气候变化对广东省双季稻种植气候区划的影响

基于广东省86个气象站1961—2016年的气温资料和1∶25万数字高程模型(DEM)数据,采用线性趋势分析、累积距平和反距离权重插值等方法,分析影响双季稻种植的关键气候因子(双季稻安全生育期日数、≥10 ℃积温)时空变化特征,结合气候因子在1961—1990年、1971—2000年、1981—2010年、气候因子突变前(1961—1997年)、突变后(1998—2016年)等5个时间段的变化,研究了气候变化对广东双季稻熟性搭配分布区域及其面积的影响.结果表明: 广东省双季稻安全生育期日数、≥10 ℃积温的空间分布表现为南高北低、平原高山区低.近56年,广东双季稻安全生育期日数以1.7 d ·10 a^-1的速率显著增加,≥10 ℃积温以43 ℃·d·10 a^-1的速率显著上升,各气候因子均在1997年发生了突变.广东双季稻熟性搭配可分为早熟+早熟、早熟+晚熟和晚熟+晚熟3个气候区.早熟+早熟区主要分布在北部中亚热带地区,早熟+晚熟区主要分布在中部南亚热带地区,晚熟+晚熟区主要分布在南部北热带地区.受气候变化的影响,广东晚熟+晚熟区面积明显扩大,早熟+晚熟区面积明显减小,而早熟+早熟区的面积变化不明显.与1961—1990年相比,1971—2000年和1981—2010年广东省晚熟+晚熟区面积分别增加了1.22×10⁶和2.56×10⁶ hm²,早熟+晚熟区的面积分别减小了1.13×10⁶和2.56×10⁶ hm².与突变前(1961—1997年)相比,突变后(1998—2016年)晚熟+晚熟区的面积增大一倍多,早熟+晚熟区面积缩小近一倍.     

华南双季稻区早稻收割和晚稻移栽对褐飞虱种群动态的影响

为了阐明华南双季稻区早稻收割和晚稻移栽对褐飞虱种群动态的影响,2011年在韶关市采用田间调查与卵巢解剖的方法研究了双季早稻、双季晚稻、田埂杂草上褐飞虱的种群动态及虫源性质。结果表明:早稻收割后,早稻上大量的褐飞虱1～2龄若虫被淘汰,3龄以上若虫及成虫不断转移扩散致使附近晚稻秧田和杂草上褐飞虱虫量突增;晚稻移栽之后,杂草及晚稻秧田的褐飞虱又向新插秧的晚稻进行转移,但成为有效虫源的虫量较少,因此,早稻收割和晚稻移栽对褐飞虱种群动态造成了极为不利的影响,晚稻秧田和田埂杂草可作为褐飞虱转移过程中的流动栖息场所,在褐飞虱虫量转移中起着一定的作用。     

气候变化对黑龙江省水稻障碍型冷害的影响

明确气候变化对黑龙江省水稻孕穗期和抽穗期障碍型冷害的影响,可为水稻安全生产提供科学依据。基于黑龙江省70个台站1971—2012年的气象资料和10个台站1980—2011年水稻生育期数据,结合水稻障碍型冷害指标,分析了气候变化对黑龙江省水稻障碍型冷害的影响。结果表明:(1)水稻孕穗期障碍型冷害1990s发生频率最低,2000s发生频率最高;抽穗期障碍型冷害1970s和1980s发生频率高,1990s和2000s发生频率低。(2)抽穗期障碍型冷害发生程度大于孕穗期障碍型冷害。(3)不同熟型水稻品种可种植北界逐渐北移东扩,极早熟、早熟和中熟品种可种植范围分别缩小了5、21和11个县(市),中晚熟和晚熟品种可种植范围分别扩大了14和23个县(市)。(4)随着水稻种植格局的变化,不同熟型水稻障碍型冷害均在1990s发生频率最低,2000s发生频率最高。     

气候变暖对东北三省春玉米严重低温冷害及种植布局的影响

以我国对气候变化较为敏感的东北三省为例,利用1961～2007年78个气象站的资料,结合玉米生长季温度距平冷害指标,分析了气候变暖对东北三省春玉米严重低温冷害及种植布局的影响.结果表明:(1)气候变暖背景下,从20世纪60年代到21世纪初,东北三省各地区春玉米严重冷害受害程度总体表现为减少趋势,但由于不同地方温度波动幅度较大,区域性的严重冷害发生频率也随之加大;就平均发生频率空间分布而言,1961～2007年严重冷害的平均发生频率表现为东北部高于西南部,最大值出现在黑龙江北部(38%),最低值在辽宁南部(4%).(2)气候变暖背景下,不同熟性玉米品种可种植界线明显北移东延,早熟品种逐渐被中、晚熟品种取代,中、晚熟品种可种植面积不断扩大.(3)随着不同熟性玉米品种种植区域北移东延,严重低温冷害出现频率明显增加,种植风险也在增大.     

