气候变暖对高寒阴湿地区春小麦生长发育和产量的影响水

利用甘肃省岷县农业气象观测站1987--2004年的观测资料，探讨了气候变暖对高寒阴湿雨养农业区春小麦生长发育和产量的影响。结果表明：近18年来该地区气候变化呈明显的暖干化趋势，并且变暖的幅度和速率远远大于全国近50年的平均值，春小麦对气候变暖的响应表现在生长期缩短、产量增加；春小麦整个生长过程中，温度升高对各发育阶段的影响不完全一致，各阶段变暖对产量及产量构成要素的影响也存在差异，开花．乳熟期的温度增加和产量的相关性最大，达到极显著水平（P〈0．01）；出苗-拔节期、开花．成熟期的温度增加以及拔节-孕穗期的温度降低，是引起每穗籽粒数增加而不孕小穗率减少，最终导致产量增加的直接原因；春小麦生长期间日平均气温每升高1℃，生长期缩短约9．2d，产量增加约26．2％；预计随着未来气候进一步变暖该地区的春小麦生长发育和产量将会继续受到影响。     

西北旱寒区地理、地形因素与降雨量及平均温度的相关性——以甘肃省为例

地理、地形因素是影响西北旱寒区农业种植结构和生态保育的重要因素之一。以甘肃为例,在遥感和GIS技术支持下,选取该地区122个气象站点的1980、1990、2000年3个年份各月降雨量和平均气温作为数据源,分析了各月降雨量和平均气温与经纬度、海拔、坡向、坡度之间的相关关系。结果表明,降雨量与经度、纬度和海拔3个地理、地形因子相关性较大,与坡度和坡向无显著性相关;降雨量和纬度之间存在普遍的显著性负相关,平均偏相关系数在0.5以上。另外,月平均气温与经度、海拔具有很高的显著性负相关,其中平均气温与海拔之间的偏相关系数达到0.9以上,但与坡度和坡向的相关性不显著。更进一步,分析了3个年度各月的月平均气温与纬度之间的关系,虽然气温和纬度之间存在一定的相关性,但随着年份的变化,温度与纬度具有显著性相关的月份数在减少,并且在存在相关性的月份中,气温同纬度之间的偏相关系数也在逐年减小,纬度对温度的空间分布的影响正逐渐变弱。研究结果支持了中国西北干旱区范围正向东南扩展的结论,并为全球变化下旱区农业生态系统管理提供理论潜力。     

播期对陇中黄土高原半干旱区马铃薯生长发育及产量的影响

在气候变化的背景下,为了探寻陇中黄土高原半干旱区马铃薯的适宜播种期,2010年在甘肃定西进行了马铃薯分期播种试验,并对不同播期条件下马铃薯生长发育及产量形成进行了分析.结果表明:随着播期的推迟,马铃薯全生育期缩短,株高出现明显变化,单株干物质最大积累速率提前;从不同播期来看,5月27日播种的植株高度、叶面积指数、单株干物质积累量和最大积累速率均最大,马铃薯块茎鲜重的增长过程呈“慢-快-慢”S型曲线;块茎鲜重最大积累速率出现的时间随播期的推迟而提前;产量数据的方差和多重比较分析结果表明,播期是影响产量的主要因素,其中5月27日播期的丰产性最好;对各播期不同生育期的气候条件进行比较表明,5月底或6月初是陇中黄土高原半干旱区马铃薯的适宜播种时间.     

甘肃马铃薯种植布局对区域气候变化的响应

基于甘肃省地面气象观测站1961—2008年气象观测资料和马铃薯生长条件,选择最佳小网格推算模型推算出500m×500m的高分辨率的网格序列;确立马铃薯种植适宜性气候区划指标,结合地理信息资料,运用GIS技术,开展马铃薯种植适宜性动态气候区划。结果表明:气候变化使马铃薯最适宜区和适宜区面积分别减小35%和3%,次适宜区和可种植区面积分别扩大18.5%和6.6%,不适宜区面积缩小2.0%。提出了马铃薯应对气候变化建议:各地应根据气候特点,调整作物布局;适当调整播种日期,躲避影响马铃薯产量的春霜冻、块茎形成期的高温危害及伏期干旱等;采取多种农业措施,扩大马铃薯种植面积,提高复种指数。预计随着未来气候进一步变暖,该地区的马铃薯生长发育、产量和结构布局将会继续受到影响,研究成果可为甘肃马铃薯生产以及适应气候变化提供科学参考依据。     

