不同灌溉量夏玉米叶绿素含量的高光谱特征及其反演

植物叶绿素含量直接影响其光合作用，并与植物的光谱特征密切相关。以夏玉米为研究对象，采用人工控水方法研究了夏玉米七叶期不同灌溉量下冠层叶绿素含量特征及其与光谱特征之间的关系。结果表明：灌溉量越少，夏玉米叶片叶绿素含量越低，冠层光谱反射率越高，绿峰位置"红移"，而红边位置"蓝移"。叶绿素含量与光谱特征参数、植被光谱指数之间存在极显著相关关系，据此建立了冠层叶绿素含量高光谱估算模型，且基于植被指数模型较基于单一光谱特征参数模型模拟效果更好。研究结果可为夏玉米叶绿素含量的快速无损测定以及夏玉米干旱监测提供依据。     

干旱条件下夏玉米地-气温差的影响因素及其模拟

地-气温差指标表征作物水分亏缺状况已经被广泛研究,但地-气温差随作物生育进程的变化特征及其影响因子的观测研究仍较少,制约着地-气温差的准确模拟.基于夏玉米2014年三叶期和2015年拔节期的5个灌溉水分控制试验资料的研究表明: 随着夏玉米生育进程的推进,土壤水分的变化显著影响了夏玉米农田的地-气温差,土壤水分亏缺越严重,地-气温差越高.在整个水分处理期间,归一化植被指数是地-气温差的主要影响因子且两者呈显著的线性关系,但不同生育期地-气温差还受其他因子的影响:三叶期后受冠层吸收光合有效辐射比影响且呈显著的线性关系,三叶期至拔节期则受土壤相对湿度和空气相对湿度的影响且呈显著的线性关系.在此基础上,基于2014年试验资料建立了夏玉米全生育期地-气温差模拟模型、营养生长期地-气温差模拟模型和生殖生长期地-气温差模拟模型,并利用2015年夏玉米拔节期5个灌溉水分控制试验资料进行了模型验证,结果表明,夏玉米全生育期地-气温差模型可以解释2015年地-气温差变异的63%,但地-气温差分生育期模拟模型,即营养生长期地-气温差模拟模型和生殖生长期地-气温差模拟模型综合的模拟结果则可解释2015年地-气温差变异的79%.研究结果为基于地-气温差的作物干旱指标定量评估作物干旱提供了依据.     

高温胁迫对华北地区冬小麦灌浆及产量的影响

冬小麦灌浆期高温是制约我国北方冬小麦产量的一个重要气候因素,随着全球气候变暖,日趋频繁的极端温度事件可能引起该地区冬小麦产量的大幅波动。为了明确冬小麦灌浆期异常高温对冬小麦产量的影响程度,在河北固城生态与农业气象试验站自然大田条件下,采用自由空气红外辐射增温技术,开展了冬小麦灌浆中后期短期高温处理模拟试验。结果表明,灌浆中后期短期高温胁迫致使冬小麦灌浆速率下降及灌浆持续时间缩短从而使粒重降低,在消除了影响粒重的其它因素的作用后,短期高温处理期间的午间平均冠层气温与粒重之间存在显著的负线性相关关系。高温对冬小麦产量的威胁程度由高温强度及其持续时间两个因素决定。结合了高温强度及其持续时间综合作用的高温有效度时被证明是一个能全面反映灌浆中后期高温胁迫影响的特征量。     

内蒙古地带性针茅植物对CO2和气候变化的适应性研究进展

收集了1992—2013年关于模拟CO2浓度升高及气候变化(温度升高、降水变化)对内蒙古地带性草原群落的5个建群种针茅植物(贝加尔针茅、本氏针茅、大针茅、克氏针茅、短花针茅)影响的实验研究结果表明,模拟CO2浓度升高、增温和增雨将提高针茅植物的光合作用和株高生长,但CO2处理时间延长会导致光合适应;温度和降雨变化将改变针茅植物的物候进程,但物种之间反应有差异;CO2浓度升高有助于针茅植物生物量增加,增温和干旱则相反,CO2浓度升高对干旱的影响具有补偿作用;干旱和涝渍胁迫将提高针茅植物植株C/N,CO2浓度升高将加剧水分胁迫下针茅植物植株C/N的增加效应,导致牧草品质下降。由于当前在适应性指标、针茅植物对气候变化协同作用的适应机理及其敏感性研究等方面存在的不足,导致目前无法全面比较各针茅植物对CO2和温度、降水变化的响应差异及其敏感性,因而无法预测未来在全球变化背景下,这几种针茅植物的动态变化及其在地理分布上的迁移替代规律。为科学应对气候变化,未来应加强内蒙古地带性针茅植物的适应性指标、针茅植物对多因子协同作用的适应机理及敏感性研究。     

江西早稻高温热害等级动态判识及时空变化特征

构建考虑高温天气过程(包括发生时间、持续日数)的水稻高温热害指标,可以实现对水稻高温热害等级的动态判识,对精准监测、预警与评估水稻高温热害意义重大。以江西早稻为对象,利用气象资料、早稻高温热害灾情史料和生育期资料,反演历史早稻高温热害,采用K-S分布拟合检验和置信区间方法,构建基于高温天气过程的早稻高温热害动态指标,并采用预留的独立的早稻高温热害样本进行检验验证。在此基础上,计算江西各站点早稻高温热害指数(M),并分析水稻热害。结果表明: 高温天气过程起始时间、持续日数是影响早稻高温热害发生程度的关键因子,其中,起始时间的影响大于持续日数。3～5 d早稻轻、中、重度高温热害的起始时间阈值分别为抽穗后第10～12、5～9、2～4天;6～8 d早稻轻、中、重度高温热害的起始时间阈值为抽穗后第11～18、8～10和1～7天;>8 d早稻轻、中、重度高温热害的起始时间阈值为抽穗后第12～18、8～11和0～7天。指标验证完全一致的吻合率为73.7%,完全一致及相差1级的吻合率为89.5%。1981—2015年,M的线性倾向率为0.04·a^-1,1999年左右发生由低到高突变;M高值区域主要位于江西中部和东北部,M>0.18;江西中部、东北部和南部地区M值呈显著增加趋势,线性倾向率均大于0.04·a^-1。总体来说,本文构建的指标实现了基于高温天气过程的早稻高温热害动态判识,江西中部和东北部是早稻高温热害的高风险区域。     

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.     

