中国北方主产地苹果始花期模拟及晚霜冻风险评估

建立中国北方苹果主产地苹果始花期模型,分析苹果花期晚霜冻气候风险,为有效防御晚霜冻灾害对当地苹果生产的影响提供科学指导。该研究选取中国新疆的伊宁、阿克苏、黄土高原的万荣、白水、礼泉、陕州区和渤海湾的福山、熊岳分别代表中国3大苹果产区,利用各区代表站的苹果始花期资料和同期气象数据,建立并检验了不同站点苹果始花期模型,并利用该模型模拟了1962-2019年苹果始花期,分析其时空变化特征。结合晚霜冻气象指标,对苹果花期晚霜冻气候风险进行评估。结果表明:1)苹果始花期模型能够在数据独立的情况下较准确地模拟各区代表站的始花期变化,新疆、黄土高原和渤海湾苹果产区内部检验的均方根误差分别为2.5～4.8、2.4～5.0、2.3～3.0 d,交叉检验的均方根误差分别为5.0～6.6、3.4～6.0和3.6～4.1 d。2)模拟得到的苹果始花期均呈显著提前趋势,趋势系数分别为-1.84～-1.04、-3.09～-2.62和-2.37～-1.88d/10a。3)不同区域苹果晚霜冻气候风险有着明显的差异。新疆和黄土高原果区苹果晚霜冻气候风险指数相对较大,其中伊宁最大达2.38,其次是万荣达1.81,而渤海湾...     

陕北仁用杏的花期霜冻气候风险分析及区划

根据仁用杏花期受冻温度指标，对陕北各县仁用杏花期不同等级霜冻发生频率及由此造成的损失进行分析；以霜冻灾损率为指标对该地区仁用杏花期霜冻灾害气候进行风险区划。这对陕北各县种植仁用杏时综合考虑其灾害风险程度具有参考价值。     

马蹄莲花期调控指标探析

对马蹄莲出花速度、环境温度平行观测及回归分析表明 ,马蹄莲出花天数与积温呈线性关系 ,花茎长度与有效积温呈对数关系 ,出花高度、售花高度与积温三者有较好关联 ,控制环境温度可有效控制花期     

拉萨露地大白菜霜冻试验研究

根据试验结果的分析，确定高原露地大白菜霜冻指标，并建立了菜地最低温度模拟方程。分析霜冻气候规律，从农业气象角度提出防御冻害的措施。     

基于信息扩散理论的福建省农作物霜冻灾害风险评估

利用福建省1978-2008年共31a的农业霜冻灾害的受灾和成灾面积数据资料,分析霜冻灾害及其对农业影响的变化趋势,基于最新正态信息扩散计算方法对农业霜冻灾害进行风险评估,结果表明:福建省农作物因霜冻受灾和成灾的面积相对较小,成灾指数与受灾指数的年际波动较为一致;受灾和成灾的风险概率随风险水平提高而下降,受灾风险概率大于成灾风险概率,在平均受灾和成灾的风险概率情况下,即受灾和成灾面积分别占播种面积2.34%和1.23%时,受灾和成灾风险分别约2.6年一遇和2.3年一遇。对照历年霜冻受灾和成灾的实际状况,风险评估结果与实际情况较为吻合,说明应用此模型,对信息量不足的自然灾害进行风险评估是可行的。     

陕西富士系苹果花期霜冻灾害气象指标的修订

将8～10a树龄的陕西富士系苹果树的花枝放入人工霜箱内,以子房受冻为观测标准,在10～-5℃的温度区间对样本进行降温处理,得到花朵子房组织温度随时间的变化曲线,由温度曲线确定其过冷却点和结冰点;在此基础上,利用人工气候箱模拟7组不同低温条件和持续时间,观测苹果花的受冻率,确定苹果花期霜冻指标;通过对历史实际灾情的调查,得到果树自身修复影响因子,获得新的苹果花期霜冻指标。结果表明,陕西富士系苹果花的过冷却点为-2.5～-4.0℃;苹果花受冻既与低温强度有关,也与低温持续时间密切相关,温度越低或持续时间越长,受冻率越高;研究区实际调查结果显示,花朵受冻后可部分恢复坐果,果树的这种自身修复可使花朵受冻率减少约18个百分点,据此建立了新的陕西富士系苹果花期霜冻灾害气象指标;经比较,新指标对霜冻灾情的吻合率大于原指标,且霜冻级别越高吻合程度越高。     

