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.     

昆虫对全球气候变暖的响应

过去的100年全球地表平均温度显著上升,全球气候变暖对生物的影响引起世界范围内的广泛关注。和其他生物一样,昆虫也受到了气候变暖的影响,如繁殖发育速度增快、遗传变异、种群多样性降低、分布区扩大、种群爆发、外来入侵、种群灭绝等等。全球变暖引起的昆虫响应对农林业以及人类健康存在潜在风险,因此本文主要从物候、分布区、生长发育及繁殖、形态、行为与生理、分子水平这些方面综述全球气候变暖背景下昆虫如何响应,并讨论了目前研究动态和未来的研究方向,意在为气候变化条件下昆虫科学管理策略(如种群监控、模型预测、风险评估、遗传多样性、抗性遗传等)提供指导意义。     

内蒙古典型草本植物春季物候变化及其对气候变暖的响应

为了解气候和物候变化规律,指导农业生产和环境监测,用线性倾向估计法分析了1982—2006年内蒙古地区草本植物春季物候及其前期温度的变化趋势,并分区域分析了植物春季物候与温度的关系,通过逐步回归分别建立了中西部和东部地区植物始花期的温度回归模型,通过模型对未来气候变化情景下内蒙古地区草本植物始花期变化进行了预估。结果表明：20世纪80年代以来植物始花期变化为提前趋势,温度变化为增温趋势,春季变暖比冬季明显;温度和始花期的变化趋势均有明显的地域特征,中西部地区增温趋势和植物始花期提前剪势均大于东部地区,春季温度和植物始花期在两区域平均变化趋势均显著,冬季温度在中西部地区变化显著,而在东部地区变化不显著;植物始花期与其前期温度呈明显的负相关,春季温度是影响开花的主要因子,未来如温度上升1 ℃,始花期提早3.1～5.0 d。     

民勤荒漠区植物物候对气候变暖的响应

近几十年来,全球气候普遍变暖.那么,荒漠地区的气候是不是响应了全球气候的这种变化?在全球气候变化过程中,荒漠区植物物候又是如何响应这种气候变化的呢?显然,研究荒漠地区植物物候对气候变化的响应对于深入研究荒漠植物物候与气候因子的关系以及荒漠地区的植物保护都具有重要意义.运用位于中国西北典型荒漠地区的民勤沙生植物园1974～2007年42种中生、旱生植物的物候观测资料进行分析.结果表明:研究区1974年以来气温抬升幅度大于其他文献的研究报道,春季物候期提前幅度明显大于其他国家文献报道;在气温变暖的过程中,不同月份的气温变化与年平均气温的变化趋势并不完全对应,物候期发生当月的平均气温对该物候期的影响＞物候期发生上月平均气温＞年平均气温;研究区位于中国典型荒漠化地区,属于干旱荒漠气候,春季气温升高较其他地区更加明显,这就是当地春季物候期提前幅度相对较大的原因所在,也是当地以及中国西北沙区近几十年来沙尘暴天气增多和沙尘暴发生日期提前的原因.植物物候变化既是植物对气候变化的综合反应过程,又是植物适应气候变化的过程,尤其是荒漠植物.因此,物候研究将会成为今后气候学和植物生态学研究的一个重要内容.     

甘肃陇东黄土高原秋季冬小麦异常旺长对气候变暖的响应

使用甘肃西峰试验田的地面平行观测资料,分析了2006年陇东黄土高原冬小麦异常旺长的气候特征、多年秋季冬小麦生长高度对气候变暖的响应。结果表明：2006年秋季冬小麦异常旺长是发生概率相对较小事件;10月平均气温≥10．0℃时,多年秋季冬小麦高生长高度随气温的上升而显著增高,在≥10℃积温达到580℃以上时,随着积温的增加高生长高度明显增加;10月平均气温每升高1℃,叶面积指数增加0．4,在≥10℃积温达到550℃以上时,随着积温的增加叶面积指数明显增加;大蘖数随着10月平均气温和≥10℃积温的增加呈反抛物线型增加;为达到主动控制冬小麦冬前异常旺长和减少水分及养分不合理消耗的目的,秋播应推迟5d左右,积极有效地应对气候变暖对冬小麦的负面影响。     

