气候变化背景下中国农业气候资源变化Ⅳ.黄淮海平原半湿润暖温麦-玉两熟灌溉农区农业气候资源时空变化特征

基于中国黄淮海平原半湿润暖温麦-玉两熟灌溉农区66个气象台站1961-2007年的气候资料,比较分析了该区域内1961-1980年和1981-2007年2个时段喜凉作物和喜温作物温度生长期长度以及温度生长期内的活动积温、日照时数、降水量、参考作物蒸散量和干燥度等农业气候资源的时空变化特征.结果表明： 随着气候变暖,与1961-1980年的平均状况相比,1981-2007年研究区域喜凉作物和喜温作物温度生长期均呈延长趋势,分别延长了7.4和6.9 d;≥0 ℃和≥10 ℃积温总体表现为增加趋势,其气候倾向率分别为4.0～137.0和1.0～142.0 ℃·d·(10 a)^-1;喜凉作物和喜温作物温度生长期日照时数均呈显著下降趋势;全区仅安徽省北部和河南省东南部喜凉作物和喜温作物温度生长期内降水量呈增加趋势,其他地区均呈减少趋势,且以河北省、山东省北部的减幅最明显;全区大部分区域喜凉作物和喜温作物温度生长期内参考作物蒸散量呈下降趋势,干燥度呈增加趋势.     

气候变化背景下中国农业气候资源变化Ⅸ.中国农业气候资源时空变化特征

利用中国558个气象台站1961-2007年地面气象观测资料,分析了不同区域农业气候资源变化的差异,并分析和比较了1961-1980年(时段Ⅰ)和1981-2007年(时段Ⅱ)的农业气候资源变化特征.结果表明： 与时段Ⅰ相比,时段Ⅱ中国年均气温增加了0.6 ℃,喜凉作物生长期内≥0 ℃积温和喜温作物生长期内≥10 ℃积温分别平均增加123.3和125.9℃·d;1961-2007年,年均气温增幅最大的区域是东北地区,喜温作物生长期内≥10 ℃积温增幅最大的是华南地区.对全国而言,与时段Ⅰ相比,时段Ⅱ在全年、喜凉和喜温作物生长期内日照时数分别减少了125.7、32.2和53.6 h;1961-2007年,长江中下游地区年日照时数的减幅最多,喜凉和喜温作物生长期内日照时数减少量最大的地区分别是华北和华南地区;在全年、喜凉和喜温作物生长期内,中国的降水量和参考作物蒸散量总体均表现为减少趋势,其中,华北地区在全年、喜凉和喜温作物生长期内降水量的减幅均最大,长江中下游地区参考作物蒸散量在全年和喜温作物生长期内的减幅最大,西北地区参考作物蒸散量在喜凉作物生长期内的减幅最大.研究期间,中国气候在全年和喜温作物生长期内总体表现为暖干趋势,其中,喜温作物生长期内西南、华北和东北地区为暖干趋势,长江中下游、西北和华南地区为暖湿趋势,喜凉作物生长期内华北地区为暖干趋势,西北地区为暖湿趋势.     

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121.1kg·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.     

气候变化背景下东北三省主要粮食作物产量潜力及资源利用效率比较

以东北地区喜温作物和喜凉作物的潜在种植区为研究区域,基于研究区域内65个气象台站1961—2010年地面气象观测数据,结合作物生育期资料,应用作物产量潜力逐级订正法,分析不同作物各级产量潜力时空分布特征,明确作物各级产量潜力受气候资源限制程度,比较气候资源利用效率差异.结果表明： 1961—2010年,东北三省6种作物（玉米、水稻、春小麦、高粱、谷子和大豆）的光温产量潜力呈明显的西高东低的空间分布特征,作物气候产量潜力除春小麦外其他作物均呈现南高北低的空间分布规律.6种作物受温度限制的产量潜力损失率呈东高西低的空间分布特征,大豆受温度限制引起的产量潜力损失率最高,平均为51%,其他作物为33%～41%;因降水制约引起的潜力损失率分布有明显的区域性差异,在松嫩平原和长白山区各有一个高值区,春小麦因降水亏缺引起的产量潜力损失率最高,平均为50%,其他4种雨养作物集中在8%～10%.东北三省各作物生长季内光能利用效率在0.9%～2.7%,其中玉米>高粱>水稻>谷子>春小麦>大豆;雨养条件下,玉米、高粱、春小麦、谷子和大豆各作物的降水利用效率在8～35 kg·hm^-2·mm^-1,其中玉米>高粱>春小麦>谷子>大豆.在光能利用效率和降水利用效率均较低的长白山区和小兴安岭南部地区,可采取合理密植、选择适宜品种、适时施肥、蓄水保墒耕作以及优化作物布局等措施提高资源利用效率.     

