陕西省太阳辐射及其日照时数的时空变化特征

根据陕西省气象台站观测资料,分析了陕西省太阳总辐射和日照时数的时空演变特征.结果表明,陕西省太阳总辐射和日照时数呈现出一致性的从北向南递减趋势,且在渭北高原一带存在太阳总辐射和日照时数的次高值区,同时指出了陕北地区4～8月,关中、陕南地区5-8月是太阳能资源利用的最佳时期.研究结果可为进一步研究区域气候变化、指导农业生产及合理利用太阳能资源提供参考依据.     

1961-2010年新疆日照时数的时空变化特征及其影响因素

利用1961-2010年新疆42个站日照、辐射、降水、云量、水汽压和风速资料,采用气候倾向率、突变检测和相关分析等方法,研究新疆年、季、月日照时数的时空特征及其成因.结果表明,新疆年、季、月日照时数空间分布均呈东多西少的分布形式,夏季最多,其次为春、秋与冬季.近50a新疆年及四季太阳总辐射均呈减少趋势,以冬季减少最明显,春季最弱.区域平均年日照时数极显著减少(P＜0.01),减幅为23.4d/10a;年日照时数异常偏少出现在1992和1993年,异常偏多出现在1967年,近一半站点有明显突变,突变主要发生在20世纪80年代中期前后;季节上,春季略有增加,夏、秋、冬三季显著减少(P＜0.05),减幅为4.5 ～ 13.31/10a,以冬季减少最明显也最多.日照时数长期趋势变化有明显空间变化特征,年及四季日照时数在38°N以北呈大范围显著减少趋势(P＜0.05),以南则普遍显著增加(P＜0.05).在38°N以北大部地区日照时数减少主要与该区气候湿润化和平均风速的减小密切相关.     

基于通量观测数据的玉米水碳交换量及水分利用效率分析

揭示玉米生长期内水分、二氧化碳交换量及水分利用效率的变化规律,对于认识玉米生长规律,指导农业灌溉具有重要意义。该文采用美洲通量网(Ameri Flux)3个农田通量站的数据,计算玉米生育期内的水分消耗量ET(evapotranspiration)、总初级生产力GPP(gross primary productivity)和生态系统净交换量NEE(net ecosystem exchange)及水分利用效率,并采用统计分析方法分析饱和水汽压差和光合有效辐射对水分利用效率的影响。结果表明,该区域玉米整个生育周期约为156~180 d,ET为440~520 mm,GPP为1 320~1 640 g/m2,以C计,NEE为-560~-620 g/m2,以C计;水分利用效率,NEE/ET为1.2~1.4 g/kg,GPP/ET为3.0~3.5 g/kg。水分利用效率与饱和水汽压差(VPD)成负指数关系,存在常数k使得GPP/ET正比于VPD-k,最优k值为0.42~0.63。水分利用效率与光合有效辐射无显著相关性。     

1961-2015年华北平原夏玉米生长季光热资源变化及其影响

利用华北平原夏玉米种植区55个气象站点1961-2015年逐日地面观测资料,以≥10℃活动积温和太阳辐射分别为热量资源和光照资源指标,从年代际尺度和年际尺度分析夏玉米生长季光热资源线性趋势和空间分布变化特征,定量研究光热资源变化对夏玉米潜在产量的影响。结果表明：夏玉米生长季热量资源呈显著增加趋势,各积温等值线均发生明显北移现象;所有站点夏玉米生长季辐射资源均呈显著下降趋势。与1961-1980年相比,近15a（2011-2015年）研究区夏玉米生长季≥10℃活动积温增加1.8%,太阳总辐射量减少16.2%。研究时段内夏玉米光温潜在产量呈显著下降趋势,平均变化率为-28.3kg·667m-2·10a-1 (P＜0.05),高值区面积随着时段变化不断减少,表明辐射资源减少对光温潜在产量的负作用大于热量资源增加带来的正作用。目前研究区夏玉米单产仅达到光温潜在产量的27.5%,仍有很大提升空间。未来研究还需综合考虑光、温、水、农艺措施等气候要素和社会要素的影响,为华北地区夏玉米生产布局和调整提供科学依据,以适应气候变化的影响。     

北疆地区生长季参考作物蒸散量的时空变化特征及其敏感性分析

基于北疆地区20个气象站点1966-2012年逐日气象数据,采用Penman-Monteith公式计算各站生长季逐日参考作物蒸散量(ET0),利用线性趋势分析、M-K突变检验、因子贡献率、敏感系数等方法,对该地区ET0的时空变化规律及其对气象要素的敏感性进行分析。结果表明,北疆地区生长季ET0多年平均值为939.43mm,47a间以16.30mm×10a-1的速率呈极显著下降趋势（P水汽压>风速>日照时数。水汽压升高、风速减小、日照时数减少对ET0的减小作用超过温度上升对ET0的增大作用,是导致近47a北疆地区ET0总体呈下降趋势的根本原因。     