气候变暖对长白山主要树种的潜在影响

应用LINKAGES模型对长白山自然保护区内主要树种在各斑块类型中对气候变化的潜在响应进行了模拟,模拟时选择了目前和未来变暖2种气候条件,对于目前气候状态,模型使用目前气象参数;而对于未来变暖气候,则按温度增加5℃,降水无明显变化作为模拟假设,温度的增加假定各月都相同,即各月均增加5度,模拟结果表明,对于高山岳桦林,气温变暖后岳桦依然扮演重要角色,但落叶松,云极,冷杉等目前这一林带的伴生树种,在气温上升后,其生物量均有较大辐度的增加,部分占据目前岳桦的位置,即目前下部的云冷杉林带有上移的趋势;对于亚高山云冷杉林,其优势种云杉和冷杉在气温变暖后,生物量有较大幅度的增加,落叶松虽有增加的趋势但幅度较小,即云杉和冷杉在未来气温变暖后依然是这一林带的优势种,但生长会加快,阔叶红松林的主要建群种在气温升高后,其生物量只有较小的增加,其它主要伴生种的生物量随气温上升的增加趋势非常相似,表明阔叶红松林在未来气候变暖情况下仍将维持目前的结构状态。     

增温对西北半干旱区马铃薯产量和品质的影响

过去50年,西北半干旱区干旱化趋势明显加强,对作物生产产生了明显影响。未来50年全球气候继续变暖,直接影响农业生产,必将对粮食安全提出新的挑战。采用红外线辐射器田间增温模拟实验研究表明,随着温度升高马铃薯播种—出苗—现蕾—开花—成熟各生长阶段天数都发生变化。增温0.5—2.5℃,马铃薯播种—出苗、出苗—现蕾阶段分别缩短1—4 d、1—2d,现蕾—开花、开花—熟阶段分别延长1—2 d、1—10 d,马铃薯播种—成熟全生育期延长1—5 d。伴随温度升高,马铃薯全生长期有所延长,特别是盛花期至茎叶枯萎阶段延长明显,这将有利于防止茎叶早衰和淀粉的积累。增温显著减少了每株薯块量、提高了每块薯重,马铃薯产量总体呈现递增趋势,但差异不显著。增温1.5—2.5℃,马铃薯增产1.0%—3.5%。增温0.5—2.0℃,马铃薯干物质含量从22.4%增加到24.5%,淀粉含量从72.1%增加到74.4%,粗蛋白含量从1.82%减少到1.52%,还原糖含量从0.24%减少到0.22%,表明增温有利于马铃薯干物质和淀粉的积累,不利于粗蛋白和还原糖的形成。     

鄂尔多斯高原3种优势灌木幼苗对气候变暖的响应

鄂尔多斯高原是中国半干旱沙区典型沙地,这里的干旱生态系统对全球的水热分配格局具有灵敏的响应。随着未来全球变暖,将给这里的陆地生态系统分布格局和生产力带来巨大影响。选择鄂尔多斯高原优势灌木柠条（Caragana intermedia Kuang etH.C.Fu）、杨柴（Hedysarum dmongolicum Turcz.)和油蒿（Artemisia ordosica Kraschen.)幼苗为研究对象,人为控制2种温度水平来探讨它们的幼苗形态可塑性、生物量效应和光合生理特征对增温条件下的生态适应策略,研究结果表明,增温处理对3种植物种类生长和光合生理特征的影响是不同的,增温对柠条和杨和杨柴幼苗生长具有显正效应。增温对油蒿幼苗生长总体影响不显,叶数、叶大小、叶面积、生物量、蒸腾速度和气孔导度随着温度增高没有显增大,但树高和净光合速率随着温度增高而显增大。柠条、杨柴和油蒿幼苗之间的种间生长差异显,除叶大小外,其余7个特征值均为柠条幼苗显高于杨柴和油蒿幼苗。     

