中国北方气候暖干化对粮食作物的影响及应对措施

东北、华北和西北50a来的平均气温增幅高于全国平均水平,气候变暖明显,尤其冬季增温最显著。区域增暖的极端最低气温远比极端最高气温的贡献大。东北、华北大部、西北东部降水量明显减少,平均每10a减少20—40mm,尤其春夏季减少最明显。这种趋势一直延续到20世纪90年代以后,干旱化趋势非常突出。在综述我国北方现代气候变化基本特征是暖干化的基础上,重点阐述了喜凉作物冬小麦、春小麦、马铃薯和喜温作物水稻、玉米、谷子、糜子等7种主要粮食作物的生长发育、品种熟性、种植区域与面积、产量与品质等对气候暖干化的响应特征。揭示了气候暖干化使春播作物播期提早,苗期生长发育速度加快,营养生长期提前,生殖生长期和全生育期延长;秋作物发育期推迟,生殖生长期和全生长期延长;越冬作物播期推迟,越冬死亡率降低,种植风险减少,春初提前返青,生殖生长期提早,全生育期缩短。使作物适宜种植区域向高纬度高海拔扩展;品种熟性向偏中晚熟高产品种发展;喜温作物和越冬作物以及冷凉气候区的作物种植面积迅速扩大;在旱作区种植不较耐旱的玉米、春小麦等作物种植面积受到制约。对雨养农业区的作物气候产量影响严重,尤其对不够耐旱的小麦和玉米的气候产量受影响最大;对较耐旱的谷子、糜子、马铃薯等影响较轻。从作物属性而言,对喜温作物水稻、玉米和越冬作物冬小麦有利于气候产量提高;对喜凉作物春小麦和马铃薯的气候产量将产生不利影响。同时,提出了从5个方面应对气候暖干化的技术措施,调整作物种植结构,确保粮食生产安全;根据不同气候年型调整各种作物种植比例;针对不同气候区域发展优势作物和配置作物种植格局;采取不同栽培技术和管理模式应对气候变化;采取综合配套技术提髙抵御灾害能力。为粮食作物安全生产和种植结构调整与布局提供科学依据。     

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121.1 kg·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.     

农田水氮关系及其协同管理

作物施氮反应及其氮肥利用率不仅取决于氮肥管理,还与水资源管理有关,并且受到地区气候因素的影响。针对中国灌溉农区氮肥环境污染问题日益突出,协调农田水氮管理,如通过改善水资源管理,发挥水氮协同效应,以提高水分利用效率来改善氮肥利用率,实现水氮利用率双赢,是当前农业水氮管理中亟待探讨和回答的问题。通过对农田水氮协同相关研究文献资料的综述,以华北平原集约种植体系水氮管理为例,根据历年统计数据,分析了该区年水热条件下粮食产量与水、氮及水氮利用效率之间的关系。研究表明,水和氮与作物产量在一定范围表现为水氮的协同效应。水分利用效率一般随灌溉水量减少及氮肥用量增加而提高;氮肥利用效率随氮用量增加而下降。适量节水和减氮分别有助水分利用效率和氮肥利用效率的改善。在气候变暖、变干条件下,适量施氮成为改善水氮利用效率的关键对策。     

大连市黑松树木水分利用效率的环境响应

以生长于大连城区的黑松为研究对象,建立了1951—2010年间的树木径向生长、树轮稳定碳同位素比率(δ¹³C)和水分利用效率的时间序列,研究了三者的变化特点及其与主要气候因子的关系.结果表明: 1980年以来,黑松树木径向生长有减缓趋势,δ¹³C值降低,但是水分利用效率显著增加(P<0.05).年轮宽度、稳定同位素比率和水分利用效率的变化均受气候因素的影响,并随季节波动:夏季温度与树木径向生长呈负相关,而冬季则呈正相关;6月降水和相对湿度的波动与年轮宽度变化基本呈正相关;3—9月各月温度与δ¹³C和水分利用效率呈弱正相关,其他月份基本呈弱负相关;全年降水和相对湿度分别与δ¹³C和水分利用效率基本呈负相关.快速暖干化的城市气候环境促进了树木水分利用效率的提高.     

