四川冬春季参考作物蒸散量时空变化及其成因

为深入认识四川冬春季参考作物蒸散量(ET₀)的变化特征,利用1980—2016年四川35个气象站的逐日气象观测资料,采用泰森多边形、气候倾向率和克里金空间插值等方法对其冬春季ET₀的时空变化特征进行分析,并通过敏感性和贡献率分析了ET₀的变化成因。结果表明:ET₀的年代际变化呈先降后增的趋势,空间上呈明显的西南高东部低的分布特征,且高值区范围持续扩大,低值区范围波动缩小。ET₀的年际变化呈上升趋势,春季ET₀气候倾向率和空间差异明显大于冬季,且ET₀高值区与低值区空间分布受海拔高度影响明显。ET₀的同一日多年平均值自初冬至初春逐渐上升,1月22日—5月2日仅有8 d的ET₀值低于多年日平均值,具有明显连续的高值时段。ET₀对日照时数的变化最敏感,其次是对相对湿度与平均气温,对三者均呈高敏感性。平均气温的正贡献率是引起ET₀变化的主导因子,其次是相对湿度。研究时段内平均气温的升高对ET₀的正效应和相对湿度的降低对ET₀的负效应,超过了日照时数减少对ET₀的减少效应,导致四川地区冬春季ET₀呈上升趋势。     

北方草地及农牧交错区草地植被碳储量及其影响因素

【目的】 草地生态系统在全球碳平衡中有重要的意义,草地植被碳库及其变化机制研究是植被生态学的重要命题。本文研究北方草地和农牧交错区草地植被碳密度及其空间格局,解析不同区域草地植被碳密度的关键影响因素,分析了气候、土壤、放牧等因素对地上地下植被碳库的相对贡献。【方法】 基于2002—2009年北方草地及农牧交错带草地植被调查数据,结合同期MODIS/NDVI遥感影像和1﹕100万草地类型图,建立了我国主要草地类型的生物量估算模型;整合野外考察数据和前人研究结果,探讨了研究区地上地下生物碳库及其空间格局;基于研究区255个县级行政单元,分析了不同类型草地植被碳库与气候要素、土壤要素及家畜承载量的关系,应用一般线性模型（GLM）解析了不同影响因素对草地碳密度的相对贡献。【结果】 （1）北方草地与农牧交错区草地地上平均生物碳密度为36.9 g C·m^-2,地下生物碳密度为362.9 g C·m^-2,地下生物碳密度高于地上10倍,均呈从东到西递减的趋势,频率分布图基本服从对数正态分布,不同草地类型的生物碳密度存在明显差异;（2）整个研究区及草原亚区、荒漠亚区、农牧交错亚区内,地上生物量与年降水量（MAP）呈极显著正相关、与年均气温（MAT）均呈极显著负相关,与土壤黏粒含量（Clay%）呈显著正相关、与土壤砂粒含量（Sand%）呈显著负相关,整个研究区家畜承载量与草地地上生物量之间呈极显著正相关;（3）一般线性模型（GLM）分析结果表明,年平均降水量（MAP）、年均气温（MAT）、土壤黏粒含量（Clay%）、放牧强度对地上生物量空间变异的解释率分别达到29.6%（P<0.001）、5.8%（P<0.001）、0.8%（P<0.05）、1.3%（P<0.001）;地下生物量的空间变异主要来自于年降水量（MAP）、年均气温（MAT）、土壤砂粒含量（Sand%）,对方差的解释率分别达到12.1%（P<0.001）、6.8%（P<0.001）、1.9%（P<0.005）,放牧强度没有明显贡献。【结论】 气候条件尤其是年降水量是草地生物量碳库的主要影响因素,但对地上生物量影响更为明显;土壤质地对植被生物碳库也有显著贡献,尤其对地下生物量的影响更加显著;放牧强度只能解释地上生物量变化的1.3%、对地下生物量没有显著贡献,这一发现意味着气候对生物量碳库的贡献远大于放牧影响。     

