《Agro's植物生理学年评(基础和应用)》简介

目前,植物生理学已从单纯形态功能关系的描述走向从分子和农业生态系统水平上来揭示植物过程动力机制的论述。世界范围内对植物生物技术和作物生理学研究的蓬勃兴起便是最好的明示。同时,植物生理学知识在揭示作物生产力的生理限制和利用农业技术以优化作物生产方面也得到了空前发展。此外,植物生产性能和农业生产力的持续性问题,生物多样     

作物生长模拟模型及其应用

论述了作物生长模型在国内外的研究及其发展过程,作物模型的机理及在农业生产中的作用,对作物生长模型在生产应用中存在的问题及今后的发展方向进行了讨论     

作物产量的模拟模型

产量模拟模型研究的重点是作物产量与生态因子间的关系。根据农业生态系统中限定产量的主要生态因子不同, 可将作物生产划为不同的生产水平, 并建立相应的生产力模型。各生态因子对预测不同范围的生产力都有其固有的适用性。动态模型是在长期定位观测基础上建立的, 空间变异模型用于农田产量预测, 宏观统计模型则用于区域性产量预测。本文在简要评述各类产量模型及其应用后, 提出了对产量模拟模型研究发展的看法。     

东北地区农业土地资源潜力评价模型及其应用

对一个地区的农业土地生产潜力进行估算,可以反映该地区的气候生产力水平和农业资源协调的程度及其地区差异.选择应用目前通用的土地潜力分析评价模型进行参数调整,在此基础上形成东北地区农业土地资源潜力评价模型,并在GIS的支持下,计算了东北地区主要作物-玉米和大豆的农业气候生产潜力,并分析了各地农业自然资源利用率的空间差异.结果表明,东北地区各地光合潜力差异不大;由于南北跨度大,各地光温潜力差异非常大,且从北到南呈带状增加趋势;由于各地作物生育期降水呈地带性分布,使得各地气候生产潜力具有较大差异,由西向东逐渐增加.各地主要作物农业自然资源利用率差别较大,东北西部地区资源利用率较低,增产潜力巨大.     

论植被与农业生态环境保护

拟从植被的生态环境作用价值、植被破坏的严重后果,以及植被与农业生态环境保护等方面加以论述,意在讨论农业生态环境保护的引起重视,并共识保护和发展各种植被。从宏观上改善农业生态环境,对发展农业和畜牧业均具有重要的战略意义。     

杂草与作物竞争模型研究进展

杂草的历史与人类农业史并存。最早科学报道竞争现象是在１４世纪,而开始杂草与作物竞争关系的定量研究则是在本世纪初叶［１］。杂草科学研究较农业病虫害研究起步晚,与许多发达国家相比,我国杂草科学在基础理论方面比较落后,但应用方面发展较快。从系统生态学的高度研究杂草与作物竞争关系是杂草科学研究的一个重要领域,前人为此作了许多有益的工作,并建立了有关的模型,这些模型为解决草害问题起了应有的作用。下面就杂草与作物竞争经验模型的建立、杂草与作物竞争的动态模拟研究、杂草与作物竞争研究在杂草科学管理中的应用等三个…     

生物多样性控制作物病害研究进展

自然资源的合理利用和生态环境保护是人类实现可持续发展的基础, 生物多样性的研究和保护已成为世界各国普遍关注的重大问题。农作物病害是农业生产上重要的生物灾害, 是制约农业可持续发展的主要因素之一, 抗病品种大面积单一化种植导致了农业生物多样性水平严重降低, 因而农业生物多样性的过度丧失已成为可持续农业所面临的主要难题。利用生物多样性持续控制作物病害能减轻作物病害发生和作物产量损失, 达到保护作物多样性, 减少农药过量施用给农业生态环境造成破坏的最终目的, 而揭示生物多样性控制作物病害的机制能有效地指导生产上对不同作物进行合理布局和轮换, 建立作物不同组合的优化搭配和种植模式。文章从分子、生理和生态水平研究农业生物多样性控制作物病害的机制、以及影响作物多样性控制病害的因素、覆盖作物等几方面对生物多样性控制作物病害的研究进展进行概述, 同时对今后生物多样性控制作物病害机制还需加强的研究部分进行了展望。     