宁夏枸杞炭疽病病情判别的气象指标

以“宁杞一号”枸杞品种为供试材料，研究气象条件对枸杞炭疽病发生流行的影响并尝试给出其界限指标。根据4a的取样调查结果，分析显示：成熟前28d内的平均相对湿度RH28、降水（包括降水量R28和有效降水日数PD28）和前12d内的平均风速W12是影响枸杞炭疽病暴发流行的关键气象因子。用这三个关键影响因子和病情指数，通过快速聚类结合人工判读的方法建立了宁夏枸杞炭疽病病情判别的气象指标，经回代检验判别的准确率达到66％以上。研究结果可为监测、预测枸杞炭疽病发生程度及合理制定枸杞炭疽病防治策略提供科学依据。     

江汉平原近50年中稻花期危害高温发生的初步分析

长江流域的水稻花期高温危害已成为生产中的一个重大问题。采用湖北省荆州市农业气象观测站最近50a即1954-2003年的气温观测数据,利用趋势分析和气温距平分析方法对可能导致中稻花期严重结实障碍的7-8月的月平均气温距平、月最高气温距平及连续3d和5d持续高温天气日的发生频次和高温发生随时间的分布规律进行了分析。结果表明:最近50a江汉平原的平均气温和最高气温并未升高,整体保持基本稳定,长期温度变化表现出一定的周期特征;对中稻花期可能产生致命性伤害的7-8月连续3d和5d的平均气温≥30℃和最高气温≥35℃的天气出现的频次高,有增加趋势;高温天气集中发生在每年的7月中、下旬和8月上旬,7月下旬-8月上旬一般高温危害天气发生的概率超过了100%,而严重高温危害天气发生的概率也达到62%。因此,生产上应采取适当调整播期以避开花期高温高发期和培育抗高温品种等技术措施,以减轻和避免高温引起的危害。     

山西省冬小麦种植区霜冻气候指标的时空特征分析

利用山西省冬小麦种植区80个站点1961-2010年地面0cm日温度资料和冬小麦霜冻灾情资料,以地面0cm日最低温度界定霜冻过程,以霜冻过程为尺度构建霜冻的气候指标即过程积霜,分析该气候指标的年际变化及空间分布。结果表明,用年历次霜冻过程积霜和的相对值区分霜冻可能年份与其它年份有较好的效果。轻、中、重霜冻以及全部霜冻过程积霜和多年均值具有良好的空间一致性。对于同一区域,重霜冻积霜和多年均值最大,中霜冻次之,轻霜冻最小。根据地面0cm温度构建的霜冻气候指标,是进行霜冻实时评估和霜冻风险区划的基础。     

