拔节期淹涝胁迫对水稻形态和产量构成因素的影响

以常规稻湘早籼45为供试材料,在拔节期设计不同淹水深度(2/3淹和全淹)及淹水持续时间(3、5、7和9 d)的淹涝胁迫试验,分析不同淹涝胁迫处理对水稻绿叶数、卷叶长度、叶鞘长度、高位分蘖等形态因子以及产量构成因子的影响。结果表明:不同淹水深度处理,绿叶数与淹水持续时间呈负相关,且2/3淹较全淹更明显;全淹处理,茎变化明显;2/3淹处理,叶变化明显;高位分蘖率与淹水持续时间呈正相关;卷叶长度变化,在2/3淹时,与淹水持续时间呈负相关,全淹时,两者呈正相关;叶鞘的变化,不同处理之间差异不大,均表现为伸长生长。不同淹涝胁迫处理对产量构成因子的影响均表现为空壳率高、穗结实粒数低和千粒重低,2/3淹持续9 d处理的影响最大,结实粒数最低,仅有34粒。探讨了不同淹涝胁迫环境,水稻茎、叶等形态特征变化的适应机制和可能原因。研究结果可为长江中下游地区水稻洪涝灾害防灾减灾以及抗灾品种选育提供科学依据。     

增温背景下克氏针茅枯黄期物候对降水响应的光合生理机制

基于红外线辐射增温与控水相结合的原位模拟试验资料,分析了克氏针茅(Stipa krylovii)枯黄期对水热变化响应的光合生理机制。结果表明: 增温背景下降水是枯黄期的主要影响因子,增水(减水)导致枯黄始期和枯黄盛期的发生时间均延迟(提前),枯黄期持续时间均延长,减水处理对枯黄期持续时间的延长作用更显著。增温背景下,降水变化显著影响枯黄期的生理生态特性,且在枯黄始期最为显著,净光合速率、气孔导度、蒸腾速率、核酮糖-1,5-二磷酸(RuBP)羧化的最大速率(V_{c max})、RuBP再生能力的最大速率(J_max)均与降水量呈显著正相关。通径分析表明,克氏针茅枯黄期的光合生理机制因水热变化的不同而异。当前环境条件下,枯黄期物候变化的主要影响因子是J_max,主要限制因子是V_{c max}。未来暖干和暖湿气候下枯黄期物候变化的主要影响因子均是V_{c max};但在暖干气候下主要限制因子为J_max,而在暖湿气候下则无限制因子。这表明克氏针茅枯黄期物候的变化取决于气候环境条件变化对其光合能力的影响。     

克氏针茅物候对气候变暖和水分变化的响应及其光合生理生态机制

物候对气候变化具有重要指示作用,然而现有研究主要关注植物物候变化与环境因子的关系,对于物候变化的生理生态机制研究较为缺乏。基于内蒙古自治区克氏针茅草原红外线辐射增温与控水相结合的原位模拟试验资料,探究了克氏针茅物候变化的光合生理生态机制及其对水热环境因子的响应。研究结果表明：（1）增温使克氏针茅返青期和抽穗期提前2.8 d和7.8 d、枯黄期推迟6.8 d;水热协同作用主要影响抽穗期,增温增水（气候暖湿化）较增温减水（气候暖干化）提前7.4 d。（2）增温增水使得克氏针茅返青期和抽穗期的净光合速率、气孔导度和蒸腾速率显著高于增温减水,而对水分利用效率的影响则相反（P<0.05）,增温增水与增温减水对克氏针茅枯黄期的光合生理生态特征影响无显著差异。（3）净光合速率是影响克氏针茅物候变化的决策因子,温度是影响克氏针茅植物返青期和枯黄期的限制因子,水分则是影响克氏针茅植物抽穗期的限制因子。研究发现克氏针茅物候与其光合生理生态特征和环境因子密切相关,研究结果可为植物物候模型发展和物候机理研究提供理论支撑。     

