RCP情景下长江中下游麦稻二熟制气候生产潜力变化特征研究

基于BCC_CSM 1.1全球气候模式RCP气候情景输出的2021—2050年和基准年(1961—1990)逐日气候资料,采用机制法预估长江中下游地区稻麦气候生产潜力,并利用Theil-Sen斜率估计、MK检验和Arc GIS空间分析等方法对稻麦气候生产潜力的年际变化趋势和空间分布特征进行分析,旨在探明影响稻麦气候生产潜力变化的主要气候因子,对评价未来的作物潜在生产能力和制定气候变化的适应性策略具有重要意义。结果表明:基准气候时段下(1961—1990年),长江中下游地区稻麦气候生产潜力分别介于10000—12000 kg/hm~2和8000—10500 kg/hm~2之间,水稻气候生产潜力总体呈现上升趋势而小麦呈现下降趋势。水稻气候生产潜力在空间上表现为自研究区域中部向南北逐渐增加,冬小麦则呈现北高南低的分布特征;未来两种气候情景下(RCP 8.5和RCP 4.5),稻麦气候生产潜力总体均呈现显著线性增加趋势,表现为RCP 8.5情景大于RCP 4.5。水稻气候生产潜力的增加速率较冬小麦大两倍左右,且年际波动较小,稳定性强。RCP 4.5气候情景下,研究区域内稻麦气候生产潜力总体呈现明显的区域分异,与基准年相比分别增加了3500—5000 kg/hm~2和5000—6500 kg/hm~2。东部沿海地区、两湖平原地区和江西为稻麦气候生产潜力高值区域。冬小麦气候生产潜力与基准时段相反呈现出由南向北递减趋势,南昌和长江三角洲部分地区呈现出显著增加趋势(80 kg hm-2a-1),水稻则表现为自中西部向东南部沿海逐渐增加。在RCP 8.5情景下,冬小麦气候生产潜力较基准年增加了4000—6000 kg/hm~2;从地域分布特征看,呈现自东向西逐渐减少的趋势,长江三角洲、南阳盆地和两湖平原为高值区,庐山周边区域(近鄱湖阳湖)变化率高达80 kg hm-2a-1(P0.05)。水稻气候生产潜力空间分布与基准年相似,仅较基准年增加1000 kg/hm~2左右,两湖平原和庐山周边地区和江苏中部大于11000 kg/hm~2,较基准年高值区面积有所扩大。长江中下游地区稻麦气候生产潜力受气候变化和地理位置的双重影响。作物生育期内≥10℃积温为主导因子,其次为太阳总辐射,而降水量的影响较小。平原地区作物气候生产潜力较同一纬度地区大。区域农业气候资源在保证足够数量的同时相互协调更是获得高气候生产潜力重要条件。     

基于GIS的福建省双季稻气候-土壤生产潜力

基于GIS建立了福建省双季稻生产空间数据库和属性数据库,利用改进的农业生态区域法,计算了福建省各县市双季稻的光温、气候、气候-土壤生产潜力,通过分级统计和制图,分析了福建省双季稻生产潜力数值分布和空间分布特征及潜力开发优势区.结果表明:人为调节农田水分到最适状态时,可使全省双季晚稻气候生产潜力平均增加1 800 kg·hm-2;人为调节肥料到最优状态时,可使全省双季稻气候-土壤生产潜力平均增加4 000 kg·hm-2,潜力很大;各区双季稻气候-土壤生产潜力开发优势值南部大于北部,其中以闽西南为最大.根据各级生产潜力的变化特点,明确农业投入方向,提出福建省粮食安全的对策建议:严格限制非农业用地,稳定双季稻种植面积;采用适合的双季稻品种搭配,充分利用各地农业气候资源;建设旱涝保收田;增施有机肥、种植绿肥,提高土壤肥力;针对福建省双季稻潜力优势开发区,分批重点投入.     

