气候变化背景下华北地区冬小麦生育期的变化特征

以21世纪初近10年的冬小麦(Triticum aestivum)生育期调研数据和气象站点数据为基础, 利用“多元逐步回归分析+残差插值”方法, 绘制了2000年后华北地区冬小麦生育期等值线图, 通过研究两个时期(1971-1980年和21世纪初近10年)华北地区气候资源及冬小麦生育期的变化, 探讨了气候变化对华北地区冬小麦生育期的影响。结果表明: (1)华北地区北部年均气温及≥10 ℃积温增加显著, 但降水减少, 暖干趋势明显, 中部和南部年平均气温和≥10 ℃积温也呈现增加趋势, 但降水增多, 日照下降, 出现暖湿趋势; (2)除南部江苏、安徽两省冬小麦播种期无明显变化外, 华北地区冬小麦播种期普遍推迟, 一般在7-10天; 冬小麦返青期变化较为复杂, 西部地区的冬小麦返青期推迟2-10天, 而东南部的山东、安徽及江苏地区冬小麦返青期明显提前, 一般在5-7天; 华北地区冬小麦的拔节期提前, 北部地区幅度较大, 为5-10天; 冬小麦抽穗期推迟明显, 以华北中部和北部最为明显, 为10-15天; 除华北南部胶东半岛外, 华北大部分地区冬小麦成熟期推迟, 一般在5-10天; (3)气候要素的波动是引起华北地区冬小麦生育期变化的主要原因: 日照时数与冬小麦返青期和拔节期呈显著相关, 日照时数减少, 冬小麦返青期和拔节期提前, 而受年平均气温升高的影响, 冬小麦抽穗期有所推迟, 积温的增加对冬小麦成熟期有推迟作用, 同时降水对冬小麦生长的拔节和抽穗有促进作用。     

2003-2019年山东省冬小麦关键物候期时空特征

农作物物候的变化会直接影响农作物的生长过程,进而影响其质量和产量。基于MODIS EVI遥感数据,提取2003-2019年山东省冬小麦种植区以及主要物候期（返青期、拔节期、抽穗期、成熟期）信息,并分析各物候期的时空变化特征。结果表明：2003-2019年山东省冬小麦返青期、拔节期、抽穗期、成熟期分别集中在一年中的第45-70天、第75-100天、第103-125天、第135-155天;4个物候期的空间分布均呈鲁南早于鲁北、内陆早于沿海的格局特征。区域尺度上,返青期、拔节期、抽穗期、成熟期年际变化率分别为1.56 d/10a、0.65 d/10a、-0.54 d/10a、2.51 d/10a,变化趋势均不显著。像元尺度上,返青期与拔节期变化以推迟趋势为主,呈显著推迟趋势的区域分别占总面积的1.65%、3.05%,这些区域主要分布于鲁东沿海地区和鲁南内陆地区;抽穗期变化以提前趋势为主,呈显著提前趋势的区域占总面积的6.56%,集中分布于菏泽东北部地区;成熟期变化以推迟趋势为主,呈显著推迟趋势的区域占总面积的10.23%,多出现在滨州、德州以及济宁等地区。研究结果可为山东省农田和冬小麦管理以及农业生态保护等提供数据支持和科学参考。     

黄土高原半湿润区气候变化对冬小麦生长发育及产量的影响

利用黄土高原半湿润区西峰农业气象试验站冬小麦生长发育定位观测资料、加密观测和对应平行气象观测资料,分析气候变化对冬小麦生长发育的影响,以及冬小麦穗干重生长与气象条件的关系。结果表明,研究区域降水量年际变化呈波动变化,20世纪90年代降水量最少。降水量存在3、8a的年际周期变化。气温年际变化呈上升趋势,气温变化曲线线性拟合倾向率为0.325℃/10a。作物生长季干燥指数呈显著上升趋势,干燥指数变化曲线线性拟合倾向率为0.069/10a,20世纪90年代至2010年明显趋于暖干化。受气候变暖的影响,冬小麦播种期每10 a推后2—3d,返青期每10a提前4—5 d,开花期和成熟期每10a提前5—6 d。冬小麦越冬期每10a缩短5—6 d、全生育期每10a缩短7—8 d。冬小麦返青后第83天开始,穗干重的生长由缓慢转为迅速生长阶段,从返青后第101天开始,其生长从迅速生长又转为缓慢生长,在返青后的第87天,穗的干物质积累速度最大。由于气候变暖,冬小麦生育期大部分时段热量充足。播种—越冬前和拔节—开花期产量对气温变化的响应十分敏感;降水量的影响函数同温度的影响函数呈反相位分布,除成熟期降水量对产量形成为负效应外,其余时段降水量对产量影响均为正效应,而在冬小麦播种期和返青—拔节期产量对降水量变化的响应也十分敏感。     

