气候变化背景下中国农业气候资源变化Ⅷ.江西省双季稻各生育期热量条件变化特征

基于江西省地面气象资料和农业气象试验站数据,分析了江西省双季稻生育期的变化趋势,并利用生长度日（GDD）、低温度日（CDD）和高温度日（HDD）对1981-2007年江西省水稻各生育期热量资源的变化趋势进行分析.结果表明：气候变暖背景下,江西省水稻生长季平均气温、平均最低气温和平均最高气温均呈升高趋势,引起双季稻生长季缩短,其中,营养生长期日数减少最明显,而生殖生长期延长;生长度日和高温度日均增加,低温度日减少.研究期间,江西省双季稻有效热量资源增加,低温风险减少,但高温风险增多;江西省水稻有效热量资源的空间变化特征表现为东北部的增幅大于西南部,南部的低温风险大于北部,中部的高温风险最大.     

大豆植株发育过程中不同部位的硝态氮含量和硝酸还原酶活力的变化

同一时期的大豆品种长农5号植株中硝态氮含量是,主茎大于叶柄大于叶片,前二者中硝态氮含量随着生育进程逐渐减少,生育前期由基部向上逐渐增加,鼓粒期以后各节位间无明显变化。营养生长期间,叶片中硝态氮含量较高,不同生殖生长期间或同一时期的不同节位变化不明显。硝酸还原酶活力是成熟叶片中低,幼嫩叶片中高,且随着生育进程逐渐降低。     

1961—2019年辽宁省高温天气变化特征

深入理解高温热浪天气的变化特征、辨识其影响因素,对于科学防控高温天气的危害、保障经济社会可持续发展具有重要意义。本研究基于1961—2019年6—8月辽宁省23个气象站点的日最高气温、相对湿度和风速数据,分析日最高气温(Tx)、日最高体感温度(AT)和高温热浪(连续3 d≥35 ℃)的变化特征,并采用灰色关联度分析气象因子对AT的影响。结果表明: 1961—2019年,辽宁省各站点6、7和8月Tx的平均值分别为26.19、28.29和28.14 ℃,气候倾向率平均值分别为0.17、0.20、0.17 ℃·(10 a)^-1,AT的平均值分别为27.35、31.13、31.08 ℃,气候倾向率平均值分别为0.38、0.35、0.28 ℃·(10 a)^-1。6—8月,研究区各站点Tx、AT与其气候倾向率均呈显著负相关关系,说明夏季Tx、AT低值区的增温幅度大于高值区,应重视研究区夏季Tx、AT低值区的高温防御。6—8月,各站点日最高气温≥35 ℃日数平均值为0.85 d·a^-1,6、7月明显大于8月,高值区主要位于辽宁西部,低值区主要位于辽宁南部和滨海地区,平均增加速率为0.20 d·(10 a)^-1。各站点多年平均高温热浪次数为0.071次,高值区主要分布在西部地区,南部和滨海地区未出现高温热浪事件。关联度分析表明,6月最高体感温度与相对湿度关系最密切,而7月和8月最高体感温度与最高气温关系最密切。因此,在高温天气预报预警中应充分考虑相对湿度的影响。     

气候变化背景下东北地区热量资源及玉米温度适宜度

利用RegCM3模式输出的东北三省1951-2100年日平均温度和最低温度,分析了东北三省热量资源和玉米不同生育期温度适宜度的时空分布.结果表明:1951-2100年,东北地区热量资源显著增加,稳定通过10℃初日不断提前,初日在4月25日之前的区域北界向东向北扩展,2071-2100年辽宁部分地区初日已提前至3月26日;≥10℃活动积温大于3000℃·d的区域面积不断增加,玉米的生长季长度不断增加,适宜种植晚熟玉米的区域面积不断增加.与1981-2010年相比,2011-2100年,东北三省年均温度将平均升高3.34℃.1951-2100年,玉米播种-出苗期以及出苗-抽雄期的温度适宜度随时间逐渐升高;1951-2040年,辽宁省玉米抽雄-成熟期以及全生育期的温度适宜度较高,而黑龙江省较低;2041-2100年,辽宁省玉米抽雄-成熟期以及全生育期的温度适宜度逐渐降低,吉林省东部和黑龙江省呈逐渐增加的趋势.     

