西北干旱区玉米对气候变暖的响应

摘要: 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。     

甘肃陇东黄土高原冬小麦对气候变暖的响应

使用地面试验田平行观测资料,就甘肃陇东黄土高原冬小麦对气候变暖的响应进行了比较分析。结果表明,1981年以来,冬小麦对气候变暖的响应主要表征为全生育期与越冬期的缩短,返青期与收获期提前,而越冬前和返青后的生长期总日数并无明显变化;各发育阶段对增温的响应差异明显,增温使营养生长阶段的返青至起身至拔节和生殖生长阶段的开花及成熟日期提前,乳熟日期和开花至成熟期间的总日数无明显变化,但增温使生殖生长阶段的开花至乳熟有延长趋势,而乳熟至成熟期有缩短趋势。籽粒重随≥10℃积温的增加而增加,随3月至收获期最高气温的升高而减少;产量随平均最低气温的升高和≥0℃、≥5℃、≥10℃和≥15℃积温的增加而增加,随≥20℃积温的增加而减少,表明高温天气增加对冬小麦产量有一定程度的逼熟减产负作用产生。     

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。     

绿洲胡杨生长期对全球变暖停滞响应的时空差异

基于中国绿洲胡杨分布区48个地面气象站1960—2017年逐日平均气温数据,运用线性趋势法、相关分析和偏最小二乘回归等方法,分析了中国绿洲胡杨生长期起止日和生长期对全球变暖停滞响应的时空差异。结果表明:1998—2012年中国绿洲胡杨起始日、终止日、生长期倾向率分别为-0.764、-0.328、0.535 d·10 a-1,与1960—2017年和1960—1998年相比呈现起始日推迟、终止日提前、生长期缩短的态势,对全球变暖停滞(global warming hiatus)响应明显,其中,终止日响应最显著。研究区有超过47%的站点呈现出起始日推迟、终止日提前、生长期缩短的趋势,对全球变暖停滞的响应呈自西南向东北逐渐减弱的趋势。但各绿洲胡杨生长期对全球变暖停滞的响应不尽相同,其中,河套绿洲对全球变暖停滞响应最显著,柴达木绿洲的响应不显著。成因分析表明,亚洲极涡面积指数、青藏高原指数、西风指数是影响胡杨生长期对全球变暖停滞响应的主要驱动因子。     

气候变化背景下中国农业气候资源变化Ⅷ.江西省双季稻各生育期热量条件变化特征

基于江西省地面气象资料和农业气象试验站数据,分析了江西省双季稻生育期的变化趋势,并利用生长度日（GDD）、低温度日（CDD）和高温度日（HDD）对1981-2007年江西省水稻各生育期热量资源的变化趋势进行分析.结果表明：气候变暖背景下,江西省水稻生长季平均气温、平均最低气温和平均最高气温均呈升高趋势,引起双季稻生长季缩短,其中,营养生长期日数减少最明显,而生殖生长期延长;生长度日和高温度日均增加,低温度日减少.研究期间,江西省双季稻有效热量资源增加,低温风险减少,但高温风险增多;江西省水稻有效热量资源的空间变化特征表现为东北部的增幅大于西南部,南部的低温风险大于北部,中部的高温风险最大.     

寒地春玉米生长发育及产量对花前夜间增温的响应

采用田间开放式夜间增温试验方法,研究雨养农区寒地春玉米生长发育及产量对花前夜间增温的响应.结果表明:夜间增温条件下,0 ～ 10 cm耕层土壤夜间温度升高1.7℃,土壤水分略有下降;夜间增温使春玉米物候期明显提前,花前生育期缩短ld,花后生育期延长1d;夜间增温明显促进春玉米幼苗生长,提高根系长度,单株绿叶面积和棒三叶面积分别比对照提高13.5％和14.6％;与对照相比,春玉米地上生物量和籽粒产量分别显著增高8.2％和9.3％,百粒重显著增高7.1％.东北地区气候变暖尤其是日最低温度升高对春玉米的直接影响效应可能以增产为主.     

