河南省冬小麦气候适宜性变化研究

运用建立的冬小麦气候适宜度模型对全生育期气候适宜度年际变化进行了计算。结果表明,降水适宜度波动最强;温度适宜度与气候适宜度波动均较小,且20世纪80年代以来振幅明显变小。从变化倾向来看,温度、光照和气候适宜度分别以每10年0．003、0．005和0．006的速度升高,降水适宜度以每10年0．002的速率降低。     

河南省冬小麦需水量和缺水量的时空格局

基于河南省30个气象站气候资料以及冬小麦生育期资料,采用美国农业部土壤保持局推荐的方法计算了有效降水量,应用Penman-Monteith模型和作物系数计算1981—2010年各站冬小麦全生育期需水量,结合数理统计方法,分析近30年来河南省冬小麦需水量和缺水量的时空变化特征,并对其主要影响因子进行探讨。结果表明:Penman-Monteith模型对河南省冬小麦全生育期参考作物蒸散量的模拟能力较强,模拟值与同期小型蒸发皿蒸发量的相关系数r=0.85(P0.01);近30年来,河南省冬小麦全生育期降水量、有效降水量、需水量和缺水量的平均值分别为244.0、114.9、408.0和293.1 mm;在空间分布上,冬小麦全生育期降水量和有效降水量自南向北逐渐减少,而需水量和缺水量与之相反,呈自南向北逐渐增加;1981—2010年各地冬小麦全生育期降水量和有效降水的区域间差异增大,而需水量和缺水量的区域差异在缩小;从时间上看,需水量和缺水量均有下降趋势,但其线性变化趋势并不显著;各站点变化趋势存在区域差异,豫西和豫北呈增加,其余地区呈下降。偏相关分析表明,风速减小是导致河南省冬小麦需水量呈下降的最主要原因,而缺水量与降水量关系最为密切。逐步回归分析显示,需水量和缺水量的变化是各气象因素以及物候期综合作用的结果,从影响因素看,全生育期天数和降水量分别对需水量和缺水量的贡献最大。     

基于生态位和模糊数学的冬小麦适宜性评价

为定量评价气象、土壤等要素对作物生长的影响,利用江苏省及周边40个气象站1980—2010年日气象资料,选取影响冬小麦品种生长发育的主要气象(如气温、降水、日照时数等)和土壤(如土壤厚度、有机质和p H值等)生态因子,基于生态位理论和模糊数学的方法,依据冬小麦生长对生态各因子的响应关系建立各生态因子适宜度模型,借助GIS空间插值和空间分析,计算江苏省冬小麦品种的种植适宜度并进行等级划分。结果表明:从单要素看,研究区气温适宜度和日照时数适宜度都由北往南逐渐降低,降水适宜度由南往北逐渐降低;大部分地区土壤厚度和土壤有机质适宜,但大部分地区的p H值适宜度较低;从气候适宜度看,江苏省气候适宜度的范围为0.68—0.81,中北部大部分区域适宜度大于0.73,全省的气候适宜度均适合种植冬小麦,大体上呈现由北往南逐渐减小的变化;从土壤适宜度看,全省中部、南部与西北部大部分区域适宜度大于0.70,适合种植冬小麦。从综合适宜度看,全省大部分地区适宜度为0.50—0.86,适宜于冬小麦生长。综合考虑农业气候资源和土壤资源对江苏省冬小麦品种种植的综合适宜性进行评价,评价结果为充分利用江苏省农业生态资源、指导及科学制定冬小麦品种区域种植规划提供科学依据;按作物品种分生育期多角度的精细化研究方法和建立的各因子的适宜度模型可为今后作物区域适宜性评价提供一种新的思路,对同类研究具有一定的借鉴作用。     

气候变化背景下东北地区热量资源及玉米温度适宜度

利用RegCM3模式输出的东北三省1951-2100年日平均温度和最低温度,分析了东北三省热量资源和玉米不同生育期温度适宜度的时空分布.结果表明:1951-2100年,东北地区热量资源显著增加,稳定通过10℃初日不断提前,初日在4月25日之前的区域北界向东向北扩展,2071-2100年辽宁部分地区初日已提前至3月26日;≥10℃活动积温大于3000℃·d的区域面积不断增加,玉米的生长季长度不断增加,适宜种植晚熟玉米的区域面积不断增加.与1981-2010年相比,2011-2100年,东北三省年均温度将平均升高3.34℃.1951-2100年,玉米播种-出苗期以及出苗-抽雄期的温度适宜度随时间逐渐升高;1951-2040年,辽宁省玉米抽雄-成熟期以及全生育期的温度适宜度较高,而黑龙江省较低;2041-2100年,辽宁省玉米抽雄-成熟期以及全生育期的温度适宜度逐渐降低,吉林省东部和黑龙江省呈逐渐增加的趋势.     