基于物候模型研究未来气候情景下陕西苹果花期的可能变化

陕西苹果种植面积大、产量高,但产量易受晚霜冻影响。冻害的发生与苹果花期和晚霜冻时间密切相关,因此准确预测苹果花期,研究苹果花期的变化规律对苹果生产防灾减灾具有重要意义。本研究利用物候模型（春暖模型、连续模型、重叠模型和平行模型）研究气候变化背景下陕西苹果花期（包括始花期和末花期）的变化规律。首先,评价4种物候模型在陕西苹果产区模拟苹果花期的效果,筛选出研究区最佳花期预测模型。然后,基于所选最佳花期模型模拟历史（1980−2019年）时期各代表站（洛川、白水、凤翔和长武）的苹果花期。最后,基于33个全球气候模式（Global Climate Models,GCMs）生成的未来气象数据集,利用所选最佳模型分别模拟RCP4.5和RCP8.5两种情景下2021−2100年各代表站的苹果花期并研究花期时空变化规律。结果表明,连续模型是模拟渭北东部和西部苹果花期的最佳模型,而延安和关中西部苹果花期的最佳模型为平行模型。1980−2019年各代表站始花期提前速率为3.4～4.7d·10a−1,末花期提前速率为3.3～4.6d·10a−1,空间分布上,研究区苹果花期从东南到西北逐渐推迟,年平均花期持续时间为10～11d。在RCP4.5情景下,各代表站2021−2100年始花期提前速率为0.7～0.9d·10a−1,末花期提前速率为0.6～0.8d·10a−1;与1980−2019年相比,各代表站2021−2060年平均始花期提前0～4.4d,末花期提前0～5.0d,各代表站2061−2100年平均始花期提前3.4～7.6d,末花期提前2.6～8.2d。在RCP8.5情景下,2021−2100年各代表站始花期提前速率为1.3～1.8d·10a−1,末花期提前速率为1.3～1.6d·10a−1;与1980−2019年相比,各代表站2021−2060年平均始花期提前1.3～5.9d,末花期提前1.0～6.1d,各代表站2061−2100年平均始花期提前6.7～12.4d,末花期提前6.2～12.3d。未来气候条件下,苹果花期空间分布与历史时期基本一致,但花期持续时间略有缩短。本研究首次综合花期预测模型和未来气候数据研究陕西苹果产区苹果花期变化,可为陕西苹果产区应对气候变化产生的花期冻害提供一定的理论依据。     

基于冠层温度的菜心缺水指数模型初步试验研究

以柳叶菜心为研究对象，测试了不同干旱条件下的土壤含水量、空气温湿度和冠层温度等参数，确定了作物缺水指数经验模型的参数，并针对太阳辐射强度对模型做了改进。研制了蔬菜旱情检测系统，利用红外测温仪、土壤含水量传感器等，可以实时测得田间作物的水分亏缺状态，为同类研究提供了测试手段和数据分析方法。     

利用有效积温建立夏玉米追肥时期决策模型

精准决策作物追肥时期是提高肥料利用效率、增加作物产量的重要技术措施。通过田间连续观测作物的发育进程预判追肥时期不仅费时费力,并且确定的追肥时期是否合理与经验存在较大关系。夏玉米生长发育及养分累积进程与积温、光照、降雨等气象因子存在密切的关系,本文以有效积温代替天数作为步长单位,建立区域内基于有效积温的夏玉米养分累积Logistic模型,根据模型特点确立夏玉米养分累积的始盛期、高峰期和盛末期,从而确定最佳追肥时期决策点,旨在为追肥时期的精准确定提供新思路、新方法。根据田间试验及养分测试结果对模型进行检验,显示出以有效积温为步长单位的养分累积模型对玉米养分累积的始盛期、高峰期和盛末期的预测效果优于传统的以生长天数为步长的养分累积模型,且可以用来预测玉米的最佳施肥时期,进一步验证了该模型的创新性及实用性。由于不同区域、不同作物品种差异,试验区域模型并不具有广泛的适应性。为此,针对养分累积Logistic模型的性质及参数意义,结合田间耕作实际,建立追肥时期决策的普适模型,对模型检验表明,普适模型的n-RMSE为11.9%,能够较好地预判最佳施肥时期,具有较强的应用价值。     

