黄土丘陵区旱地作物水分生态适应性系统评价

根据调查资料和田间试验结果,系统地分析了旱地不同作物生长发育与降水分布的时序关系、旱地作物水分潜在利用率和旱地主要作物水分供需平衡与错位特征,并利用水分生态适应性数学模型,对宁南黄土丘陵区主要作物的水分生态适应性进行了定量评价.结果表明,秋熟作物生长发育与降水分布耦合性较好,夏熟作物生长发育与降水分布耦合性较差.不同作物的降水潜在利用率存在差异,其基本规律是:多年生牧草>薯类作物>谷类作物;秋熟作物>夏熟作物.作物的水分满足率和生态适应性,秋熟作物优于夏熟作物,丰水年份优于干旱年份.旱地6种主要作物的水分生态适应性指数排序依次为:谷子>马铃薯>糜子>胡麻>豌豆>春小麦.     

鄱阳湖流域不同土地覆被碳水利用效率时空变化及其与气候因子的相关性

鄱阳湖流域作为较突出的碳汇功能区,深入掌握不同土地覆被碳素利用率（CUE）和水分利用效率（WUE）的时空分异规律及其对气候因子的响应,对明确气候变化背景下该流域生态功能和碳水循环有重要意义。利用MODIS数据产品,结合流域土地利用和气象监测数据,辅以趋势分析和相关分析等方法研究了2000-2014年鄱阳湖流域不同土地利用类型CUE和WUE的时空变化特征,并探讨了其与降水、气温和日照时数的相关性。结果表明：1）鄱阳湖流域CUE和WUE多年平均值分别为0.458和0.682 gC/kgH₂O,不同土地利用类型的CUE大小依次为草地 > 水田 > 其他林地 > 旱地 > 疏林地 > 灌木林 > 有林地,WUE大小依次为有林地 > 灌木林 > 旱地 > 疏林地 > 水田 > 其他林地 > 草地;2）鄱阳湖流域CUE、WUE在研究时段内均呈微弱下降趋势,各土地利用类型CUE和WUE则表现出较大的年际波动,且年际变化趋势率具有高度的相似性,其中林地各类型下降趋势最大,其次是旱地和水田,草地最小;3）降水是影响鄱阳湖流域土地覆被碳水利用效率变化的关键因素,其他因子与CUE和WUE的相关性均不显著,不同覆被CUE和WUE对气温、降水和日照时数的响应程度存在较大差异。     

底墒和施氮量对渭北旱塬冬小麦产量与水分利用的影响

通过西北典型旱地渭北旱塬5年定位试验,在施磷100 kg P2O5·hm-2的基础上,设0、80、160、240、320 kg N·hm-2 5个施氮水平,结合5年降水情况,研究了播前底墒与施用氮肥对旱地冬小麦产量及水分利用的影响.结果表明： 夏季7-9月的降水与播前底墒呈线性相关,每增加1 mm夏季降水,土壤贮水量增加0.6 mm;要保持小麦稳产或高产,底墒应保持在550 mm左右,夏季降水应有370～390 mm.夏季降水充足（>386 mm）的年份,前季小麦施氮量增加造成的下季小麦播前底墒下降不明显;降水偏少（<350 mm）的年份,前季小麦每增施氮肥100 kg·hm-2,可使下季小麦播前底墒减少9～17 mm.除底墒外,关键生育期的充足降水也是保证旱地小麦产量的重要因素,每毫米播前底墒和关键生育期降水分别能形成106～114和306～33.1 kg·hm-2小麦籽粒产量.变异分析表明,氮肥投入水平影响小麦对底墒的利用程度,底墒制约小麦植株干物质向籽粒转移的比例.     