中国北方气候暖干化对粮食作物的影响及应对措施

东北、华北和西北50a来的平均气温增幅高于全国平均水平,气候变暖明显,尤其冬季增温最显著。区域增暖的极端最低气温远比极端最高气温的贡献大。东北、华北大部、西北东部降水量明显减少,平均每10a减少20—40mm,尤其春夏季减少最明显。这种趋势一直延续到20世纪90年代以后,干旱化趋势非常突出。在综述我国北方现代气候变化基本特征是暖干化的基础上,重点阐述了喜凉作物冬小麦、春小麦、马铃薯和喜温作物水稻、玉米、谷子、糜子等7种主要粮食作物的生长发育、品种熟性、种植区域与面积、产量与品质等对气候暖干化的响应特征。揭示了气候暖干化使春播作物播期提早,苗期生长发育速度加快,营养生长期提前,生殖生长期和全生育期延长;秋作物发育期推迟,生殖生长期和全生长期延长;越冬作物播期推迟,越冬死亡率降低,种植风险减少,春初提前返青,生殖生长期提早,全生育期缩短。使作物适宜种植区域向高纬度高海拔扩展;品种熟性向偏中晚熟高产品种发展;喜温作物和越冬作物以及冷凉气候区的作物种植面积迅速扩大;在旱作区种植不较耐旱的玉米、春小麦等作物种植面积受到制约。对雨养农业区的作物气候产量影响严重,尤其对不够耐旱的小麦和玉米的气候产量受影响最大;对较耐旱的谷子、糜子、马铃薯等影响较轻。从作物属性而言,对喜温作物水稻、玉米和越冬作物冬小麦有利于气候产量提高;对喜凉作物春小麦和马铃薯的气候产量将产生不利影响。同时,提出了从5个方面应对气候暖干化的技术措施,调整作物种植结构,确保粮食生产安全;根据不同气候年型调整各种作物种植比例;针对不同气候区域发展优势作物和配置作物种植格局;采取不同栽培技术和管理模式应对气候变化;采取综合配套技术提髙抵御灾害能力。为粮食作物安全生产和种植结构调整与布局提供科学依据。     

近10年北京极端高温天气条件下的地表温度变化及其对城市化的响应

以北京市为研究区,利用2000年和2010年极端高温发生时MODIS卫星的地表温度（LST）产品数据,结合DMSP/OLS夜间灯光数据,应用差值、等温线、剖面分析等方法,分析了北京市近十年来极端高温发生时地表温度的时空变化特征及其对城市化的响应。研究结果表明：（1）近十年来,极端高温时的地表温度升高,高温区范围增加,城市功能拓展区与发展新区的高温区增加面积大于首都功能核心区与生态涵养区;（2）北京市城市化发展迅速,城市扩张对极端高温条件下的地表温度时空分布与变化趋势起着主导作用。     

气候变化背景下中国农业气候资源变化Ⅵ.黑龙江省三江平原地区降水资源变化特征及其对春玉米生产的可能影响

利用黑龙江省三江平原地区1959-2007年降水资料和1983-2007年春玉米生育期资料,采用百分位法确定了各站点的极端降水阈值,结合极端降水频次、强度、最长连续(无)降水日数、极端降水贡献率等指标,分析了三江平原地区极端降水的年际间变化特征、不同等级的降水量变化以及春玉米各生育阶段极端降水的分配特征.结果表明:1959-2007年间,研究区域年降水量呈略微减少趋势,且年降水日数的减幅远大于降水量,年内降水量分布更趋于集中;极端降水频次和强度均呈减少趋势,极端降水频次的年际间波动大于极端降水强度;年极端降水量占全年降水量的比例略有减少,减少趋势不显著;年小雨日数极显著减少,而年中雨日数和年内大到暴雨日数的减少趋势不显著.三江平原地区春玉米各生育阶段的极端降水分配比例由高到低依次为生殖生长阶段、营养生长与生殖生长并存阶段、营养生长阶段和出苗前;春玉米生长季内降水量占年降水量的比例显著减少,导致春玉米生长季缺水的风险加大;春玉米生长季内最长连续无降水日数呈极显著增加趋势,增幅达1.1 d·(10 a)-1,而最长连续降水日数却呈极显著下降趋势,减幅为0.5 d·(10 a)-1,说明研究区自然降水条件下春玉米生长季干旱风险有所加大.     

