北方农牧交错带不同退耕方式对生态健康的影响——以武川县为例

以北方农牧交错带武川县为例,针对不同的土地利用方式,对其影响下的生态系统健康状况进行综合评价。选择天然草地、退耕还灌地(柠条地)、退耕还草地(苜蓿地)三类具有代表性的土地类型为研究对象,采用生态系统健康的理论和评价方法,选用生物量、生物多样性指数、土壤含水量和土壤养分含量等指标,从生态系统的活力、组织力和恢复力三方面,对生态系统的健康状况进行了分析比较。结果表明:天然草地具有最高的活力和组织力;两种退耕方式对生态系统活力的影响没有显著差别;退耕还灌较退耕还草地具有较高的物种多样性;退耕还草比退耕还灌消耗更多的土壤水分;两种退耕方式对土壤养分的影响不显著。从水分涵养的角度看,当前退耕还灌较退耕还草好。     

RCP情景下河南省夏玉米发育期变化及可调节热量资源估算

为模拟未来气候变化对夏玉米发育期影响并估算增温背景下夏玉米收获至冬小麦播种间可调节热量资源,将河南省划分为4个夏玉米主栽区,引入未来气候变化情景(RCPs)数据驱动参数本地化后的CERES-Maize模型开展研究。结果表明:2006—2060年夏玉米生长季积温呈显著上升趋势,较基准条件(1951—2005年)平均增加179(RCP 4.5)和235℃·d(RCP 8.5)。未来情景下夏玉米播种—开花和播种—成熟日数均呈缩短趋势,其中豫西(Ⅱ区)的变化率高于其他地区。2050s夏玉米播种—开花期全省平均缩短2.7(RCP 4.5)和3.4d(RCP 8.5),播种—成熟期平均缩短9.4(RCP 4.5)和11.6d(RCP 8.5),其中豫西(Ⅱ区)缩短最多。夏玉米可调节热量资源估算结果表明,未来气候变化情景下夏玉米成熟后—冬小麦播种前可调节热量资源豫东(Ⅲ区)增加最多,分别增加244.6(RCP 4.5)和296.8℃·d(RCP 8.5),豫西(Ⅱ区)增加最少,分别增加152.3 (RCP 4.5)和215.8℃·d(RCP 8.5)。未来气候变化情景下夏玉米可生长日数豫西南(Ⅳ区)增加最多,分别增加9(RCP 4.5)和11d(RCP 8.5),其他各区夏玉米可生长日数在RCP 4.5情景下分别增加8 (豫北Ⅰ区)、6 (豫西Ⅱ区)和8d(豫东Ⅲ区);RCP 8.5情景下分别增加9(豫北区)、8(豫西Ⅱ区)和10d(豫东Ⅲ区)。秋收秋种间可调节热量资源的增加将对提高玉米产量产生重要作用。     

气候变化背景下华北平原夏玉米花期高温热害特征及适宜播期分析

利用华北平原夏玉米种植区55个气象站点1981−2017年逐日地面观测资料,以日最高气温≥35℃持续3、4、5d,且相对湿度≤70%为一次轻、中、重度高温热害,从年代际尺度、年尺度、旬尺度分析37a来华北平原不同播期下夏玉米花期高温热害的时空变化特征;以开花期避开中度高温热害为标准,推算夏玉米花期规避高温的适宜播期。结果表明:6月上旬播种,夏玉米花期遭遇高温热害的频率最大,河南省南部的信阳、固始等地区遭遇高温热害频率超过20%;6月中旬播种,夏玉米花期遭受高温热害频率为9%~12%。2011年以来华北平原夏玉米花期高温热害加重,发生频率高于P1−P3时段(1981−2010年)。华北平原早熟玉米平均适宜播种期在6月15日−7月5日,中熟玉米平均适宜播种期在6月15−27日,晚熟玉米平均适宜播种期在6月15−20日。在各适宜播种期范围内,华北平原南部应适当晚播,北部则应适当早播。     

近50年来河北省降水和温度极端事件分析

极端气候事件对农业生产有重要影响。利用河北省(含北京和天津)17个站点1957-2006年逐日降水、最高、最低和日平均气温资料,采用线性分析并结合GIS空间分析的方法,对河北省50a来极端天气事件的变化趋势及空间分布特点进行了研究。结果表明:1957-2006年河北省暴雨日数、极端降水事件的频率都在减少,而且干燥事件的频率在增加,但其线性增加趋势并不明显;暴雨和极端降水的变化趋势呈明显的东西差异。极端高温事件增加而极端低温事件减少,冬季变暖的趋势比较显著;低温日数有显著减少趋势,但高温日数有一个微弱的上升趋势,其变化趋势的空间分布具有很好的一致性。河北省具有干暖化倾向,农业生产应采取相应的适应对策。     

