增温和降水变化对西北半干旱区春小麦产量和品质的影响

为了明确未来气候变化对半干旱区春小麦产量和品质的影响,本研究选择典型半干旱区定西试验基地,利用开放式红外增温模拟系统和水分控制装置设置不同降水量(减少20%、不变、增加20%)和温度梯度[大气温度(对照)、增加1.0℃、增加2.0℃、增加3.0℃],模拟气候变化对春小麦生长发育、产量及其构成因素和品质的影响.结果表明:当增温幅度小于2℃时,降水变化对春小麦穗粒数影响不显著;当增温为3℃时,降水减少显著减少穗粒数,降水增加显著增加穗粒数.随着气温升高,降水减少对春小麦千粒重的负效应增大,春小麦不孕小穗数与气温呈二次曲线上升.降水减少20%条件下,增温1、2和3℃的春小麦产量分别下降12.1%、24.7%、42.7%;降水不变条件下,春小麦产量分别下降8.4%、15.1%、21.8%;降水增加20%条件下,春小麦产量分别下降9.0%、15.5%、22.2%.春小麦籽粒淀粉含量随温度的增加而下降,籽粒蛋白质含量随温度的增加而上升.增温2℃有利于蚜虫暴发,但增温3℃抑制蚜虫暴发;春小麦锈病发病率随着温度增加而上升.     

播期对陇中黄土高原半干旱区马铃薯生长发育及产量的影响

在气候变化的背景下,为了探寻陇中黄土高原半干旱区马铃薯的适宜播种期,2010年在甘肃定西进行了马铃薯分期播种试验,并对不同播期条件下马铃薯生长发育及产量形成进行了分析.结果表明:随着播期的推迟,马铃薯全生育期缩短,株高出现明显变化,单株干物质最大积累速率提前;从不同播期来看,5月27日播种的植株高度、叶面积指数、单株干物质积累量和最大积累速率均最大,马铃薯块茎鲜重的增长过程呈“慢-快-慢”S型曲线;块茎鲜重最大积累速率出现的时间随播期的推迟而提前;产量数据的方差和多重比较分析结果表明,播期是影响产量的主要因素,其中5月27日播期的丰产性最好;对各播期不同生育期的气候条件进行比较表明,5月底或6月初是陇中黄土高原半干旱区马铃薯的适宜播种时间.     

西北干旱区玉米对气候变暖的响应

摘要: 利用地面观测资料,就西北干旱区河西走廊绿洲作物玉米(Zea mays L.)对变暖的响应进行了初步的探讨。结果表明:近二十多年来,西北干旱区作物玉米对变暖的响应以生长季提前和生长期缩短为主要方式。但是,存在一个临界温度,当玉米生长期间平均气温小于临界温度时,增温使玉米生长期缩短;当玉米生长期间平均温度大于临界温度时,增温使玉米生长期有不再减小的趋势。未来的持续增温可能导致玉米生长期平均气温超过临界温度,从而可能使西北干旱区玉米生长期延长。西北干旱区作物玉米对变暖的响应还表现出一定的阶段差异,增温使玉米拔节期以前的营养生长阶段缩短,抽雄-槭乳熟期的生殖生长阶段延长, 乳熟-成熟期的生殖生长阶段缩短。西北干旱区作物玉米对变暖响应的这种特点可能与绿洲的气候特点、作物的生理特性及增温的季节差异有关,而其响应的生物学机制可能与变暖使自然植被秋季生长季延长的生物学机制不同。     