干旱条件下夏玉米地-气温差的影响因素及其模拟

地-气温差指标表征作物水分亏缺状况已经被广泛研究,但地-气温差随作物生育进程的变化特征及其影响因子的观测研究仍较少,制约着地-气温差的准确模拟.基于夏玉米2014年三叶期和2015年拔节期的5个灌溉水分控制试验资料的研究表明: 随着夏玉米生育进程的推进,土壤水分的变化显著影响了夏玉米农田的地-气温差,土壤水分亏缺越严重,地-气温差越高.在整个水分处理期间,归一化植被指数是地-气温差的主要影响因子且两者呈显著的线性关系,但不同生育期地-气温差还受其他因子的影响:三叶期后受冠层吸收光合有效辐射比影响且呈显著的线性关系,三叶期至拔节期则受土壤相对湿度和空气相对湿度的影响且呈显著的线性关系.在此基础上,基于2014年试验资料建立了夏玉米全生育期地-气温差模拟模型、营养生长期地-气温差模拟模型和生殖生长期地-气温差模拟模型,并利用2015年夏玉米拔节期5个灌溉水分控制试验资料进行了模型验证,结果表明,夏玉米全生育期地-气温差模型可以解释2015年地-气温差变异的63%,但地-气温差分生育期模拟模型,即营养生长期地-气温差模拟模型和生殖生长期地-气温差模拟模型综合的模拟结果则可解释2015年地-气温差变异的79%.研究结果为基于地-气温差的作物干旱指标定量评估作物干旱提供了依据.     

气候变化背景下中国农业气候资源变化Ⅵ. 黑龙江省三江平原地区降水资源变化特征及其对春玉米生产的可能影响

利用黑龙江省三江平原地区1959—2007年降水资料和1983—2007年春玉米生育期资料,采用百分位法确定了各站点的极端降水阈值,结合极端降水频次、强度、最长连续（无）降水日数、极端降水贡献率等指标,分析了三江平原地区极端降水的年际间变化特征、不同等级的降水量变化以及春玉米各生育阶段极端降水的分配特征.结果表明：1959—2007年间,研究区域年降水量呈略微减少趋势,且年降水日数的减幅远大于降水量,年内降水量分布更趋于集中;极端降水频次和强度均呈减少趋势,极端降水频次的年际间波动大于极端降水强度;年极端降水量占全年降水量的比例略有减少,减少趋势不显著;年小雨日数极显著减少,而年中雨日数和年内大到暴雨日数的减少趋势不显著.三江平原地区春玉米各生育阶段的极端降水分配比例由高到低依次为生殖生长阶段、营养生长与生殖生长并存阶段、营养生长阶段和出苗前;春玉米生长季内降水量占年降水量的比例显著减少,导致春玉米生长季缺水的风险加大;春玉米生长季内最长连续无降水日数呈极显著增加趋势,增幅达1.1 d·(10 a) ^-1,而最长连续降水日数却呈极显著下降趋势,减幅为0.5 d·(10 a)^-1,说明研究区自然降水条件下春玉米生长季干旱风险有所加大.     

华北平原冬小麦和夏玉米气候适宜性

作物气候适宜度研究有利于应对气候变化对作物生产的影响,合理开发利用农业气候资源,保障粮食生产安全。本研究运用气候适宜度理论构建作物气候适宜度模型,利用华北平原多站点气象和物候观测数据计算1981—2017年典型作物冬小麦和夏玉米不同生育期气候适宜度,并分析其时空变化特征。结果表明:华北平原冬小麦全生育期光照、温度、降水和综合气候适宜度分别为0.69、0.63、0.50和0.58,生育期内降水资源不足是华北平原冬小麦生长的限制因子,而夏玉米生育期内光照、温度、降水和综合气候适宜度均高于0.60;冬小麦全生育期温度、降水和综合气候适宜度变化趋势不明显,光照适宜度以0.020(10 a~(-1))趋势下降;夏玉米全生育期内仅光照适宜度下降趋势明显,温度、降水和综合气候适宜度变化趋势均不显著;空间上,冬小麦全生育期光照适宜度呈现出自西南向东北升高的空间分布趋势,温度适宜度大致为北低南高,降水和综合气候适宜度自北向南逐渐升高;夏玉米全生育期光照适宜度呈现出自西南向东北升高的分布趋势,温度适宜度大体上自东向西降低,降水适宜度自西北向东南升高,综合气候适宜度呈现出自西向东逐渐升高的"阶梯状"空间分布特征。     