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.     

基于分期播种的气候变化对东北地区玉米(Zea mays)生长发育和产量的影响

利用在东北地区中部开展玉米(Zea mays)分期播种试验资料,分析气候变化对玉米出苗速度、生长发育速度、灌浆过程、植株干物质积累和产量的影响,进而分析未来气候变化对东北地区玉米生产的影响及适应性对策.结果表明,气候变化对玉米生长发育和产量的影响十分明显,在水分基本适宜的条件下,东北地区气候变暖导致玉米生长季气温升高、积温增加,使玉米生长发育和灌浆速度加快,生物量增加,从而提高单产.但气候变暖的同时,气候变干会限制热量资源的利用,将缩短玉米灌浆时间,降低灌浆速率,使千粒重下降,从而造成明显减产,而且减产幅度明显大于温度升高的增产幅度.在水分条件基本得到满足的条件下,未来夏半年气候变暖对东北地区玉米生产是有利的,偏晚熟玉米品种比例可以适当扩大,东北玉米带可以向北部和东部扩展,单产和总产都会增加;但如果水分得不到满足,气候的暖干化趋势会使东北地区的中、西部玉米主产区的农业干旱变得更加严重且频繁,造成产量下降和不稳定,给玉米生产带来严重威胁,因而更应加强农业干旱的综合防御工作.     

不同耕作措施对冬小麦-夏玉米复种连作系统土壤有机碳和水分利用效率的影响

在连续8年田间定位试验的基础上,分析了关中平原冬小麦 夏玉米复种连作系统2008—2009年连续两个生长季期间不同耕作措施(结合秸秆还田和不还田)对土壤有机碳和水分利用率的影响.结果表明: 相对于传统耕作,保护性耕作有利于土壤有机碳、水分利用效率和作物产量的提高,其中在“深松+秸秆还田”耕作模式下的增幅最高,土壤有机碳含量在0～30 cm土层增幅达到19.5%,水分利用效率和作物产量提高了16.9%和20.5%,而免耕模式则有效提高了0～10 cm土层有机碳含量.在该地区土壤和气候条件下,深松结合秸秆粉碎还田是最理想的耕作模式,最有利于土壤有机碳累积,并提高水分利用效率和作物产量.     

间套作提高农田水分利用效率的节水机理

综合国内外多学科的研究成果,从地表水向土壤水的转化效率、农田水分的有效性、植物冠层结构、灌溉用水量和作物产量等方面,论述了间套作提高农田水分利用效率的节水机理.结果表明:间套作能够促进植物根系对农田水分的充分利用,有利于增加根层土壤的贮水量;间套作一方面减小棵间蒸发、抑制无效蒸腾,另一方面优化作物系统的源-库关系,创造出有利于植物生长发育的小气候,为资源在时间和空间上的集约利用和高产打好基础,在不增加农田灌溉水的同时大幅度提高单位面积产量,促进作物水分利用效率明显提高.     

气候变化对黄淮海地区弱冬性小麦的影响评价

气候变暖正在影响我国的农业生产.研究某一区域一定历史时期气候变化对农业的影响,可以使人们科学认识当地气候资源,更好地利用气候资源为农业生产服务.本文以黄淮海地区弱冬性小麦为例,利用DSSAT中的CERES-Wheat作物生长模型研究上世纪后40年气候变化对冬小麦生长发育及产量的影响,得出几点主要结论:气候变化对弱冬性小麦发育期影响不大,而对产量影响较大;灌溉能极大地提高冬小麦的产量.     

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.     

