布在东北部,低值区分布在东南部;日照适宜度高值区分布在北部,低值区分布在南部。多年气候适宜度变化趋势为：全生育期日照适宜度显著下降,气候适宜度缓慢下降,气温和降水适宜度无明显变化趋势。气候适宜度下降主要由各生育期日照、越冬期和灌浆期气温适宜度下降引起。     

华北平原2001-2011年冬小麦播种面积变化遥感监测

为及时、准确地获取华北平原冬小麦时空分布信息,构建多源遥感监测系统,基于MODIS EVI时间序列数据和两景TM影像,建立华北平原冬小麦时序波谱曲线库,并结合农作物物候历制订统一规则,在此基础上,重建华北平原2001-2011年冬小麦播种面积时空变化过程。结果表明:1)多源遥感监测系统提取华北平原2001-2011年冬小麦信息,在栅格尺度上获得了稳定的较高分类精度,平均为76.36%;在县域行政单元尺度上,2011年的冬小麦遥感监测面积与统计数据的耦合度也较高(决定系数为0.89,均方根误差为1.29×104 hm2);2)华北平原2001-2011年的冬小麦播种面积呈持续上升趋势,2011年比2001年增加了156.05×104 hm2(14.96%);3)冬小麦播种面积大致呈"南增北减"的时空变化格局:平原中南部的鲁西南平原、胶莱平原、豫东平原和皖北平原冬小麦种植面积扩张趋势显著;而北部的京津冀地区冬小麦面积明显收缩。该研究旨在为华北平原调整农业种植结构、制订粮食安全策略及优化水资源管理提供数据支持,也可为大范围、长时间尺度的作物播种面积时空变化遥感监测提供方法借鉴。     

气候变化情景下黄淮海冬麦区降水量及其适宜度变化分析

采用双线性插值法将RegCM3模式模拟的A1B情景下该区域1951-2100年0.25°×0.25°的格点数据插值到各站点位置,然后利用黄淮海冬麦区1971-2000年83个站点逐日气象资料对其进行误差订正,再将情景数据分为1951-1980年、1981-2010年、2011-2040年、2041-2070年和2071-2100年共5个阶段,计算各阶段冬小麦主要生育期降水量及其适宜度,并分析相应的时空变化特点。结果表明：黄淮海冬麦区在暖湿化的气候情景下,冬小麦各主要生育期降水量和降水适宜度总体上呈现南方多北方少的分布特点,返青-拔节期降水量最少,抽穗-成熟期降水量最多,相应各主要生育期的降水适宜度表现为返青-拔节期和抽穗-成熟期较高、拔节-抽穗期较低的特点。分时段分析结果显示,随着时间推延,各主要生育期内降水适宜度与降水量基本呈正相位的变化关系,即降水量越大,适宜度也相应增大。返青-拔节期的降水量和降水适宜度均呈现北部增加、南部明显减少的趋势,拔节-抽穗期降水量和降水适宜度均呈减少-增加-减少-增加的波动变化趋势,抽穗-成熟期降水量和降水适宜度均呈先减少后相对稳定的变化趋势,全生育期内降水量和降水适宜度均呈先减少后增加的趋势。未来全球气候变暖情景下,黄淮海冬麦区北部可以考虑根据实际情况小幅扩大种植规模;南部可以考虑保持现有种植规模或小幅减小种植规模。     

河南强筋小麦种植品质达标的关键气象因子分析

为提高优质小麦气象服务针对性,根据2017-2019年河南省72个县(区)6个强筋、中强筋小麦品种的287份小麦样品品质测定资料、对应气象因子和小麦发育期观测资料,利用Pearson相关分析、LSD多重比较和敏感系数等方法,明确了影响河南省强筋小麦种植品质的关键气象因子。结果表明：除豫南南部和豫西地区外,河南省大部分地区适宜发展优质强筋小麦。硬度指数、粗蛋白质等6项品质指标不同程度受拔节后气象条件影响,其中拔节-抽穗期和成熟-收获期的气温和日照时数对大部分品质指标影响显著,开花-灌浆期气温和日照时数主要影响硬度指数、沉淀值和吸水量,成熟-收获期降水量对面粉吸水量有负影响。比较敏感系数SV₍(i))的绝对值,沉淀值对拔节-抽穗期平均最高气温最敏感,SV₍(i))达0.7954。不同生育期影响强筋小麦种植品质达标的关键气象因子分别为：拔节-抽穗期平均最高气温、空气相对湿度和日照时数,开花-灌浆期空气相对湿度,以及成熟-收获期平均气温。研究结果说明影响河南省强筋小麦种植品质最重要的气象因子为气温。     

利用动态阈值决策树分类的华北平原冬小麦动态监测

华北平原是中国最大的粮食生产基地,准确监测其冬小麦种植面积及其变化对粮食产量预测和国家粮食安全具有重要意义。然而,不同土地利用产品所估算的小麦面积、空间分布及其动态均存在较大分歧,不能有效反映出冬小麦的长期变化特征。该研究结合作物物候特征和已有小麦专题数据产品,首先构建动态阈值决策分类算法,以降低传统方法在阈值设定和样本筛选方面的不确定性;进而分析了2003—2022年华北平原区冬小麦播种面积的长期变化规律。结果表明：1）该研究提出的动态阈值决策分类算法能准确地提取冬小麦面积,平均总体精度为93.44%,且与统计数据具有较高的一致性;2）2003—2022年华北平原冬小麦种植面积整体呈上升趋势,不同地区变化类型差异较大;3）研究时段内,持续种植冬小麦的耕地面积仅占各年份种植范围总面积的5%,种植次数低于10 a的面积占比达55%;4）河北中南部、山东省西部和河南省中北部冬小麦种植面积相对稳定,京津冀地区以及山区冬小麦播种面积变化相对频繁。该研究可为大尺度冬小麦动态监测提供了新的方法视角,并对科学制定耕地调控策略具有重要意义。     