气候变化背景下中国农业气候资源变化Ⅲ.西北干旱区农业气候资源时空变化特征

基于1961-2007年中国西北干旱区78个气象台站的气象资料,分析了西北干旱区全年、喜凉作物和喜温作物温度生长期内热量、光照和水分的时空变化特征.结果表明：研究期间,西北干旱区年均气温呈上升趋势,其气候倾向率为0.35 ℃·(10 a)^-1;喜凉作物和喜温作物温度生长期内积温总体呈升高趋势,其气候倾向率分别为67和50 ℃·d·(10 a)^-1;研究区大部站点的年日照时数呈明显下降趋势,除新疆大部地区和宁夏平原以东的喜凉作物和喜温作物温度生长期内日照时数呈降低趋势外,其余地区均呈升高趋势;研究区大部地区的全年参考作物蒸散量呈下降趋势,而喜凉作物和喜温作物温度生长期内的参考作物蒸散量则表现为研究区西部下降、东部上升.与1961-1980年相比,1981-2007年研究区大部地区全年及喜凉作物和喜温作物温度生长期内的降水量呈增加趋势,其增幅的空间变化趋势均由西北向东南递减.     

气候变暖对高寒阴湿地区春小麦生长发育和产量的影响

利用甘肃省岷县农业气象观测站1987—2004年的观测资料,探讨了气候变暖对高寒阴湿雨养农业区春小麦生长发育和产量的影响。结果表明：近18年来该地区气候变化呈明显的暖干化趋势,并且变暖的幅度和速率远远大于全国近50年的平均值,春小麦对气候变暖的响应表现在生长期缩短、产量增加;春小麦整个生长过程中,温度升高对各发育阶段的影响不完全一致,各阶段变暖对产量及产量构成要素的影响也存在差异,开花-乳熟期的温度增加和产量的相关性最大,达到极显著水平（P＜0.01）;出苗-拔节期、开花-成熟期的温度增加以及拔节-孕穗期的温度降低,是引起每穗籽粒数增加而不孕小穗率减少,最终导致产量增加的直接原因;春小麦生长期间日平均气温每升高1 ℃,生长期缩短约9.2 d,产量增加约26.2%;预计随着未来气候进一步变暖该地区的春小麦生长发育和产量将会继续受到影响。     

气候变暖对高寒阴湿地区春小麦生长发育和产量的影响水

利用甘肃省岷县农业气象观测站1987--2004年的观测资料,探讨了气候变暖对高寒阴湿雨养农业区春小麦生长发育和产量的影响。结果表明：近18年来该地区气候变化呈明显的暖干化趋势,并且变暖的幅度和速率远远大于全国近50年的平均值,春小麦对气候变暖的响应表现在生长期缩短、产量增加;春小麦整个生长过程中,温度升高对各发育阶段的影响不完全一致,各阶段变暖对产量及产量构成要素的影响也存在差异,开花．乳熟期的温度增加和产量的相关性最大,达到极显著水平（P〈0．01）;出苗-拔节期、开花．成熟期的温度增加以及拔节-孕穗期的温度降低,是引起每穗籽粒数增加而不孕小穗率减少,最终导致产量增加的直接原因;春小麦生长期间日平均气温每升高1℃,生长期缩短约9．2d,产量增加约26．2％;预计随着未来气候进一步变暖该地区的春小麦生长发育和产量将会继续受到影响。     

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.     

气候变暖对河西走廊绿洲灌区玉米产量影响及对策研究

利用河西走廊绿洲灌区西(酒泉)、中(张掖)、东部(武威)代表站25年的气温和玉米产量资料,计算出各区域玉米生育期内≥0℃、5℃、10℃、15℃、20℃活动积温,用正交多项式拟合分离出玉米气候产量。采用多项式法、线性倾向、累积距平等统计学方法分析积温和玉米气候产量的变化特征,以及气候变暖对玉米产量的影响。结果表明:随着全球气候变暖,河西走廊灌区不同区域积温变化均呈明显上升趋势;玉米生育期内≥10℃的活动积温与产量关系最为密切,是影响当地玉米产量的关键气象因子,玉米产量随≥10℃积温的增加而提高;灌区气候变暖后玉米气候产量比变暖前明显增加,自西向东分别增加124%、186%和301%。气候变暖、热量资源增加有利于提高喜温作物玉米产量,表明河西走廊绿洲灌区可以进一步扩大玉米种植面积,建立玉米种植基地。     

气候变暖对中国西北地区农作物种植的影响

采用对农作物生长有指标意义的≥10℃积温和<0℃负积温与农作物适宜种植面积、生长发育速度及产量进行对比统计分析研究,指出气候变暖对中国西北地区农作物种植结构发生了较大改变,冬小麦种植区西伸北扩,棉花面积迅速扩大,多熟制向北和高海拔地区推移.农作物生长发育速度发生了明显变化,春播作物提早播种,喜温作物生育期延长,越冬作物推迟播种,生育期缩短.棉花气候产量明显增加.     