中国农业生态系统的生产潜力和人口承载力

中国农业生态系统的生产潜力和人口承载力是全球关注的问题。本研究将农业生态系统的生产潜力定义为由生物遗传特性和4大宏观生态条件(太阳辐射、温度、水资源和土地资源)共同决定的生产力上限;以无机环境-第一性生产-第二性生产之间的结构适应性和能量-物质流平衡为主线,发展了对农业生态系统生产潜力和人口承载力的综合评价模型,它包括第一性生产潜力子模型和第二性生产潜力与人口承载力优化子模型;并应用该模型把中国农业生态系统分为603个区域单元,进行第一性生产潜力,第二性生产潜力和人口承载力的评价。     

江西省油茶综合生产潜力与资源利用效率评估

江西适合油茶生长,但开发利用程度不高,分析评估其生产潜力与资源利用效率,可为进一步优化油茶种植分区、提高产量、合理利用国土资源等提供依据。以江西省油茶综合生产潜力为研究对象,基于潜力衰减法逐级修订得到自然生产潜力,结合社会有效系数得到综合生产潜力,并进行资源利用效率评估。结果表明: 1)江西省油茶各级生产潜力平均值在10229～17724 kg·km^-2,从赣南向赣西北递减,平均综合生产潜力为12550 kg·km^-2,分级后具有较高潜力和高潜力类可利用土地面积达51656 km²,占全省面积的31.1%;市级生产潜力中,赣州最高。2)江西省油茶生产潜力变幅为2223～3857 kg·km^-2,各级潜力变化量的区域差异较小;油茶资源满足率为69.3%～122.7%,各级资源满足率区域差异较小;油茶资源组合利用效率为49.1%～85%,各级生产潜力利用率的区域差异较大。3)综合生产潜力评估结果与江西油茶实际产量较符合,资源利用效率评估结果与江西自然和社会条件相符,可以作为相关研究与政策制定的参考。     

2011—2050年黄淮海冬小麦、夏玉米气候生产潜力评价

基于区域气候模式PRECIS输出的未来B2气候情景（2011—2050年）逐日资料以及基准气候时段（1961—1990年）的逐日资料,应用农业生态区域(AEZ)模型,对2011—2050年我国黄淮海地区冬小麦、夏玉米气候生产潜力时空变化特征进行预测.结果表明： 基准气候时段下,我国黄淮海地区冬小麦、夏玉米气候生产潜力的空间分布呈现一定的区域分异规律,总体均呈东南高、西北低的趋势,且同纬度地区的沿海高于内陆.1961—1990年,冬小麦、夏玉米气候生产潜力的变化幅度分别在3893～11000和5908～12000 kg·hm^-2.未来B2气候情景下,冬小麦、夏玉米气候生产潜力的年际变化很大,这与该时期作物生长发育光、温、水的匹配程度有关.冬小麦、夏玉米分别在2011—2030年和2021—2040年间气候生产潜力的增加趋势非常明显,开发潜力很大.在保持现有生产状况下,未来B2气候情景下,2011—2050年冬小麦气候生产潜力在空间上总体呈现明显的区域分异,表现为东南地区与西北地区的反向变化、沿海地区与内陆地区之间的同向变化;而夏玉米气候生产潜力的区域分异规律不明显.     

甘肃省河东地区春玉米气候因子及气候生产潜力时空变化

根据甘肃河东地区15个气象站点1961-2010年的气象资料以及春玉米生育期资料,利用数理统计分析方法及GIS技术研究了该区50年春玉米生长季的气候因子变化特征及光合生产潜力、光温生产潜力、气候生产潜力的时空分布特征.结果表明:近50年来,河东地区春玉米生长季平均气温波动上升,平均增温0.36℃·10a-1,太阳辐射总量明显下降,降雨量波动下降;光合生产潜力下降,光温生产潜力上升,气候生产潜力略微增加;光合生产潜力从南到北逐渐增加,光温生产潜力中部低,北部、南部及东部高,气候生产潜力从东南向西北递减;该区太阳辐射的下降导致了光合生产潜力的下降,但温度的大幅升高,弥补了太阳辐射带来的负面效应;另外,由于该区降水呈下降趋势,且季节分配不均匀,在一定程度上影响了作物气候生产潜力.研究结果揭示了甘肃省河东地区春玉米气候因子及气候生产潜力时空变化.     