二倍体、四倍体和六倍体小麦产量及水分利用效率

试验选用了6个不同染色体倍性的小麦进化材料（3个二倍体、2个四倍体和1个六倍体）,分别在不同水肥条件下研究其根系、地上生物量、产量、蒸腾耗水量和水分利用效率等指标,旨在阐明小麦进化材料产量及水分利用效率的差异及水肥条件对这些特性的影响。试验表明：不同倍性小麦进化材料的生物量、产量和水分利用存在显著的差异,而且水肥条件对其有显著影响。在染色体倍性由2n→4n→6n的进化过程中,小麦根系及地上生物量均先增加后降低,而产量却显著增加,这与收获指数的增加有关。小麦产量的大小顺序为：T.aestivum〉T.dicoccum〉T.dicoccoides〉Ae.squarrosa〉Ae.speltoides〉T.boeoticum。水分亏缺显著降低小麦的生物量、产量和收获指数;在不同水分条件下,增加施肥量有利于这些指标的增加。但是水分亏缺下,增加施肥却降低各小麦材料的根系生物量。随小麦的进化,蒸腾耗水量显著降低,这与其生育期缩短有关;而生物量水分利用效率和产量水分利用效率却显著升高,且后者的差异要大于前者。各小麦产量水分利用效率的大小排序与产量的完全一致。水分亏缺处理显著减少各小麦进化材料的蒸腾耗水量47％～52％，而显著增加生物量水分利用效率3％～40％；但水分亏缺对产量水分利用效率的促进作用却随染色体倍性的增加而降低，甚至降低六倍体小麦T.aestivum的产量水分利用效率19％。不同水分条件下，高肥处理均有利于蒸腾耗水量、生物量水分利用效率和产量水分利用效率的增加。     

气候变暖对东北三省春玉米严重低温冷害及种植布局的影响

以我国对气候变化较为敏感的东北三省为例,利用1961～2007年78个气象站的资料,结合玉米生长季温度距平冷害指标,分析了气候变暖对东北三省春玉米严重低温冷害及种植布局的影响.结果表明:(1)气候变暖背景下,从20世纪60年代到21世纪初,东北三省各地区春玉米严重冷害受害程度总体表现为减少趋势,但由于不同地方温度波动幅度较大,区域性的严重冷害发生频率也随之加大;就平均发生频率空间分布而言,1961～2007年严重冷害的平均发生频率表现为东北部高于西南部,最大值出现在黑龙江北部(38%),最低值在辽宁南部(4%).(2)气候变暖背景下,不同熟性玉米品种可种植界线明显北移东延,早熟品种逐渐被中、晚熟品种取代,中、晚熟品种可种植面积不断扩大.(3)随着不同熟性玉米品种种植区域北移东延,严重低温冷害出现频率明显增加,种植风险也在增大.     

灌浆期水分亏缺条件下二、四、六倍体小麦收获指数和水分利用效率的演化

为揭示不同倍性小麦生长发育、产量性状及水分利用对灌浆期水分亏缺响应的差异,选用二倍体野生一粒小麦(Triticum boeoticum)、栽培一粒小麦(T.monococcum),四倍体野生二粒小麦(T.dicoccoides)、栽培二粒小麦(T.dicoccon),和两个普通六倍体小麦(T.aestivum)品种‘长武134’和‘陕253’6个小麦品种作为供试材料。采用盆栽控水的方法,测定和分析了不同灌浆期土壤水分条件下小麦株高、旗叶叶面积、穗长、根干重、地上生物量、根冠比、千粒重、粒数、产量、收获指数、蒸腾耗水量和水分利用效率等性状的变化。在小麦染色体倍体由二倍体向六倍体进化的过程中,小麦地上生物量、千粒重、穗粒数、产量、收获指数和水分利用效率都显著增加。随着土壤水分从正常→中度亏缺→重度亏缺的减少,收获指数先增大后减小,分别为41.26%、42.48%和38.19%;生物量水分利用效率逐渐增大,分别为2.39、2.43和2.53g·kg–1;产量水分利用效率分别为1.05、1.10和1.04g·kg–1。在灌浆期水分条件是影响收获指数和水分利用效率的关键因素之一。灌浆期的水分亏缺有利于六倍体小麦的收获指数和四倍体的生物量水分利用效率的提高。中度的水分亏缺有利于四倍体和六倍体产量水分利用效率的提高。     