西北干旱区玉米对气候变暖的响应

利用地面观测资料,就西北干旱区河西走廊绿洲作物玉米(Zea mays L.)对变暖的响应进行了初步的探讨.结果表明:近二十多年来,西北干旱区作物玉米对变暖的响应以生长季提前和生长期缩短为主要方式.但是,存在一个临界温度,当玉米生长期间平均气温小于临界温度时,增温使玉米生长期缩短;当玉米生长期间平均温度大于临界温度时,增温使玉米生长期有不再减小的趋势.未来的持续增温可能导致玉米生长期平均气温超过临界温度,从而可能使西北干旱区玉米生长期延长.西北干旱区作物玉米对变暖的响应还表现出一定的阶段差异,增温使玉米拔节期以前的营养生长阶段缩短,抽雄-槭乳熟期的生殖生长阶段延长,乳熟-成熟期的生殖生长阶段缩短.西北干旱区作物玉米对变暖响应的这种特点可能与绿洲的气候特点、作物的生理特性及增温的季节差异有关,而其响应的生物学机制可能与变暖使自然植被秋季生长季延长的生物学机制不同.     

半干旱区春小麦生长系统的人工神经网络模型与产量预测

以半干旱区春小麦生长系统为研究对象。探讨了作物生长系统中水分、土壤养分等生态因子的时空变化特征及春小麦产量形成机制,应用人工神经网络方法建立了半干旱区春小麦生长系统的产量随环境因子变化的神经网络模型,并与传统的CTM模型进行了比较。模拟结果表明,人工神经网络模型可适用于半干旱区春小麦生长系统产量随环境因子变化规律描述,且优于传统模型,从而为春小麦产量预测提供了新的途径,也为作物生态系统的人工调控提供了新的模式与定量依据。     

半干旱区氮肥运筹对全膜双垄沟播玉米水肥利用和产量的影响

施肥方式不当是半干旱区全膜双垄沟播玉米水肥利用率低的主要原因之一,研究氮肥减量后移和有机肥替代对玉米水肥利用效率和产量的影响,可为该区玉米水肥高效管理提供理论依据。依托4年大田定位试验,设置3个处理,即肥料全部基施(CK)、减氮15%且在抽雄期追施(RN)、30%的化肥以有机肥替代且在抽雄期追施(RNM),研究不同施肥模式对玉米耗水特性、生长发育和水肥利用效率的影响。结果表明:施肥方式对玉米水肥利用效率和产量有显著调控作用,并与降雨年型密切相关。欠水年和平水年,RN花前耗水量较CK降低16.1%～18.8%,花后耗水量提高18.0%～22.2%;RNM花前、花后耗水量均与CK差异不显著。丰水年,RN和RNM花前耗水量分别较CK降低16.7%和6.3%,花后耗水量分别增加11.4%和29.7%。与CK相比,RN显著提高了追肥后玉米叶片叶绿素相对含量(SPAD值),花后生物量增加15.6%～44.9%,穗长、穗粒数、穗粒重和百粒重显著提高,产量增加9.8%～17.0%,水分利用效率(WUE)提高6.3%～21.4%,肥料偏生产力(PEP_T)、氮素偏生产力(PEP     

黄土高原半干旱区农田水肥条件对作物生态位适宜度和产量的影响

将生态位理论引进作物生长系统研究中,探讨了作物生态位适宜度的内涵,建立了其数学模型;并依据大田水肥控制实验,对作物生态位适宜度值进行了定量分析。结果表明：在水分梯度上随着土壤水分含量的增加,作物生态位适度值呈上升趋势;适量施肥和播种后地膜覆盖均有增加叶面积指数,提高适宜度值和增加产量的效果。其中水平条件下施低肥、中肥和高肥,比不施肥样区的叶面积指数最大值分别增加了43.5％、80.7％和88.8％;适宜度值分别提高了6.4％、17.9％和23.0％;籽粒产量分别增加了25.0％、69.9％和90.9％。地膜覆盖30d和50d,作物适宜度值上升了13.9％和17.7％,作物产量增加了55.3％和70.3％。作物产量与其适宜度值之间呈现显著的线性相关关系。     

