民勤绿洲生态需水与生态恢复对策

生态需水是当前水问题的一个研究热点,对于生态环境急剧恶化的内陆干旱区,这一研究尤为紧迫。以民勤绿洲作为研究区,采用阿维里扬诺夫估算方法,对其生态需水量进行了计算。结果表明,民勤绿洲现有植被最低生态需水量为1.4927×108m3,而目前的生态用水量只有0.3525×108m3,远没有达到维持极限抗性面积下的生态需水量。民勤绿洲生态用水的严重不足,主要是受到农田灌溉用水的严重挤占,从而加快了生态环境的日益恶化。通过分析,提出了生态恢复的对策与建议。     

春小麦对骤旱的响应特征及其阈值分析

与缓慢发展的干旱过程不同,骤旱具有发生速度快,短期内可致害的特点。目前,关于作物骤旱致害的临界阈值及其调控机制尚不清楚。以春小麦为供试作物,通过桶栽试验,模拟研究骤旱过程中小麦受旱致害的过程特征及其控制因素。结果发现,发生骤旱时土壤含水量下降呈先快后慢的变化趋势,叶片水分和叶水势则呈先慢后快的指数变化趋势。叶片光合生理指标对土壤水分的下降存在明显的阈值响应,且不同生理指标的阈值并不完全相同,其中净光合速率与表征叶片光合能力的指标（最大羧化速率）对土壤有效含水量的响应阈值为0.4,气孔导度和蒸腾速率对土壤有效含水量的响应阈值分别为0.5和0.4。而小麦光合生理指标对叶片水分和叶水势的阈值响应并不明显。同时依据各生理指标相关和通径分析结果得出,骤旱发生时引起小麦叶片净光合速率快速降低的主导因子为非气孔因素,而并不是以往作物受旱研究中的气孔因素。本研究结果有望丰富干旱影响认知,并可为科学应对干旱提供依据。     

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.     

黄土高原旱塬区土壤贮水量对冬小麦产量的影响

选择黄土高原旱塬区最具代表性的董志塬所在地西峰站冬小麦2 m土层20 a土壤贮水量与产量资料,从大气降水-土壤水-作物循环系统的理论观点出发,研究土壤贮水量对冬小麦产量的影响。结果表明:土壤贮水量减少是旱塬区现代气候暖干化的重要特征,冬小麦生长年度2 m土层土壤贮水量历年平均值为351 mm,总体变化呈下降趋势,每10 a约减少21.4 mm,生长关键阶段的拔节期和孕穗-开花期变化最大,每10 a约减少32.1 mm和54.2 mm;而秋季底墒和返青期变化较平缓,每10 a约减少12.2 mm和7.6 mm,愈往生殖生长阶段干旱出现频率愈大。土壤贮水量突变年与气候产量突变年均发生在1994-1995年。不孕小穗率和千粒重与产量的相关性非常密切,是影响产量的主要要素。不孕小穗率对土壤贮水量的反应尤为敏感,其次是千粒重,最小是穗粒数。不同生育期2 m土壤贮水量与千粒重均呈正相关,其中拔节期与千粒重呈极显著直线相关,每增加10 mm千粒重提高0.8 g,当土壤贮水量在320-500 mm时,千粒重≥30 g,出现频率为80%。土壤贮水量是影响产量最重要的因素,拔节期2 m土壤贮水量与气候产量关系最密切。苗期主要利用浅层土壤水,营养生长中后期至生殖生长阶段主要利用中层和深层土壤水,而且愈往生长后期所利用的土层愈有加深的趋势。在产量形成过程中,不同深度土壤贮水量均起到重要作用,但浅中层(50 cm至1 m)具有突出作用;生殖生长阶段深层(2 m)土壤水向浅中层输送,对产量形成起重要的"补偿作用"。秋季底墒和返青至拔节期土壤贮水量是冬小麦需水和供水矛盾最突出的时期,对产量影响最显著。土壤贮水量对冬小麦产量贡献非常显著,产量年际波动主要受土壤贮水量的影响,气候变干前后的土壤贮水对产量的贡献不同,变干前平均气候产量为 604.4 kg/ hm²,变干后平均气候产量为 -154.2 kg/hm²,下降了758.6 kg/hm²,125.5%。气候变干后,干旱年份出现的频率增大,丰产年型减少20%,而歉收年型增加12%。建立冬小麦前期气候产量预测模式, 应选用浅中层底墒作预测因子; 中期模式应选用浅中层拔节期土壤贮水量作预测因子;綜合最佳模式应选用浅中层底墒和拔节期深层土壤贮水量的复合预测因子。因此,创建旱塬区现代农业发展模式,建立一整套旱作农业生产机制来应对气候暖干化,确保冬小麦安全生产。     