1961—2010年气候变化对西南冬小麦潜在和 雨养产量影响的模拟分析

利用农业气象试验站作物资料及土壤资料,评价 APSIM-Wheat 模型在西南地区的适应性,应用该模型分析该地区1961—2010年冬小麦潜在和雨养产量的时空变化特征,通过逐步回归分析揭示小麦生长季主要气象因子对潜在产量和雨养产量的影响及相对贡献率。研究结果表明： APSIM 模型对该区5个常用小麦品种的模拟效果较好,模拟与实测生育期的均方根误差(RMSE)在7.0 d 以内,地上部分生物量和产量模拟值与实测值的归一化均方根误差(NRMSE)均低于25%,模型在西南地区具有较好的适应性。1961—2010年研究区域36%的站点冬小麦生长季总辐射显著降低,其中北部、东南部和南部中区最显著;68%的站点生长季≥0℃有效积温显著增加,西部增温显著;30%的站点生长季平均气温日较差显著减小,南部中区最显著;全区生长季总降水大面积减少但不显著,减少区主要位于最南端和东南部。模拟的冬小麦潜在产量在65%的站点呈显著减产趋势,南部中区和北部变化最明显;雨养产量在25%的站点显著降低,北部地区较明显,全区减产趋势较弱。减产显著的站点中,生长季辐射降低、温度升高、气温日较差减小对潜在产量降低的贡献率分别为45%、36%和2%,对雨养产量降低的贡献率分别为36%、39%和－8%,而降水减少对雨养产量降低的贡献率为7%。西南冬小麦生长季辐射降低、温度升高及降水减少共同导致了冬小麦潜在和雨养产量的显著下降,而气温日较差的降低对冬小麦潜在和雨养产量的影响分别表现为负作用和正作用,整体上辐射和温度的影响程度最大。     

县域冬小麦生育期气候要素与产量的灰色关联度分析—以河南省为例

基于河南省及周边39个气象站1996-2015年逐日气象观测资料和冬小麦产量数据,采用灰色关联分析方法,分析生育期各气候要素与河南省县域冬小麦产量关联度的时空变化特征。结果表明:总体来看,各气候要素与河南省冬小麦产量的关联度中,气温的关联度最大,日照时数次之,降水量最小;关联度空间分布上呈现北部地区高于南部地区的格局,南北过渡性明显,尤其是南部信阳市的关联度较其它地区明显偏低。分时段来看,各气候要素与冬小麦产量关联度在1996-2010年有所下降,在2011-2015年突变上升,有明显的年际变化特征,尤其是位于西南部和南部地区的县域单元变化显著,而北部、东部和中部地区的县域单元变化较小。各气候要素与冬小麦产量关联度总体呈上升趋势,气候变化对冬小麦产量的影响逐渐显著,应积极采取策略应对气候变化的影响。     

基于气候和土壤水分综合适宜度指数的冬小麦产量动态预报模型

利用河北省16个农气观测站1981-2010年逐日气象资料、土壤水分观测资料、冬小麦生育期观测资料、灌溉记录和8个冬小麦主产市产量资料,根据土壤水分平衡原理和模糊数据理论,建立了综合反映冬小麦生长期气象条件和土壤水分状况的气温-日照-土壤水分适宜度评价模型,并以旬为时间步长,建立了基于气温-日照-土壤水分适宜度指数的冬小麦产量动态预报模型.结果表明,气温-日照-土壤水分适宜度指数克服了气温-日照-降水适宜度指数仅考虑水分状况中降水条件的不足,能够客观反映冬小麦生长期的气象条件和土壤水分状况,与冬小麦产量变化量呈极显著相关(P＜0.01),相关性高于气温-日照-降水适宜度指数;动态产量预报模型对1981-2008年历史拟合检验和2009-2010年预报试验的平均相对误差分别为6.1％和1.2％,误差较小,表明建立的冬小麦产量动态预报模型能够满足业务需求,具有较高应用价值.     

华北平原冬小麦产量变异的气象影响因子分析

采用1988-2015年华北平原冬小麦种植区46个市的统计产量和相应46个气象站点的逐日气象资料,通过Logistic曲线和双曲线方法分离出气象产量,并构建气象产量与生长季主要气象因子的多元统计关系,以明确华北平原冬小麦产量变异的气象影响因子。结果表明：（1）1988-2015年华北平原冬小麦产量在3200～6800kg·hm-2,中部地区产量最高,南部地区产量的变异高于中部和北部地区。（2）生长季日照时数、温度和降水平均值的年际变化影响了17%～78%的气象产量的变异,其中54%的地区达到显著水平（P＜0.05）。影响程度较高的地区主要分布在河北南部、山东西部和河南的东北部地区。（3）播种-返青阶段的降水显著影响产量变异,降水量每增加1%,天津、驻马店及山东西北部等地产量将上升13～74kg·hm-2,而河北北部、河南南部、山东南部等地产量将下降16～80kg·hm-2。返青-成熟阶段对产量变异影响较大的因子为最低气温,平均最低气温每上升1-C,天津和石家庄、山东东部和西部及河南东部等地产量将增加50～295kg·hm-2,而北京、唐山和枣庄等地将减少76～124kg·hm-2。总体来看,温度对华北平原冬小麦产量变异影响范围更广且更加显著,但气象因子对产量变异的影响受局地品种和管理措施等影响呈现较大的空间差异。