气候变化对甘肃省粮食生产的影响研究进展

甘肃省气候自1986年起向整体暖干化、局部暖湿化转型突变.与1960年相比,转型后2010年平均气温升高了1.1 ℃,平均降水量减少了28 mm,干旱半干旱区南移约50 km.气候变暖使甘肃省主要作物生育期有效积温增加,生长期延长,熟性、布局和种植制度改变,宜种区和种植海拔增加,多熟制北移,夏粮面积缩小,秋粮面积增大.弱冬性、中晚熟品种逐步取代强冬性、中早熟品种,有利于提高光温利用率,增加产量.暖湿型气候增加了绿洲灌区作物的气候生产力,暖干型气候降低了雨养农业区的气候产量,水分和肥力条件是决定因素.以提高有限降水利用率和利用效率、改善和提升土壤质量及肥力为核心,选育强抗逆、弱冬性、中晚熟、高水分利用效率的作物新品种,建立适温、适水的种植结构和种植制度,是甘肃省应对气候变化进行粮食生产的主要发展方向.     

水稻模型ORYZA2000在湖南双季稻区的验证与适应性评价

校准与验证水稻生长模型ORYZA2000,为模型本地化、区域化研究应用提供依据。本文采用湖南双季稻区作物田间观测数据,结合栽培管理措施、土壤以及同期逐日气象数据等资料对ORYZA2000进行参数校正,调试确定了早稻、晚稻有代表性品种的作物参数;利用独立的数据资料,对双季稻生育期、叶面积指数、生物量、产量等指标的模拟结果进行了详细地验证与适应性评价。结果表明：模型对双季稻品种的生育期模拟较好,开花期和成熟期的相对模拟误差为1—2d;早稻和晚稻叶面积指数的归一化均方根误差（NRMSE）均为24%,地上部总生物量、绿叶生物量、茎生物量和穗生物量的NRMSE值分别为18%、22%、22%、24%和19%、24%、28%、28%,产量的NRMSE值分别为11%和16%。校验的作物参数反映了湖南早稻和晚稻品种的生物学特性,参数值合理、有效。通过校准作物参数,ORYZA2000可较为准确地模拟双季稻生长发育及其生物量的动态累积过程,适应性较强,能够应用于双季稻生产。     

中国植被生长期的时空变化

基于822个气象站点1951—2017年的日均温度数据,采用世界气象组织给定的植被生长期(GSL)定义,利用Slope、Mann-Kendall和Hurst指数分析中国各省(区)不同时期的GSL变化趋势及相应时期150、200、250、300和350 d的GSL等值线移动速度。结果表明: 研究期间中国北方地区GSL变化显著。GSL增长速度表现为北方快于南方、高海拔快于低海拔。中国大部分地区未来GSL变化趋势与当前的变化趋势相同。北方绝大部分省(区)GSL增长速度在0.1~0.2 d·a^-1,西藏的增速最快,为0.44 d·a^-1。1981—2000年是中国各省(区)GSL变化最显著的时段。除新疆GSL延长是生长期终日(GSE)主导外,其他各省(区)GSL延长总体是生长期始日(GSS)占主导。在高纬度和高海拔省(区),GSL变化对年均温度的变化更敏感。年均温越高的省(区)GSL也普遍越长。1951年以来,中国150、200、250、300和350 d的GSL等值线出现了明显移动,东北地区200 d等值线的移动速度最快,其平均北移速度为6.11 km·a^-1。中国GSL等值线总体移动规律为:等值线数值越大,北移速度越慢。其中,350 d等值线在部分区段甚至出现了南移的情况。中国GSL延长将导致农作物种植边界北移,自然植被生长期延长。该变化对中国农作物的品质、产量和生态系统碳固定的影响还有待深入研究。     