人工控制有限供水对冬小麦根系生长及土壤水分利用的影响

试验在中国气象局固城农业气象试验基地的大型人工控制农田水分试验场进行。在底墒充足的条件下采用3种供水处理：拔节期一次性供水75mm(I1);返青供水37．5mm和拔节期供水37．5mm(I2);返青后生长期内无水分供给(Ick)。全生育期内用电动防雨棚遮去自然降水。试验结果表明,表层土壤(0～30cm)水多根多,根系反应敏感。上层干旱促使根系向深层发育,利用下层水量较多。I1处理减少表土层(0～30cm)的根量和根长密度,促进根系下扎,较多地利用深层土壤水分,并减少无效分蘖。虽然总穗数减少,但同I2、Ick相比籽粒数和籽粒重有较大幅度增加,提高了产量和水分利用率。根系吸水效率随土层深度增加呈下降趋势,I1在30cm以下其根系吸水效率超过了I2处理,并在100～200cm土层表现最为明显。Ick除0～30cm土层外,其余土层有效底墒供水率均较低;I1和I2两处理30～100cm有效底墒供水率均在84％以上,1～2m土层内I。大于I2。Ick由于土壤水分不足并未造成千粒重的明显下降,相反,3个处理中最高;土壤水分不足导致穗数、穗粒重、籽粒重和籽粒数的显著降低,从而造成了最终产量的降低。产量水平上的水分利用效率I1比其余处理提高了将近14％,其次为Ick,最低的是I2。在灌溉效率上,I1比I2提高了将近19％;在相同灌溉量的前提下,蒸腾效率I1比I2提高约7％。I1水分利用效率高于I2和Ick处理。可以认为：配合充足底墒,前期控水,有限的一定量的水分拔节期(关键期)一次供给比在返青和拔节分别供给,更为有效科学。     

气候变化对我国华北地区冬小麦发育和产量的影响

验证作物模型在我国华北冬小麦主产区是否适应的基础上,采用作物模型与气候模式相结合的研究方法,定量化地模拟预测了未来100年气候变化对华北冬小麦生产的影响.结果表明,从2000～2004年,华北地区冬小麦产量的模拟值与实测值的变化趋势基本一致,且生育期和产量变化不大.未来100年内华北地区冬小麦的生长期可能会有所缩短,平均缩短8.4 d;产量也会有不同程度的下降,平均减产10.1％.适当采取应对措施可以有效降低冬小麦的减产趋势.     

棉花节水灌溉气象等级指标

干旱是我国棉区主要的气象灾害,构建棉花不同发育期节水灌溉气象等级指标对于优化农田灌溉、指导农业生产具有十分重要的现实意义。论文基于农田水分平衡原理,利用全国347个地面气象观测站1961~2008年逐日气象资料、89个农业气象观测站1993~2008年（其中26个站为1980~2008年）逐旬土壤湿度、灌溉量、逐年作物产量等资料,结合FAO-1979作物产量-水分关系函数,针对全国棉区播种-现蕾、现蕾-开花、开花-吐絮和全生育期的水分亏缺率、水分亏缺量与减产率之间的关系,构建棉花不同发育期和全生育期节水灌溉气象等级指标。除发育时段不同外,其他在研究站点的选择、选取的因素等方面完全一致。结果表明：棉花全生育期节水灌溉气象Ⅰ~Ⅲ级水分亏缺率(D)和水分亏缺量（辅助指标）指标分别为：15%≤D＜30%、30%≤D＜45%、≥45%和1~2水、2~4水、≥4水;播种-现蕾为20%≤D＜40%、40%≤D＜50%、≥50%和0.5水、1水、＞1水;现蕾-开花为20%≤D＜35%、35%≤D＜45%、≥45%和0.5水、1水、＞1水;开花-吐絮为20%≤D＜35%、35%≤D＜50%、≥50%和1水、1~2水、＞2水。     

中国北方春小麦生育期变化的区域差异性与气候适应性

利用北方18个农业气象观测站春小麦主要发育期和气象观测等资料,通过相关性分析等方法,研究了北方春小麦生育期间气候和发育期变化特点及发育期变化区域差异性形成原因。结果表明,我国北方春小麦生长季普遍增温,大部分观测站春小麦生育期间和灌浆期的平均气温显著升高,有效积温显著增加,生育期显著缩短。然而,稳定通过0 ℃初日没有显著提前,表明增温主要发生在生长季后期。春小麦主要发育期和生育期与不同生育阶段的平均气温和有效积温的相关性分析表明,后期增温并没有完全显著提前成熟期,春小麦生育期缩短是播种期推迟和成熟期提前共同作用的结果。春小麦生育期间的平均气温与生育期的相关性比有效积温与生育期的相关性更高,能更好地定量刻画北方春小麦生长发育客观规律。春小麦品种改良变换、播种期调整以及其它适应性措施的实施以及措施实施程度在区域上的差异性是春小麦生育期变化区域差异的主要原因。北方春小麦生长发育的区域性差异是各自适应气候变化的结果。