小麦-玉米轮作系统下长期施钾对作物产量、钾素利用率和钾素平衡的影响

Sustainable potassium (K) management at different soil sites requires understanding the relationships between crop productivity and long-term K fertilizations on a regional or national scale.We analyzed responses of grain yield of wheat (Triticum aestivum L.) and maize (Zea mays L.),K efficiency,and partial balance (difference between K input through fertilizer and K output in the aboveground biomass) during 15-(1990-2005) or 18-year (1990-2008) K fertilizations at five distinctive agroecological zones across China.Compared to the inorganic nitrogen (N) and phosphorus (P) fertilization,the inorganic NPK fertilization significantly increased grain yields of wheat (21%) and maize (16%-72%) at Qiyang and Changping,where soils have low exchangeable and non-exchangeable K contents,but not at rmqi,Yangling and Zhengzhou,where soils have a high exchangeable and non-exchangeable K and/or low N/K ratio in crop plants.Compared to the inorganic NPK fertilization,the inorganic NPK (30% N) and organic manure (70% N) fertilization (NPKM) increased grain yields of wheat (14%-40%) and maize (9%-61%) at four sites,but not at Zhengzhou.For a productivity of wheat at 2-5 t ha-1 or maize at 3-6 t ha-1,13-26 or 9-17 kg K ha-1 were required to produce 1.0 t wheat or maize.The NP fertilization resulted in the lowest negative partial K balance and accumulated 52 kg K ha-1 year-1 less than the NPK fertilization,which accumulated 28 kg ha-1 year-1 less K than the NPKM fertilization.A re-evaluation of the site-specific fertilization effects on N/K ratio in crop plants and soil K accumulation under current NPK and NPKM fertilization is urgently needed to increase both crop yield and K use efficiency at different agroecological zones across China.     

3种阔叶树气体交换特性及水分利用效率影响因子的研究

通过测定刺楸、黄连木、栾树旱季和雨季气体交换参数及其周围环境因子的日变化,分析水分生理生态特性,探讨各生理生态因子对水分利用效率的影响。结果表明：光合有效辐射与温度均呈单峰型,空气相对湿度呈“U”型。蒸腾速率日变化3个树种在旱季和雨季均呈单峰型。净光合速率日变化刺楸在旱季为双峰型,在雨季为单峰型,而黄连木、栾树在旱季和雨季均为单峰型。水分利用效率日变化在雨季3个树种呈单峰型,在旱季黄连木呈单峰型,而刺楸和栾树呈双峰型。逐步回归分析发现,影响3个树种水分利用效率的因子主要有胞间CO2浓度(极显著负相关)、大气CO2浓度(极显著正相关)、空气相对湿度(正相关)和叶温(负相关)等。通过主成分分析,可将影响刺楸、栾树水分利用效率的因子归纳为3类,即温度、气孔导度和CO2浓度;黄连木可归纳为两类,即温度和气孔导度。     

杨树无性系气体交换特征和水分利用效率研究

通过对3个杨树无性系(JK-7,JK-10,JK-11)气体交换参数及其相应环境因子的测定,对其光合与水分生理生态特征进行了研究.结果表明,3个无性系对同一环境的响应不同.JK-7和JK-11的蒸腾速率(T_r)和净光合速率(P_n)日变化呈单峰型,JK-10呈双峰型;3个无性系的水分利用效率(WUE)日变化均呈双峰型.它们的P_n,T_r差异显著(P＜0.05),WUE差异不显著,其中JK-10的P_n,T_r均显著高于JK-7.3个无性系的气体交换受气孔导度(G)、光合有效辐射(PAR)的影响均比较大,同时,JK-7受相对湿度(RH)的影响较大,JK-10受气温(Ta)影响也较大.3个无性系的WUE均与G_s显著负相关.     

气溶胶辐射效应对作物及生态系统的影响综述

近年来大气气溶胶的增加对气候及环境的影响越来越受到科学界的关注,其中的气溶胶辐射效应对作物及生态系统的影响非常复杂。本文从气溶胶的辐射特性及其对气候变化的可能影响出发,来说明气溶胶造成的不同性质辐射量的重新分配对作物光合作用、产量以及生态系统的影响。详细讨论了散射辐射和直接辐射对光能利用率的不同影响,并着重说明分离阴叶和阳叶的重要性。得出大气气溶胶辐射效应主要是通过增加散射辐射,提高作物阴叶的光能利用率,从而改变作物光合作用响应的结论。并指出气溶胶浓度变化对作物产量的影响与天空状况有关。关于气溶胶辐射效应对生态系统的影响,主要从大气气溶胶浓度变化对净生态系统CO2交换以及大气气溶胶散射吸收对陆地净初级生产力的影响这两个方面进行了探讨,指出气溶胶辐射效应对生态系统的NEE和NPP的提高有正面作用。     

