基于分期播种的气候变化对东北地区玉米(Zea mays)生长发育和产量的影响

利用在东北地区中部开展玉米(Zea mays)分期播种试验资料,分析气候变化对玉米出苗速度、生长发育速度、灌浆过程、植株干物质积累和产量的影响,进而分析未来气候变化对东北地区玉米生产的影响及适应性对策.结果表明,气候变化对玉米生长发育和产量的影响十分明显,在水分基本适宜的条件下,东北地区气候变暖导致玉米生长季气温升高、积温增加,使玉米生长发育和灌浆速度加快,生物量增加,从而提高单产.但气候变暖的同时,气候变干会限制热量资源的利用,将缩短玉米灌浆时间,降低灌浆速率,使千粒重下降,从而造成明显减产,而且减产幅度明显大于温度升高的增产幅度.在水分条件基本得到满足的条件下,未来夏半年气候变暖对东北地区玉米生产是有利的,偏晚熟玉米品种比例可以适当扩大,东北玉米带可以向北部和东部扩展,单产和总产都会增加;但如果水分得不到满足,气候的暖干化趋势会使东北地区的中、西部玉米主产区的农业干旱变得更加严重且频繁,造成产量下降和不稳定,给玉米生产带来严重威胁,因而更应加强农业干旱的综合防御工作.     

气候变暖对长白山主要树种的潜在影响

应用LINKAGES模型对长白山自然保护区内主要树种在各斑块类型中对气候变化的潜在响应进行了模拟,模拟时选择了目前和未来变暖2种气候条件,对于目前气候状态,模型使用目前气象参数;而对于未来变暖气候,则按温度增加5℃,降水无明显变化作为模拟假设,温度的增加假定各月都相同,即各月均增加5度,模拟结果表明,对于高山岳桦林,气温变暖后岳桦依然扮演重要角色,但落叶松,云极,冷杉等目前这一林带的伴生树种,在气温上升后,其生物量均有较大辐度的增加,部分占据目前岳桦的位置,即目前下部的云冷杉林带有上移的趋势;对于亚高山云冷杉林,其优势种云杉和冷杉在气温变暖后,生物量有较大幅度的增加,落叶松虽有增加的趋势但幅度较小,即云杉和冷杉在未来气温变暖后依然是这一林带的优势种,但生长会加快,阔叶红松林的主要建群种在气温升高后,其生物量只有较小的增加,其它主要伴生种的生物量随气温上升的增加趋势非常相似,表明阔叶红松林在未来气候变暖情况下仍将维持目前的结构状态。     

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.     

气候变暖对高寒阴湿地区春小麦生长发育和产量的影响

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9.2 d,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。     

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。     

温度升高对昆虫发生发展的影响

全世界地表平均温度在上个世纪增加了0.74℃,并且在未来还会持续增加。在过去的20年,气候变暖对生物系统的影响吸引了大量的研究。本文综述了由温度升高为主要驱动因子的气候变化对昆虫适合度的影响,主要从昆虫越冬存活率、化性(世代数)、扩散迁移、发生分布、物候关系5个方面阐述气候变暖对昆虫发生发展的作用,认为未来应长期进行昆虫种群动态监测预警,更关注气候变暖下植物-害虫-天敌互作关系的研究。     

气候变暖对西北雨养农业及农业生态影响研究进展

以全球年平均地表气温升髙为主要特征的全球气候变暖给农业、农业生态和区域粮食安全带来严峻挑战。气候变暖对农业发展、农业生态的影响已成为社会各界关注的热点。气候变暖对作物生育期、形态特征、植物生理、产量形成和品质的影响及其机理的研究,是认识气候变暖对农业影响,制定应对气候变化策略的科学基础。本文在给出西北区域气候变化基本特征的基础上,综述了气候变暖对西北旱作区主要粮食作物、经济作物和特色林果生长发育、生理生态、产量和品质影响研究的进展,以及气候变暖对农田生态环境、农业气象灾害及病虫害影响的主要进展。提出了以往研究中存在的问题,展望了未来西北地区应对全球变暖的农业研究重点,即:充分利用模拟、试验、观测手段,揭示气候变化多因子对主要农作物的综合影响;探索气候变暖对主要作物生理生态的影响;开展农业气象灾害对气候变暖的响应特征研究,开展农业气象灾害风险评估与应对技术研究;进行精细化动态农业种植区划、农业结构布局及种植制度方面应对气候变暖的技术策略研究。     