稻田水旱轮作系统的能值分析和可持续性评价

构建可持续应用评价指标体系和评价方法, 筛选具有可持续性、适合南方双季稻区冬季绿色高效循环复合种植模式。在长期水旱轮作的基础上, 通过连续2 年田间定位试验, 采用能值分析理论评价水旱轮作条件下稻田生态系统的可持续性。结果表明: 稻田水旱轮作4 种模式的总能值投入和总能值产出大小均表现为油菜-早稻-晚稻→油菜-早稻-玉米‖花生>黑麦草-早稻-晚稻→黑麦草-早稻-玉米‖大豆=混播绿肥-早稻-晚稻→混播绿肥-早稻-玉米‖芝麻>紫云英-早稻-晚稻→紫云英-早稻-晚稻。混播绿 肥-早稻-晚稻→混播绿肥-早稻-玉米‖芝麻的系统可持续能值指数最高, 为0.0315, 而油菜-早稻-晚稻→油菜-早稻-玉米‖花生最低, 为0.0148。各模式可持续发展指数均为1 以下, 表明4 种种植系统对环境带来了很大的压力, 不可更新资源的利用量较大, 造成了环境负载率较高, 导致可持续发展指数较低, 其中“混播绿肥-早稻-晚稻→混播绿肥-早稻-玉米‖芝麻”模式是值得推广的。     

耕作制度与水稻品种对二化螟发生世代的影响

探讨了我县耕作制度与水稻品种的变化对二化螟发生世代及危害程度的影响。双季杂交水稻的大面积种植,一是使早稻的播、插期提早,二化螟第1、2代发生期也相应提早,发生量与危害程度转轻;二是杂交早稻为2代安全过渡创造了条件。提高2代转化率,导致晚稻上第3代发生期提早、危害加重;三是杂交水稻改善了二化螟的营养条件,加速幼虫发育,促进世代的转化。     

福建省水稻生育期气温与降水的时空分布及其对稻作制度的影响

为了研究气候变化对福建省水稻生产及稻作制度的影响,根据IPCC排放情景特别报告(SRES)的A2、B2和A1B方案,分析了未来不同情景下,福建省水稻生育期气温及降水的时空分布特征及水稻种植布局变化.结果表明:未来福建省水稻生育期的温度将呈上升趋势,随着时间的推移,增温幅度加大.单季稻生育期增温幅度最大,2011-2030年和2031-2050年分别增加0.3～2.4℃和1.5 ～3.4℃;早稻生育期两个时段分别增加0.2 ～0.9℃和0.7～1.7℃;后季稻生育期两个时段分别增加0.3～2.1℃和0.5～3.6℃,且日均温的年际波动幅度最大.降水多呈增加趋势,早稻、单季稻和后季稻生育期降水分别增加10％～40％、10％～30％和10％～20％;闽东南早稻生育期的降水年际波动最大.未来气温的上升导致了10℃以上积温增加,水稻生长季延长,使用晚熟品种替代早熟和中熟品种及单季稻种植区改种双季稻成为可能.     

长江中下游地区农业气候资源时空变化特征

以1981年为时间节点,将1961-2007年分为1961-1980年（时段Ⅰ）和1981-2007年（时段Ⅱ）两个时间段,分析和比较两个时段的农业气候资源变化特征.结果表明：气候变暖背景下,长江中下游地区1961-2007年温度生长期内≥10 ℃积温气候倾向率平均为74 ℃·d·10 a^-1;时段Ⅱ≥10 ℃积温较时段Ⅰ平均增加了124 ℃·d;与时段Ⅰ相比,时段Ⅱ双季稻的安全种植界限向北推移了0.79个纬度.1961-2007年温度生长期内降水量总体表现为增加趋势;与时段Ⅰ相比,时段Ⅱ降水量增加了1.6%,降水量≥767 mm（双季稻正常生长的需水量）的面积增加了1.13×10.4 km².时段Ⅱ温度生长期内日照时数较时段Ⅰ平均减少了8.1%;近47年中91.1%的气象站点日照时数表现为减少趋势.与时段Ⅰ相比,时段Ⅱ温度生长期内参考作物蒸散量呈略微减少趋势,其低值区扩大、高值区缩小.时段Ⅱ稳定通过10 ℃初日平均较时段Ⅰ提前了2 d,而时段Ⅱ≥20 ℃终日平均较时段Ⅰ推迟了2 d,两个时段 ≥22 ℃终日基本相同.     