半干旱牧区天然打草场生产力时空变化及对气候响应分析

【目的】 定量评估半干旱牧区天然打草场的生产能力,分析天然打草场的退化程度,明确气候因子对打草场生长过程的影响。【方法】 利用Miami和Tharnthwaite Memorial模型计算2000—2017年半干旱牧区天然打草场气候生产潜力,并结合近18年的中分辨率成像光谱仪（MODIS）净初级生产力（NPP）产品（MOD17A2H）进行分析。【结果】 2000—2017年半干旱牧区天然打草场实际生产力与潜在生产力均随降水增加呈上升趋势,天然打草场18年平均实际生产力和潜在生产力分别为295.24和557.79 g C·m^-2·a^-1。按不同草地类型分析,气候生产潜力与实际生产潜力均以草甸草原最高,分别为589.68 g C·m^-2·a^-1和349.78 g C·m^-2·a^-1,山地草甸的气候生产潜力最低,为518.72 g C·m^-2·a^-1,而实际生产潜力以典型草原最低,仅为269.52 g C·m^-2·a^-1。从变异系数来分析,气候生产潜力与实际生产力均以草甸草原最稳定。从年际变化率分析,草甸草原的气候生产潜力的上升速率最高,为6.30 g C·m^-2·a^-1,实际生产力以山地草甸上升速率最高,为4.44 g C·m^-2·a^-1。实际生产力对降水的响应高于温度,其中95.88%的打草场与降水呈显著正相关关系,与温度呈负相关的区域仅占总面积的5.70%,且不同草地类型的实际生产力均与降水在P<0.001水平呈显著正相关关系。【结论】 天然打草场气候生产潜力呈由西向东递增的地带性规律,而实际生产力受水热条件的影响,以大兴安岭为中心向东西两麓逐渐递减,其对降水的响应高于温度,水分条件是该区植被生长的限制因子;年均气候资源利用率的分布规律与实际生产力相同,平均气候资源利用率为55.09%;以草甸草原打草场的气候资源利用率最高,高达60.34%,同时也是退化速度最高的草地类型。     

水稻拔节期和抽穗期低温对稻米品质影响

【目的】为了探讨低温冷害对水稻品质的影响,以便为气候变化背景下辽宁地区水稻的高效栽培和品质认证提供理论依据。【方法】以水稻90-35为供试品种,分别于拔节期和抽穗期通过TRP-1000D型人工智能气候箱进行不同低温处理(比外界低5℃和低3℃,均持续5 d),以正常栽培管理作对照,5个处理,分别记为CK、A1、A2、B1、B2,分析拔节期和抽穗期不同等级低温胁迫处理对水稻的营养品质、研磨品质和外观品质的影响。【结果】低温胁迫下90-35水稻的蛋白质含量、直链淀粉含量较CK显著增加,处理A1、A2、B1、B2的蛋白质含量分别比CK增加3.45%、1.15%、6.90%、8.05%,除处理B1外直链淀粉含量分别比CK增加1.75%、0.44%、0.44%;脂肪酸含量和精米率较CK显著减少,处理A1、A2、B1、B2的脂肪酸含量分别比CK减少17.75%、7.5%、25%、11%,精米率分别比CK减少2.1%、6.95%、0.22%、7.5%。拔节期低温胁迫下糙米率和垩白粒率显著减少,处理A1、A2的糙米率分别比CK减少0.73%、1.09%,垩白粒率分别比CK减少33.3%、22.2%;抽雄期低温胁迫下糙米率和垩白粒率显著增加,处理B1、B2的的糙米率分别比CK增加0.6%、3.02%,垩白粒率分别比CK增加255.6%、133.3%,即低温胁迫使其营养品质和研磨品质中的精米率受到负面影响,而拔节期适当低温胁迫处理对其研磨品质中的糙米率和外观品质有益。【结论】水稻90-35在不同生育时期经受不同低温胁迫处理后,水稻的营养品质、研磨品质和外观品质均受到不同程度的影响。     