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。     

模拟增温改变川西高山草甸优势植物繁殖物候序列特征

以西南横断山区高山草甸优势植物种珠芽拳参(Polygonum viviparum)和银叶委陵菜(Potentilla leuconota)为研究对象, 将其物候分为花芽期、开花期、凋谢期和种子成熟期4个阶段, 每个阶段又分为开始、峰值和结束3个状态。采用开顶式增温箱进行模拟增温, 连续增温4年后, 于增温第5年的2016年生长季跟踪调查了模拟增温对珠芽拳参和银叶委陵菜的繁殖物候序列的影响, 以探讨高山植物群落对气候变化的响应过程。结果显示, 模拟增温后: 1)珠芽拳参各物候阶段的持续时间缩短; 除凋谢阶段起始、结束期延迟外, 其他状态均有不同程度的提前; 各阶段的过渡期有不同程度的缩短, 繁殖周期缩短; 2)银叶委陵菜各物候阶段的持续时间延长; 凋谢期结束前各状态(除开花峰值外)表现为不同程度的提前; 各阶段过渡期对增温的响应不一致, 繁殖周期延长。结果表明: 完整的繁殖物候序列能更准确地反映植物物候对气候变暖的响应; 植物对环境变化的响应和应对策略存在种间差异, 这种差异可能会进一步改变植物群落组成和结构。     

Experimental warming changed plants’ phenological sequences of two dominant species in an alpine meadow,western of Sichuan

以西南横断山区高山草甸优势植物种珠芽拳参(Polygonum viviparum)和银叶委陵菜(Potentilla leuconota)为研究对象, 将其物候分为花芽期、开花期、凋谢期和种子成熟期4个阶段, 每个阶段又分为开始、峰值和结束3个状态。采用开顶式增温箱进行模拟增温, 连续增温4年后, 于增温第5年的2016年生长季跟踪调查了模拟增温对珠芽拳参和银叶委陵菜的繁殖物候序列的影响, 以探讨高山植物群落对气候变化的响应过程。结果显示, 模拟增温后: 1)珠芽拳参各物候阶段的持续时间缩短; 除凋谢阶段起始、结束期延迟外, 其他状态均有不同程度的提前; 各阶段的过渡期有不同程度的缩短, 繁殖周期缩短; 2)银叶委陵菜各物候阶段的持续时间延长; 凋谢期结束前各状态(除开花峰值外)表现为不同程度的提前; 各阶段过渡期对增温的响应不一致, 繁殖周期延长。结果表明: 完整的繁殖物候序列能更准确地反映植物物候对气候变暖的响应; 植物对环境变化的响应和应对策略存在种间差异, 这种差异可能会进一步改变植物群落组成和结构。     

温度升高对林线交错带西川韭与草玉梅生殖物候与生长的影响

采用开顶式同化箱(open-top chamber, OTC),研究了川西亚高山林线交错带2种草本植物西川韭（Alllium xichuanense）与草玉梅(Anemone rivularis)生殖物候与生长对模拟增温的短期响应。结果表明：温度升高使西川韭与草玉梅的始花时间、最大开花日和抽茎时间均明显提前;同时,增温延长了2物种的花期,提高了二者的开花率;增温促进了草玉梅的果物候;增温加快了西川韭与草玉梅的生长,而对生长末期株高和各器官生物量却无显著影响。反映了西川韭与草玉梅生殖物候与生长对实验增温的响应具有较强可塑性,在未来气候变暖的情况下,能够较强地适应变暖环境。     

Comparative Reaction of Larch (<Emphasis Type="Italic">Larix sibirica</Emphasis> Ledeb.) Radial Increment on Climate Change in the Forest Steppe and Highlands of Southern Siberia

The influence of climate changes on larch (Larix sibirica Ledeb.) radial increment under conditions of a limited (forest steppe) and sufficient (high-altitude Kuznetsk Alatau, floodplain stands) humidification is considered. The relationship between growth index of larch trees (N = 257) and ecological and climatic variables is analyzed. In the forest steppe, with the onset of warming, a decrease in the aridity of the climate, an increase in the duration of the growing season (1980s), and an increase in the larch growth index followed by its depression in the 1990s have been observed. Radial-increment depression is caused by an increase in vapor-pressure deficit and arid climate due to a rising air temperature. In the 2000s, radial-increment fluctuations with average values not exceeding those before the beginning of current climate warming period occurred. In the highlands, since the 1970s, there has been a general increase in the larch radial increment closely associated with the main limiting factor of growth—air temperature. At the same time, in arid years, the radial-increment depression of larch trees in highland and floodplain larch forests is also noted. When implementing “hard” climate scenarios (RCP 6.0 and RCP 8.5), it is likely that the larch growth index in a forest steppe will decrease further and its increase in areas of sufficient moisture will be observed.     