季节增温方式对小兴安岭红松针阔混交林演替的潜在影响

应用林窗模型LINKAGES对小兴安岭红松针阔混交林在不同季节增温方式下的未来演替过程进行了模拟预测.以温度增加5℃、降水无明显变化作为未来变暖气候的模拟假设,共设计3种气候变暖方式预案,分别为冬季增温幅度大于夏季、冬季与夏季增温幅度相同以及冬季增温幅度小于夏季.模拟结果表明,当冬季增温幅度大于夏季时,小兴安岭现存林分的演替受气候变暖的影响相对最小,树种组成仍然能够保持较为稳定的针阔混交林状态;当冬季增温幅度小于夏季时,现存林分的演替受气候变暖的影响最显著,树种衰退最迅速.可见,小兴安岭针阔混交林的演替与未来的增温方式关系密切,上限温度是现存树种能否继续存活的重要决定因子.     

气候变化和林火干扰对大兴安岭林区地上生物量影响的动态模拟

预测森林地上生物量对气候变化和林火干扰的响应是陆地生态系统碳循环研究的重要内容,气温、降水等因素的改变和气候变暖导致林火干扰强度的变化将会影响森林生态系统的碳库动态.东北森林作为我国森林的重要组成部分,对气候变化和林火干扰的响应逐渐显现.本文运用LANDIS PRO模型,模拟气候变化对大兴安岭森林地上生物量的影响,并比较分析了气候变暖对森林地上生物量的直接影响与通过林火干扰强度改变所产生的影响.结果表明: 未来气候变暖和火干扰增强情景下,森林地上生物量增加;当前气候条件和火干扰下,研究区森林地上生物量为(97.14±5.78) t·hm^-2;在B1F2预案下,森林地上生物量均值为(97.93±5.83) t·hm^-2;在A2F3预案下,景观水平第100～150和150～200年模拟时期内的森林地上生物量均值较高,分别为(100.02±3.76)和(110.56±4.08) t·hm^-2.与当前火干扰相比,CF2预案(当前火干扰增加30%)在一定时期使景观水平地上生物量增加(0.56±1.45) t·hm^-2,CF3预案(当前火干扰增加230%)在整个模拟阶段使地上生物量减少(7.39±1.79) t·hm^-2.针叶、阔叶树种对气候变暖的响应存在差异,兴安落叶松和白桦生物量随气候变暖表现为降低趋势,而樟子松、云杉和山杨的地上生物量则随气候变暖表现出不同程度的增加;气候变暖对针阔树种的直接影响具有时滞性,针叶树种响应时间比阔叶树种迟25～50年.研究区森林对高CO₂排放情景下气候变暖和高强度火干扰的共同作用较为敏感,未来将明显改变研究区森林生态系统的树种组成和结构.     