利用杂交水稻开花比例鉴定耐高温性的方法

选用水稻开花期耐高温能力强的品种,是缓解极端自然高温导致大幅减产的有效途径之一。为改进水稻品种耐高温性的鉴定技术,2013年和2014年以4个杂交水稻品种为材料,用钵栽方法,分别在开花前后不同时间将钵栽水稻移至人工气候室38.0℃高温下处理5 h,以室外常温(穗层日最高气温31.2~32.8℃)处理为对照,研究极端高温时段对结实率的影响。2015年和2016年以40个杂交中稻组合为材料进行5个分期播种试验,于水稻穗层温度达35℃以上时期,从5个播种期中选择20个同期开始抽穗、生长整齐的稻穗挂牌标记,观察不同时段开花比例,以研究品种间开花期耐高温能力与不同时间开花比例关系。结果表明,杂交水稻开花期高温下11:30前的开花比例、常温下12:00前开花比例分别与耐高温指数呈极显著正相关关系,耐高温品种主要通过提高高温下的结实率而间接增强其耐高温指数,而高温下的结实率则直接影响耐高温指数。高温下开花早的品种在常温下开花也早,杂交水稻开花时间主要集中在9:30—12:30,品种间在不同时刻开花的比例各异。开花后2 h遇高温对结实率影响不明显;穗层气温34℃、35℃且频率达80%以上的最早出现时间分别在13:30和15:30,选择日最高温度≥34℃或35℃出现前2 h开花比例高的品种,能有效地避开高温伤害。基于以上分析分别建立了利用开花期高温下11:30前开花比例、常温下12:00前开花比例和高温下结实率3个指标预测鉴定耐高温指数回归模型,准确率(预测值/实测值)高达92.29%~102.73%。为水稻品种开花期耐高温性鉴定提供了科学适用的新方法。     

基于氮素效应的烤烟叶面积指数动态模拟

为明确不同施氮水平下烤烟群体叶面积指数的动态特征以及其与活动积温的关系,本研究以‘豫烟12’、‘秦烟96’、‘云烟87’为供试材料,设4个施氮水平,分别为N0(0 kg·hm~(-2))、N1(30 kg·hm~(-2))、N2(60 kg·hm~(-2))、N3(90 kg·hm~(-2)),测定分析不同积温下烤烟群体叶面积指数及其动态特征,利用Curve Expert 1.40软件模拟并通过极限值法筛选建立了归一化积温模型,为烤烟群体光合结构的改善提供一定的理论依据。结果表明:1)烤烟群体叶面积指数随移栽后活动积温呈偏度0的单峰曲线变化,而随着施氮水平的增加呈现增加趋势,相同施氮水平下烤烟群体叶面积指数峰值大小表现为‘秦烟96’‘云烟87’‘豫烟12’。2)有理函数模型y=(a+bx)/(1+cx+dx2)具有较好的模拟效果和生物学意义,能够很好地模拟烤烟群体相对叶面积指数随相对活动积温的变化,决定系数为0.980 7**;利用2015年试验数据对模型进行检验,模拟准确度(k)均大于0.958,精确度(R2)均大于0.95,均方根误差RMSE均小于6.04%。3)模型参数在某些品种和施氮水平之间表现出显著差异性,品种和施氮量主要通过调节模型参数b、c、d实现对整个模拟模型的调节。4)烤烟群体相对叶面积指数变化速率曲线呈"N"型变化,反映了烤烟群体叶面积指数的实际变化趋势。5)施氮量对模型次级参数具有调节作用,随着施氮量增加烤烟群体平均叶面积指数、叶面积指数最大值呈增加趋势,可作为烤烟群体叶面积指数氮素调节的重要参考指标。该模型的建立可以为烤烟群体发育动态监测以及烤烟群体叶片光合特性的提升提供理论依据和决策支持。     

考虑水分迁移及相变对温度场影响的渠道冻胀模型

冬季渠基冻土中水分迁移及相变产生的巨大潜热对温度场影响显著,由此,该文建立了考虑水分迁移与相变潜热的渠基土体冻胀模型。模型将冻土视为低温膨胀性材料,将相变潜热作为材料的等效热容加入热传导方程中;根据Clapeyron方程和达西定律建立饱和冻土冻结锋面处水分迁移表达式,并以迁移水相变潜热作为热传导方程热源项;采用COMSOL对模型算例求解,与不考虑相变和水分迁移的模型比较发现：相变作用对渠道温度场和变形场影响较大,考虑相变后,冻深推进缓慢,且冻深减小,衬砌板变形整体减小,较不考虑相变的模拟结果更接近实际情况,验证了本模型的合理性,为寒区工程冻胀设计提供参考。     