气候变化背景下松嫩平原玉米灌溉需水量估算及预测

开展农作物需水规律研究对于干旱半干旱区域旱作物节水灌溉和水分管理实践具有重要意义。以松嫩平原玉米为研究对象,研究玉米生育期需水量规律及灌溉需水量。结果表明:(1)历史时期和未来气候变化情景下,松嫩平原玉米全生育期和L~(mid)时段灌溉需水量等值线沿西南—东北方向递减,其中全生育期和L~(mid)时段2000s灌溉需水量临界等势线(灌溉需水量为0的等势线)分别比1970s北移70.2km和53.4km,全生育期和L~(mid)时段2040s灌溉需水量临界等势线分别比2010s北移30.9km和55.2km。(2)历史时期和气候变化情景下玉米全生育期灌溉需水量随年代呈波动增加趋势,其中前者以29.1mm/(10a)速度增加,后者以17.5mm/(10a)速度增加。(3)未来温度和降雨量变化对玉米需水量的贡献率为波动上升趋势,与1970s相比,2000s温度和降雨量变化对玉米需水量的贡献率为22.1%,增加6.8亿m~3灌溉水量;2040s温度和降雨量变化对玉米需水量的贡献率为38.3%,增加12.6亿m~3灌溉水量。     

1961—2020年松花江流域极端气候指数的时空变化特征

研究气候变化和极端气候对保障松花江流域的粮食安全和社会经济发展具有重要意义。基于松花江流域及其附近69个气象站点的1961—2020年逐日降水量、最高气温和最低气温数据，采用世界气象组织推荐的27个极端气候指数，利用一元线性回归模型和Mann-Kendall趋势检验以及普通克里金插值分析松花江流域极端温度和降水的时空变化特征。结果表明：1961—2020年，研究区极端冷指数中除了冷日持续时间外，其余均呈下降趋势，而极端暖指数、极值指数及其他温度指数呈上升趋势，且最低气温的上升趋势大于最高气温。结冰日数和冷日持续时间及暖日持续时间呈现出自南向北递增的趋势，而日最高气温极低值和日最低气温极低值则呈现相反的空间特征。夏日日数和热夜日数的高值区主要分布在西南部，而冷昼日数、暖夜日数、暖昼日数的空间变化不明显。整体上，除了冷日持续时间外，其他的极端冷指数在松花江流域北部和西部下降趋势较快；而暖指数中的夏日日数、暖夜日数、暖昼日数、暖日持续时间在北部和西部的上升速度较快，热夜日数在西南部上升速度最快；极值指数中，温度的极大值在西北部上升最快，而极小值在东北部上升最快。除了持续干燥日外，其余的降水指...     

我国东北地区不同生态条件下玉米品种积温需求及利用特征

为研究玉米品种在年份间和地域间正常成熟所需积温特征及其对当地积温的利用效率,以广适性品种郑单958为试验材料,2007-2009年在我国东北春播玉米区(40°-48°N),累计布置28个试验区,开展了55点次的玉米生长发育与产量表现联网试验.结果表明:我国东北春播玉米种植区的气象条件差异较大,在同一试验区,不同年份玉米完成整个生育进程所需积温差异不显著(P＞0.1);在同一年份,不同试验区所需积温呈极显著差异(P＜0.001),其中从播种至出苗阶段地区间相对差异最大,其次是吐丝至成熟阶段,出苗至吐丝阶段差异最小.郑单958成熟度与研究区热量条件显著相关,当地积温的利用效率与纬度呈极显著的线性回归关系;该品种在生长季＞3000℃活动积温的地区属于安全种植带,小于该值的地区将受到不能正常成熟的威胁.在一定气候条件下,玉米品种对积温的需求相对稳定.受热量条件的影响,在玉米品种自我生理反应调节下,地区间各生长发育时期所需积温差异显著.     