气候变暖对华北平原玉米叶片形态结构和气体交换过程的影响

未来全球变暖对农田生态系统产生的影响不仅可能改变整个陆地生态系统的碳平衡状态,更重要的是还关系到全球的粮食安全问题。然而,目前有关农作物对全球变暖响应和适应性机理的研究还很少见,尤其是缺少通过农田原位增温实验探讨作物叶片形态结构及其气体交换过程对增温的响应和适应性机理的研究。利用典型农田生态系统的实验增温平台,研究了未来全球气候变暖对我国华北平原重要农作物玉米叶片的形态、结构特征(解剖及亚显微结构)以及气体交换参数所可能产生的影响。研究结果显示,实验增温分别使玉米叶片的宽度和厚度减少了4%(P=0.017)和10%(P0.001)。然而,实验增温却导致叶绿体长度和宽度显著增加46%(P0.001)和50%(P0.001),从而使叶绿体的剖面面积显著增加了141%(P0.001)。另外,研究结果还显示,实验增温分别增加了玉米叶片的净光合速率52%(P=0.019)、气孔导度163%(P=0.001)以及蒸腾速率81%(P=0.017);同时,实验增温使玉米叶片的暗呼吸速率显著降低了24%(P=0.006),但却并没有对细胞间CO2浓度和水分利用效率产生显著的影响。因此,研究结果表明,未来气候变暖不仅会直接改变玉米叶片的形态和结构特征,同时还可能对玉米叶片的功能(例如光合和呼吸等关键生理生化过程)产生显著的影响。     

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。     

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.     

天山中西段不同地区雪岭云杉径向生长对气候变暖的响应差异

为研究乌苏和石河子地区雪岭云杉（Picea schrenkiana）径向生长对气候变暖的响应差异状况,利用响应函数及滑动相关分析等树轮气候学方法,研究了2个地区森林下限雪岭云杉径向生长与气候因子的响应关系。结果表明：乌苏和石河子地区雪岭云杉生长均与生长季的气候因子呈显著相关关系。但乌苏和石河子地区雪岭云杉生长对当地气候因子的响应也存在差异,乌苏地区雪岭云杉径向生长与上一年7、9月平均气温呈显著负相关,与当年8月降水、上一年9月及当年8月平均相对湿度和上一年7~10月的scPDSI呈显著正相关。石河子地区雪岭云杉径向生长与当年1月平均湿度和当年1、2月的scPDSI呈显著正相关。此外,乌苏地区树轮宽度指数具有与温度升高而下降的“分离现象”,而石河子地区树轮宽度指数具有与温度升高相一致的趋势。升温导致的水分胁迫是造成乌苏地区雪岭云杉径向生长与温度变化趋势相反的重要因素。生长季的温度和降水的增加对石河子地区雪岭云杉径向生长有促进作用。乌苏地区雪岭云杉径向生长对5~7月平均气温和降水量变化敏感性上升;石河子地区雪岭云杉径向生长对5~7月降水量变化敏感性上升,而对5~7月平均气温变化敏感性下降。结果显示,气候变化的区域差异是造成乌苏和石河子地区雪岭云杉径向生长趋势不同以及各年表序列对温度和降水变化敏感性变化的主要气候因素。     

天山东部不同海拔西伯利亚落叶松对气候变暖的响应分析

利用树木年轮气候学方法,探讨了在气候变暖情景下,天山东部上中下限西伯利亚落叶松（Larix sibirica）树木径向生长与气候因子之间的响应关系,并利用冗余分析对其关系进行了验证。结果表明：不同海拔的差值年表（RES）要比标准年表（STD）的特征参数大,具有更高的信噪比和平均敏感度,含有较多的环境信息且更能代表树木总体变化;海拔2160m处的年表（L1）在快速升温（1985年）后,树木年轮宽度与降水和温度的相关性明显减弱;海拔2430m处的年表（L2）在两个时段内与降水和温度的关系均较弱;海拔2700m处的年表（L3）在1985~2013年时段内对降水和气温的正响应均增强。树木径向生长对单月气候因子的响应在前一年11、12月份显著性更高,当年6、7月份气温与树轮宽度指数具有更高的相关性。气候变暖使树木径向生长不断减小的特征在低海拔地区表现更为明显。上中下限西伯利亚落叶松对气温升高的敏感性降低。高海拔地区西伯利亚落叶松的径向生长主要受温度的影响,而中低海拔地区主要受降水与温度的共同影响。     

