CO2浓度增加对半干旱区春小麦生产和水分利用效率的影响

为了解CO₂浓度升高条件下春小麦生产和水分利用效率(WUE)的响应特征,在典型半干旱区定西,利用开顶式气室(OTC)试验平台开展了CO₂浓度增加模拟试验.试验设对照(390 μmol·mol^-1)、480 μmol·mol^-1和570 μmol·mol^-1 3个CO₂浓度.结果表明: CO₂浓度升高使春小麦冠层空气温度小幅上升,10 cm深处的土壤环境温度下降;CO₂浓度增加对春小麦各器官生物量和总生物量都有明显促进作用,在480和570 μmol·mol^-1浓度下,地上干物质量平均增长20.6%和41.5%,总干物质量平均增长19.3%和39.6%.生物量增加主要是由茎叶干物质量增加所致,与生育中期物质生产能力明显增强有关;在两种CO₂浓度处理下,植株根冠比分别降低7.3%和11.8%,CO₂浓度增加对春小麦地上部分干物质积累的贡献大于地下部分;CO₂浓度升高主要通过影响穗粒数来影响最终产量,在480和570 μmol·mol^-1浓度下,小麦产量分别增加了8.9%和19.9%;大气CO₂浓度升高对春小麦光合作用影响的长期效应不明显,随CO₂浓度升高,光合速率显著提高,蒸腾速率降低,蒸发蒸腾量减小.随CO₂浓度升高,叶片、群体和产量3个水平的WUE都增加,其中群体水平的WUE增幅最大,产量水平的WUE增幅最小.     

西北温凉半湿润区气候变化对马铃薯生长发育的影响——以甘肃岷县为例

利用西北温凉半湿润区马铃薯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,分析气候变化对马铃薯生长发育的影响,以及马铃薯块茎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下降趋势,降水量变化曲线线性拟合倾向率为-8.329 mm/10 a。降水量存在3 a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0.144℃/10 a。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0.042/10 a,20世纪90年代初至2007年明显趋于干旱化。马铃薯播种到采收约需150-168d,需≥0℃积温2000-2300℃,降水量400-500mm,日照时数900-1100h。马铃薯在播种后105d开始,块茎由缓慢生长转为迅速生长阶段;在播种后127d,块茎生长速度最大;播种后149d开始,块茎生长从迅速生长又转为缓慢生长。对马铃薯生长发育全生育期而言,受气候变暖的影响,马铃薯花序形成期每10 a提前8-9d,开花期每10 a提前4-5d。气温对马铃薯产量形成除采收期外,其余为负效应,块茎膨大期对气温变化十分敏感;而降水量的影响函数同热量的影响函数呈反相位分布,除出苗期和采收期降水量为负效应外,其余时段降水量对马铃薯产量形成均为正效应,马铃薯分枝期到开花期对降水量变化十分敏感。     

气候变化对甘肃省农业气候资源和主要作物栽培格局的影响

基于甘肃省80个地面气象观测站1961—2014年气象观测资料和玉米、春小麦、冬小麦、马铃薯的区划指标,分1961—1986(时段Ⅰ)和1987—2014年(时段Ⅱ)2个不同时段,分析气候变化对甘肃省农业气候资源变化特征和主要粮食作物潜在栽培格局的影响。研究发现:时段Ⅱ较时段Ⅰ平均气温、负积温、≥0℃积温和≥10℃积温分别增加0.83℃、113.9℃·d、290℃·d和180℃·d,降水量气候倾向率为-34—16mm/10a,整体表现为减少趋势。时段Ⅱ较时段Ⅰ春小麦不适宜种植区面积显著增加约9%,最适宜、适宜、次适宜种植区面积分别减少1.4%、4.1%和4.8%,其中以河西走廊和陇中黄土高原变化最为显著。冬小麦适宜和次适宜种植区面积分别增加6%和3.4%,最适宜、可种植和不适宜种植区面积分别减少0.4%、3.5%和5.7%,其中以陇中地区变化最为显著。玉米最适宜和可种植区面积分别增加13%和7%。适宜、次适宜和不适宜种植区面积分别减少11%、2%和7%,其中以河西灌区变化最为显著。马铃薯最适宜和适宜种植区面积分别减少3.8%和0.7%,次适宜和可种植区面积分别增加3.5%和1.3%,其中以陇中黄土高原变化最为显著。最后提出适应气候变化调整农业结构和栽培格局的对策建议。     