基于遥感温度植被干旱指数的小蠹虫害预警

针对小蠹虫对森林的危害隐蔽强,症状滞后性明显,在其早期发生时进行遥感识别非常困难。该文基于干旱和虫害存在一定的时滞相关性的假设,提出基于温度植被干旱指数(temperature vegetation dryness index,TVDI)预报小蠹危害的方法。以遭受大面积连续干旱和小蠹危害的云南省中部的石林县为案例区,利用Landsat数据,建立归一化植被指数(normalized difference vegetation index,NDVI)-地表温度(land surface temperature,Ts)特征空间,估算逐像元TVDI。基于地面小班调查的虫害等级数据(健康、轻度、中度和重度4个等级),比较不同虫害等级斑块TVDI差异。同时,以持续干旱2011年轻度受害区为例,结合受害前后云南松林NDVI差值(difference of NDVI before and after the forest attacked by bark beetles,d NDVI)表征实际受害程度的方法,建立TVDI与d NDVI的关系,对2012年进行预测。结果表明,2010-2015年,受害区整体呈下降趋势,TVDI由西向东逐渐变大。健康云南松林TVDI显著高于虫害云南松林(P0.05),且虫害越严重,TVDI越小;2011年,TVDI与d NDVI呈显著负相关(P0.05),可以用线性模型进行拟合,拟合决定系数R2为0.322。采用模型对2012年实际发生情况进行预测,得到预测与实测d NDVI均方根误差RMSE为0.237。在整体干旱的环境下,相对湿润的地方小蠹虫害更严重。因此,可以根据TVDI空间分布特征,找出TVDI相对较小的区域,作为虫害可能发生的重点关注区域,该研究对及时发布虫情监测信息有建设性的意义。     

花铃期棉花对地下水埋深和高温的响应及排渍指标确定

为了探究高温胁迫下棉花对不同地下水埋深的响应差异,并在此基础上提出适宜的排渍指标,2012-2013年利用自动调控地下水位的测坑,在花铃期设置地下水埋深0、30、50 cm(持续受渍10 d),同时进行连续6 d的高温处理,观测棉花主要表观形态特征、生理代谢指标及产量。结果表明:地下水埋深0和30 cm降低了棉花株高,增加了主茎复合红绿比,而高温胁迫对二者影响不明显。高温胁迫下,地下水埋深越浅,倒4叶叶绿素含量和光系统II潜在光化学转换效率越低,其关系可用线性关系模型描述,且地下水埋深80 cm的累计值对二者的影响居首,高温胁迫次之。地下水埋深处理过程中,倒4叶超氧物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)、过氧化物酶(peroxidase,POD)活性先升高后降低,过氧化氢酶(catalase,CAT)活性持续降低,丙二醛(malonaldehyde,MDA)含量急剧增加。地下水埋深处于0和30 cm时,高温胁迫加剧了棉花膜脂过氧化反应程度,叶片SOD和POD活性更低,MDA含量更高,但增强了棉花在地下水埋深50 cm的抗逆能力。地下水埋深处理、高温胁迫及其复胁迫主要通过减少单株成铃数、单铃质量使棉花产量降低,而对衣分含量影响普遍不明显。从整体减产程度来看,地下水埋深处理+高温胁迫(33.7%)地下水埋深处理(26.2%)高温胁迫(7.5%)。若以允许棉花产量减少15%~20%为排渍标准,假设在地下水埋深处理过程中连续出现6 d、每天近6 h的高温天气,则棉花花铃期地下水埋深80 cm的累计值为216.0~321.2 cm·d。研究可为湖北平原湖区及类似地区棉田排水管理提供科学参考。     

基于冠层温度的夏玉米水分胁迫指数模型的试验研究

探讨并建立了适合于中国华北地区夏玉米水分状况监测的作物水分胁迫指数(CWSI)模型。通过不同的田间试验处理和观测,得到了适合夏玉米的CWSI经验模型中的经验关系,且表现明显。该研究建立了不同生育阶段的经验模型,经过初步的检验和分析,认为这一模型是合理的,可以应用于田间的基于冠层温度信息的夏玉米水分状况监测。