2011-2050年黄淮海冬小麦、夏玉米气候生产潜力评价

基于区域气候模式PRECIS输出的未来B2气候情景(2011-2050年)逐日资料以及基准气候时段(1961-1990年)的逐日资料,应用农业生态区域(AEZ)模型,对2011-2050年我国黄淮海地区冬小麦、夏玉米气候生产潜力时空变化特征进行预测.结果表明:基准气候时段下,我国黄淮海地区冬小麦、夏玉米气候生产潜力的空间分布呈现一定的区域分异规律,总体均呈东南高、西北低的趋势,且同纬度地区的沿海高于内陆.1961-1990年,冬小麦、夏玉米气候生产潜力的变化幅度分别在3893 ～11000和5908～12000kg·hm-2.未来B2气候情景下,冬小麦、夏玉米气候生产潜力的年际变化很大,这与该时期作物生长发育光、温、水的匹配程度有关.冬小麦、夏玉米分别在2011-2030年和2021-2040年间气候生产潜力的增加趋势非常明显,开发潜力很大.在保持现有生产状况下,未来B2气候情景下,2011-2050年冬小麦气候生产潜力在空间上总体呈现明显的区域分异,表现为东南地区与西北地区的反向变化、沿海地区与内陆地区之间的同向变化;而夏玉米气候生产潜力的区域分异规律不明显.     

我国“镰刀弯”地区春玉米种植的气候适宜性与调整建议

“镰刀弯”地区是典型的旱作农业区和畜牧业发展优势区,生态环境脆弱,涉及我国北方及西南13个省(区).本文根据1981—2010年“镰刀弯”地区650个气象台站的逐日资料和精细化格点数据(1 km×1 km),采用公认的农业气象指标以及目前国际上比较流行的估算作物气候生产潜力的农业生态区划(AEZ)模型,结合卫星遥感监测的土地利用分类信息,对1981—2010年期间该区春玉米种植的气候适宜程度和气候生产潜力进行了定量评估,并结合玉米生物特性及农业气候资源特点,提出合理调整次适宜、不适宜区农业生产结构的科学对策.结果表明: 1981—2010年期间,“镰刀弯”北部春玉米种植区气候生产潜力从东向西总体呈现“大-中-较小-小”的分布格局,而南部种植区春玉米气候生产潜力分布无明显规律,总体处于“较小-中”之间;1981—2010年期间,“镰刀弯”北部玉米种植区从东南向西北总体呈现“最适宜-适宜-次适宜-不适宜”的分布格局;而南部种植区从东南向西北总体呈现“不适宜-次适宜-适宜-最适宜”的分布格局.春玉米种植最适宜区分布面积最大(47%),其次为次适宜区(23%)和不适宜区(17%),适宜区最小(13%).其中,玉米次适宜、不适宜种植面积占该地区现有总耕地面积的40%.春玉米最适宜、适宜种植区主要位于东北大部、华北、西北地区东南部,次适宜或不适宜区主要位于内蒙古、新疆北部、甘肃西部和广西等地.根据气候条件分析,建议重点调减西北风沙干旱区、东北冷凉区、北方农牧交错区和西南石漠化区内的气候次适宜区、不适宜区的玉米种植, 并且该区域也属于作物气候生产潜力较低的种植区.     

青海大通退耕还林工程区主要造林树种生产潜力

通过对青海大通退耕还林工程区主要树种的气候生产潜力、现实生产潜力和实际生产力进行研究 ,揭示了该地区主要造林树种在实际存在的气候条件下可能达到的理论产量 ,当前技术经济管理水平条件下所能达到的最高产量 ,现行经营管理条件下所获得的实际产量 ;分析了目前林业的现实生产潜力、实际生产潜力分别与气候生产潜力之间的差距 ,预示了该地区林业的发展前景 ;从合理利用气候资源和充分发挥土地生产潜力角度 ,提出了退耕还林工程建设中优选的树种及其原则 ;指出了不同树种在经营管理水平上的差异及其解决建议。其结果对该地区退耕还林工程的具体实施具有重要的实践指导意义     