东北南部蒙古栎径向生长对气候变化的响应——以千山为例

蒙古栎是东北森林中最重要的阔叶树种之一.本研究利用树木年代学方法研究中国东北南部千山地区蒙古栎的径向变化,结合1951—2010年的温度和降水等气象数据,利用相关函数分析了树木生长与气候变化的关系,揭示蒙古栎径向生长对气候响应规律.结果表明：研究区4—7月的降水量与蒙古栎年轮宽度呈显著正相关,是限制该地区蒙古栎径向生长的主要限制因子;5月极端最高温度与蒙古栎年轮宽度呈显著负相关,也是影响蒙古栎生长的关键因素.研究期间,蒙古栎年轮宽度与4月降水量的相关显著且稳定,自20世纪80年代开始蒙古栎径向生长对夏季温度的响应敏感性逐渐减弱,对温度的响应表现出从响应夏季温度向响应春季温度的转变.     

气候变暖对东北玉米低温冷害分布规律的影响

利用东北地区48个农气站1961-2010年气象资料和近20多年玉米生育期资料,建立生育阶段热量指数和冷害指数,分析气候变暖对东北玉米4个生育阶段热量及低温冷害分布格局的影响。结果表明:热量指数总体表现为明显的增加趋势;平均温度、热量指数的年代际变化特征明显,中晚、晚熟区的上升趋势均小于早、中熟区;冷害频率总体表现为明显的减小趋势;气候变暖对两个熟型区域4个生育阶段的冷害影响并不一致,早、中熟区的冷害平均频率最大值均出现在20世纪60年代,中晚、晚熟区的冷害平均频率最大值均出现在70年代,两个熟型区域的最小值均出现在21世纪初。研究结果可为未来东北地区调整玉米种植制度和生产布局,为适应气候变化和趋利避害提供科学依据。     

基于分期播种的气候变化对东北地区玉米(Zea mays)生长发育和产量的影响

利用在东北地区中部开展玉米(Zea mays)分期播种试验资料,分析气候变化对玉米出苗速度、生长发育速度、灌浆过程、植株干物质积累和产量的影响,进而分析未来气候变化对东北地区玉米生产的影响及适应性对策.结果表明,气候变化对玉米生长发育和产量的影响十分明显,在水分基本适宜的条件下,东北地区气候变暖导致玉米生长季气温升高、积温增加,使玉米生长发育和灌浆速度加快,生物量增加,从而提高单产.但气候变暖的同时,气候变干会限制热量资源的利用,将缩短玉米灌浆时间,降低灌浆速率,使千粒重下降,从而造成明显减产,而且减产幅度明显大于温度升高的增产幅度.在水分条件基本得到满足的条件下,未来夏半年气候变暖对东北地区玉米生产是有利的,偏晚熟玉米品种比例可以适当扩大,东北玉米带可以向北部和东部扩展,单产和总产都会增加;但如果水分得不到满足,气候的暖干化趋势会使东北地区的中、西部玉米主产区的农业干旱变得更加严重且频繁,造成产量下降和不稳定,给玉米生产带来严重威胁,因而更应加强农业干旱的综合防御工作.     