夜间增温对江苏不同年代水稻主栽品种生育期和产量的影响

采用开放式主动增温系统,在江苏省丹阳市开展夜间增温试验,研究夜间温度升高对江苏1970s—2000s 8个主要推广水稻品种生育期和产量的影响.结果表明:不同年代水稻品种的主要生长特性对夜间增温的响应程度存在明显差异,但响应趋势基本一致.全生育期内水稻冠层夜间温度平均升高0.9℃,水稻始穗期平均提前1.1 d,全生育期缩短1.3 d.夜间增温下,花后总绿叶面积和剑叶面积呈下降趋势,成熟期生物学产量和籽粒产量分别平均降低了3.5%和5.1%,植株N含量也降低.产量构成分析发现,夜间增温主要通过降低水稻有效穗数和穗粒数使产量下降,单位面积总颖花数下降了12.6%.品种间并未随年代发展而出现明显的变化趋势,新老品种间差异不显著.     

浅埋滴灌水肥耦合对辽西半干旱区春玉米产量的影响

为揭示辽西半干旱区浅埋滴灌水肥耦合春玉米的产量效应,采用水、氮、钾三因子五水平二次回归正交设计,于2017—2018年开展了田间试验。研究以产量（Y）为因变量,以灌溉量（W）、施氮量（N）、施钾量（K）为自变量,建立二次回归模型,分析Y与W、N、K之间的耦合关系。结果表明:浅埋滴灌水肥耦合对产量有显著影响。W、N、K单因子对Y的提高均有促进作用,影响程度为W>N>K;二因子交互作用对产量的影响呈先提高后降低的变化趋势,交互作用的大小顺序为WN>WK>NK;三因子耦合产量效应表现为丰水丰氮丰钾配合处理最高,高水高氮高钾次之,低水低氮低钾最低。利用模型寻优,得到较高产量8000～8810kg·hm^-2的浅埋滴灌适宜水肥配比范围,即在自然降雨条件下,灌溉量43～61 mm、施氮量138～343 kg·hm^-2、施钾量79～163 kg·hm^-2。研究结果可为北方半干旱区浅埋滴灌水肥一体化种植模式的应用推广提供依据。     

硒肥对马铃薯硒素吸收、转化及产量、品质的影响

通过设对照(CK)、保水缓释硒肥(W)、生物炭基硒肥(C)、硒酸钠硒肥(S)4个处理来研究不同硒肥对马铃薯(品种为早大白)硒素吸收、转化及产量、品质的影响。结果表明:各处理马铃薯各器官硒含量在生育期内总体上呈下降趋势,马铃薯各器官的硒含量呈现:苗期根茎叶片;成熟期叶片茎块茎的特点;随着硒肥用量的增加,W处理下的总硒、无机硒、有机硒含量呈增大趋势,产量、有机硒转化率、粗蛋白、还原糖和Vc呈先升高后降低的趋势;C处理和S处理下,马铃薯以上各指标均呈先升高后降低的趋势,在低施硒量(0.126 kg/hm2)时,3种硒肥显著降低了马铃薯块茎淀粉含量,之后随着施硒量的增加淀粉含量变化不显著;与对照相比,3种硒肥在适宜施硒量(0.379 kg/hm2)时,马铃薯产量提高了4.87%—5.44%,粗蛋白含量增加了12.18%—20.03%,还原糖提高了6.45%—12.90%,Vc含量提高-0.54%—3.11%,有机硒转化率增加13.00%—15.10%,淀粉含量增加了-0.73%—1.12%;综合考虑3种硒肥对马铃薯含硒量、产量、品质的影响,W处理最佳,C处理次之,S处理最差。     