中国西北干旱区蒸散发时空动态特征

利用MODIS ET数据集中2000—2014年的地表实际蒸散发量产品,运用变异系数、Theil-Sen median趋势分析与MannKendall检验和Hurst指数法,研究了中国西北干旱区蒸散发的空间格局、不同维度的空间异质性和时间变化特征及未来趋势预测。结果表明:(1)2000—2014年全区蒸散发量总体较小,蒸散发量小于200 mm的区域占总面积的38.329%。在空间上ET自山区向两侧平原减少,不同土地覆盖的ET大小为:林地农用地草地稀疏植被。受降水和土地覆盖的综合影响,ET的高值区(400 mm)主要在降水丰富的山区林地和草地,而低值区(200 mm)主要在降水较少的平原稀疏植被区和草地。(2)近15年全区蒸散发变异程度不明显,以相对较低的波动变化为主。各亚区内波动较低区域的比例为:北疆天山祁连山内蒙西部河西走廊南疆。(3)15年间全区年均蒸散发量呈波动变化,总体有微弱的减小趋势,变化率为-0.9348 mm/a。基于像元尺度的分析也表明全区ET以减小的变化趋势为主,但各亚区的减小程度各异:天山内蒙西部河西走廊北疆祁连山,仅南疆有增加趋势。(4)全区ET的Hurst指数均值为0.689,Hurst指数大于0.5的范围所占比例为80.033%,未来全区蒸散发的变化趋势以持续性减小为主。其中22.003%区域的变化趋势无法确定。未来各亚区ET的减少趋势为:内蒙西部天山河西走廊北疆祁连山南疆。     

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.     

西北干旱区生态脆弱性时空演变分析

西部大开发政策实施以来,随着社会经济的发展和环境政策的调整,西北干旱区生态环境发生深刻变化。基于西北干旱区生态本底特征,选取土壤、地形、气候并结合夜间灯光数据构建西北干旱区生态脆弱性评价体系,运用空间主成分分析法（SPCA）、地理探测器对西北干旱区2000、2007、2012、2018年生态脆弱性时空演变及驱动力进行分析。结果表明：（1）从西北干旱区生态脆弱性时空演变特征来看,研究区生态脆弱性以重度脆弱性为主;从不同土地利用脆弱性来看,微度脆弱区以草地、林地为主,轻度脆弱区以草地为主,中度脆弱区和重度脆弱区以未利用地为主,18年来研究区生态脆弱性整体保持不变;（2）影响西北干旱区生态脆弱性分异的主导因素包括土壤有机质含量、地形位指数、气温、降水、夜间灯光指数,各因素对生态脆弱性的平均决定力分别为0.63、0.36、0.27、0.26和0.22。（3）基于生态脆弱性监测结果和驱动因素分析,将西北干旱区划分为5个生态功能区：生态核心保护区、生态综合监测区、生态优化关注区、生态恢复治理区、生态潜在治理区,并提出相应管理方案。研究可以为干旱区生态环境保护提供借鉴。     

中国北方干湿气候区C_3草本植物δ~（13）C值及其与湿润指数的关系

通过对中国北方C3草本植物稳定性碳同位素的测定以及有关该区植被碳同位素资料的收集,共获取了47个样点的地理位置、气候因子和325个植物样品的碳同位素数据;计算了中国北方不同气候分区的湿润指数,分析了C3草本植物δ13C值的空间特征以及与湿润指数等环境因子之间的关系。在所调查的范围内,中国北方地区C3草本植物δ13C值的分布区间为-29.9‰--25.4‰,平均值为-27.3‰。C3草本植物δ13C的平均值从半湿润地区到半干旱地区再到干旱地区显著变重;3个气候分区植物δ13C值的变化范围分别是-29.9‰--26.7‰（半湿润区）、-28.4‰--25.6‰（半干旱区）和-28.0‰--25.4‰（干旱区）。一元回归分析表明,各气候分区C3草本植物δ13C值与湿润指数的关系存在差异,在半干旱区、半湿润区和整个北方地区,C3草本植物δ13C值与湿润指数均呈显著线性负相关（P〈0.05）,随着湿润指数的增加,C3植物δ13C平均值均变轻,但下降幅度不同。而在北方干旱气候区内,C3草本植物δ13C与湿润指数呈显著正相关（P〈0.05）,湿润指数每升高0.1,植物δ13C平均值增加1.3‰。年均温度可能是决定该区内各样点湿润指数和C3植物对13C分馏能力差别的主要原因。