天机营养对春小麦抗旱适应性的影响

本文研究了无机营养对春小麦一些抗旱适应性的影响,主要包括：渗透调节的大小和变化过程、可溶性糖的积累、脯氨酸的积累、叶片导度的变化、离体叶片的失水速率、叶面积和耗水量的变化、根系生长和根／植冠值,并且分析了各个处理植株的水分利用效率(WUE)和产量的变异。认为,在干旱条件下,无机营养对于春小麦不同器官、不同生理功能,并不都具有一致的作用。有的利于提高植株的抗旱性,有的可以改变一些适应性产生的时间和发展过程,有的则不利于植株的抗旱性。通过综合分析,提出旱地施肥使作物增产的主要原因是,营养元素满足了作物生长所需,促进了根系发育,利于吸收水分、维持水分平衡和正常生理功能,但对作物自身的耐旱性并没有产生显著影响。     

黄河三角洲海岸带湿地柽柳在干旱年份的水分利用策略

以黄河三角洲海岸带贝壳堤湿地灌木群落主要建群种柽柳为对象,利用稳定同位素技术测定柽柳木质部和潜在水源δ¹⁸O值的时空变化,采用IsoSource模型计算潜在水源对柽柳的贡献比例,研究海岸带不同生境中柽柳对不同水分条件的适应机制.结果表明: 在降水较少的干旱年份,相对于不稳定的降水,柽柳倾向于利用稳定的土壤水和浅层地下水,但是在不同微地形生境下柽柳的水分利用策略有所差异.滩脊的柽柳72.6%～95.4%水分来源于浅层地下水和含水量相对较高的深层土壤水(40～100 cm);高潮线附近的柽柳有40.7%～97.3%的水分来源于上层土壤水(0～40 cm),以避免海水和浅层地下水的盐分胁迫.柽柳对外界水盐条件变化具有较强的适应性,在海岸带可利用水资源缺乏的恶劣生境中具有更强的种间竞争优势,从而导致柽柳单优灌木群落的形成.     

变叶海棠及其伴生植物峨眉小檗的水分利用策略

变叶海棠(Malus toringoides)是分布在我国四川省甘孜州炉霍县亚高山地区的野生植物种,其嫩叶可制茶,为一种纯正的天然保健珍品。它根系发达、抗逆性强,也是川西亚高山干旱地区退化植被生态恢复的良好树种。运用氢稳定同位素示踪技术,比较分析了变叶海棠和伴生植物峨眉小檗(Berberis aemulans)茎水与其潜在水源(降水、土壤水和河水)的δD值,结果表明:变叶海棠与峨眉小檗植物水主要来源于降水和深层土壤水。生长在河边的变叶海棠并不利用河水。在干季,降水10-20 mm后,变叶海棠对降水的利用率为33.50%-70.06%,而峨眉小檗为26.17%-45.17%;在雨季,降水10-25 mm后,变叶海棠对降水的利用率为40.64%-69.01%,而峨眉小檗为28.44%-71.41%;无论干季还是雨季,两种植物在雨后对降水利用的格局相似,但变叶海棠对降水的利用率皆显著高于峨眉小檗(P<0.01)。两种植物水分利用策略与其根系分布相一致。为川西甘孜州亚高山干旱地区退化植被生态恢复的树种选择以及变叶海棠的扩繁与利用提供科学理论依据。     

钾与提高作物抗旱性的关系

概述了干旱条件下,钾如何通过对作物生长发育及生理生化代谢影响而提高作物抗旱笥和水分利用率的生理作用。     

不同保护性耕作措施对旱作农田土壤水分的影响

研究了黄土高原西部旱农区传统耕作措施和五种保护性耕作措施对土壤水分垂直分布、动态变化、作物耗水量、水分利用效率及作物产量的影响。结果表明,不同保护性耕作措施对表层0~10cm土壤水分含量影响较大,免耕秸秆覆盖(NTS)在作物播种期可以显著增加播种期表层土壤含水量。0~200cm土壤剖面贮水量年变化分春夏作物旺盛生长失墒期(5月中旬~7月中旬)、夏秋雨季增墒期(7月中旬~10月下旬)和冬春稳墒期(11月~翌年5月上旬)3个阶段。尽管不同保护性耕作措施对0~200cm剖面贮水量影响不大,但作物耗水量却存在显著差异。免耕秸秆覆盖在增加作物耗水量的同时也提高了作物产量以及水分利用效率。地膜覆盖在有些年份也有利于降水的高效利用和作物产量的提高,但与秸秆覆盖相比不利于土壤肥力的持续提高。而且,如果种植小麦,出苗前若一次性降水较多时地膜覆盖将造成严重板结,影响出苗,进而降低产量和水分利用效率。因此,在黄土高原西部旱农区实施免耕 秸秆覆盖的保护性耕作措施,既有利于作物对有限降水的高效利用,提高作物产量,也可以促进农业可持续发展。     