Changes of China agricultural climate resources under the background of climate change. VIII. Change characteristics of heat resources during the growth period of double cropping rice in Jiangxi Province

Based on the observation data from the meteorological stations and agricultural experimental stations in Jiangxi Province, this paper studied the change trend of the growth period of double cropping rice in the province, and, by using the indices growing degree-days (GDD), cool degree-days (CDD), and heat degree-days (HDD), the change trends of the heat resources at each growth stage of the double cropping rice in 1981-2007 were analyzed. Under the background of climate warming, the mean air temperature, mean minimum air temperature, mean maximum air temperature during the growth period of the double cropping rice all had an increasing trend, leading to the shortening of double cropping rice growth season, with the most obvious decrease of vegetative growth phase and the prolonged reproductive growth phase. In the vegetative growth phase, the GDD and HDD increased, while the CDD decreased. In 1981-2007, the effective heat resources of double cropping rice in Jiangxi Province increased, low temperature risk reduced, while high temperature risk increased. The increment of the effective heat resources for double cropping rice was higher in northeast Jiangxi than in southwest Jiangxi, low temperature risk was higher in south Jiangxi than that in north Jiangxi, and high temperature risk was the highest in middle Jiangxi.     

棉麦两熟共生期遮荫对棉苗生长发育的影响

黄淮棉区棉麦两熟2号主要种植方式（3：2式和3：1式）共生期不同程度遮荫,影响棉苗叶片C、N代谢和可溶性蛋白质含量,过氧化物酶（POD）活性、丙二醛（MDA）累积,与一熟棉相比较,遮荫棉苗的生理代谢能力降低,但3：2式共生期遮荫对棉苗生理代谢及其生长发育的影响与一熟棉差异较小,3：1式共生期遮荫对棉苗的生理代谢影响较大,不利于棉苗生长发育。     

轮作制度对水稻生长季节稻田氧化亚氮排放的影响

通过盆栽试验(3次重复),研究了3种主要轮作制度对稻田水稻生长季节N₂O排放的影响。结果表明,在水稻-小麦轮作中,水稻生长季节稻田N₂O-N的排放量为4．2kg·hm^-2,显著大于双季稻-小麦轮作中早稻的排放量2．2kg·hm^-2;但两者的季节平均排放通量无明显差异,分别为117和118μg·m^-2·h^-1。同时,两者都显著大于双季稻-小麦中的晚稻和持续淹水体系中的水稻生长季节稻田N20的平均排放通量,分别为67．0和42．1μg·m^-2·h^-1,在前作为旱作小麦的2种水稻生长季节中,大于91％的稻田N2O排放量都集中在水稻生长前半期;在前作为水稻的晚稻生长季节中,稻田N₂O排放量的91％集中在中期烤田及收获前水分落干阶段,轮作制度和前作水分状况极大地影响稻田N2O的排放。     

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.     

再生稻田温室气体排放特征及碳足迹

研究中国东南区域不同稻作方式对水稻生产过程中稻田温室气体排放特征及其碳足迹的影响,对促进水稻可持续生产有重要意义。本研究以当前推广的常规稻‘佳辐占'和杂交中稻‘甬优2640'为材料,构建4种适合福建不同生态类型区的稻作模式: 1) 双季稻,早稻和晚稻均种植佳辐占(D-J);2) 早熟再生稻,头季稻和再生季稻均种植佳辐占(R-J);3) 中熟再生稻,头季稻和再生季稻均种植甬优2640(R-Y);4) 单季晚稻,与中熟再生季稻同期抽穗的单季晚稻,种植甬优2640(S-Y)。采用密闭静态暗箱观测法和气相色谱法分别收集并检测稻田土壤温室气体排放量,借用生命周期法对不同稻作方式产生的直接和间接温室气体排放总量(即碳足迹)进行数据采集与比较分析。结果表明: 不同稻作方式稻田温室气体排放特征均表现为生育前期排放量较低,到孕穗期前后达到高峰后又下降,即全生育期呈前高后低的双峰曲线,其中早稻或头季稻达到的第1个峰值较相应晚稻或再生季稻的第2个峰值高。不同稻作模式稻田温室气体排放总量差异显著。各种植模式全球增温潜势(GWP)表现为:R-Y>D-J>S-Y>R-J,温室气体排放强度(GHGI)表现为:D-J>S-Y>R-Y>R-J;与双季稻模式相比,佳辐占再生稻模式GWP和GHGI分别降低26.1%和14.1%;与同期抽穗的单季晚稻相比,甬优2640再生季稻稻田GWP和GHGI分别降低74.3%和56.7%。不同稻作模式下水稻单位产量碳足迹为0.38~1.08 kg CO₂-eq.·kg^-1,其中双季稻模式下最高,再生稻模式下甬优2640的单位产量碳足迹最低。不同稻作模式产生的碳足迹主要来源于CH₄,其贡献率高达44.2%~71.5%。可见,再生稻种植模式能显著降低水稻全球增温潜势和碳排放强度。选用高产低碳排放的水稻优良品种并配套科学栽培技术,是有效降低稻田CH₄排放量和碳足迹、促进再生稻生产可持续发展的关键。     