黄土旱塬区冬小麦不同施肥处理的土壤呼吸及土壤碳动态

依据黄土旱塬区黑垆土上中国科学院长武站长期定位试验 (始于1984年),于2008年3月到6月,测定了冬小麦连作系统中返青期、拔节期、抽穗期、灌浆期和收获期土壤呼吸日变化、生育期变化以及土壤可溶性有机碳(Dissolved organic C, DOC)和微生物量碳(Soil microbial biomass C, MBC),研究了施肥措施对土壤呼吸、DOC和MBC的影响以及土壤呼吸与碳组分之间的关系.研究涉及6个处理:休闲地(F)、不施肥(CK)、有机肥(M)、氮肥(N)、氮磷肥(NP)和氮磷有机肥(NPM).结果表明,冬小麦连作系统中土壤呼吸的日变化格局呈单峰曲线,最高值出现在12:00左右(拔节期)和14:30左右(成熟期),最小值出现在0:00～3:00之间或6:00左右;冬小麦土壤呼吸速率拔节期最高,其次是灌浆后期,抽穗期最低;不同施肥条件下,各生育期土壤呼吸速率大小顺序:NPM＞M＞NP＞N＞CK＞F.土壤水分亏缺是导致抽穗期和灌浆期土壤呼吸速率降低的重要原因.各施肥处理DOC含量高低顺序为灌浆期＞抽穗期＞成熟期＞返青期＞拔节期;除M,NPM处理MBC含量拔节期＞灌浆期外,各施肥处理MBC含量高低顺序为成熟期＞抽穗期＞灌浆期＞拔节期＞返青期.同一处理不同生育期土壤呼吸速率与DOC,MBC的相关性较低,但同生育期不同施肥处理土壤呼吸与土壤有机碳组分间存在显著的相关性.以F处理土壤呼吸为基础,估算CK、N和NP处理生育期根系对土壤呼吸的平均贡献率依次为36%、45%和54%.     

冬小麦播种密度和施肥方式对麦田杂草群落组成及生长的影响

在半湿润地区的土垫旱耕人为土上,以冬小麦品种小偃22为指示作物,通过田间小区试验研究了不同施肥条件下冬小麦田间杂草种群的组成以及在4个生育期(越冬期、返青期、拔节期、成熟期)田间杂草密度和生物量的变化.结果表明:(1)在冬小麦全生育期内共发现以猪殃殃、麦家公、婆婆纳、播娘蒿、泽漆、荠菜等为主的17种杂草,不同生育期杂草的优势种群不同,而且杂草总密度表现为越冬期>返青期>拔节期,生物量表现为拔节期>返青期>越冬期;(2)与不施肥处理(P0N0)比较,单施氮肥增加了杂草密度和生物量,在氮磷配施条件下,氮肥对生物量有极显著影响且随施氮量增加表现为减小趋势,其中PN45处理的杂草生物量最大并比P0N0增加51.8%;施磷对杂草生物量有极显著影响,其中单施磷比P0N0处理增加44.0%,PN135处理比P0N135处理增加24.0%.(3)低密度播种比正常密度播种能显著增加杂草生物量,平均增加幅度达82.9%.结果表明,通过增施氮肥和适当增加种植密度,可在一定程度上控制杂草发生,促进作物良好生长.     

黄土塬区麦田蒸散特征

利用大型称重式蒸渗仪研究了黄土塬区冬小麦不同时段单元（生育期、月、日、时）的蒸散特征,并分析了叶面积指数、土壤含水量和气温、降水等因子对蒸散的影响.结果表明,在试验年份,各生育期内冬小麦的日蒸散量:孕穗 抽穗期﹥开花期﹥起身期﹥拔节期﹥灌浆期﹥返青期﹥成熟期﹥越冬期;生长前期蒸散受温度影响较大,中期受叶面积指数影响较大,后期土壤水分成为蒸散的限制因子,灌浆期内冬小麦日均蒸散量因受土壤水分亏缺影响而显著下降,日均蒸散量从孕穗 抽穗期的625 mm·d^-1 减小到灌浆期的2.66 mm·d^-1;月蒸散以4～6月最高,3个月蒸散量占试验期间总蒸散量的80％以上;麦田逐日蒸散变化曲线上的波动峰值反映了受降水作用土壤水分状况改善条件下的蒸散特征;时蒸散过程在总体遵循周期性的前提下表现出随天气而改变的现象.     