气候变化对作物矿质元素利用率影响研究进展

作物矿质元素利用率对气候变化的响应是目前全球变化研究中既重要、又复杂,且认知最少的科学领域。这个科学问题的研究关系到解密或预测陆地植物及农作物矿质胁迫对全球气候变化响应的机理,为将来农业投入提供理论依据,是应对气候变化的当务之急。目前只有少数研究,通过模拟试验,探索性地开展了CO_2浓度或温度升高的环境条件下,矿质元素在土壤-植物系统迁移、分布和储存特征的研究。从相关的文献报道来看,CO_2浓度升高环境条件下,小麦和水稻作物籽粒中大量和痕量元素的富集水平一般呈下降趋势。但温度升高情况下,作物各器官对对矿质元素的吸收情况则更为复杂。正由于气候因素与植物矿质元素利用率之间关系的复杂性,在气候变化背景下,解密作物矿质胁迫对全球气候变化响应的科学问题,尚需改进试验方法、手段,从土壤性质、作物生态生理,以及农业生态系统中矿质元素在土壤-作物系统中迁移转化的过程,全面考察作物矿质元素利用率对气候变化的响应机理。     

甘肃陇东黄土高原冬小麦对气候变暖的响应

使用地面试验田平行观测资料,就甘肃陇东黄土高原冬小麦对气候变暖的响应进行了比较分析。结果表明,1981年以来,冬小麦对气候变暖的响应主要表征为全生育期与越冬期的缩短,返青期与收获期提前,而越冬前和返青后的生长期总日数并无明显变化;各发育阶段对增温的响应差异明显,增温使营养生长阶段的返青至起身至拔节和生殖生长阶段的开花及成熟日期提前,乳熟日期和开花至成熟期间的总日数无明显变化,但增温使生殖生长阶段的开花至乳熟有延长趋势,而乳熟至成熟期有缩短趋势。籽粒重随≥10℃积温的增加而增加,随3月至收获期最高气温的升高而减少;产量随平均最低气温的升高和≥0℃、≥5℃、≥10℃和≥15℃积温的增加而增加,随≥20℃积温的增加而减少,表明高温天气增加对冬小麦产量有一定程度的逼熟减产负作用产生。     