青菜/油菜茬口下水稻栽植方式对温光资源利用和产量的影响

轻简化栽培和优质稻是当前我国水稻生产的主要方向,气象因子是对水稻生长发育和产量形成影响最大的环境因素,但在不同轻简化栽植方式下水稻产量与其田间小气候的关系鲜有研究。为探究西南地区不同前作下杂交稻各生育阶段温、光和水等气候因子与水稻产量形成的关系,在2019—2020年,以杂交籼稻‘宜香优2115'为试验材料,采用两因素裂区设计,主区为青菜和油菜2种前作,副区为机直播、毯苗机插和人工移栽3种栽植方式,研究杂交稻产量对气候因子的响应及水稻植株对温光资源的利用。结果表明: 与油菜-水稻模式相比,青菜-水稻模式下杂交稻积温生产效率和降水生产效率显著提高,进而提高了有效穗数、结实率和千粒重,2年产量分别提高了12.7%和8.3%。与人工移栽相比,机插稻提高了单位面积有效穗数、全生育期光能生产效率、积温生产效率、籽粒光能利用效率和降水生产效率,2年平均产量提高了4.6%;而机直播全生育期降水生产效率、光能生产效率、积温生产效率、籽粒光能利用效率、每穗粒数和千粒重都显著降低,导致2年平均产量下降了8.7%。与2019年相比,2020年机插稻和人工移栽稻在同一茬口下提前一个月播种造成花后生育期缩短、气温降低和降雨量增多,导致有效积温和光辐射量大幅减少,积温生产效率、光能生产效率、降水生产效率和籽粒光能利用效率以及每穗粒数、结实率和千粒重均大幅降低,进而导致产量严重降低。用偏最小二乘法回归分析建立的气象因子产量预报方程标准化回归系数显示,水稻产量与阶段生育期或全生育期内有效积温和总辐射量呈正相关关系,与全生育期内降水量呈显著负相关关系。综上,青菜-水稻模式下机插秧与西南地区稻季光温资源匹配度最高,更有利于温光资源的充分利用和获得高产,但不宜过早播种或移栽。     

不同水旱复种轮作方式对稻田土壤有机碳及其组分的影响

通过连续2年的田间试验,研究不同水旱复种轮作方式对土壤有机碳及其组分的影响.结果表明: 稻田2年水旱复种轮作后的土壤总有机碳(TOC)呈现先升高后下降的趋势,易氧化有机碳(ROC)分蘖期最高、成熟期最低,土壤微生物生物量碳(SMBC)在分蘖期最高,可溶性有机碳(DOC)则在成熟期达到最高.土壤TOC的差异变化最大值和最小值分别出现在孕穗期和成熟期,ROC出现在返青期和孕穗期,DOC出现在成熟期和返青期,SMBC出现在分蘖期和返青期.“冬闲-早稻-晚稻→冬闲-早稻-晚稻”的土壤TOC、DOC变化幅度最大,“紫云英-早稻-晚稻→油菜-花生-晚稻”的土壤ROC变化幅度最大,“蔬菜-花生/玉米-晚稻→紫云英-早稻-晚稻”模式的SMBC变化幅度最大.“马铃薯-玉米/大豆-晚稻→蔬菜-花生/玉米-晚稻”在孕穗期的TOC含量较高;“紫云英-早稻-晚稻→油菜-花生-晚稻”能在晚稻生长的前期和中期积累较多的土壤ROC;“油菜-花生-晚稻→马铃薯-玉米/大豆-晚稻”在返青期和成熟期的土壤DOC含量较高,在孕穗期和抽穗期的SMBC较高.土壤各有机碳及其组分的大小关系为:TOC>ROC>SMBC>DOC.可见在当地土壤肥力条件下,水旱复种轮作方式能提高土壤有机碳及其组分的含量,有利于改善土壤质量,提高土壤肥力.