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。     

基于灰色三角白化权集对分析模型的喀斯特山区农业生态环境脆弱性评价

生态脆弱性一直是全球变化与可持续发展研究的热点问题,研究农业生态环境脆弱性问题有利于合理利用区域农业资源,提出有效的农业生态环境保护措施。针对农业生态环境脆弱性评价未考虑不同评价级别内各指标之间同、异、反关系,本研究基于灰色三角白化权集对分析(SPA)模型,从生态环境外在脆弱性方面选择人口密度、人均耕地面积、人均造林面积等11个评价指标,对喀斯特山区农业生态环境脆弱性进行评价。结果表明: 研究区农业生态环境比较脆弱,以极度、高度和中度脆弱度为主;极度、高度、中度、轻度和微度农业生态环境脆弱区比例分别为32.4%、14.1%、17.7%、23.6%和12.2%;评价结果与研究区域农业生态环境脆弱性实际状况相符。说明以灰色三角白化权SPA模型评价农业生态环境脆弱性具有可行性,可为农业生态环境脆弱性评价提供一种新的方法和思路。     

全球变化下植物物候研究的关键问题

总结了全球变化下植物物候研究的主要进展,针对该领域国内外的几个热点问题进行了讨论。植物物候研究的重心从以前的野外观测和初步统计分析逐步过渡到以揭示物候周期的调控机制和环境效应为主,研究手段从植物物候对环境变化做出反应的表象描述转移到多尺度、多要素耦合关系的综合分析。随着学科交叉研究的不断深入,植物物候研究从植物个体及居群适应性研究转向植物物候变化对生态系统、气候演变、农业生产乃至人类健康等方面影响的系统评估。并且在该转变过程中出现了几个关键性问题,如不同温度带大气温度与光周期对植物物候期贡献力问题、植物物候变化对气候变暖的非线性响应特征、群落水平上植物物候研究的复杂性、以及农业生态系统中作物物候研究的重要性等。对我国植物物候研究现状和管理体系中亟待解决的问题提出了建议。     

黄淮海多熟种植农业区作物历遥感检测与时空特征

多熟种植是高强度农业土地利用的重要特征,但由于缺乏在空间和时间上清晰描述农业多熟种植和作物种植历时空分布的数据,使得区域尺度农田生态系统碳动态估计、农田生产力监测与模拟等有很大的不确定性。黄淮海农业区是以冬小麦-夏玉米二熟制为主的我国粮食主产区,冬小麦和夏玉米分别为光合作用途径为C3和C4的作物,已有研究证明如果在估算生态系统生产力时不考虑一年两季作物及其光能利用率的差异则会导致生产力估算结果过低。研究结合农业气象站点地面作物物候观测数据和空间分辨率500m、8d合成的MOD IS时间序列数据,分析研究区二熟制作物的生长过程、物候特征和作物历的空间差异,发展基于EVI和LSWI时间序列曲线检测多熟区各季作物种植历的方法,获取黄淮海农业区空间表述清晰的熟制和各季作物的生长开始与结束时间数据,并应用农业气象站点数据对方法和所获取的作物历数据进行了比较验证。论述的方法和提取的各季作物的作物历时空数据将能够应用于区域尺度农田生产力估算、生物地球化学循环模拟和农业生态系统监测。     