未来气温和降水变化对山西冬小麦产量的影响

【目的】冬小麦是山西省重要的粮食作物,气候变化对冬小麦产量影响显著。利用模型模拟评估气候变化对山西省冬小麦产量的影响,为山西省冬小麦种植规划提供重要科学依据。【方法】利用山西省 2017—2018 年气象资料和 2018 年县级冬小麦产量数据,采用 DNDC 区域模拟方法,对山西省冬小麦种植区单产进行模拟和验证;模拟未来 8 种气候变化情景（温度上升 1、2℃,降水减少 20%、10% 以及温度和降水耦合）对冬小麦产量产生的影响。【结果】DNDC 模型可以较好模拟出山西省冬小麦产量整体水平（4 335.6 kg/hm2）,总体平均误差为 4.63%,空间上的模拟误差主要由于山西省地形和气候差异导致。【结论】未来气候变化背景下,不同程度的增温对产量的影响不一,在温度平均升高 1℃情况下,山西省冬小麦单产下降 4.60%,而气温上升 2℃情景下,单产增加 16.44%;降水减少 10% 和 20% 情景下,产量均降低,说明水分依然是制约冬小麦产量的重要因子;但在增温和降水减少的耦合作用下产量增加 7.41%~15.84%。未来还需根据山西省种植特点,从轮作角度评估气候变化对农业的影响。     

[CO2]升高对粮食作物影响的研究进展

自工业革命以来,由人类活动引起的大气CO_2浓度([CO_2])不断攀升,正驱动着全球气候变化,对全球农业产生重大影响。本文归纳总结了目前作物对高[CO_2]响应的主要研究技术手段,以及作物对高[CO_2]响应的机理研究,并进一步梳理了当前全球关于[CO_2]升高对作物产量和营养品质影响的研究。结果表明:相比封闭式或半封闭式环境控制试验系统,开放式试验系统(如开放式CO_2控制系统FACE)由于其能更加真实地模拟自然条件下作物对未来高[CO_2]的响应和适应情况,被公认为是目前研究作物对高[CO_2]响应的最理想手段。[CO_2]增高会增加C3作物光合速率、生物量和产量,在一定程度上缓解气候变化对农作物产生的负面影响,但是作物对大气[CO_2]的升高存在光合适应现象,当作物长期暴露在高[CO_2]条件下时,高[CO_2]对作物的促进作用会逐渐减缓。近10年的FACE试验发现,对高[CO_2]出现高应答的水稻品种,其光合速率和产量在高[CO_2]下的增加幅度比早期的主要粮食作物FACE试验结果平均高出两倍。此外,高[CO_2]会明显降低大部分非豆科C3作物中蛋白质和矿物质(如锌、铁)以及部分维生素的含量,加剧目前全球约2亿人由于维生素和矿物质元素等营养缺乏导致的健康问题。如何充分利用未来高[CO_2]实现高增产的同时,减缓粮食养分下降的负面影响,是迫切需要解决的科学问题。     

气候变暖对我国水稻生产的综合影响及其应对策略

气候变暖已是不争的事实,预计到21世纪末全球地表平均气温仍将上升1.5℃以上。水稻是我国最重要的口粮作物,全国80%以上的人口以稻米为主食,探明气候变暖对我国“口粮绝对安全”的潜在影响意义重大。作者依据多年的田间增温试验及长期观察,并结合国内外现有研究,阐明了我国粮食主产区气候变暖的基本态势,总结发现温度升高1.5℃对我国水稻生产的潜在影响正负参半,并取决于具体的稻作季节和地区。但是,随着水稻种植制度调整,尤其是南方双季稻种植面积下降,温度升高对我国水稻生产的负面影响将逐步递增。最后,作者提出了应对气候变暖的气候智慧型稻作技术创新建议,并展望了该研究领域的重点内容和方向。     