Impact of climate warming on crop planting and production in Northwest China

One major challenge in agro-meteorological research is to accurately predict the impacts of global climate warming on future agricultural production. So the effects of climate warming over the past decades need to be assessed. We analyzed the effects of climate warming on crop planting, structure and yield in 5 northwestern provinces of China with a focus on Gansu Province, utilizing accumulated temperature (≥ 10°C, AT), accumulated negative temperature (< 0°C, ANT) and crop data collected from 1981 to 2003. The analysis led to the following conclusions: 1) climate warming is the main driving force for the expansion of winter wheat toward the north and the west in China, for the rapid increase in cotton planting acreage, and for the expansion of annually multi-crop areas toward the north in China and higher altitude; 2) Climate warming is the direct cause for early seeding of spring crops, prolonged growth duration for thermophilic crops and shortened growth duration for overwinter crops; 3) Climate warming is largely attributed to the dramatic increase in cotton yield.     

Contributions of climatic and crop varietal changes to crop production in the North China Plain,since 1980s

The North China Plain (NCP) is the most important agricultural production area in China. Crop production in the NCP is sensitive to changes in both climate and management practices. While previous studies showed a negative impact of climatic change on crop yield since 1980s, the confounding effects of climatic and agronomic factors have not been separately investigated. This paper used 25 years of crop data from three locations (Nanyang, Zhengzhou and Luancheng) across the NCP, together with daily weather data and crop modeling, to analyse the contribution of changes in climatic and agronomic factors to changes in grain yields of wheat and maize. The results showed that the changes in climate were not uniform across the NCP and during different crop growth stages. Warming mainly occurred during the vegetative (preflowering) growth stage of wheat and maize, while there was a cooling trend or no significant change in temperatures during the postflowering stage of wheat (spring) or maize (autumn). If varietal effects were excluded, warming during vegetative stages would lead to a reduction in the length of the growing period for both crops, generally leading to a negative impact on crop production. However, autonomous adoption of new crop varieties in the NCP was able to compensate the negative impact of climatic change. For both wheat and maize, the varietal changes helped stabilize the length of preflowering period against the shortening effect of warming and, together with the slightly reduced temperature in the postflowering period, extend the length of the grain‐filling period. The combined effect led to increased wheat yield at Zhengzhou and Luancheng; increased maize yield at Nanyang and Luancheng; stabilized wheat yield at Nanyang, and a slight reduction in maize yield at Zhengzhou, compared with the yield change caused entirely by climatic change.     

全球气候变化对我国西北地区农业的影响

在比较系统总结全球气候变化对我国西北地区农业影响的主要研究成果的基础上,揭示了我国西北地区现代气候变化对全球气候变暖响应的基本特征,阐述了现代气候变化对土壤水分、地表蒸发和作物气候生产力的影响规律;并且比较全面地概括了西北地区冬、春小麦、玉米、马铃薯、冬油菜、棉花、胡麻、牧草、葡萄等9种主要农作物的生长发育、病虫害、种植面积、气候产量以及畜牧业活动等对气候变化的响应特征,发现气候变化对农业生产过程的影响利弊皆存,而且不同农作物对气候变化的响应特征差异较大.研究对西北地区农业生产具有比较重要的科学指导意见.     

区域种植业气候适宜度及其对种植活动的响应——以四川省盐亭县为例

在分析盐亭县近63年来(1950—2012)种植业生产发展的基础上,选取该县农村社会经济条件相对稳定的近32年(1981—2012)为研究时段。运用农业生态气候适宜度方法,依据水稻、红薯、玉米、小麦和油菜等5种主要作物生育期的光、热、水等气候条件,分别估算各种作物的资源适宜指数、效能适宜指数和利用指数,构建小尺度区域种植业气候适宜度模型和种植活动对区域种植业气候适宜度的影响度模型,进行小尺度区域种植业气候适宜度以及种植活动对种植业气候适宜度的影响度估算,并对种植业生产对气候变化的适应进行探讨。研究结果表明,(1)近32年来盐亭县大春作物的平均资源适宜指数、效能适宜指数和利用指数(分别为0.578、0.281和48.37%)均大于小春作物(分别为0.304、0.128和42.24%),大春作物的气候适宜度高于小春作物,且作物间的气候适宜度差异较大。(2)受季风气候波动的影响,该县作物气候适宜度有明显的年际波动;该县近32年来气候变化对大春作物气候适宜度有轻微不利影响,而对小春作物气候适宜度趋于有利。(3)盐亭县近32年来种植业平均的资源适宜指数为0.466、效能适宜指数为0.212、利用指数为45.49%;受5种作物资源适宜指数、效能适宜指数,以及作物播种面积与产量年际波动的综合影响,该县种植业气候适宜度亦有明显的年际波动;气候变化对该县种植业气候适宜度总体上有不利影响。(4)近32年来该县种植活动对种植业气候适宜度的影响度平均值为0.00092,其年际波动较大。通过作物种植组合结构的调整,在20世纪90年代中期前对种植业气候适宜度的提高有微弱的正向影响,对气候变化有一定程度的适应;而后期则有负向作用。     