散射辐射比例与冬小麦光能利用率和总初级生产力的关系

利用冬小麦拔节乳熟期（2004-04-01—05-20和2005-04-10—05-31）在田间观测的每30min涡度相关和小气候数据,计算散射辐射比例（DF）与光能利用率（LUE）和总初级生产力（GPP）之间的数量关系,以期为提高LUE模型和作物模型的模拟准确度提供依据。结果表明：冬小麦拔节-乳熟期DF与LUE间呈极显著的线性正相关关系（P＜0.001）,DF与GPP间为极显著的抛物线关系（P＜0.001）,即随着DF的增加,LUE呈线性增长,而GPP呈先增加后降低的变化趋势。2004年和2005年观测实验表明,中等太阳辐射条件下,即DF和光合有效辐射（PAR）的均值分别为0.57和27.7molm?2d?1时,冬小麦GPP达到最高。2004年与2005年相比较,DF与LUE、DF与GPP关系均存在较大差异,这主要归因于两年间冬小麦拔节?乳熟期PAR水平和DF分布频率的差异。     

水氮互作对冬小麦耗水特性和水分利用效率的影响

采用完全随机裂区设计,研究不同水氮处理对田间冬小麦耗水特性和水分利用的影响。结果表明:冬小麦成熟期0-200cm土壤剖面水分含量均以0-20cm土层最低,在60-120cm土层内出现峰值,且随着灌水量的增加,各施氮处理的峰值逐渐增加;随灌水量的增加,耗水量增加,降水和土壤供水量占耗水量的比例降低;随施氮量的增加,降雨量和灌水量占耗水量的比例降低,土壤供水占耗水量的比例增加;生育阶段耗水量和耗水模系数均表现为开花-成熟期>播种-拔节期>拔节-开花期;随着灌水量增加,冬小麦水分利用效率、降水利用效率和土壤水利用效率逐渐增加,灌溉水利用效率降低;随着施氮量的增加,水分利用率、降水利用效率、土壤水利用效率和灌水生产效率呈先增加后降低变化,且均在施氮处理N150、N210和N270间无显著差异(P<0.05)。     

太湖地区稻麦轮作系统下施氮量对作物产量及氮肥利用率影响的研究

太湖地区过量施肥现象相当普遍, 导致 N 肥利用率低和 N 肥损失严重.为此,2004-2006年在中国科学院常熟农业生态实验站进行了连续稻麦轮作试验,研究不同施 N 量对该地区水稻和小麦产量及 N肥利用率的影响,以寻找较为适当的 N 肥施用量,该施 N 量即能使作物不减产,又要保持较高的 N 肥利用率.试验结果表明施 N 量超过150 kg/hm2 后,作物产量增加较少.当施N量从100 kg/hm2 增加到350 kg/hm2,连续3 年的水稻平均N肥吸收利用率(REN)为46.1% ～ 32.4%,两年小麦试验结果显示小麦的平均REN为 36.0% ～ 27.8%.相应的水稻和小麦的农学利用率(AEN)是15.0 ～ 5.56 kg/kg 和 17.1 ～ 6.91 kg/kg.研究还表明太湖地区水稻经济适宜施N量为209 kg/hm2,小麦是219 kg/hm2,在当地作物品种、气候条件和管理方式下,作物产量可分别达到8.2 t/hm2和4.7 t/hm2的高产,水稻的REN、N肥生理利用率(PEN)、AEN、N肥偏生产力(PFPN) 可保持为37.6%、29.5 kg/kg、11.0 kg/kg 和44.5 kg/kg;小麦则是31.4%、38.4 kg/kg、12.0 kg/kg和23.7 kg/kg.显然,适宜的施N量不仅没使作物减产,而且保证了作物最大的经济效益,并保持了较高的N肥利用率.     

河北省耕地利用效率空间差异及影响因素

运用数据包络分析法,对2001—2012年河北省全省及其所属11个地市耕地利用效率进行测算和分析,将11个地市的耕地利用效率划分为3个层次:高效区、较高效区和低效区,在此基础上,运用FGLS方法研究影响3个层次耕地利用效率的主要因素。结果表明:(1)近几年河北省耕地利用效率发展较快,2010年以前耕地技术效率较低主要是由规模效率低造成的;(2)河北省各地市的耕地利用效率存在着一定的差距:石家庄市、承德市、张家口市和唐山市4市的耕地利用效率常年保持在良好状态;秦皇岛市、廊坊市和保定市3市耕地利用效率较好;而沧州市、衡水市、邢台市和邯郸市4市耕地利用效率相对较低;(3)高效区耕地利用效率的主要影响因素为:单位播种面积化肥使用量、人均播种面积、耕地复种指数、农业劳动力比率、农民人均纯收入;较高效区耕地利用效率的主要影响因素为:单位播种面积化肥使用量、人均播种面积、耕地复种指数、受灾率、农民人均纯收入;低效区耕地利用效率主要影响因素为:有效灌溉率、人均播种面积、耕地复种指数、受灾率、农民人均纯收入、二三产业比重。各地市在充分考虑各自耕地利用效率影响因素的基础上,从自身实际情况出发,有针对性地制定区域差别化的农业发展政策,有方向地引导耕地效率的提高。     