黄土高原半干旱区农田生态系统蒸散与作物系数特征

蒸散是地表能量平衡和水分平衡的重要组分,与水循环过程密切相关.采用涡度相关技术,对黄土高原半干旱区农田生态系统2010年生长季(4-9月)蒸散特征进行观测,分析了农田作物系数与环境因子的关系.结果表明： 在观测期间,研究区各月潜热通量(LE)日变化呈近似“单峰型”曲线特征,最大峰值出现在8月(151.4 W·m^-2);日间能量分配方式存在明显季节差异,4-6月的日间能量分配表现为LE/R_n＜H/R_n(R_n为净辐射,H为感热通量),7-9月的日间能量分配方式(LE/R_n＞H/R_n)与4-6月相反.黄土高原半干旱区农田日蒸散率存在显著季节变化特征,最大日蒸散率为4.69 mm·d^-1.风速(W_s)、空气相对湿度(RH)、土壤含水量(θ)和饱和水汽压差(D)是作物系数(K_c)的主要影响因子.K_c随W_s增加呈指数降低趋势,随RH、θ增加呈指数增长趋势,随D增加呈线性降低趋势.     

甘肃省冬小麦生长发育对暖冬现象的响应

运用甘肃省天水、西峰两地1951-2005年的气温资料及天水、西峰农业气象试验站1981-2003年冬小麦物候观测资料,分析探讨了甘肃冬小麦种植区50多年的冬季气温变暖趋势及冬小麦生长发育过程对气候变暖的响应．结果表明：冬季气温升高对冬小麦生长发育产生了较大影响．在最近20多年,冬小麦越冬死亡率下降到2％以下,越冬天数减少了7～8d,整个生育期缩短8～10d,返青一开花期天数延长7d,这有利于冬小麦生产及气候资源的利用-同时,冬季气温升高及降水减少也使冬小麦产量稳定性变差,麦田病、虫危害发生率增加,给冬小麦的安全生产增加了不确定因素．     

黄土高原春小麦地上鲜生物量高光谱遥感估算模型

通过田间小区试验,测定了4个春小麦品种(定西24号、陇春8139、高原602和定西38号)在不同生育期和不同种植密度下冠层光谱反射率及其对应的地上鲜生物量,分析了春小麦地上鲜生物量随生育期的变化以及地上鲜生物量与冠层反射光谱和一阶微分光谱之间的相关关系,采用相关系数较大的特征波段及其组合构建光谱特征参数以其作为变量,建立了春小麦地上生物量的高光谱估算模型,并对模型进行检验。结果表明：以参数F₇₈₀和D₇₁₉为变量的对数形式y=3.9498ln F₇₈₀+7.0596和乘幂形式y=512.99D₇₁₉^1.0174估算水平最高,前者均方根误差(RMSE)为0.2173,相对误差(RE)为10.45%,预测值与实测值相关系数为0.854;后者RMSE为0.2188,RE为9.96%,预测值与实测值相关系数为0.853。因此,上述两个模型可作为陇中黄土高原地区春小麦地上鲜生物量的最佳估算模型。     

甘肃省黄土高原旱作玉米水分适宜性评估

运用甘肃省天水、西峰农业气象试验站1981—2008年玉米观测资料及两地相应时段的气象资料,利用FAOPenman-Monteith公式及作物系数对玉米各生育阶段的需水量进行估算,建立了玉米水分适宜度计算模型,对1981—2008年玉米全生育期及各生育阶段的水分适宜度进行了计算,分析了玉米产量与水分适宜度的相关性。结果表明,甘肃省黄土高原种植玉米的水分条件比较优越,年平均水分适宜度均在0.50以上。陇西黄土高原(天水)与陇东黄土高原(西峰)水分适宜度相关程度较好,变化趋势比较一致。1995年是水分适宜度的转折年份,1981—1995年陇西黄土高原水分适宜度以0.12/10a的趋势降低,陇东黄土高原以0.11/10a的趋势下降;1995—2008年陇西黄土高原水分适宜度以0.18/10a的趋势升高,陇东黄土高原以0.06/10a的趋势上升。水分适宜程度以成熟期较好,降水量可满足玉米需水的70%以上,旺盛生长阶段水分适宜程度较差,降水量只能满足玉米生理需水的49%—55%,初始生长阶段耗水较少,大气降水对需水的满足程度在50%以上。出苗期—七叶期、拔节期—抽雄期、抽雄期—乳熟期、乳熟期—成熟期的水分适宜度呈20世纪80年代较高,90年代较低,21世纪初较高的趋势变化;七叶期—拔节期水分适宜度从20世纪80年代到21世纪初持续降低。陇东黄土高原各个生长阶段的水分适宜度比陇西黄土高原偏高约0.1。除成熟生长阶段外,陇西黄土高原的需水量均大于陇东黄土高原。水分适宜度与玉米产量相关性最显著的时期为七叶期—拔节期,其次为拔节期—抽雄期,出苗期—七叶期、抽雄期—乳熟期及乳熟期—成熟期的水分适宜度与玉米产量相关性不显著。利用建立的水分适宜度模型可对甘肃省黄土高原旱作玉米的水分适宜性进行评价,为当地玉米种植区划及科学管理提供依据。     