华北平原冬小麦/夏玉米轮作体系土壤硝态氮的适宜含量

采用冬小麦季不同施氮处理(夏玉米季不施氮)研究了华北平原冬小麦/夏玉米轮作体系夏玉米季土壤硝态氮的适宜含量.结果表明:在播前土壤无机氮含量较高的条件下,冬小麦季施用150kgN.hm-2即可满足冬小麦/夏玉米两季作物的氮素需求;各氮肥处理在冬小麦季的氮肥施用当季的利用率仅为11%～23%,在夏玉米季氮肥残效利用率则高达30%～52%.当夏玉米播前0～90cm土层硝态氮含量达到82kg.hm-2时,无需施氮即可保证夏玉米十叶期的生长,达到151kg.hm-2时,无需施氮即可保证整个生育期的生长.夏玉米十叶期和收获后0～90cm土层硝态氮含量低于46和65kg.hm-2时,则影响作物正常生长.综合考虑产量和环境效应,冬小麦/夏玉米轮作体系中0～90cm土层硝态氮含量应控制在65～151kg.hm-2之间.     

冬小麦-夏玉米两熟农田节水效应的可行性

2001-2003年在中国科学院禹城综合试验站研究了冬小麦一夏玉米两熟农Kt节水效应的可行性。结果表明,本地区降雨量主要集中在夏玉米生育时期,月蒸散量呈“M”型变化,双峰一般出现在冬小麦与夏玉米的抽穗开花时期,而且两年的蒸散积累趋势纵向比较均显示出其一致性的特点,这是研究耗水规律的基础环节。土壤水分从时间分布来看,在灌溉降雨的水分供应下,冬小麦期间土壤水分呈下降的趋势,而夏玉米期间土壤水分却有所升高。土壤水分从空间分布来看,土壤水分变化趋势较一致,呈“Z”型变化,0～60cm层次的土壤水分动态变化幅度较大。实验证明夏玉米产量与前季冬小麦产量有一定的互补作用,全年WUE与灌水量成负相关。冬小麦-夏玉米两熟农田实行冬小麦灌溉而夏玉米不灌的灌水措施可行。     

华北冬小麦降水亏缺变化特征及气候影响因素分析

为了探究气候变化背景下作物降水亏缺变化规律和影响因素,该文基于华北地区1971－1980年和2001－2010年气象数据和冬小麦生育期资料,研究了冬小麦生育期内降水亏缺变化特点,利用构建的敏感度分析模型探讨了降水亏缺量对主要气候要素的敏感性特征,主要结论：2001－2010年华北中部地区冬小麦全生育期内干旱加重,降水亏缺面积略有增加;播种—返青期内降水亏缺程度自江苏徐州—河南许昌一线往北都有所加剧,返青—拔节期内降水亏缺程度缓解,拔节—抽穗期内降水亏缺程度加重,仅在山西中部太原地区降水略有盈余,抽穗—成熟期内降水亏缺有所缓解;冬小麦拔节—抽穗期降水亏缺量对日照时数高度正向敏感站点最多,主要分布在河北北部地区和安徽省,其次是风速,对温度和降水的高度正向敏感站点最少。该文为制定灌溉定额,农业水资源管理和缓解水资源供需矛盾提供科学依据。     

2011—2050年黄淮海冬小麦、夏玉米气候生产潜力评价

基于区域气候模式PRECIS输出的未来B2气候情景（2011—2050年）逐日资料以及基准气候时段（1961—1990年）的逐日资料,应用农业生态区域(AEZ)模型,对2011—2050年我国黄淮海地区冬小麦、夏玉米气候生产潜力时空变化特征进行预测.结果表明： 基准气候时段下,我国黄淮海地区冬小麦、夏玉米气候生产潜力的空间分布呈现一定的区域分异规律,总体均呈东南高、西北低的趋势,且同纬度地区的沿海高于内陆.1961—1990年,冬小麦、夏玉米气候生产潜力的变化幅度分别在3893～11000和5908～12000 kg·hm^-2.未来B2气候情景下,冬小麦、夏玉米气候生产潜力的年际变化很大,这与该时期作物生长发育光、温、水的匹配程度有关.冬小麦、夏玉米分别在2011—2030年和2021—2040年间气候生产潜力的增加趋势非常明显,开发潜力很大.在保持现有生产状况下,未来B2气候情景下,2011—2050年冬小麦气候生产潜力在空间上总体呈现明显的区域分异,表现为东南地区与西北地区的反向变化、沿海地区与内陆地区之间的同向变化;而夏玉米气候生产潜力的区域分异规律不明显.     