玉米叶片水分利用效率的保守性

水分利用效率是植物个体或生态系统水分利用过程的重要特征参数,可表征不同时空尺度的植物碳-水耦合关系,对植物适应气候变化研究具有重要意义。以玉米为例,利用中国气象局固城农业气象野外科学试验基地2013—2014年玉米不同灌溉方案模拟试验资料,对不同叶位叶片的水分利用效率特征及其影响因素进行分析。结果表明:植株顶部第1片叶片水分利用效率在拔节期和乳熟期呈现明显的峰值,反映出明显的周期变化规律及其与叶片生理生态特征的紧密相关。在相同环境条件下,不同叶位叶片的水分利用效率不存在显著性差异,即玉米叶片水分利用效率具有空间稳定性与叶龄保守性。同时,研究指出叶片光合速率和蒸腾速率在叶位之间的协调变化是导致空间稳定性和叶龄保守性的主要原因。研究结果可为植物水分关系研究提供参考,也可为水分利用效率的尺度化研究提供依据。     

基于改进后相对湿润度指数的山西省气象干旱时空特征

基于山西省境内较为均匀分布的70个地面气象观测站57 a(1960-2016年)的逐日降水量、气温、日照时数、相对湿度、风速、水汽压等气象资料,选用国家标准中相对湿润度指数(M),在其基础上构建了改进的相对湿润度指数(M_(10i))作为干旱指标,以年、季为时间尺度,研究山西省干旱频率和强度的空间分布特征,并分析干旱频率和强度的年际变化规律。结果表明:改进的相对湿润度指数可很好地表征出典型干旱年;从57 a的资料来看,山西干旱程度总体呈现加重的趋势;对比各年代干旱程度,以20世纪60年代干旱最轻,80年代和90年代干旱最为严重,90年代之后又呈现逐年代减轻的趋势;山西省干旱强度呈北高南低的分布,北部大部、太原中部干旱强度最强;冬季、春季干旱强度明显高于夏季和秋季;山西省历年特旱的频率明显高于其他等级的干旱,重旱频率略高于轻旱和中旱的频率;大多数年份,山西省冬季总干旱频率最高,春季次高,秋季较低,夏季最低。     

基于SPEI指数的华北冬麦区干旱时空分布特征分析

气候变化的背景下,华北地区干旱化趋势不断加剧。利用华北冬麦区45个气象站1961—2010逐月温度与降水数据,选取标准化降水蒸散指数SPEI(Standardized Precipitation Evapotranspiration Index)作为区域干旱指数进行华北冬麦区近50年干旱时空特征分析。研究表明:(1)近50年来华北地区平均温度明显上升,研究区整体呈现干旱化加剧趋势。华北地区平均SPEI指数对于典型干旱年份的表征准确,与历史资料相符合。(2)华北不同区域之间增温率不同,导致干旱化趋势存在差异。通过对典型站点的分析,发现增温率越大的区域干旱化趋势越严重。(3)不同等级干旱发生的站次比能够较好地反映不同年型干旱的发生特点。对SPEI指数矩阵的EOF分析结果显示出华北地区典型的干旱时空分布特征,第一模态呈现全区旱涝变化一致型的分布形式,高值区包括山东西部、河南北部、河北南部地区,表明这些地区对干旱的反应最为敏感。时间系数序列未显示出明显的变化趋势;第二模态呈现南北相反的分布型,河北及山东的大部分地区空间系数均为正值,而河南大部分地区为负值。时间系数序列整体呈下降趋势,表明研究区北部干旱化趋势加剧,南部干旱化有所缓解;第三模态呈现东西相反的分布形式,这种分布特征的变化趋势不明显。     

基于干热风危害指数的黄淮海地区冬小麦干热风灾损评估

全球气候变化背景下,农业气象灾害呈上升态势。干热风灾害发生区域、次数和强度都发生了明显的变化。研究干热风灾害对农作物的影响对于我国农业可持续发展、保障粮食安全等均具有重要的现实意义。利用黄淮海地区68个气象台站1961—2010年的逐日气象资料,和54个农业气象试验站1981—2006年小麦的发育期、产量、干热风灾害等数据,采用公认的中国气象局2007年发布的气象行业标准《小麦干热风灾害等级》中冬小麦干热风灾害指标,计算干热风危害指数,进一步细化发育期,确定冬小麦抽穗前气象条件对气象产量影响的关键气象因子,分离干热风年冬小麦气象产量,构建重度干热风影响下干热风危害指数与冬小麦抽穗—成熟阶段气象条件对气象产量影响的统计模型,进行1981—2006年黄淮海地区冬小麦干热风灾损的评估。结果表明:(1)重度干热风危害下,1981—2006年期间黄淮海各地区冬小麦不同发育时段的干热风危害指数平均在抽穗—开花时段最大,乳熟—成熟时段居中,开花—乳熟时段最小,分别为0.17、0.15和0.14,平均0.15;(2)冬小麦抽穗前气象条件对气象产量影响的关键气象因子为:播种—出苗期间的最低气温、拔节—孕穗期间的平均气温和孕穗—抽穗期间的平均气温,各个单因子相关系数分别为0.64、0.86和0.99,均达到极显著水平。其中播种—出苗的最低气温可决定小麦出苗的迟早和苗情;拔节—孕穗期间,在小花原基形成期—四分体形成期气温偏低可延长小穗、小花分化时间,防止退化,提高结实率;孕穗—抽穗的平均气温偏高有利于提早抽穗,延长后期灌浆时间,且晴天有利于开花授粉;(3)分离干热风年冬小麦气象产量后,构建了重度干热风影响下干热风危害指数与冬小麦抽穗—成熟3个阶段气象条件对气象产量影响的统计模型,验证结果表明该模型客观上能够综合地反映干热风在不同发育阶段对小麦产量的影响。进一步灾损评估表明:重度干热风危害下,黄淮海地区冬小麦减产率在21.52%—39.80%之间,平均为27.83%。     