气候变暖对麦蚜的影响

麦蚜是体型小、生活周期短的变温动物,对环境温度尤其是高温的变化十分敏感。气候变暖导致的温度升高是影响麦蚜最直接和最重要的因子。本文综述了国内外有关气候变暖对麦蚜影响的野外观测、预测模型及模拟试验的研究进展。气候变暖将导致麦蚜的主要分布和为害区向高纬度地区转移;气候变暖增加了生长季的有效积温,导致麦蚜始见期、迁飞期、盛虫期等物候发生期提前;温度升高提高了麦蚜的越冬存活率,使温带地区春夏季种群数量增加;处于不同营养级的物种对温度变化的敏感性不尽相同,气候变暖可能影响麦类作物-麦蚜-天敌昆虫多营养级系统的种间互作。麦蚜的耐热性较差,气候变暖导致的高温幅度增加、持续时间延长、夜间最低温升高、极端高温幅度和频率增加等典型特征对其有深刻影响。高温的幅度、持续时间对麦蚜的存活和繁殖有显著的抑制作用;夜间变暖导致麦蚜存活线性下降,进一步恶化了日间高温对蚜虫的不利影响;极端高温事件的幅度和频率影响麦蚜的种群增长参数,不同种类麦蚜对极端高温事件的非对称响应改变了麦蚜种间的相对适合度、时间和空间上的群落结构和物种间的相对优势度。麦蚜可通过爬行和跌落等行为来缓解气候变暖造成的高温胁迫,在研究气候变暖对麦蚜影响的同时,应充分考虑麦蚜对气候变暖的适应和缓冲能力。如何人工模拟气候变暖趋势下温度的变化模式,精巧设计试验反映气候变暖主要特征,开展接近自然界变化的温度模式对麦蚜的影响和麦蚜对环境改变的适应性响应研究,将是未来该领域的主要研究方向。     

气候变化对甘肃省粮食生产的影响研究进展

甘肃省气候自1986年起向整体暖干化、局部暖湿化转型突变.与1960年相比,转型后2010年平均气温升高了1.1 ℃,平均降水量减少了28 mm,干旱半干旱区南移约50 km.气候变暖使甘肃省主要作物生育期有效积温增加,生长期延长,熟性、布局和种植制度改变,宜种区和种植海拔增加,多熟制北移,夏粮面积缩小,秋粮面积增大.弱冬性、中晚熟品种逐步取代强冬性、中早熟品种,有利于提高光温利用率,增加产量.暖湿型气候增加了绿洲灌区作物的气候生产力,暖干型气候降低了雨养农业区的气候产量,水分和肥力条件是决定因素.以提高有限降水利用率和利用效率、改善和提升土壤质量及肥力为核心,选育强抗逆、弱冬性、中晚熟、高水分利用效率的作物新品种,建立适温、适水的种植结构和种植制度,是甘肃省应对气候变化进行粮食生产的主要发展方向.     

Single rice growth period was prolonged by cultivars shifts,but yield was damaged by climate change during 1981–2009 in China,and late rice was just opposite

Based on the crop trial data during 1981–2009 at 57 agricultural experimental stations across the North Eastern China Plain (NECP) and the middle and lower reaches of Yangtze River (MLRYR), we investigated how major climate variables had changed and how the climate change had affected crop growth and yield in a setting in which agronomic management practices were taken based on actual weather. We found a significant warming trend during rice growing season, and a general decreasing trend in solar radiation (SRD) in the MLRYR during 1981–2009. Rice transplanting, heading, and maturity dates were generally advanced, but the heading and maturity dates of single rice in the MLRYR (YZ_SR) and NECP (NE_SR) were delayed. Climate warming had a negative impact on growth period lengths at about 80% of the investigated stations. Nevertheless, the actual growth period lengths of YZ_SR and NE_SR, as well as the actual length of reproductive growth period (RGP) of early rice in the MLRYR (YZ_ER), were generally prolonged due to adoption of cultivars with longer growth period to obtain higher yield. In contrast, the actual growth period length of late rice in the MLRYR (YZ_LR) was shortened by both climate warming and adoption of early mature cultivars to prevent cold damage and obtain higher yield. During 1981–2009, climate warming and decrease in SRD changed the yield of YZ_ER by ?0.59 to 2.4%; climate warming during RGP increased the yield of YZ_LR by 8.38–9.56%; climate warming and decrease in SRD jointly reduced yield of YZ_SR by 7.14–9.68%; climate warming and increase in SRD jointly increased the yield of NE_SR by 1.01–3.29%. Our study suggests that rice production in China has been affected by climate change, yet at the same time changes in varieties continue to be the major factor driving yield and growing period trends.     