气候变暖对麦蚜的影响

麦蚜是体型小、生活周期短的变温动物,对环境温度尤其是高温的变化十分敏感。气候变暖导致的温度升高是影响麦蚜最直接和最重要的因子。本文综述了国内外有关气候变暖对麦蚜影响的野外观测、预测模型及模拟试验的研究进展。气候变暖将导致麦蚜的主要分布和为害区向高纬度地区转移;气候变暖增加了生长季的有效积温,导致麦蚜始见期、迁飞期、盛虫期等物候发生期提前;温度升高提高了麦蚜的越冬存活率,使温带地区春夏季种群数量增加;处于不同营养级的物种对温度变化的敏感性不尽相同,气候变暖可能影响麦类作物-麦蚜-天敌昆虫多营养级系统的种间互作。麦蚜的耐热性较差,气候变暖导致的高温幅度增加、持续时间延长、夜间最低温升高、极端高温幅度和频率增加等典型特征对其有深刻影响。高温的幅度、持续时间对麦蚜的存活和繁殖有显著的抑制作用;夜间变暖导致麦蚜存活线性下降,进一步恶化了日间高温对蚜虫的不利影响;极端高温事件的幅度和频率影响麦蚜的种群增长参数,不同种类麦蚜对极端高温事件的非对称响应改变了麦蚜种间的相对适合度、时间和空间上的群落结构和物种间的相对优势度。麦蚜可通过爬行和跌落等行为来缓解气候变暖造成的高温胁迫,在研究气候变暖对麦蚜影响的同时,应充分考虑麦蚜对气候变暖的适应和缓冲能力。如何人工模拟气候变暖趋势下温度的变化模式,精巧设计试验反映气候变暖主要特征,开展接近自然界变化的温度模式对麦蚜的影响和麦蚜对环境改变的适应性响应研究,将是未来该领域的主要研究方向。     

基于GIS的四川盆周北部山区夏玉米农业气象灾害风险评估——以旺苍县为例

气象灾害是制约我国农业发展的主要因素之一,明确夏玉米农业气象灾害风险对于防灾减灾具有重要意义。本研究基于自然灾害风险理论,以四川盆地北部山区的典型区域(旺苍县)1981—2018年气象数据和玉米产量数据为基础,确定影响夏玉米生产的主要致灾因子,并结合孕灾环境敏感性及承灾体脆弱性构建夏玉米综合农业气象灾害风险评估模型,对四川盆地北部山区夏玉米生产过程中的农业气象灾害风险进行评估。结果表明: 研究期间,成熟期高温、花期暴雨、成熟期暴雨、灌浆期连阴雨和孕穗期干旱是影响研究区夏玉米生长发育的主要农业气象灾害。旺苍县夏玉米农业气象灾害综合风险分布大致呈西南-东北走向,高风险和较高风险区分布区域约占旺苍县总面积的二分之一;灾害风险高值区主要位于研究区西南部,基本与致灾因子危险性高值区一致;灾害风险低值区多集中在西部边缘,此区域亦为成熟期高温、成熟期暴雨、花期暴雨气象灾害的低风险区。     

东北南部蒙古栎径向生长对气候变化的响应——以千山为例

蒙古栎是东北森林中最重要的阔叶树种之一.本研究利用树木年代学方法研究中国东北南部千山地区蒙古栎的径向变化,结合1951—2010年的温度和降水等气象数据,利用相关函数分析了树木生长与气候变化的关系,揭示蒙古栎径向生长对气候响应规律.结果表明:研究区4—7月的降水量与蒙古栎年轮宽度呈显著正相关,是限制该地区蒙古栎径向生长的主要限制因子;5月极端最高温度与蒙古栎年轮宽度呈显著负相关,也是影响蒙古栎生长的关键因素.研究期间,蒙古栎年轮宽度与4月降水量的相关显著且稳定,自20世纪80年代开始蒙古栎径向生长对夏季温度的响应敏感性逐渐减弱,对温度的响应表现出从响应夏季温度向响应春季温度的转变.     

东北地区玉米生长发育特征及其对热量的响应

在大田条件下,以3个玉米品种（丹玉39、原单29和龙单13）为试验材料,设置早、中、晚3个播种期,分析了2007-2008年不同播期3个玉米品种关键生育阶段特征及其对温度的响应.结果表明： 从播种到出苗所需天数依次为早播(平均值为13 d)>中播(平均值为11 d)>晚播(平均值为8 d);出苗阶段平均气温在18 ℃左右时的出苗速率最快,气温偏高或偏低都会降低出苗速率.3个玉米品种在苗期营养阶段生育期天数的差异不大且受温度影响较小;从穗期阶段开始,晚熟品种龙单13的生长速率提高,成熟天数明显缩短;3个品种在穗期和花粒期阶段生长天数均随温度的增加呈减少趋势.全生育期地上干物质积累速率、产量、百粒重均表现为丹玉39>原单29>龙单13.