Agent-Based Analysis of Biomass Feedstock Production Dynamics

The success of the bioenergy sector based on lignocellulosic feedstock will require a sustainable and resilient transition from the current agricultural system focused on food crops to one also producing energy crops. The dynamics of this transition are not well understood. It will be driven significantly by the collective participation, behavior, and interaction of various stakeholders such as farmers within the production system. The objective of this work is to study the system dynamics through the development and application of an agent-based model using the theory of complex adaptive systems. Farmers and biorefinery, two key stakeholders in the system, are modeled as independent agents. The decision making of each agent as well as its interaction with other agents is modeled using a set of rules reflecting the economic, social, and personal attributes of the agent. These rules and model parameters are adapted from literature. Regulatory mechanisms such as Biomass Crop Assistance Program are embedded in the decision-making process. The model is then used to simulate the production of Miscanthus as an energy crop in Illinois. Particular focus has been given on understanding the dynamics of Miscanthus adaptation as an agricultural crop and its impact on biorefinery capacity and contractual agreements. Results showed that only 60% of the maximum regional production capacity could be reached, and it took up to 15 years to establish that capacity. A 25% reduction in the land opportunity cost led to a 63% increase in the steady- state productivity. Sensitivity analysis showed that higher initial conversion of land by farmers to grow energy crop led to faster growth in regional productivity.     

稻田甲烷排放模型研究——模型的验证

模型的有效性检验是模型应用于估计区域尺度稻田甲烷排放量的基本前提 ,尤其是针对多种不同的土壤、气候以及农业管理方式等可能影响稻田甲烷排放的环境条件下的模型检验。利用覆盖全国主要水稻产区的 94个甲烷排放观测案例对稻田甲烷排放模型 (CH4 MOD)进行了验证。这些观测区域分布范围北至北京 (4 0°30′N,116°2 5′E) ,南至广州 (2 3°0 8′N,113°2 0′E) ,东起杭州 (30°19′N,12 0°12′E) ,西到四川的土主 (2 9°4 0′N,10 3°5 0′E)。既有双季稻 ,也有单季稻 ,稻田灌溉及施肥方式也多种多样 ,对我国水稻生产具有较广泛的代表性。观测获得的稻田甲烷排放季节总量从 3.1kg C/hm2到 76 1.7kg C/hm2 ,平均值为199.4 (± 187.3) kg C/hm2 ;相应的模拟值分别为 13.9、82 4 .3和 2 2 4 .6 (± 187.0 ) kg C/hm2。模拟值与实测值的线性相关系数(r2 )为 0 .84 (n=94 ,p<0 .0 0 1)。CH4 MOD模型能够通过较少的输入参数有效地模拟我国主要农作方式下的稻田甲烷排放     

Theory and Practice of the Cropping Systems Approach to Reducing Nematode Problems in the Tropics

Plant-parasitic nematodes are major constraints to the productivity of tropical farming operations. Intensive land use and climatic conditions favorable to nematode development contribute to increased crop losses due to these pests. Many farmers in developing tropical countries have limited resources and management options. Cropping systems research is a relatively low-cost, low-input method of optimizing existing agricultural practices with respect to limiting losses due to plant-parasitic nematodes. Specific tropical farming practices are discussed along with problems they pose for research in quantitative hematology. Comprehensive, systematic research methods for delineating and using nematode-host relationships are described, and new ways of dealing with complex multicropping systems are suggested.     

International prospects for cooperation in crop research

Agricultural research is increasingly a global effort. No country can remain isolated in agricultural research without damaging its capacity to respond to challenges to agricultural productivity. In this paper, we explore the role of botany in the international effort to raise and stabilize farm yields. Given the importance of wild species in crop breeding and the increasing use of wild species to upgrade crops, the value of systematics is underlined. The contribution of plant physiology is also discussed, particularly with reference to mechanisms of resistance to pests and diseases and tolerance to adverse soils and climates. The crucial role of ecological studies based on field work is also underscored, particularly as it applies to wild plants and natural genepools, as well as crop protection. The necessity for continued support of botanical studies and gardens is emphasized in the light of the global effort to conserve and utilize crop genetic diversity. Finally, we examine some developments in mycology and biotechnology that have implications for agriculture and pinpoint opportunities for increased collaboration between botanists and agricultural scientists.     