不同降水条件下科尔沁沙地南缘疏林草地樟子松针叶δ13C和叶性状特征

通过比较不同自然降水年份(极端干旱和极端湿润)19年生疏林草地樟子松的针叶δ¹³C、比叶面积和干物质含量,结合土壤含水量和地下水埋深,探讨了极端降水对樟子松水分利用的影响.结果表明: 干旱年份(2009)樟子松林土壤含水量显著低于湿润年份(2010),但樟子松当年生针叶的δ¹³C在两年间没有显著差异,且两年相同月份间亦无显著差异;干旱年份当年生针叶的比叶面积显著低于湿润年份,而不同年份间干物质含量的差异不显著.在两种极端降水条件下,樟子松的水分利用效率没有明显变化,主要通过改变当年生针叶的比叶面积来适应降水量的变化.对于地下水埋深高于3.0 m的疏林草地樟子松人工林生态系统,极端干旱不会严重影响樟子松的存活和生长.     

无机营养对春小麦抗旱适应性的影响

本文研究了无机营养对春小麦一些抗旱适应性的影响,主要包括:渗透调节的大小和变化过程、可溶性糖的积累、脯氨酸的积累、叶片导度的变化、离体叶片的失水速率、叶面积和耗水量的变化、根系生长和根/植冠值,并且分析了各个处理植株的水分利用效率(WUE)和产量的变异。认为,在干旱条件下,无机营养对于春小麦不同器官、不同生理功能,并不都具有一致的作用。有的利于提高植株的抗旱性,有的可以改变一些适应性产生的时间和发展过程,有的则不利于植株的抗旱性。通过综合分析,提出旱地施肥使作物增产的主要原因是,营养元素满足了作物生长所需,促进了根系发育,利于吸收水分、维持水分平衡和正常生理功能,但对作物自身的耐旱性并没有产生显著影响。     

河北省典型区主要作物有效降雨量和需水量特征

对作物全生育期内有效降雨量及需水规律的研究是进行合理灌溉及水资源优化配置的重要依据。以河北省鸡泽县为典型区域,利用FAO推荐的Penman-Monteith公式和分段单值平均作物系数法对冬小麦、夏玉米和棉花的有效降雨量及需水规律进行计算,并通过M-K检验法分析近60 a来鸡泽县有效降雨量及作物需水量序列的趋势变化及突变现象。结果表明:近60 a鸡泽县冬小麦在生育中期需水量最大,为210.2 mm,有效降雨量均集中在生育中期,缺水量以13.2 mm/10 a的速率呈显著性减少趋势;夏玉米在初始生长期需水量最大,为157.7 mm,有效降雨量集中在生育中期,缺水量以7.0 mm/10 a的速率呈不显著减少趋势;棉花在快速发育期需水量最大,为227.9 mm,有效降雨量集中在生育中期,缺水量以22.3 mm/10 a的速率呈显著性减少趋势。在一定程度上对河北省对农田灌溉用水效率和效益以及保障农作物科学高效生产具有重要的指导意义。     

农作物需水量随气候变化的响应研究

利用甘肃省近80个气象站1961~2000年的常规气象观测资料以及夏秋主要粮食作物平均生育期资料,采用FAO推荐的Penm an-M on te ith公式结合作物系数,计算了各站夏秋主要粮食作物的需水量,分析作物需水量随时间和空间的变化特点以及对气候变化的响应.结果表明:农作物需水量与种植区的气候类型关系十分密切,从干旱-半干旱-半湿润-湿润地区其需水量呈现减小的趋势,越是干旱的地区作物需水量越大,越是湿润的地区作物需水量越小.作物需水量随气候变化的响应比较明显,在干旱、半干旱地区表现尤为突出.不同作物品种需水量相差较大,对气候的响应机制也有差异,一般来说夏粮的需水量小于秋粮,夏粮需水量对气候变化的响应比秋粮敏感.     