六盘山东西两侧苹果物候期对气候变化的响应

利用六盘山东西两侧甘肃平凉市的崆峒、静宁站1971—2008年气温资料及1987—2008年在崆峒所设苹果观测点物候观测资料,分析了气候变化对苹果物候期的影响。结果表明:在全球气候变暖的背景下,甘肃平凉自1971年以来,气温呈现出明显的线性上升趋势,且以冬季和春季增温为主,气温稳定通过≥10℃的积温增加;受此影响,苹果叶芽开放、展叶、开花等成熟前的发育期提前14~18d,且六盘山东侧春季的苹果物候期提前的变化速率明显大于西侧;气候变暖增加了果树春季开花受冻的危险,通过苹果与霜冻灾害的相关分析,结果得到临界值:在4月11—20日、4月21—30日及5月1—10日苹果开花期,地面最低温度≤-2.0℃,且连续≥2d时,苹果受冻面积分别达到80%、90%和100%。     

黄土高原半干旱区气候变化对春小麦生长发育的影响——以甘肃定西为例

利用黄土高原半干旱区春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,分析气候变化对春小麦生长发育的影响,以及春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下降趋势,降水量变化曲线线性拟合倾向率为-15.796 mm/10a。降水量存在3 a、6 a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0.362℃/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0.12/10a,20世纪90年代初至2009年明显趋于干旱化。春小麦播种到成熟约需110-130 d,期间≥0 ℃积温为1500-2000 ℃,降水量为150-200 mm,日照时数为800-1300 h。春小麦在播种后38 d开始,穗干重由缓慢生长转为迅速生长阶段;在播种后50 d,穗干重生长速度最大;播种后63 d开始,穗干重生长从迅速生长又转为缓慢生长。对春小麦生长发育全生育期而言,受气候变暖的影响,乳熟-成熟期每10 a缩短2-3 d、全生育期每10 a缩短4-5 d。气温对春小麦产量形成除出苗期和成熟期外,其余为负效应,孕穗期对气温变化十分敏感;降水量的影响函数同热量的影响函数呈反相位分布,除出苗期和成熟期降水量为负效应外,其余时段降水量对春小麦产量形成均为正效应,春小麦拔节-抽穗期对降水量变化十分敏感。     

亚高山草甸华灰早熟禾对气候变化的响应

利用亚高山草甸华灰早熟禾生长发育的定位观测资料和相应的气象观测资料,分析了1985—2005年甘肃省玛曲县气候变化对牧草生长发育的影响.结果表明,研究期间,玛曲县降水量的年际变化呈下降趋势,其线性拟合倾向率为-9.895 mm·(10 a)^-1,降水量存在3 a的周期变化;气温的年际变化呈上升趋势,其线性拟合倾向率为0.341 ℃·(10 a) ^-1;华灰早熟禾生长季的干燥指数呈显著上升趋势,其线性拟合倾向率为0.036·(10 a)^-1,20世纪90年代初至2005年明显趋于干旱化.华灰早熟禾返青到籽实成熟约需140～150 d,期间对≥0 ℃积温、降水量、日照时数的要求分别为1000 ℃～1200 ℃、400～450 mm和1000～1100 h;华灰早熟禾在返青后54 d开始由缓慢生长转为迅速生长阶段,返青后第80天的生长速度达最大,返青后104 d开始由迅速生长又转为缓慢生长.受气候变暖的影响,华灰早熟禾抽穗期、开花期、成熟期、黄枯期每10年分别提前15 d、7～8 d、8～9 d、3 d.研究区的气候变化使该区华灰早熟禾产量变幅明显加大,产量的不稳定性增加.