冬小麦种植模式对水分利用效率的影响

在同一种植密度下,设3种种植模式,包括25 cm等行距平作、"20+40"大小行平作和"20+40"沟播。研究了冬小麦沟播和平作种植对产量及水分利用效率的影响。结果表明,"20+40"沟播产量显著高于平作;叶片相对含水量(RWC)、水势(Ψw)和叶片水平水分利用效率随生育进程的推进呈整体下降趋势,其中,沟播处理RWC、Ψw和叶片水平水分利用效率的平均值均显著高于等行距和"20+40"平作处理;另外,"20+40"沟播还能明显提高冬小麦田土壤贮水量,减少总耗水量,从而提高水分利用效率。灌水增加了冬小麦产量和叶片相对含水量等各水分指标,降低了水分利用效率,减小了各种植模式间差异。"20+40"沟播在灌水135 mm条件下既保障产量又较等行距节水25%。由此表明,冬小麦"20+40"沟播可改善叶片水分状况,提高水分利用效率,增加作物产量。     

灌溉与施氮对紫花苜蓿干草产量及水分利用效率的影响

在甘肃省河西绿洲灌区石羊河流域设计大田试验,研究了不同灌溉量[常规灌溉(330mm)、节水20%灌溉(264mm)和节水40%灌溉(198mm)]和施氮量(0、40、80和120kgN.hm-2)对紫花苜蓿(Medicagosativa)株高、干草产量和水分利用效率的影响。结果表明:灌溉与施氮对紫花苜蓿植株高度产生一定的影响,但其效果不明显;各茬紫花苜蓿干草产量随灌溉量增加而增加,不同灌溉之间的干草产量相差显著,节水40%灌溉、节水20%灌溉和常规灌溉的全生育期(3茬)平均干草产量分别为7232、7603和7796kg.hm-2;节水40%灌溉的水分利用效率(15.56kg.hm-2.mm-1)显著高于节水20%灌溉(13.86kg.hm-2.mm-1),节水20%灌溉的水分利用效率显著高于常规灌溉(12.60kg.hm-2.mm-1),水分利用效率随灌溉量增加而显著降低;当施氮量达到40kgN.hm-2时,紫花苜蓿干草产量(8223kg.hm-2)和水分利用效率(15.18kg.hm-2.mm-1)达到最大值,总干草产量比0、80和120kgN.hm-2施氮处理分别提高15%、16%和7%,水分利用效率分别提高14%、14%和8%。在河西绿洲灌区石羊河流域第一年种植紫花苜蓿,从经济、生态和环境方面考虑,节水40%灌溉和施氮40kgN.hm-2处理是较高干草产量和高水分利用效率取得一致的处理,应大面积推广。     

基于Meta-analysis的新疆主要作物地膜覆盖产量及水分利用效率分析

为综合量化评价新疆地膜覆盖对主要作物产量和水分利用效率的影响，应用Meta-analysis方法，定量分析地膜覆盖后作物产量和水分利用效率的变化，并探讨其影响因素。通过文献检索(1982—2019年),共获得347篇有关新疆主要作物地膜覆盖试验文献。经严格筛选，从52篇文献中获得208组数据，分布于新疆18个市、县，涵盖南疆和北疆2个主要区域。结果表明：地膜覆盖可显著提高作物产量(24.1%)和水分利用效率(26.0%),甜菜、向日葵、玉米、棉花、小麦和大豆分别增产38.1%、29.5%、29.4%、26.4%、17.6%和15.8%;玉米、棉花和小麦水分利用效率分别增加32.0%、27.3%和13.7%;在地域上，南疆增产幅度大于北疆地区；在相对较差的土壤基础肥力中表现出较好的增产效应和水分利用效率增加效应；年均降水量<200 mm与年均降水量≥200 mm区域相比，有较高的增产效应，年均气温≥10℃的区域较年均气温<10℃的区域增产幅度大，相对未覆盖地分别增产31.8%和27.6%;低海拔地区<500 m与高海拔地区≥500 m相比，增产效果更显著；水分利用效率在...     