Crop planting dates: an analysis of global patterns

Aim To assemble a data set of global crop planting and harvesting dates for 19 major crops, explore spatial relationships between planting date and climate for two of them, and compare our analysis with a review of the literature on factors that drive decisions on planting dates. Location Global. Methods We digitized and georeferenced existing data on crop planting and harvesting dates from six sources. We then examined relationships between planting dates and temperature, precipitation and potential evapotranspiration using 30‐year average climatologies from the Climatic Research Unit, University of East Anglia (CRU CL 2.0). Results We present global planting date patterns for maize, spring wheat and winter wheat (our full, publicly available data set contains planting and harvesting dates for 19 major crops). Maize planting in the northern mid‐latitudes generally occurs in April and May. Daily average air temperatures are usually c. 12–17 °C at the time of maize planting in these regions, although soil moisture often determines planting date more directly than does temperature. Maize planting dates vary more widely in tropical regions. Spring wheat is usually planted at cooler temperatures than maize, between c. 8 and 14 °C in temperate regions. Winter wheat is generally planted in September and October in the northern mid‐latitudes. Main conclusions In temperate regions, spatial patterns of maize and spring wheat planting dates can be predicted reasonably well by assuming a fixed temperature at planting. However, planting dates in lower latitudes and planting dates of winter wheat are more difficult to predict from climate alone. In part this is because planting dates may be chosen to ensure a favourable climate during a critical growth stage, such as flowering, rather than to ensure an optimal climate early in the crop's growth. The lack of predictability is also due to the pervasive influence of technological and socio‐economic factors on planting dates.     

未来10年黄土高原气候变化对农业和生态环境的影响

利用区域气候模式PRECIS输出的未来A2和B2气候情景及基准气候时段逐日资料,选择生态环境极其脆弱的黄土高原为研究区,分析了未来10a黄土高原气候变化特征及其对主要农作物和生态环境的影响。结果表明,未来10a,黄土高原光热资源增加,降水量减少。增温将对冬小麦和春玉米产量影响较大,对马铃薯产量的影响程度可能较小,但降水量减少对主要农作物的产量都有较大影响。在主要作物品种不发生较大变化的前提下,作物生育期太阳辐射和积温增加可能导致生育期需水量增加10%-15%,冬小麦、春玉米和马铃薯的播期分别延迟或提前1-3d,收获期提前1-2d,生育期缩短3-5d,可能引起冬小麦和春玉米气候产量下降50%-100%。未来10a,降水量减少可能导致草地盖度的增幅下降和人工林地稀疏化,引起黄土高原片状水力侵蚀程度下降。但突发性暴雨洪水和土地利用现状改变可能增强切沟溯源冲蚀能力,增加了黄土高原水土流失和农田及道路被冲毁的风险。     

The implication of irrigation in climate change impact assessment: a European‐wide study

This study evaluates the impacts of projected climate change on irrigation requirements and yields of six crops (winter wheat, winter barley, rapeseed, grain maize, potato, and sugar beet) in Europe. Furthermore, the uncertainty deriving from consideration of irrigation, CO₂ effects on crop growth and transpiration, and different climate change scenarios in climate change impact assessments is quantified. Net irrigation requirement (NIR) and yields of the six crops were simulated for a baseline (1982–2006) and three SRES scenarios (B1, B2 and A1B, 2040–2064) under rainfed and irrigated conditions, using a process‐based crop model, SIMPLACE . We found that projected climate change decreased NIR of the three winter crops in northern Europe (up to 81 mm), but increased NIR of all the six crops in the Mediterranean regions (up to 182 mm yr^?1). Climate change increased yields of the three winter crops and sugar beet in middle and northern regions (up to 36%), but decreased their yields in Mediterranean countries (up to 81%). Consideration of CO₂ effects can alter the direction of change in NIR for irrigated crops in the south and of yields for C3 crops in central and northern Europe. Constraining the model to rainfed conditions for spring crops led to a negative bias in simulating climate change impacts on yields (up to 44%), which was proportional to the irrigation ratio of the simulation unit. Impacts on NIR and yields were generally consistent across the three SRES scenarios for the majority of regions in Europe. We conclude that due to the magnitude of irrigation and CO₂ effects, they should both be considered in the simulation of climate change impacts on crop production and water availability, particularly for crops and regions with a high proportion of irrigated crop area.