Sustainable production of crops and pastures under drought in a Mediterranean environment

Mediterranean environments are characterised by cool wet winters and hot dry summers. While native vegetation in Mediterranean-climatic zones usually comprises a mixture of perennial and annual plants, agricultural development in the Mediterranean-climatic region of Australia has led to the clearing of the perennial vegetation and its replacement with annual crops and pastures. In the Mediterranean environments of southern Australia this has led to secondary (dryland) salinisation. In order to slow land degradation, perennial trees and pasture species are being reintroduced to increase the productivity of the saline areas. The annual crops and pastures that form the backbone of dryland farming systems in the Mediterranean-climatic zone of Australia are grown during the cool wet winter months on incoming rainfall and mature during spring and early summer as temperatures and rates of evaporation rise and rainfall decreases. Thus, crop and pasture growth is usually curtailed by terminal drought. Where available, supplementary irrigation in spring can lead to significant increases in yield and water use efficiency. In order to sustain production of annual crops in Mediterranean environments, both agronomic and genetic options have been employed. An analysis of the yield increases of wheat in Mediterranean-climatic regions shows that there has generally been an increase in the yields over the past decades, albeit at a lower rate than in more temperate regions. Approximately half of this increase can be attributed to agronomic improvements and half to genetic improvements. The agronomic improvements that have been utilised to sustain the increased yields include earlier planting to more closely match crop growth to rainfall distribution, use of fertilisers to increase early growth, minimum tillage to enable earlier planting and increase plant transpiration at the expense of soil evaporation, rotations to reduce weed control and disease incidence, and use of herbicides, insecticides and fungicides to reduce losses from weeds, insects and disease. Genetic improvements include changing the phenological development to better match the rainfall, increased early vigour, deeper rooting, osmotic adjustment, increased transpiration efficiency and improved assimilate storage and remobilisation. Mediterranean environments that are subjected annually to terminal drought can be both environmentally and economically sustainable, but to maximise plant water use efficiency while maintaining crop productivity requires an understanding of the interaction between genotypes, environment and management.     

Soil moisture mediates association between the winter North Atlantic Oscillation and summer growth in the Park Grass Experiment

Several aspects of terrestrial ecosystems are known to be associated with the North Atlantic Oscillation (NAO) through effects of the NAO on winter climate, but recently the winter NAO has also been shown to be correlated with the following summer climate, including drought. Since drought is a major factor determining grassland primary productivity, the hypothesis was tested that the winter NAO is associated with summer herbage growth through soil moisture availability, using data from the Park Grass Experiment at Rothamsted, UK between 1960 and 1999. The herbage growth rate, mean daily rainfall, mean daily potential evapotranspiration (PE) and the mean and maximum potential soil moisture deficit (PSMD) were calculated between the two annual cuts in early summer and autumn for the unlimed, unfertilized plots. Mean and maximum PSMD were more highly correlated than rainfall or PE with herbage growth rate. Regression analysis showed that the natural logarithm of the herbage growth rate approximately halved for a 250 mm increase in maximum PSMD over the range 50-485 mm. The maximum PSMD was moderately correlated with the preceding winter NAO, with a positive winter NAO index associated with greater maximum PSMD. A positive winter NAO index was also associated with low herbage growth rate, accounting for 22% of the interannual variation in the growth rate. It was concluded that the association between the winter NAO and summer herbage growth rate is mediated by the PSMD in summer.     