黄土高原旱作区土壤贮水力和农田耗水量对冬小麦水分利用率的影响

选择黄土高原旱作区8个冬小麦测站2m土层深度多年土壤贮水量与产量资料,从大气降水-土壤水-作物循环系统的理论观点出发,研究了土壤贮水力和农田耗水量对冬小麦水分生产力的影响。该区域是一个贮水和保水性能良好的天然土壤水库,半干旱区、半湿润区、湿润区1m和2m土层内最大贮水力分别为270、299、331mm和561、605、676mm,随湿润度增加而增大;但实际贮水能力只有111、183、269mm和230、370、550mm,相当于半干旱区、半湿润区和湿润区最大贮水力的41%、61%和81%,可达到最适宜贮水量的51%、76%、102%。半干旱区远不能满足冬小麦生长需要,达到严重干旱程度;半湿润区只能勉强维持生存需要,达到轻度干旱,必须采取一套有效保墒耕作抗旱措施。冬小麦全生育期2m土层农田实际耗水量和蒸腾系数分别为304-343mm和330-648,随干旱程度增加而增大。冬小麦全生育期降水量只能满足耗水量的65%-95%,有5%-35%的耗水量是从播前土壤贮水量补给的。冬小麦营养生长阶段浅层耗水量大于生殖阶段,但深层耗水量正好相反。土壤贮水量是该区域冬小麦生产力最重要因素,冬小麦土壤水分籽粒生产力为0.30-1.38kg/mm,平均为0.87kg/mm,生物产量生产力为1.416kg/mm,随干旱程度增大明显递减。旱作区冬小麦水分生产力低而不稳,但潜力很大。必须在肥力、耕作、管理等措施要跟上,水分生产力水平才能提高。     

定量遥感反演作物水势的原理及其应用

在利用能量平衡原理估算蒸腾速率的基础上,结合大气水势和叶、气阻抗的估算,建立叶水势的遥感估算模型.应用CI-301光合作用仪观测的作物生理参数和气象参数,验证了叶水势的遥感反演精度,分析了叶水势对干旱-半干旱区气候干旱和作物生理干旱的响应敏感程度.结果表明:叶水势是反映作物干旱情况的较好指标,它不仅能够反映作物生理干旱特征,也能够反映气候干旱特征;叶水势反演结果的相对误差为3.2%～17.3%,说明遥感估算的叶水势可以用于干旱监测中,以评估作物水分胁迫.在甘肃省的干旱年份2005年,5月的叶水势为-2～-3 MPa, 6月的叶水势为-2 MPa左右,其反映的干旱程度与植物种类有关.     

中国北方气候暖干化对粮食作物的影响及应对措施

东北、华北和西北50a来的平均气温增幅高于全国平均水平,气候变暖明显,尤其冬季增温最显著。区域增暖的极端最低气温远比极端最高气温的贡献大。东北、华北大部、西北东部降水量明显减少,平均每10a减少20—40mm,尤其春夏季减少最明显。这种趋势一直延续到20世纪90年代以后,干旱化趋势非常突出。在综述我国北方现代气候变化基本特征是暖干化的基础上,重点阐述了喜凉作物冬小麦、春小麦、马铃薯和喜温作物水稻、玉米、谷子、糜子等7种主要粮食作物的生长发育、品种熟性、种植区域与面积、产量与品质等对气候暖干化的响应特征。揭示了气候暖干化使春播作物播期提早,苗期生长发育速度加快,营养生长期提前,生殖生长期和全生育期延长;秋作物发育期推迟,生殖生长期和全生长期延长;越冬作物播期推迟,越冬死亡率降低,种植风险减少,春初提前返青,生殖生长期提早,全生育期缩短。使作物适宜种植区域向高纬度高海拔扩展;品种熟性向偏中晚熟高产品种发展;喜温作物和越冬作物以及冷凉气候区的作物种植面积迅速扩大;在旱作区种植不较耐旱的玉米、春小麦等作物种植面积受到制约。对雨养农业区的作物气候产量影响严重,尤其对不够耐旱的小麦和玉米的气候产量受影响最大;对较耐旱的谷子、糜子、马铃薯等影响较轻。从作物属性而言,对喜温作物水稻、玉米和越冬作物冬小麦有利于气候产量提高;对喜凉作物春小麦和马铃薯的气候产量将产生不利影响。同时,提出了从5个方面应对气候暖干化的技术措施,调整作物种植结构,确保粮食生产安全;根据不同气候年型调整各种作物种植比例;针对不同气候区域发展优势作物和配置作物种植格局;采取不同栽培技术和管理模式应对气候变化;采取综合配套技术提髙抵御灾害能力。为粮食作物安全生产和种植结构调整与布局提供科学依据。