发挥海南的自然优势 加快热带农业建设的步伐

海南地处热带北缘,自然资源丰富,气候条件优越,是我国发展热带农业理想的基地。全区面积5,111.5万亩,其中可利用的土地面积4,239.18万亩,到1980年止已利用面积2,490.16万亩,发展农业生产潜力很大。一、农业生产的现状及问题1980年海南农作物播种面积比1949年增加了31%。农作物播种面积构成比重是:1980年粮食面积为84.15%,经作面积12.12%,大豆1.0%,其它作物2.73%。1980年粮食总产比     

土地利用约束下中国东部南北样带生产力和植被分布对全球变化的响应

对现有的区域植被动态模拟模型进行了改进,使之包含了土地利用分布格局对植被和生态系统相关过程的影响。改进后的模型被用地研究中国东部南北样带(NSTEC)植被和净第一性生产力对未来气候变化的响应。模拟结果显示土地利用格局对未来气候条件下植被分布的变迁和生产力形成过程有非常显著的影响。与没有土地利用约束的情形相比较,土地利用作为限制条件缓减了植被类型之间的竞争,从而减少了模拟的样带区域内常绿阔叶林,但增加了模拟灌木和草地的分布。土地利用约束使得模拟得到的当前条件下的净第一性生产力更为接近实际情况,且未来气候条件下的生产力改变量更为可信。对未来CO2倍增条件下7个大气环流模型预测的气候情景的模拟结果表明：落叶阔叶林将显著增加,但针叶林、灌木和草原的分布将下降。未来气候条件下NSTEC样带的净第一性生产力总量将增加。预测样带北部的净第一性生产力的变化范围大于样带南部。温度变化比降水变化对样带的生产力具有更强的控制。     

东北地区耕地利用碳排放核算及驱动因素

随着我国社会经济的不断发展,耕地资源开发利用的广度和深度不断扩展,耕地的生产效率和生产规模逐步提高。与此同时,耕地管理活动中由农用品投入、能源消耗等产生的碳排放量也飞速增长。本研究以东北地区耕地利用碳排放为研究对象,采用生命周期法构建碳排放核算框架体系;基于东北地区1979—2015年碳排放量的估算结果,采用对数平均迪氏指数模型构建影响农业碳排放的驱动因素体系,深入探讨东北地区耕地碳排放的影响机制。结果表明: 与1979年相比,2015年耕地利用碳排放总量增长了21.9%,碳排放强度则降低了1.54 t·hm^-2。土壤管理和农用品投入碳排放是耕地利用碳排放的主要排放源,占排放总量的83.6%。土地生产率、科技资金配置率的提高,会增加耕地利用碳排放;投入产出比、人均耕地面积、科技投入强度降低,则会减少耕地利用碳排放。     

基于GIS的黄土丘陵沟壑区作物生产潜力模拟研究

从YIELD模型的来源、输入文件及基本参数,模型中作物生产力计算各个子模型以及计算流程4个方面作了简单的叙述,以黄土丘陵沟壑区典型小流域晋西狼窝沟为例,在地理信息系统（GIS）技术十,应用YILD模型对该流域的作物生产潜力进行了模拟,并从作物类型,地类,耕作措施及气候条件4个方面对影响该流域作物产量的因素进行了分析。结果表明,该模型对不同作物的模拟产量在总体上与实体产量基本相符合,表明模型可以应用于黄土丘陵沟壑区的作物产量模拟之中,对于不同地类来说,坝地的土壤水分和以力条件明显高于梯田和坡耕地,因而坝地的模拟产量地高于梯田和坡地,但三者之间的差距没有实测产量显著,耕作措施是提高作物生产力的有效途径,对地膜覆盖,梯田以及施肥等耕作措施的模拟产量表明,这3种耕作措施均能有效的物生产力;其产量提高率均平均在85％以上,其中以施肥对作物的增产作用最大,增产率高达95％,,这与实测产量资料基本一致;气候条件是影响作物生产的直接因素,模拟结果表明模型对降水量和温度等气候条件十分敏感,不同年份降水量和温度的差异将直接导致作物生产力的显著不同。对YIELD模型的模拟结果分析表明,该模型可以有效地应用于黄土丘陵沟壑区的作物生产潜力研究。     