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.     

单播与混播对两个冬小麦品种产量和水分利用效率的影响

选取黄土旱塬两个冬小麦品种长武135和平凉40,采用生态替代法连续两年在田间条件下研究了单播和混播方式对冬小麦产量和水分利用效率的影响.结果表明:单播条件下平凉40单位面积根量为367.60 g·m-2,显著大于长武135的297.31 g·m-2,且其根系在各土层中分布较均匀,表明与长武135相比,平凉40吸收土壤水分的能力较强,但其在单播条件下的产量和水分利用效率较低.混播增加了平凉40和长武135根系在较深土层中的根量分布,两品种根量分别比单播条件下多13.36和8.50 g·m-2,混播增强了小麦根系对深层土壤水分的吸收利用,提高了单位面积总产量,增加了群体水分利用效率.与平凉40相比,长武135分配了更多的干物质到繁殖器官,使其根量和地上营养器官的生物量减小,从而提高了籽粒产量和收获指数,表现出较高的水分利用效率.     

气候变化背景下中国南方地区季节性干旱特征与适应Ⅵ.防旱避灾种植模式优化布局

南方地区是我国重要的农业种植区,季节性干旱严重影响该地区的农业生产.本文基于南方地区不同干旱分区中选取的13个典型地区1981-2007年气象资料和作物生育期、产量等资料,依据各地逐年降水量将其分为干旱年、正常年和丰水年3种不同降水年型,利用作物水分临界期需水量与降水量的耦合度、气象产量、单位面积产值以及全生育期的水分利用效率和降水量5个指标,对典型地区种植模式的综合效益进行评价,得到南方不同区域不同降水年型下的优化种植模式.结果表明: 半干旱区在干旱年型下,宜采取2种抗旱种植模式：马铃-玉米-甘薯和冬小麦-中稻-甘薯.半湿润区在干旱年型下,种植模式以冬小麦-中稻-甘薯最优,油菜-中稻-甘薯次之.在温润区(即典型的季节性干旱区),江南地区在3种年型下均以马铃薯-双季稻最优;西南地区宜搭配抗旱作物进行三熟制种植,如冬小麦-中稻-甘薯、冬小麦-玉米-甘薯、马铃薯-双季稻等.从最大程度利用水热资源角度考虑,三熟种植模式最优,以水旱轮作为主,丰水年型宜搭配水稻.     

留茬方式对小麦间作玉米产量和水分利用效率的影响

小麦/玉米间作是河西绿洲灌区主要间作模式,但传统间作和套种需水量大,使该地区水资源紧张.2010年在甘肃河西走廊石羊河绿洲灌区进行大田试验,研究传统小麦秸秆焚烧、秸秆翻还和秸秆立茬3种留茬方式对小麦/玉米间作作物籽粒产量、水分利用效率(WUE)和经济效益的影响.结果表明:与焚烧和翻还的籽粒产量相比,立茬小麦单作分别增加7.2％和5.1％,立茬小麦间作分别增加6.2％和5.1％,立茬玉米单作分别增加4.7％和2.5％,立茬玉米间作分别增加7.2％和3.3％;与焚烧和翻还的WUE相比,立茬小麦单作分别增加20.4％和16.2％,立茬小麦间作分别增加17.9％和14.6％,立茬玉米单作分别增加16.7％和10.9％,立茬玉米间作分别增加11.8％和17.0％.就单作小麦、单作玉米和小麦/玉米平均值而言,焚烧、翻还、立茬处理的纯收益分别为10946、11471和13454元·hm-2.从籽粒产量、水分利用效率和纯收益等方面考虑,立茬种植方式为甘肃省河西绿洲灌区小麦/玉米最佳种植模式.