黄土高原半湿润区气候变化对冬小麦生育及水分利用效率的影响

利用黄土高原半湿润区1981～2010冬小麦生长发育定位观测资料和对应平行气象观测资料,分析气候变化对冬小麦生长发育的影响,以及冬小麦水分利用效率与气象条件的关系。结果表明:(1)研究区域降水量年际变化呈波动变化,20世纪90年代降水量最少,并存在3年、8年的年际周期变化;气温年际变化呈上升趋势,气温变化曲线线性拟合倾向率为0.325℃/10年;作物生长季干燥指数呈显著上升趋势,干燥指数变化曲线线性拟合倾向率为0.069/10年,20世纪90年代至2010年明显趋于暖干化;研究区域冬小麦播种至成熟期间≥0℃积温为2 000℃～2 200℃,降水量为300～350mm,日照时数为1 900～2 100h。(2)受气候变暖的影响,研究区域冬小麦播种期每10年推后2～3d,返青期每10年提前4～5d,开花期和成熟期每10年提前5～6d;冬小麦越冬期每10年缩短5～6d、全生育期每10年缩短7～8d。(3)由于研究区冬春季气温显著升高,越冬死亡率下降,冬小麦水分利用率呈上升趋势;冬小麦播种～出苗期和起身～拔节期气温对冬小麦水分利用效率的影响为负效应,其余时段气温对水分利用效率的影响为正效应,其中的乳熟期～成熟期水分利用效率对气温变化十分敏感;播种～出苗期、分蘖～冬前停止生长期和乳熟～成熟期降水量对冬小麦水分利用效率影响为负效应,且乳熟期～成熟期水分利用效率对降水量变化十分敏感;越冬期和返青～拔节期降水量对冬小麦水分利用效率影响为正效应,并在冬小麦越冬后期和返青期前后水分利用效率对降水量变化十分敏感。     

施氮和垄膜沟播种植对晋南旱地冬小麦水分利用的影响

通过2008—2010年两年的大田试验,研究了基施氮、追氮和垄膜沟播种植对晋南雨养区冬小麦生育期0～2m土层土壤水分、冬小麦产量和水分利用效率的影响.结果表明:不同处理下冬小麦生育期土壤水分变化趋势一致,表现为播前至返青期稳定升高,返青至抽穗期急剧降低,之后至成熟期又逐渐回升,其中返青期到抽穗期土壤耗水量最大.增施氮肥或追氮可增加土壤耗水量,试验年份生育期间土壤水分变幅较大的活跃层逐渐加深,水分变幅较小的相对稳定层也相对下移,追氮可显著提高旱地冬小麦产量.垄膜沟播种植可减少土壤水分损耗,提高水分利用效率,两年分别比传统种植模式高23.4%和39.1%(P<0.05).垄膜沟播+追氮处理的小麦籽粒产量为3643kg·hm-2,显著高于单一垄膜沟播处理和追氮处理,水肥耦合效应较好.     

近20年青藏高原东北部禾本科牧草生育期变化特征

利用1988—2010年青藏高原东北部地区5个站点牧草生育期地面观测数据,分析了近20年代表性牧草返青、开花、黄枯期及生长季的变化趋势,并通过偏相关分析探讨了气温和降水对牧草生育期的关系。结果表明,近20年青藏高原东北部牧草生育期北部推迟南部提前的特征明显。南部的三江源区域返青、开花与黄枯期总体呈显著提前趋势,其中曲麻莱羊茅返青期提前的倾向率达到-4 d/10 a,开花期为-13 d/10 a,黄枯期达到-9 d/10 a,且均通过0.01的显著性检验水平。北部环青海湖区域的海北西北针茅生育期则表现出一定的推迟趋势。生长季长度北部地区延长,而南部除甘德(垂穗披碱草)外均呈明显缩短趋势。近20 a黄枯期的变化幅度明显大于返青期,使得生长季长度的变化更多地受黄枯期变化的影响。1月和3月气温是影响研究区牧草返青最主要的气候因子,气温增高返青提前。开花期南北差异明显,北部与同期气温呈明显负相关关系,南部则主要与开花前2—3个月的降水量密切相关,降水增多大部地区开花期提前。此外,降水也是各地牧草黄枯的主要影响因子。     

华北冬小麦降水亏缺变化特征及气候影响因素分析

为了探究气候变化背景下作物降水亏缺变化规律和影响因素,该文基于华北地区1971－1980年和2001－2010年气象数据和冬小麦生育期资料,研究了冬小麦生育期内降水亏缺变化特点,利用构建的敏感度分析模型探讨了降水亏缺量对主要气候要素的敏感性特征,主要结论：2001－2010年华北中部地区冬小麦全生育期内干旱加重,降水亏缺面积略有增加;播种—返青期内降水亏缺程度自江苏徐州—河南许昌一线往北都有所加剧,返青—拔节期内降水亏缺程度缓解,拔节—抽穗期内降水亏缺程度加重,仅在山西中部太原地区降水略有盈余,抽穗—成熟期内降水亏缺有所缓解;冬小麦拔节—抽穗期降水亏缺量对日照时数高度正向敏感站点最多,主要分布在河北北部地区和安徽省,其次是风速,对温度和降水的高度正向敏感站点最少。该文为制定灌溉定额,农业水资源管理和缓解水资源供需矛盾提供科学依据。