气候变化对呼伦贝尔草地地上生物量的影响

基于温、压、湿、风等主要气象资料,结合生长季逐月的地上生物量实测数据,分析气候变化及气候年型对牧草产量形成的影响,结果表明：（1）两站降水量呈波动变化,无明显的变化趋势;（2）额尔古纳和鄂温克的年均气温呈显著升高的趋势,气温倾向率分别为0.348℃/10 a、0.444℃/10 a,增温速率均明显高于同期中国东北地区,其中,鄂温克的增温速率高于中国增温最迅速的青藏地区;（3）额尔古纳和鄂温克潜在蒸散量呈波动升高的趋势;（4）两站湿润度呈显著的波动下降趋势,气候呈较明显的变干燥趋势;（5）湿润状况影响两站地上生物量形成,气候偏旱年草原地上生物量的形成会受到显著的抑制,两站草地地上生物量均与当月及上个月的湿润度指数呈线性回归关系。     

Positionality and protocol in field research: Undertaking community‐based investigations in Samoa

This article considers the experiences of a Samoan female geographer undertaking community‐based field research in her home country, and identifies some lessons for researchers working in similar circumstances. The paper suggests that ethical behaviour in research is ‘place‐specific’, and there is therefore a need to employ culturally sensitive and ‘location‐specific’ methodologies when undertaking community‐based research fieldwork. For the lead researcher, growing up in Samoa played a significant role in gaining an understanding of a set of robust and effective procedures to evaluate citizens' resilience to climatic and other environmental challenges. Fluency in everyday and more formal local languages, and awareness of local differences, each with multi‐layered connections to local communities, understanding cultural nuances and practising respect for va tapuia [sacred space or relationships] protocols, together facilitated the process of knowledge acquisition and helped to confirm the validity of the conclusions derived from the study.     

盐渍化灌区节水改造后土壤盐分时空变化规律研究

为探明沈乌灌域节水改造后因地下水水位变化造成的土壤盐分重分布规律,采用区域土壤信息定点监测,并结合经典统计学、空间插值、缓冲区分析和空间自相关分析方法,研究节水改造前后沈乌灌域土壤盐分空间变异、时空分布规律及不同改造年限区域土壤盐分变化差异。结果表明:节水改造后,秋浇前土壤整体含盐量平均降幅7. 30%,秋浇水量减少,秋浇后土壤盐分淋洗效果减弱9. 26%;空间上,土壤盐分高值区(大于6 g/kg)多位于地下水埋深较浅的东北和南部区域,低值区(小于2 g/kg)位于西南和东部沙区。节水改造后,秋浇前土壤盐分全局Moran’s I指数平均增幅为5%,空间相关性增强;秋浇水量减少,全局Moran’s I指数变化不显著,秋浇作用对土壤盐分空间自相关影响度减弱。由LISA集聚分析可知,改造后、秋浇前南部高-高显著区向不显著和高-低区转变,秋浇后南部集聚特征仍十分显著,存在盐渍化风险,改造后仍是盐渍化防治重点区域。针对中度耐盐作物,沈乌灌域耕层作物生长安全区和深层非盐渍土面积比例分别为49. 66%和71. 57%;改造后,秋浇前耕层作物生长安全区和深层非盐渍土分别增加4. 82、1. 85个百分点,秋浇后,耕层作物生长安全区面积增幅下降5. 02个百分点,深层变化不显著。不同距离缓冲区对平均土壤含盐量的解释能力较强,长期改造区和短期改造区受渠道影响半径分别为1. 5 km和0. 7 km,长期改造区缓冲区内平均土壤含盐量下降速率高于短期改造区,均一化程度较高。综上所述,节水改造工程实施后,土壤盐渍化程度减轻,作物生长安全区面积增加,表聚作用弱化,秋浇水量减少,土壤盐分淋洗效果减弱,土壤环境有所改善。