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。     

Impact of climate warming on crop planting and production in Northwest China

One major challenge in agro-meteorological research is to accurately predict the impacts of global climate warming on future agricultural production. So the effects of climate warming over the past decades need to be assessed. We analyzed the effects of climate warming on crop planting, structure and yield in 5 northwestern provinces of China with a focus on Gansu Province, utilizing accumulated temperature (≥ 10°C, AT), accumulated negative temperature (< 0°C, ANT) and crop data collected from 1981 to 2003. The analysis led to the following conclusions: 1) climate warming is the main driving force for the expansion of winter wheat toward the north and the west in China, for the rapid increase in cotton planting acreage, and for the expansion of annually multi-crop areas toward the north in China and higher altitude; 2) Climate warming is the direct cause for early seeding of spring crops, prolonged growth duration for thermophilic crops and shortened growth duration for overwinter crops; 3) Climate warming is largely attributed to the dramatic increase in cotton yield.     

Effects of lengthened growing season and soil warming on the phenology and physiology of Polygonum bistorta

The phenological and physiological responses of arctic tundra plant species are key to predicting their survival in a warmer climate. One of the consequences of a warmer climate in the Arctic will be a longer growing season. We examined the effects of lengthened growing season and soil warming on the widely distributed forb, Polygonum bistorta L. Three treatments were established near Toolik Lake, Alaska in 1995 and 1996: extended season, extended season with soil warming, and an unmanipulated control. The season was extended by removing the snow load in the spring and keeping the treatments free of snow in the autumn. The spring snow removal extended the snow‐free period over that of controls by 8 d in 1995 and 24 d in 1996. As a result, the number of accumulated soil thaw days and consequently the depth of soil thaw increased on the treatment plots. Polygonum bistorta responded to the treatments by becoming active earlier and senescing earlier, resulting in a growth period of similar duration to that of the controls. Leaf size and leaf number were unaffected by the treatments, as were leaf photosynthetic assimilation rates and nutrient concentrations. The results indicate that internal constraints limit the response of this species to lengthened growing season, suggesting that it is a determinant or periodic species. With climate warming, this periodic growth will put P. bistorta at a competitive disadvantage relative to plants that can respond to lengthened growing season.     

被动式夜间增温设施设计及其增温效果

为了建立一套简便节能的野外夜间增温设施,参照国际上夜间被动式增温系统（passive nighttime warming, PNW）,在江苏丹阳设计了稻麦系统夜间被动式增温设施.结果表明：该系统可以保证15.75 m²的有效采样区域,温度增幅均匀,水稻冠层全生育期夜间平均温度升高1.1 ℃,冬小麦冠层和5 cm土层全生育期夜间平均温度分别提高1.3 ℃和0.8 ℃;该增温系统在运行期间,水稻和冬小麦全生育期的冠层和土壤温度的日变化趋势与非增温对照区基本一致.该系统使麦田土壤含水量略微降低,但对小麦生长的影响不明显.将该系统在我国水稻和冬小麦主要产区应用时发现,该夜间增温系统可以使水稻和冬小麦始花期分别平均提前3 d和5 d.该系统的增温效果在不同区域和季节存在一定的差异,但综合考虑该系统的增温均匀性和增温区域有效性,及其对稻麦生育期的影响效果,该设施不仅节能,而且可以满足野外增温试验研究的基本要求.     

气候变暖对中国西北地区农作物种植的影响

采用对农作物生长有指标意义的≥10℃积温和<0℃负积温与农作物适宜种植面积、生长发育速度及产量进行对比统计分析研究,指出气候变暖对中国西北地区农作物种植结构发生了较大改变,冬小麦种植区西伸北扩,棉花面积迅速扩大,多熟制向北和高海拔地区推移.农作物生长发育速度发生了明显变化,春播作物提早播种,喜温作物生育期延长,越冬作物推迟播种,生育期缩短.棉花气候产量明显增加.     