近40a甘肃省气候生产潜力时空变化特征

根据甘肃省69个气象站1971-2007年温度和降水资料,采用Miami模型、Thornthwaite Memorial模型计算了全省温度生产潜力、降水生产潜力和气候生产潜力,分析了影响气候生产潜力的气候驱动力,用经验正交函数(EOF)分析其时空变化特征。结果表明:温度生产潜力显著增加,降水生产潜力略有减少,平均气候生产潜力为733.86 kg · hm^-2 · a^-1,呈逐渐减少趋势。区域差异性明显,呈东南-西北递减,陇南山区＞陇东高原＞陇中高原＞甘南草原＞河西走廊,气候生产潜力以1997年为转型年。增湿和增温均有利于气候生产潜力的增加,但增湿增益更为显著,另气候的暖干化趋势是研究区气候生产潜力减少的重要原因。     

黑龙江省玉米气候生产力演变及其对气候变化的响应

在气候变化背景下,深入揭示玉米气候生产力的变化趋势及其空间差异、明晰玉米气候资源利用规律,可为黑龙江省农业生产宏观决策提供科学依据.基于黑龙江省72个气象站1981—2014年的气象资料和对应的产量资料,采用逐步订正、空间插值、线性趋势分析等方法,研究玉米的光合、光温、气候生产力的时空变化特征、主要影响因素和增产潜力,并对未来不同气候情景下玉米气候生产力进行评估.结果表明: 研究期间,黑龙江省玉米光合、光温和气候生产力平均值分别为26558、19953和18742 kg·hm^-2;在空间分布上均表现为平原高山地低、由西南向东北逐渐减少;光合、光温、气候生产力均表现为显著增加趋势,其增幅分别为378、723和560 kg·hm^-2·(10 a)^-1,且辐射量和气温的增加对黑龙江省玉米生产具有正效应;玉米气候生产力对气候变化响应明显,松嫩平原西部因光能资源的减少导致玉米光合生产力降低,气温升高则在一定程度上弥补了光照带来的负面效应,玉米光温生产力下降趋势有所减缓,北部和东部对气候变暖的响应表现尤为明显,玉米光温生产力表现为明显上升趋势,而松嫩平原西南部及三江平原易旱区则对降水变化反映敏感;玉米实际单产与其气候生产力比率的平均值仅为24.1%,仍有75.9%的潜力有待开发;未来“暖湿型”气候对提高玉米气候生产力有利,而“冷干型”气候则不利于玉米气候生产力的提高.     

东北地区陆地生态系统生产力及其人口承载力分析

 日益增长的人口及其生存环境问题已经成为人类社会生存与可持续发展的关键,亦是区域生态承载力的重要指标。生态系统生产力及其人口承 载力研究不仅可以弄清某一区域所能承载的最大人口数量,而且能为农业生态系统的宏观调控和长远发展规划提供依据。东北老工业基地地处 地球环境变化速率最大的东亚季风区,以气候变暖为标志的全球变化必将影响东北地区生态承载力,进而影响该地区的人口承载力。该研究基 于10 km×10 km 分辨率的东北地区1980～2002年共23年的气象资料,结合植物生理生态特点和水热平衡关系建立的自然植被净第一性生产力模 型和农业生产力模型,借助于地理信息系统软件,分析了东北地区4类生态系统类型：森林、农田、草地和湿地的生产力及其动态,指出东北地 区近23年来年均气温呈显著上升趋势、年降水总体上呈减少趋势。23年来东北地区植被年均总生产力为3.52×10¹¹ kg DM&;#8226;a^－1,其中森林、农 田、草地和湿地的年均总生产力分别为1.53×10¹¹、4.55×10¹⁰、1.07×10¹¹和4.63×10¹⁰ kg DM&;#8226;a^－1,森林、农田、草地和湿地的平均生产 力为5.73×10³、1.84×10³、5.64×10³和5.55×10³ kg DM&;#8226;hm^-2&;#8226;a^－1。在此基础上,以第一性生产-第二性生产之间的生态适应性和能量-物 质流平衡(在食物链上传递机制)为主线,通过对第一性生产力在人类直接消费与第二性生产之间以及各畜群(猪、肉牛羊、禽、奶牛和水产品( 鱼))之间的分配 ,估算了1980～2002年东北地区在宽裕型、小康型与富裕型3种消费水平下,不输出商品粮和每年向国家提供350×10⁸ kg商品 粮条件下的年均总人口承载力分别为2.61×10⁸、2. 15×10⁸和1.77×10⁸;和1.70×10⁸、1.40×10⁸和1.15×10⁸。因此,要确保东北地区每年 向国家提供350×10⁸ kg的商品粮,且在未来东北地区的生活水平要达到富裕型水平,必须控制人口数量。在此基础上,根据2020、2050、2070 和2100年的气候预估资料,预测了2020、2050、2070和2100 年东北地区在宽裕型、小康型和富裕型3种消费水平下的人口承载力分别为2.73× 10⁸、2. 25×10⁸和1.85×10⁸;2.88×10⁸、2.38×10⁸和1.95×10⁸;3.03×10⁸、2.49×10⁸和2.05×10⁸;以及 3.09×10⁸、2.55×10⁸和2.09 ×10⁸。该研究可为东北地区及各省的生态建设与土地资源可持续利用提供参考。     

