光温因子对大田冬小麦累积生物量的影响

为了探索光、温因子对冬小麦各生育阶段生物量的影响及冬小麦各组织器官生物量的变化规律,利用甘肃省西峰农业气象试验站1981-2008年冬小麦生产年度物候期、产量分析要素等观测资料、1995-2008年冬小麦生产年度三叶期、越冬期、拔节期、抽穗期、乳熟期及成熟期生物量测定资料及相应时段的温度、日照资料,分析了冬小麦生物量变化过程及光温因子综合作用辐热积对各生育阶段生物量的影响.结果表明：冬小麦全生育期生物量的累积过程呈“S”型曲线,抽穗期、乳熟期生物量达到最大.自1981年以来,抽穗期、乳熟期的辐热积以3.314 MJ·m^-2·a^-1的速度上升,其他各生育阶段辐热积随年份呈抛物线变化;返青期、拔节期及乳熟期、成熟期辐热积在20世纪90年代较大,20世纪80年代及21世纪初较小;拔节期、抽穗期辐热积在20世纪90年代较小,20世纪80年代及21世纪初较大.各生育阶段辐热积与产量相关显著.各生育阶段的叶面积指数与该阶段的辐热积利用率呈显著相关,拔节期及抽穗期叶面积指数增加1,其辐热积利用率分别增加0.049和0.259 g·MJ^-1.     

黄土高原半干旱区气候变暖对胡麻生育和水分利用效率的影响

利用黄土高原半干旱区胡麻生长发育定位观测资料和同期气象观测资料,分析气候变化对胡麻生长发育的影响,以及胡麻水分利用效率与气象条件的关系.结果表明:研究区年降水量呈下降趋势,其气候倾向率为-15.80 mm·(10 a)-1,年降水量存在3 a、6 a的周期变化;年均气温呈上升趋势,其气候倾向率为0.36℃·(10 a)-1;作物生长季干燥指数呈显著上升趋势,其气候倾向率为0.12· (10a)-1,20世纪90年代初至2009年明显趋于干旱化.研究区胡麻全生育期天数为120～150 d,≥0℃积温为1700～2100℃·d,降水量为200～250mm,日照时数为1000～1300h.影响黄土高原半干旱雨养农业区胡麻生长发育的主导气象因子是气温和降水量.气温增高导致胡麻生育前期的营养生长阶段缩短;而气温增高、降水量减少,则导致生殖生长阶段延长,从而使全生育期延长.除出苗期和成熟期外,气温对其余时期的胡麻产量形成均表现为负效应,现蕾期对气温变化十分敏感;除开花期外,其余时段降水量对胡麻产量形成均为正效应,胡麻出苗期对降水量变化十分敏感.胡麻水分利用率与胡麻出苗期气温、日照时数和现蕾-成熟期干燥度呈显著正相关,与胡麻现蕾-成熟期降水量呈显著负相关.研究区5-7月干燥度是影响胡麻水分利用率的关键因子.     

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.     

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.     

黄土高原春小麦农田蒸散及其影响因素

蒸散与水循环、能量平衡密切相关,是黄土高原雨养农田生态系统最重要的水通量之一。准确测定半干旱区农田生态系统蒸散,对增强陆气相互作用的理解以及科学应对气候变化有重要意义。采用涡度相关技术对黄土高原春小麦农田生态系统蒸散进行了观测,利用气象梯度系统进行环境因子观测;分析了春小麦农田生态系统蒸散日、季动态及其环境影响因子。结果表明,黄土高原半干旱区春小麦农田生态系统蒸散呈早晚低、中午高的"单峰型"日变化特征;最大日峰值出现在8月(0.22mm/h)。生长季蒸散日峰值高于非生长季。春小麦农田最大日蒸散率值相对较低,这可能与该地区干旱少雨的气候特征有关。农田蒸散且具有明显的季节动态,与降水季节分布密切相关。7、8月份降水较多,月蒸散量较高。全年蒸散量(318.0 mm)略低于年降水量(332.3 mm);蒸散量与降水量比值为95.7%。非生长季蒸散量显著低于生长季(4—9月);二者之比为0.26。农田蒸散随土壤含水量和空气温度(低于26℃)增大呈指数增长趋势;随空气相对湿度、太阳辐射、风速增大呈先增大后降低的二次曲线变化趋势。净辐射是黄土高原半干旱区农田生态系统蒸散主要环境控制因子,土壤含水量次之。     