气候暖干化对甘肃省谷子产量的影响及对策

基于甘肃省甘州（河西温和干旱绿洲灌溉区）、安定（陇中温和半干旱旱作区）、西峰（陇东温和半湿润旱作区）气温、降水和谷子产量资料,计算出各区域谷子生育期内≥0 ℃、≥5 ℃、≥10 ℃、≥15 ℃、≥20 ℃活动积温以及生育关键期平均气温和降水量,用正交多项式拟合分离出谷子气候产量,并采用线性倾向、累积距平、Mann-Kendall法分析研究区气候和谷子气候产量的变化特征,以及气候变化对谷子产量的影响.结果表明：气候暖干化是甘肃各区域现代气候变化的主要特征,各地气温从20世纪90年代初开始呈显著上升趋势,降水从20世纪80年代后期开始显著减少;该区谷子产量与温度、降水量呈显著相关关系,旱作区谷子产量随生育关键期内气温增高、降水量增多而提高,河西走廊绿洲灌区谷子产量随气温增高而提高;气候暖干化严重影响谷子产量,西峰、安定、甘州谷子产量的气象波动指数分别占实际产量变异系数的73%、72%和54%,变暖后（1993-2008年）较变暖前（1985-1992年）所占百分率明显增大;气候变暖有利于谷子产量增加,与气候变暖前相比,气候变暖后西峰、安定、甘州谷子年均气候产量的增加量分别为30.6、43.1和121.1 kg·hm^-2.针对甘肃省未来气候继续暖干化的趋势,应进一步扩大谷子种植面积、调整谷子种植结构,同时,要根据不同气候类型区域、不同气候年型选种不同特性的品种,采取不同的种植措施.     

开放式增温下非对称性增温对冬小麦生长特征及产量构成的影响

在江苏南京(2007-2009年)设置了全天增温(AW)、白天增温(DW)和夜间增温(NW)3种处理,研究冬小麦生长及产量构成的响应差异.结果表明:非对称性增温条件下,冬小麦的无效分蘖减少,有效分蘖增加.对照(CK)处理的无效分蘖分别是AW、DW和NW处理的2.6、1.7和3.5倍,但有效分蘖却比3个增温处理分别减少13.7%、3.2%和0.5%.AW、DW和NW处理小麦株高分别较CK提高了5.6%、4.5%和1.3%.旗叶面积分别提高了45.7%、39.4%和26.1%,开花期总绿叶面积分别提高了25.1%、29.8%和17.3%,同期绿叶比分别提高了37.7%、43.3%和38.7%.穗部性状中,AW、DW和NW处理的每穗颖花数平均比CK提高了4.1%、5.7%和1.7%,每穗实粒数分别提高了2.2%、5.3%和2.6%.AW、DW和NW处理冬小麦的粒叶比平均分别较CK降低了15.3%、8.5%和11.3%,但千粒重平均分别提高了6.9%、6.2%和11.8%,单位面积产量平均分别提高了27.0%、40.1%和18.3%.表明预期增温条件下华东地区冬小麦生产力将可能进一步提高.     

气候变化与人类活动对河北省马铃薯产量的影响

基于河北省1982—2022年20个气象站观测资料、化肥施用量、有效灌溉面积和马铃薯产量资料,采用相关分析、通径分析和残差趋势法等方法,研究了气候变化和人类活动对马铃薯产量的影响。结果表明：河北省马铃薯生育期内日平均气温、日最高气温、日最低气温、0 cm和5 cm地温均显著升高,日照时数显著减少,降水量不显著升高,空气相对湿度不显著降低;马铃薯气象产量波动平均为中幅,2012—2022年以弱幅为主;气候变化和人类活动对马铃薯产量增加的相对贡献率分别为59.07%和40.93%,气候变化是马铃薯产量增加的主导因素。     

Population trends of European common birds are predicted by characteristics of their climatic niche