半干旱雨养区小麦叶片光合生理生态特征及其对环境的响应

分析了黄土高原半干旱雨养农业区田间春小麦叶片光合生理生态特征及其对环境因子的响应。结果表明,天气晴朗时,净光合速率日变化呈典型的双峰曲线,有“午休”现象,上午明显高于下午,且不同生育期峰值出现的迟早不同。蒸腾速率日变化呈不明显的双峰型,其出现最大值的时间晚于净光合速率出现最大值的时间。在生长季节,叶片净光合速率、蒸腾速率和气孔导度均受到多个环境因子的共同影响。不同时期,起主导作用的环境因子不同,且同一个因子对几个生理指标的影响程度和强度都有差异,其中,光合有效辐射是对蒸腾速率影响最强烈的环境因子,湿度对光合作用的影响大于温度。受环境因子制约最为显著的生理指标是叶片的蒸腾速率和气孔导度。     

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/Rn＜H/Rn(Rn为净辐射,H为感热通量),7-9月的日间能量分配方式(LE/Rn＞H/Rn)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)、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(Kc)的主要影响因子.Kc随Ws增加呈指数降低趋势,随RH、θ口增加呈指数增长趋势,随D增加呈线性降低趋势.     

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.     

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。     

微集雨模式与降雨变律对燕麦大田水生态过程的影响

以春燕麦坝莜3号品种为试材,分别于2009年和2010年在甘肃省定西市农业气象站进行大田试验。两个生育期的降雨总量基本一致,其中2009年生长季的降雨变律特征与多年观察值相似,而2010年则表现为"前半期降雨多、后半期降雨少"的变律特征。微集雨技术共含8个不同处理,包括①平地不种植(裸地)、②平地种植和③6个垄沟和覆膜处理组(3种垄沟宽度比(2 ∶ 1、1 ∶ 1和2 ∶ 3)× 2种覆膜方式(垄上覆膜和不覆膜)),测定了各处理组土壤剖面贮水量、耗水量、水分利用效率和产量相关指标。结果表明,垄上覆膜处理组的叶面积指数、水分利用效率和产量显著高于其它处理组,同时提高了雨水转化为土壤水和作物水的转化效率,并促进了生育后期土壤贮水量的迅速回升。就不同垄沟比来说,各参数值在垄沟比为1 ∶ 1的处理组中最高。此外,就两种降雨变律年型而言,"降雨量前倾"的2010年燕麦的水分利用效率、产量和叶面积指数显著高于2009年(P<0.05),且显著提高了0-130 cm剖面土壤贮水量。     

极端干旱条件下燕麦垄沟覆盖系统水生态过程

围绕极端气候条件下沟垄沟覆盖系统水文过程和水生产力变化问题开展两年的大田试验研究。以裸燕麦坝莜3号品种为材料,于2010年和2011年在甘肃定西进行,以充分灌溉为对照组,设置平地无种植、垄沟无覆膜种植、垄沟覆膜种植、裸地4个处理(此4个处理均无灌溉),测定生育期降雨、气温、0—140 cm土壤剖面水分变化、作物生长和产量等指标。结果表明,2010年和2011年分别为阶段性极端干旱和全生育期极端干旱两个类型,均导致所有处理组中土壤剖面60—100 cm的"土壤干层"现象,垄沟覆膜处理对"土壤干层"现象具有显著的缓解效应。与对照组相比,垄沟覆膜处理显著促进了收获期土壤剖面贮水量的回升,其贮水量分别提高了41.2 mm(2010年)和22.4 mm(2011年),全生育期水分利用效率和水生产力分别提高了1.7、0.4 kg·hm-2·mm-1(2010年)和6.5、9.8 kg·hm-2·mm-1(2011年)。另外,垄沟覆膜处理组的地上生物量比对照组降低了30.5%(2010年)和67.42%(2011年),但收获指数较对照分别提高了33.4%(2010年)和55.6%(2011年)。研究表明,垄沟覆膜处理促进了降水向土壤水和作物水的转化效率,显著地缓解了作物水分供需矛盾,是应对极端气候变化的重要生态策略。