区域暴雨指标与作物洪涝受灾率的关系

利用北京地区1985～2008年逐日降水数据资料,运用IPCC极端天气气候事件指标确定方法计算得到北京地区暴雨天气指标在10.4～38.8mm之间波动,暴雨气候指标为日降水量≥27.5mm。以暴雨天气指标、暴雨气候指标和国家暴雨标准计算历年的暴雨日数和暴雨量,统计分析年降雨日数、暴雨日数和年降水量和暴雨量与作物洪涝受灾率的相关关系,得出年降雨日数和暴雨日数都不能真实地反映作物洪涝受灾率,而年降水量和暴雨量与作物洪涝受灾率则具有明显的线性正相关关系。以区域暴雨气候指标统计的暴雨量与作物洪涝受灾率相关程度最高,笔者建议以暴雨量来预测评估洪涝灾害时,采用区域暴雨气候指标。     

棉花地上部形态模拟模型的建立

为构建基于生理生态过程的棉花虚拟生长模型,本研究以棉花模型COTGROW为基础,利用棉花品种"美棉33B"的3年田间密度试验数据,分析了棉株器官生物量-形态的关系,改进了COTGROW模型中的发育和形态发生模块,建立了基于生理生态过程的棉花地上部分形态模拟模型,并利用独立试验数据对模型进行检验。结果表明:模型对棉花地上部各器官形态特征的模拟值和测定值的吻合度较好,棉花株高、主茎节数、果枝数、各果枝果节数、节间长度、节间直径、叶片长度、叶片宽度、叶柄长度、叶柄直径、棉铃长度以及铃直径测定值与模拟值间的相关系数分别为0.99、0.99、0.99、0.92、0.95、0.93、0.75、0.71、0.81、0.62、0.98和0.98,均方根误差分别为3.85 cm、0.64、0.52、0.66、1.00 cm、0.15 cm、1.58 cm、2.39 cm、2.54 cm、0.05 cm、0.13 cm和0.10 cm。本研究建立的棉花地上部形态模拟模型能较准确地模拟棉花地上部分的生长状况,这将为棉花生长虚拟模型的开发奠定基础。     

1961－2008年广西经济林果寒害演变特征

研究气候变暖背景下寒害的演变特征可为气候变化应对策略的制定提供依据。该文利用广西77个气象站点1961－2008年资料,选择极端最低气温、日最低气温≤5℃累积日数、日最低气温≤5℃积寒、24?h最大降温幅度、日降水量≥5?mm日数构建寒害指数（HI）模型,分析了广西经济林果寒害频率、站次比和强度的年代际变化;并应用GIS推算了寒害强度的空间分布。研究表明：广西经济林果寒害频率、站次比和寒害强度20世纪60和70年代较重,90年代较轻;与气候变暖对应,48?a来广西寒害总体呈减小趋势,但21世纪初（2001－2008年）寒害频率、站次比和寒害强度比90年代增加。广西经济林果商业种植区主要分布在寒害强度为0.24以下的苍梧、蒙山、来宾、都安、巴马、百色等县市以南的大部地区。     

1961-2010年中国农业热量资源分布和变化特征

利用全国508个气象站点1961-2010年地面气象观测资料,采用气候倾向率和GIS方法研究了近50a全国尺度热量资源分布,并比较分析1961-1980年(Ⅰ)和1981-2010年(Ⅱ)两个时段的热量资源变化特征。结果表明:全国热量资源分布不均匀,总体特征为南多北少,东部主要受纬度的影响,西部则受地形影响。与时段Ⅰ相比,时段Ⅱ平均温度0℃、10℃和15℃等值线均存在北移现象;日平均气温≥0℃和≥10℃的持续日数平均增加5.5d和4.7d;日平均气温≥0℃和≥10℃积温分布和变化趋势相似,华南地区5500~6100℃·d(≥0℃积温)和5300~6500℃·d(≥10℃积温)积温带面积分别增加5.32×104km2和1.92×103km2。1961-2010年,平均温度气候倾向率为0.27℃/10a,增暖趋势显著,且北方增暖趋势较南方明显;最低、最高温度气候倾向率分别为0.37℃/10a和0.21℃/10a。≥0℃积温和≥10℃积温增加趋势大体一致,约为70℃·d/10a。近50a,全国热量资源(平均温度、最高、最低温度和积温)呈增加趋势,且最低温度变化幅度高于最高温度,对气候增暖起主要作用。气候增暖将对农业生产的空间分布产生影响,使基于原来指标和气候确定的农业气候区划边界与当前气候现实存在偏离,研究热量资源的分布和变化对合理利用热量资源,确定合适的农业气候指标和作物种植区域具有指导意义。