中国北方苹果主产地苹果物候期对气候变暖的响应

为揭示我国北方苹果物候期时空变化特征及其对气候变暖的响应时段和强度,选取福山、万荣和阿克苏分别代表我国渤海湾、黄土高原和新疆苹果产区,利用1996—2018年各地红富士苹果芽开放期、展叶始期、始花期、可采成熟期、叶变色末期和落叶末期物候数据,分析不同物候期及生长阶段长度的变化趋势,并利用偏最小二乘回归法,从日尺度层面,分析气温变化对各物候期的影响。结果表明: 近23年来,福山、万荣和阿克苏芽开放期、展叶始期和始花期均呈现提前趋势,平均提前速率分别为0.36、0.33和0.23 d·a^-1,落叶末期则呈推迟趋势(0.68 d·a^-1),可采成熟期和叶变色末期在各产区的变化趋势不一致;果实生长发育期和果树全生育期分别以1.20和0.82 d·a^-1的速率延长。苹果春季物候期与1月初至相应物候期发生前平均气温呈显著负相关关系,期间温度每升高1 ℃,芽开放期、展叶始期和始花期将分别提前3.70、3.47和3.48 d;秋季物候期与各物候期前21～72 d的平均气温呈正相关,但与影响时段平均气温的相关性低于春季物候期;总体上,春季物候期受气温影响的程度大于秋季物候期,且果实生长发育期和果树全生育期的延长主要由春季物候期提前所致。各主产地间苹果物候期对气候变暖的响应存在一定差异,其中气温对阿克苏苹果生长发育的影响最大,其次是万荣,对福山的影响并不明显。该研究结果可为指导各地苹果产业应对气候变化提供理论依据。     

气候变化对宁夏固原地区胡麻发育进程和产量的影响

基于观测数据分析了宁夏固原地区平均温度和降水的年际变化,探讨了气候变化对当地胡麻发育进程和产量的影响状况.结果表明： 1957—2012年,固原地区年均气温呈上升趋势,年降水量呈下降趋势,气候倾向率分别为0.3 ℃·(10 a)^-1、-20 mm·(10 a)^-1;胡麻生长季平均温度的上升趋势更明显,降水的下降趋势则与年趋势类似.气温升高和降水减少加快了胡麻的发育速度,导致其生育期天数呈显著减少趋势.胡麻播种至出苗期温度每上升1 ℃,出苗期提前0.7 d;出苗至二对针叶期,温度每上升1 ℃,发育天数缩短0.8 d,降水量每减少1 mm,发育天数缩短0.1 d;工艺成熟至成熟期温度每上升1 ℃,成熟期提前1.8 d,降水量每减少1 mm,成熟期提前0.1 d.胡麻营养生长阶段平均温度升高、降水减少使发育加速是胡麻产量逐年降低的主要原因之一;生殖生长阶段温度升高会抑制花芽分化及正常授粉,对蒴果数和结实率产生影响而导致产量降低.调整胡麻品种种植布局、扩大中晚熟或晚熟品种比例是当地减少气候变化影响的重要措施.     

Snowmelt and early to mid‐growing season water availability augment tree growth during rapid warming in southern Asian boreal forests

Boreal forests are facing profound changes in their growth environment, including warming‐induced water deficits, extended growing seasons, accelerated snowmelt, and permafrost thaw. The influence of warming on trees varies regionally, but in most boreal forests studied to date, tree growth has been found to be negatively affected by increasing temperatures. Here, we used a network of Pinus sylvestris tree‐ring collections spanning a wide climate gradient the southern end of the boreal forest in Asia to assess their response to climate change for the period 1958–2014. Contrary to findings in other boreal regions, we found that previously negative effects of temperature on tree growth turned positive in the northern portion of the study network after the onset of rapid warming. Trees in the drier portion did not show this reversal in their climatic response during the period of rapid warming. Abundant water availability during the growing season, particularly in the early to mid‐growing season (May–July), is key to the reversal of tree sensitivity to climate. Advancement in the onset of growth appears to allow trees to take advantage of snowmelt water, such that tree growth increases with increasing temperatures during the rapidly warming period. The region's monsoonal climate delivers limited precipitation during the early growing season, and thus snowmelt likely covers the water deficit so trees are less stressed from the onset of earlier growth. Our results indicate that the growth response of P. sylvestris to increasing temperatures strongly related to increased early season water availability. Hence, boreal forests with sufficient water available during crucial parts of the growing season might be more able to withstand or even increase growth during periods of rising temperatures. We suspect that other regions of the boreal forest may be affected by similar dynamics.     