DNDC模型在中国的改进及其应用进展

DNDC模型是目前国际上最成功的生物地球化学模型之一,可以被发展为适合一个特定国家或地区环境条件的模型.我国科学家经过不断的改进和扩充,发展了适用于中国特有的农业生态系统的版本.通过修改土壤水氮运移过程的缺省参数,引入了地表径流曲线和修正的通用土壤流失方程来控制和模拟地表径流,加入了薄膜覆盖管理模式的参数化模块,补充了种养结合的子模型.这些改动不仅增加了模型模拟土壤水氮运移、氮素淋失、地表径流的能力,而且提高了模型在不同生产管理模式下的应用范围.改进后的模型针对土壤有机碳变化、温室气体排放、氮素平衡等方面进行了大量验证,并在点位和区域尺度上进行了广泛应用;此外,对DNDC模型存在的问题,如模拟结果不准确、模型参数矫正困难、模型模块不足等进行了讨论;最后,明确了模型在中国农业生产中的贡献,以期为模型的研究和应用提供参考,更好地服务于中国农业生产.     

遥感信息应用于区域尺度水分限制条件下作物生长模拟的研究进展

第2生产水平(即水分限制条件)下的大范围作物生长动态模拟研究具有十分重要的现实意义.目前,区域尺度上水分限制条件下作物生长模拟存在一定的难度,而遥感信息与作物生长模拟模型的结合,可以为区域尺度水分限制条件下作物生长发育模拟及产量估算提供了一条行之有效的途径.本文简要回顾了遥感与作物生长模拟模型结合研究的发展概况,指出了区域尺度水分限制条件下作物生长模拟需要解决的问题,并在已有遥感反演土壤水分状况研究的基础上,简述了遥感信息应用于区域尺度水分限制条件下作物生长模拟的研究方法,并探讨了当前该领域研究的其他可能途径及需要进一步研究和解决的科学问题.     

作物群体受光结构与作物生产力研究

植物体内的干物质中,９０％～９５％直接或间接地来自光合作用,作物群体进行光合作用的能源是太阳辐射能,从获得太阳能的观点出发,农业就是“通过高等植物发展光能利用效率的产业”［８］。叶子作为光合作用的主要器官,其光环境的优劣对光能利用效率和作物生产力起着...     

Adaptation of global land use and management intensity to changes in climate and atmospheric carbon dioxide

Land use contributes to environmental change, but is also influenced by such changes. Climate and atmospheric carbon dioxide (CO₂) levels’ changes alter agricultural crop productivity, plant water requirements and irrigation water availability. The global food system needs to respond and adapt to these changes, for example, by altering agricultural practices, including the crop types or intensity of management, or shifting cultivated areas within and between countries. As impacts and associated adaptation responses are spatially specific, understanding the land use adaptation to environmental changes requires crop productivity representations that capture spatial variations. The impact of variation in management practices, including fertiliser and irrigation rates, also needs to be considered. To date, models of global land use have selected agricultural expansion or intensification levels using relatively aggregate spatial representations, typically at a regional level, that are not able to characterise the details of these spatially differentiated responses. Here, we show results from a novel global modelling approach using more detailed biophysically derived yield responses to inputs with greater spatial specificity than previously possible. The approach couples a dynamic global vegetative model (LPJ‐GUESS) with a new land use and food system model (PLUMv2), with results benchmarked against historical land use change from 1970. Land use outcomes to 2100 were explored, suggesting that increased intensity of climate forcing reduces the inputs required for food production, due to the fertilisation and enhanced water use efficiency effects of elevated atmospheric CO₂ concentrations, but requiring substantial shifts in the global and local patterns of production. The results suggest that adaptation in the global agriculture and food system has substantial capacity to diminish the negative impacts and gain greater benefits from positive outcomes of climate change. Consequently, agricultural expansion and intensification may be lower than found in previous studies where spatial details and processes consideration were more constrained.