Biomass production potential from Populus short rotation systems in Romania

The aim of this study was to assess the potential of biomass production by short rotation poplar in Romania without constraining agricultural food production. Located in the eastern part of Europe, Romania provides substantial land resources suitable for bioenergy production. The process‐oriented biogeochemical model Landscape DNDC was used in conjunction with the forest‐growth model PSIM to simulate the yield of poplar grown in short‐rotation coppice at different sites in Romania. The model was validated on five sites with different climatic conditions in Central Europe. Using regional site conditions, with climatic parameters and organic carbon content in soil being the most important, the biomass production potential of poplar plantations was simulated for agricultural areas across Romania. Results indicated a mean productivity of 12.2 ± 0.5 t ha^?1 year^?1 of poplar coppices on arable land in Romania. The highest yields were simulated for lowland areas in the south‐east and west and for the Mures valley, whereas the lowest yields – due to either temperature or water limitations – were found for the mountainous regions, the Danube valley, and the region west of Bucharest. The amount of abandoned arable land in the past 10 years indicates that around 10% of cropping land in production in 1999 (approximately 1 million ha) is available for bioenergy production systems today. Production of poplar grown in short‐rotation coppices on these areas would result in a yield of approximately 10 million tons of wood per year. The energy that can be generated by conversion of poplar short rotation coppice biomass may contribute up to approximately 8% of the national energy demand if these set‐aside areas are used for lignocellulosic bioenergy.     

Impact of Population Pressure on Food Production: An Analysis of Land Use Change and Subsistence Pattern in the Tari Basin in Papua New Guinea Highlands

The impact of increase in population on land use and subsistence pattern was examined in two environmentally contrasting Huli-speaking communities, Heli and Wenani, in the Tari basin in Papua New Guinea Highlands. Despite the similar extent of population increase in both communities, the damage to land differed markedly. In Heli, a decrease in land productivity owing to excessive agricultural use has induced farmers to shorten the fallow duration, which in turn has led to further land degradation and difficulties in increasing food production. In contrast, Wenani villagers have coped with the population increase by enlarging areas for cultivation and possibly will be able to double their present production level, although increasingly frequent disputes over land rights have restricted peoples' access to fertile areas. During a period of climatic perturbations in 1994, land and labor productivities of crops were three times higher in Wenani than in Heli, which suffered a severe food shortage. This difference in ability to cope with climatic perturbations may have increased with population growth. The findings in the present study suggest that the effects of population pressure on food production may differ between communities, depending on the indigenous environment and subsistence pattern.     

基于GIS的中国土地生产潜力研究

在地理信息系统（ＧＩＳ）及全国农业空间数据库和属性数据库的支持下,在前人关于农业生产潜力研究的基础上,进行了全国土地生产潜力的研究。首先探讨了基于ＧＩＳ的土地生产潜力研究方法;然后,就土地生产潜力的“土壤有效系数”进行重点研究,探讨了其计算方法与模型;并应用机制法,通过光、温、水、土逐级衰减,具体计算了全国分县土地生产潜力;最后,通过分析统计和分析制图,分析了中国土地生产潜力的数值分布和空间分布特