田间增温对半干旱区春小麦生长发育和产量的影响

在中国气象局兰州干旱气象研究所定西气象和生态环境试验站,利用开放式红外增温系统设置增加0 ℃(对照)、1 ℃、2 ℃3个温度梯度,模拟田间增温对春小麦生长发育、产量及产量构成因素的影响.结果表明: 冠层温度增加1～2 ℃,春小麦的全生育期比对照缩短7～11 d.生育前期增温使株高增高,叶面积指数增大;从拔节期开始增温使株高和叶面积指数降低,且增温2 ℃处理的效应大于增温1 ℃处理.温度升高导致叶绿素含量降低,尤其是灌浆后期到乳熟期.增温1～2 ℃,产量较对照降低25.4%～45.5%,主要是由于穗粒数和穗粒质量显著减少.增温处理明显降低了春小麦田间土壤贮水量,0～100 cm土壤贮水消耗量随温度的增加呈逐渐增加趋势,而在100 cm以下深层土壤变化趋势不明显.     

增温和降水变化对西北半干旱区春小麦产量和品质的影响

为了明确未来气候变化对半干旱区春小麦产量和品质的影响,本研究选择典型半干旱区定西试验基地,利用开放式红外增温模拟系统和水分控制装置设置不同降水量(减少20%、不变、增加20%)和温度梯度[大气温度(对照)、增加1.0℃、增加2.0℃、增加3.0℃],模拟气候变化对春小麦生长发育、产量及其构成因素和品质的影响.结果表明:当增温幅度小于2℃时,降水变化对春小麦穗粒数影响不显著;当增温为3℃时,降水减少显著减少穗粒数,降水增加显著增加穗粒数.随着气温升高,降水减少对春小麦千粒重的负效应增大,春小麦不孕小穗数与气温呈二次曲线上升.降水减少20%条件下,增温1、2和3℃的春小麦产量分别下降12.1%、24.7%、42.7%;降水不变条件下,春小麦产量分别下降8.4%、15.1%、21.8%;降水增加20%条件下,春小麦产量分别下降9.0%、15.5%、22.2%.春小麦籽粒淀粉含量随温度的增加而下降,籽粒蛋白质含量随温度的增加而上升.增温2℃有利于蚜虫暴发,但增温3℃抑制蚜虫暴发;春小麦锈病发病率随着温度增加而上升.     

中国南方干旱灾害风险特征及其防控对策

应用中国南方区域14省区市252个国家基本气象站1961—2015年逐日地面气象观测资料及干旱灾害资料,研究中国南方干旱灾害影响的时空变化特征,分析中国南方干旱灾害风险变化特征,提出干旱灾害风险防控策略与防御对策。结果表明:近55年中国南方区域降水量呈现波动变化,降水量线性拟合趋势特征不明显。但进入21世纪后南方区域平均降水量明显偏少,且平均降水量年际振荡幅度增大。近55年研究区气温呈显著上升趋势,南方平均地表气温升高速率高于全球地表升温速率;研究区气温从1976年开始持续上升,气温升高的突变年在1997年。重旱风险高发区主要集中于西南,随着气候变暖,干旱灾害频率、强度和受旱面积均增加,干旱灾害风险增大。气温突变后次高干旱灾害风险区明显扩大。未来10年(2016—2025年)中国南方地区的干旱发生频率可能升高。因此,要加强干旱灾害风险管理,生态环境脆弱区域实施生态环境修复,农业主产区域以保障粮食安全为主,解决水资源时空分布不均和资源供需加剧矛盾,提高干旱灾害风险防控水平。