气候变暖可能对东北三省农业生态环境的影响及其对策

随着未来气候变暖,我国东北三省农业生态环境可能发生较大的变化,其变化趋势为,热量条件变好,作物生育期延长,冷害频率降低,积雪期缩短,湿润条件变差,干旱频率增大,蒸发量增加。未来气候变暖,若平均气温升高2℃,那时东北三省粮食产量可增加36%左右,农业地带将大幅度地向北推移,并且提出相应的农业对策。     

暖干化加剧东北半干旱地区油松人工林径向生长的水分限制

相较天然林,人工林生态系统对全球性气候变化更敏感。本文利用树木年代学方法,以东北半干旱地区油松人工林为对象建立油松年轮宽度年表,研究油松生长的动态变化及其径向生长与气象因子的相关关系,探讨升温对油松生长及分布的影响。结果表明: 研究区油松年轮宽度主要与生长季5—7月的平均温度呈显著负相关,与生长季早期4月和生长季5—7月的平均降水量和PDSI呈显著正相关,水分可利用性是限制研究区油松径向生长的主要因子。自西南向东北随着年降水量增加,各样点油松径向生长对年均温的敏感性增强,与年降水量的相关关系由显著正相关转变为负相关,说明偏干旱的西南部地区油松生长受水分限制更严重。气候变暖导致的干旱胁迫使得研究区西南部的部分人工林油松生长呈衰退状态。随着暖干化的持续,研究区油松分布边界将发生局地收缩,适宜生长的边界将向北移动。     

青藏高原沼泽湿地植被NDVI时空变化及其对气候变化的响应

基于2000—2017年逐旬MODIS NDVI数据和逐月气温、降水数据,分析了青藏高原不同类型沼泽湿地植被生长季NDVI时空变化特征及其对气候变化的响应。研究结果表明：青藏高原沼泽植被生长季多年平均NDVI自西北向东南逐渐增加;沼泽植被生长季平均NDVI在2000—2017年总体呈现显著上升趋势 (0.010/10a) ,生长季NDVI呈上升趋势的面积占整个研究区面积的78.25%。青藏高原沼泽植被生长季NDVI与降水量总体上呈现弱的相关性,表明降水并不是影响该地区沼泽植被生长的主要因素。青藏高原沼泽植被生长主要受气温影响,气温升高能明显促进沼泽植被的生长。此外,首次发现白天和夜晚温度升高对青藏高原沼泽植被生长具有不对称性影响,其中夜晚增温对沼泽植被生长的促进效果更加显著。在全球白天和夜晚不对称增温的背景下,白天和夜晚温度对青藏高原沼泽植被的不对称影响应当引起重视,尤其是在利用模型模拟未来气候变化对该地区沼泽植被影响时。     

Climate signal shift under the influence of prevailing climate warming – Evidence from Quercus liaotungensis on Dongling Mountain,Beijing, China

Increasing climate warming is inducing drought stress and resulting in forest growth decline in many places around the world. The recent climate of northern China has shown trends of both warming and drying. In this study, we obtained tree ring width chronology of Quercus liaotungensis Koidz. from Dongling Mountain, Beijing, China. We divided the temperature series of the study area into cooling (1940–1969) and warming intervals (1970–2016). The climate–tree growth response analysis showed that temperature exerted a limiting impact on the annual radial growth of Q. liaotungensis during the cooling period, whereas the influence of temperature was lower during the warming period. The moving correlation analysis showed that the influence of summer temperature decreased with the warming climate since the 1970s, and that the influence of winter and spring temperatures decreased since the 2000s. The correlation values between the chronology and precipitation decreased during the cooling period, whereas spring and early summer precipitation correlations began to increase in the 1970s and reached significance (p < 0.05) in the 1990s. Our results show that the positive influence of temperature on radial growth of Q. liaotungensis in the study area has weakened, whereas precipitation has become the dominant regulator with climate warming. These findings suggest that forest growth on Dongling Mountain will decline if climate warming continues in the future.