江苏省水资源利用相对效率时间分异与影响因素

[目的]全面客观地研究2005—2014年江苏省用水效率的时间分异性,为江苏省更好地开展水资源可持续利用工作,提高水资源利用效率提供有针对性地科学理论依据。[方法]选取江苏省2005—2014年的相关指标数据,运用传统数据包络分析模型及其改进模型,计算得到江苏省的用水技术冗余率、规模冗余率及水资源相对利用效率;并结合典型相关分析模型,探究影响水资源利用相对效率相关因素。[结果]规模冗余率与人均地区生产总值符合环境库兹涅茨曲线。技术冗余率与人均地区生产总值呈负相关。运用典型相关分析方法研究发现影响两种冗余率的因素也并不完全相同。[结论]近10a江苏省水资源利用效率呈现平稳增长,其中影响技术冗余率的因素主要是万元地区生产总值用水量和第三产业比重;而影响规模冗余率的因素则为水资源开发利用率和万元地区生产总值用水量。     

杨树和栓皮栎日光诱导叶绿素荧光及光能利用率的比较

为探究杨树与栓皮栎光合光能利用率(LUE_p)和荧光光能利用率(LUE_f)关系的日内变化及种间差异,从光能分配的角度进一步深入理解日光诱导叶绿素荧光(SIF)与总初级生产力(GPP)的关系,以典型落叶阔叶林树种杨树(Populus alba×Populus gllandulosa)和栓皮栎(Quercus variabilis BI.)幼苗为对象,在相同土壤水分和养分条件下,观测研究不同树种SIF、净光合速率(P_n)与LUE_p/LUE_f对光合有效辐射(PAR)响应的异同。结果表明：(1)SIF受PAR驱动,二者呈显著正相关关系,杨树和栓皮栎线性拟合决定系数(R²)分别为0.965和0.973,且杨树具有更高的LUE_f;P_n随PAR的增加逐渐饱和,杨树光饱和点明显高于栓皮栎,分别为998.59和674μmol CO₂·m^-2·s^-1。(2)杨树和栓皮栎...     

农田粮一菜轮作体系的生产效益与土壤养分特征

为关中平原地区探索、选择优化合理的农田轮作组合,在"商品经济"背景下以提高农民收入为目的的农业结构与作物布局调整提供参考。依据系统的田间定位试验数据,对关中平原常见的粮食作物小麦、玉米和蔬菜作物大蒜、辣椒、茄子、芹菜组成的不同轮作体系的经济产值、土地当量比、生物产量、经济系数、农田土壤环境效应进行了分析。结果表明:(1)就经济效益和土地产出效率而言,小麦和玉米组成的粮—粮轮作体系经济效益和土地产出效率是7种轮作体系中最低的,而由大蒜和辣椒、茄子、芹菜组成的蔬菜—蔬菜体系效益和土地产出效率最佳。(2)从生态学角度分析,大蒜和辣椒、茄子、芹菜组成的各个蔬菜—蔬菜体系生物产量较高,其次是小麦和玉米组成的粮—粮轮作体系,小麦和辣椒、茄子、芹菜组成的各个粮食—蔬菜体系生物产量较低。蔬菜—蔬菜轮作体系的有机物向人类所需品的转化率相对较高,其次是粮食—蔬菜轮作体系,小麦玉米粮-粮轮作体系转化率相对较低。(3)从土壤环境效应角度分析,基础养分基本表现为蔬菜—粮食轮作体系高于蔬菜—蔬菜轮作体系,传统的粮食轮作体系相对最低。各轮作体系的土壤呼吸速率,除了大蒜—辣椒体系较大之外,其余均表现为粮食—蔬菜轮作体系高于蔬菜—蔬菜轮作体系和粮食轮作体系。依据不同角度对几种轮作体系的生产效益、土壤环境效应的评估以及对关中平原地理、经济环境实际状况的调查,粮食—蔬菜轮作模式适宜引入大田轮作生产。就本研究的几种粮食—蔬菜轮作模式而言,小麦—辣椒轮作和小麦—茄子轮作模式有较好的种植前景。