Temperate species are projected to experience the greatest temperature increases across a range of modelled climate change scenarios, and climate warming has been linked to geographical range and population changes of individual species at such latitudes. However, beyond the multiple modelling approaches, we lack empirical evidence of contemporary climate change impacts on populations in broad taxonomic groups and at continental scales. Identifying reliable predictors of species resilience or susceptibility to climate warming is of critical importance in assessing potential risks to species, ecosystems and ecosystem services. Here we analysed long‐term trends of 110 common breeding birds across Europe (20 countries), to identify climate niche characteristics, adjusted to other environmental and life history traits, that predict large‐scale population changes accounting for phylogenetic relatedness among species. Beyond the now well‐documented decline of farmland specialists, we found that species with the lowest thermal maxima (as the mean spring and summer temperature of the hottest part of the breeding distribution in Europe) showed the sharpest declines between 1980 and 2005. Thermal maximum predicted the recent trends independently of other potential predictors. This study emphasizes the need to account for both land‐use and climate changes to assess the fate of species. Moreover, we highlight that thermal maximum appears as a reliable and simple predictor of the long‐term trends of such endothermic species facing climate change.     

半干旱区不同垄沟集雨种植马铃薯模式对土壤蒸发的影响

通过垄沟集雨种植马铃薯试验,研究了不同垄沟集雨种植模式对土壤蒸发的影响.结果表明,在马铃薯全生育期,垄上覆盖塑料薄膜(CR)处理土壤蒸发量为122.9～165 mm,垄上原土夯实不覆膜(UR)处理土壤蒸发量为90.9～101.2 mm,无垄带状种植(CK) 土壤蒸发量为80.7 mm.其中,覆膜垄处理CR₆₀在马铃薯成熟期土壤蒸发强度最大,达2.6 mm·d^-1,平均为1.46 mm·d^-1,而对照的土壤蒸发强度为0.65 mm·d^-1;不覆膜土垄处理(UR₃₀)土壤蒸发强度苗期最小,只有0.2 mm·d^-1,平均为0.39 mm·d^-1,而对照的土壤蒸发强度为0.58 mm·d^-1.在马铃薯生长的现蕾期和开花期,水面蒸发量最大,日平均水面蒸发量分别为8.3和9.0 mm,与土壤蒸发不同步.马铃薯成熟期,各处理棵间土壤蒸发量都达到最大值.覆膜垄蒸发量最大,集雨效果显著,所以应采取抑制土壤蒸发措施,以便进一步提高水分利用效率.     

Coupling microscale vegetation–soil water and macroscale vegetation–precipitation feedbacks in semiarid ecosystems

At macroscale, land–atmosphere exchange of energy and water in semiarid zones such as the Sahel constitutes a strong positive feedback between vegetation density and precipitation. At microscale, however, additional positive feedbacks between hydrology and vegetation such as increase of infiltration due to increase of vegetation, have been reported and have a large impact on vegetation distribution and spatial pattern formation. If both macroscale and microscale positive feedbacks are present in the same region, it is reasonable to assume that these feedback mechanisms are connected. In this study, we develop and analyse a soil‐vegetation‐atmosphere model coupling large‐scale evapotranspiration–precipitation feedback with a model of microscale vegetation–hydrology feedback to study the integration of these nonlinearities at disparate scales. From our results, two important conclusions can be drawn: (1) it is important to account for spatially explicit vegetation dynamics at the microscale in climate models (the strength of the precipitation feedback increased up to 35% by accounting for these microscale dynamics); (2) studies on resilience of ecosystems to climate change should always be cast within a framework of possible large‐scale atmospheric feedback mechanism (substantial changes in vegetation resilience resulted from incorporating macroscale precipitation feedback). Analysis of full‐coupled modelling shows that both type of feedbacks markedly influence each other and that they should both be accounted for in climate change models.     

基于红外增温的草地生态系统响应全球变暖的研究进展

为了更好地了解全球变暖对草地生态系统的影响机制, 该文介绍了红外加热技术的原理、增温效应及其优缺点, 重点从植物物候、光合生理、生长发育、群落结构和功能、土壤特性, 特别是植物群落地下过程方面, 系统综述了基于红外加热技术模拟气候变暖对草地生态系统影响的最新研究进展, 在此基础上探讨了未来草地生态系统响应全球变暖研究拟重视的研究领域。