基于时序植被指数的华北地区作物物候期/种植制度的时空格局特征

随着气候变化对农业系统的影响不断加剧,为保障粮食安全,须掌握变化中的自然与人文因素,而农业生态系统中变化最为明显直观的是农作物物候特征,如何提取大区域尺度上农作物物候期以及种植制度的时空格局特征,是评价区域粮食安全的重要因素.基于多时相遥感信息可以有效反映年内/年际农作物物候特征变化的原理,首先利用近10a来的SPOT/VGT-NDVI时间序列数据,在进行数据序列平滑重构处理基础上,提取了华北地区农作物典型物候期的数量分布与空间格局特征;然后,基于上述物候期的分异特性建立了一年一熟和一年二熟等种植制度类型的遥感识别标志;最后,重点分析了上述种植制度的空间格局及其时间波动特征,并利用农业统计资料对提取结果进行了简单验证.分析结果表明,作物物候期特征的数量分布和空间分布在不同生长季均具有显著差异,直接体现了与外界环境条件(诸如区域温度、降水和光照等)的匹配程度以及作物类型自身的生长特征;从主要种植制度空间分布来看,华北地区南部地区农作物类型以夏收作物和二熟秋收作物为主,与之对应的农田种植制度以一年两熟为主;华北地区北部主要为一熟制区域,作物类型以一年一熟秋收作物为主,作物种植制度空间分布随着纬度递减呈现出简单到复杂的总体趋势;从近10a的种植情况来看,一年一熟作物种植面积最大,年际变化幅度亦较大,一年二熟的夏收作物种植比例次之,而年际变幅最小,二熟秋收作物比例最低,其年际变幅居中.研究中亦提出,在进一步加强多时相遥感技术监测大区域农业生态系统动态变化的同时,亦需深入探讨作物物候特征及种植制度变化的驱动因素及其对国家粮食安全的影响.     

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.     

Assessing the application of a geographic presence-only model for land suitability mapping

Recent advances in ecological modeling have focused on novel methods for characterizing the environment that use presence-only data and machine-learning algorithms to predict the likelihood of species occurrence. These novel methods may have great potential for land suitability applications in the developing world where detailed land cover information is often unavailable or incomplete. This paper assesses the adaptation and application of the presence-only geographic species distribution model, MaxEnt, for agricultural crop suitability mapping in a rural Thailand where lowland paddy rice and upland field crops predominant. To assess this modeling approach, three independent crop presence datasets were used including a social-demographic survey of farm households, a remote sensing classification of land use/land cover, and ground control points, used for geodetic and thematic reference that vary in their geographic distribution and sample size. Disparate environmental data were integrated to characterize environmental settings across Nang Rong District, a region of approximately 1300 sq. km in size. Results indicate that the MaxEnt model is capable of modeling crop suitability for upland and lowland crops, including rice varieties, although model results varied between datasets due to the high sensitivity of the model to the distribution of observed crop locations in geographic and environmental space. Accuracy assessments indicate that model outcomes were influenced by the sample size and the distribution of sample points in geographic and environmental space. The need for further research into accuracy assessments of presence-only models lacking true absence data is discussed. We conclude that the MaxEnt model can provide good estimates of crop suitability, but many areas need to be carefully scrutinized including geographic distribution of input data and assessment methods to ensure realistic modeling results.     

辽西半干旱地区农田水分循环特征的研究 Ⅰ. 农田供水状况研究

探讨辽西半干旱地区的农田供水状况。分析表明该区大田作物的耗水来源主要为生长期内大气降水和土壤储水,由于大气降水不足,特别是生长前期的严重缺水是该地区作物减产的一个重要原因,而且还经常出现伏旱和“秋吊”, 大气降水占作物耗水量的75.6%以上,而土壤供水量最高达作物耗水量的24.4%, 作物耗水量与生长期内大气降水呈直线关系。     

辽西半干旱地区农田水分循环特征的研究Ⅰ.农田供水状况研究

探讨辽西半干旱地区的农田供水状况．分析表明该区大田作物的耗水来源主要为生长期内大气降水和土壤储水,由于大气降水不足,特别是生长前期的严重缺水是该地区作物减产的一个重要原因,而且还经常出现伏旱和“秋吊”,大气降水占作物耗水量的７５．６％以上,而土壤供水量最高达作物耗水量的２４．４％,作物耗水量与生长期内大气降水呈直线关系．