气候变化对东北濒危动物驼鹿潜在生境的影响

气候变化是造成生物多样性下降和物种灭绝的主要因素之一。研究气候变化对物种生境,尤其是濒危物种生境影响对未来保护物种多样性和保持生态系统功能完整性具有重要意义。以驼鹿乌苏里亚种(Alces alces cameloides)为研究对象,选取了对驼鹿分布可能存在影响的22个环境因子,利用最大熵(Maxent)模型模拟了驼鹿基准气候条件下在我国东北的潜在生境分布,并预测了RCP4.5和RCP8.5两种气候变化情景下2041—2060年(2050s)、2061—2080年(2070s)驼鹿潜在分布,采用接收工作曲线下面积(AUC)对模型预测能力进行评估。研究结果表明:最大熵模型预测驼鹿潜在生境分布的精度较高(平均AUC值为0.845),22个环境因子中,年均温、最暖季均温、年降水、平均日较差是影响驼鹿生境分布的主要因子。基准气候条件下,驼鹿的潜在生境面积占研究区域总面积的36.4%,潜在生境分布区主要在大、小兴安岭。随着时间的推移,研究区内驼鹿当前潜在生境面积明显减少,而新增潜在生境面积较少,总面积呈现急剧减少的趋势,其中RCP8.5情景减少程度大于RCP4.5情景。至2050s阶段,当前潜在生境面积平均将减少62.3%,新增潜在分布面积平均仅为3.6%,总潜在生境面积最高将减少65.6%,平均将减少58.8%;至2070s阶段,当前潜在生境面积平均将减少75.8%,新增潜在分布面积平均仅为1.9%,总潜在生境面积最高将减少93.1%,平均减少73.9%。空间分布上,驼鹿的潜在生境的几何中心将先向西北移动,然后再向高纬度地区西南方向迁移,至2050s阶段,潜在分布生境的几何中心在RCP4.5和RCP8.5情景下的迁移距离分别为183.5 km和210.8 km;至2070s阶段,相应情景下的迁移距离将缩短至28.7 km和33.8 km。潜在生境分布整体呈现向高海拔、高纬度迁移的趋势。     

Contrasting resistance and resilience to extreme drought and late spring frost in five major European tree species

Extreme climate events (ECEs) such as severe droughts, heat waves, and late spring frosts are rare but exert a paramount role in shaping tree species distributions. The frequency of such ECEs is expected to increase with climate warming, threatening the sustainability of temperate forests. Here, we analyzed 2,844 tree‐ring width series of five dominant European tree species from 104 Swiss sites ranging from 400 to 2,200 m a.s.l. for the period 1930–2016. We found that (a) the broadleaved oak and beech are sensitive to late frosts that strongly reduce current year growth; however, tree growth is highly resilient and fully recovers within 2 years; (b) radial growth of the conifers larch and spruce is strongly and enduringly reduced by spring droughts—these species are the least resistant and resilient to droughts; (c) oak, silver fir, and to a lower extent beech, show higher resistance and resilience to spring droughts and seem therefore better adapted to the future climate. Our results allow a robust comparison of the tree growth responses to drought and spring frost across large climatic gradients and provide striking evidence that the growth of some of the most abundant and economically important European tree species will be increasingly limited by climate warming. These results could serve for supporting species selection to maintain the sustainability of forest ecosystem services under the expected increase in ECEs.     

气温、CO2浓度和降水交互作用对作物生长和产量的影响

气温、大气CO₂浓度和降水等气候因子是影响作物生长发育的关键因子,而不同的气候因子对作物的影响并非独立的,多气候因子交互作用对作物的影响目前已成为研究的焦点问题.研究不同气候因子交互作用的影响,其结果更接近作物生长的实际情况,有助于了解作物甚至作物生态系统对气候变化的真实响应.国内外关于不同气候因子对作物影响的报道较多,要全面总结不同气候因子交互作用对作物的影响是非常困难的.因此,本文只对近年来有关气温升高、大气CO₂浓度增加和降水变化交互作用对作物生长发育、光合生理及产量影响的研究进展做一简要评述,并提出目前研究的不足和需要解决的关键问题,以期为气候变化对作物生长发育及产量影响的研究提供参考.