拔节期干旱和复水对春玉米物候的影响及其生理生态机制

物候不仅是气候变化的指示指标,也是作物模型的关键参数。现有研究主要关注物候变化与气候环境因子的关系,关于植物物候变化的生理生态机制研究很少。基于春玉米拔节期干旱与不同时间(抽雄期和吐丝期)复水的田间模拟试验分析表明:(1)不同时间复水均使灌浆期延长,乳熟期推迟(9d),表明物候对前期水分胁迫存在记忆。(2)干旱条件下叶片净光合速率(P_n)、蒸腾速率(T_r)、气孔导度(G_s)和相对叶绿素含量(SPAD)均随物候进程呈先降后升再降趋势,且均在抽雄期达到极小值;不同时间复水均使P_n、T_r和G_s在吐丝期达到极大值,而SPAD则在灌浆期达到极大值;叶水势(LWP)随干旱进程整体呈下降趋势,不同时间复水均只是减缓了其下降速度,表明LWP可用于描述物候对前期水分胁迫的记忆。(3)通径分析和决策系数分析表明,P_n是最主要的物候影响因子,而影响LWP的土壤相对湿度(RSWC)则是物候的主要控制因子,物候的变化是由P_n的累积变化引起,表明存在P_n的物候触发阈值。研究结果为春玉米物候变化的准确预测提供了依据。     

气候变化对中国农作物病害发生的影响

基于全国农区527个气象站点1961—2010年逐日气象资料、逐年农作物病害发生面积以及产量资料,从气温、降水、日照等角度,采用相关分析方法,研究了气候变化背景下各气象要素变化对中国农作物病害发生的影响。结果表明:近50年来,气候变化导致的各气象因子变化总体有利于病害发生,年平均温度以0.27℃·10a-1的速率升高,其每升高1℃,可导致病害发生面积增加6094.4万hm2次;年平均降雨强度以0.24mm·d-1·10a-1的速度增加,其每增加1mm·d-1,可导致病害发生面积增加6540.4万hm2次;年平均日照时数以47.4h·10a-1的速率减少,其每减少100h,可导致病害发生面积增加3418.8万hm2次;在气候变化导致的光、温、水变化中,温度增加对病害发生面积增加的影响最为显著,其次为日照时数减少、第三为平均降雨强度增大,其标准化回归系数依次为0.508、-0.374、0.112。     

内蒙古荒漠草原植被盖度的空间异质性动态分析

利用半方差函数分析法对内蒙古荒漠草原生长盛期(6—8月)的植被盖度时空变异特征的研究表明,荒漠草原生长盛期的植被盖度半方差函数形态符合指数模型,但函数曲线的形态和各参数在不同月份变化较大。其中,6月的植被盖度变程最大,达到100 m;7月植被盖度的半方差函数形态具有巢式等级结构;8月植被盖度的变程最小,仅为15 m,但空间变异程度最高。3个月的结构比介于72%—85%,具有较强的空间自相关。各向异性分析表明,6月植被盖度在135°方向的半方差函数值明显低于其它3个方向(0°、45°、90°),具有各向异性特征;而7月和8月植被盖度的各向异性比接近于1,表现为各向同性。研究结果表明,荒漠草原植被盖度空间异质性的时间动态不容忽视,在野外采样或制图时,要根据时间合理控制采样范围。