2011-2050年黄淮海冬小麦、夏玉米气候生产潜力评价

基于区域气候模式PRECIS输出的未来B2气候情景(2011-2050年)逐日资料以及基准气候时段(1961-1990年)的逐日资料,应用农业生态区域(AEZ)模型,对2011-2050年我国黄淮海地区冬小麦、夏玉米气候生产潜力时空变化特征进行预测.结果表明:基准气候时段下,我国黄淮海地区冬小麦、夏玉米气候生产潜力的空间分布呈现一定的区域分异规律,总体均呈东南高、西北低的趋势,且同纬度地区的沿海高于内陆.1961-1990年,冬小麦、夏玉米气候生产潜力的变化幅度分别在3893 ～11000和5908～12000kg·hm-2.未来B2气候情景下,冬小麦、夏玉米气候生产潜力的年际变化很大,这与该时期作物生长发育光、温、水的匹配程度有关.冬小麦、夏玉米分别在2011-2030年和2021-2040年间气候生产潜力的增加趋势非常明显,开发潜力很大.在保持现有生产状况下,未来B2气候情景下,2011-2050年冬小麦气候生产潜力在空间上总体呈现明显的区域分异,表现为东南地区与西北地区的反向变化、沿海地区与内陆地区之间的同向变化;而夏玉米气候生产潜力的区域分异规律不明显.     

全球气候变化下中国亚热带地区柑桔气候适宜性

选取亚热带地区273个气象站1961—2008年逐日气象资料,结合IPCC SRES A2情景下未来亚热带地区温度、降水模拟数据,应用作物气候适宜度模型,对中国亚热带地区柑桔的气候适宜性变化进行了研究。结果表明:柑桔气候适宜度变化受到温度的主导,其空间分布趋势同温度适宜度变化基本一致;未来气候情景下柑桔气候适宜度变化大致呈纬度地带性分布,随着纬度的升高其气候适宜度变化由下降变为上升,可以分为强下降型(Ⅰ)、弱下降型(Ⅱ)、弱上升型(Ⅲ)和强上升型(Ⅳ)4种类型;基本上以温州-金华-浦城-乐平-英山-武汉-石门-吉首-武冈-通道-独山-望谟-广南-屏边-澜沧一线为界,其南气候适宜度有所下降,其北有所上升;亚热带西部柑桔气候适宜度上升较大。     

黑龙江省玉米气候生产力演变及其对气候变化的响应

在气候变化背景下,深入揭示玉米气候生产力的变化趋势及其空间差异、明晰玉米气候资源利用规律,可为黑龙江省农业生产宏观决策提供科学依据.基于黑龙江省72个气象站1981—2014年的气象资料和对应的产量资料,采用逐步订正、空间插值、线性趋势分析等方法,研究玉米的光合、光温、气候生产力的时空变化特征、主要影响因素和增产潜力,并对未来不同气候情景下玉米气候生产力进行评估.结果表明: 研究期间,黑龙江省玉米光合、光温和气候生产力平均值分别为26558、19953和18742 kg·hm^-2;在空间分布上均表现为平原高山地低、由西南向东北逐渐减少;光合、光温、气候生产力均表现为显著增加趋势,其增幅分别为378、723和560 kg·hm^-2·(10 a)^-1,且辐射量和气温的增加对黑龙江省玉米生产具有正效应;玉米气候生产力对气候变化响应明显,松嫩平原西部因光能资源的减少导致玉米光合生产力降低,气温升高则在一定程度上弥补了光照带来的负面效应,玉米光温生产力下降趋势有所减缓,北部和东部对气候变暖的响应表现尤为明显,玉米光温生产力表现为明显上升趋势,而松嫩平原西南部及三江平原易旱区则对降水变化反映敏感;玉米实际单产与其气候生产力比率的平均值仅为24.1%,仍有75.9%的潜力有待开发;未来“暖湿型”气候对提高玉米气候生产力有利,而“冷干型”气候则不利于玉米气候生产力的提高.     

浙江省茶叶生长的气候适宜性

定量评估茶叶生长季气候适宜度特征及其对气候变化的响应具有重要意义.本文基于1971—2010年浙江省逐日气象资料,应用模糊数学方法,结合茶叶气象指标,建立了旬尺度的温度、降水和日照适宜度模型,并应用几何平均法建立了茶叶综合气候适宜度模型.结果表明: 研究期间,浙江省茶叶生长季内气候适宜度较高,均超过0.6;研究区茶叶的温度适宜度最高,降水适宜度次之,日照适宜度略低;茶叶气候适宜度具有明显的时间变化特征,20世纪70年代呈下降趋势,80年代变幅平缓,90年代之后表现为明显的上升趋势;春茶气候适宜度变化趋势与年度气候适宜度相似,均呈两头高、中间低,春茶气候适宜度的变幅更大,夏茶和秋茶气候适宜度均表现为下降趋势.     

东北地区高温对玉米生产的影响及对策

极端高温是制约东北农作区玉米生产的主要气象灾害之一.本文通过研究气候变暖背景下玉米不同生育时期内日最高温度大于30℃的积温(AT)和日最高温度大于30℃的天数(AD)的时空变化特征,分析了极端高温对东北农作区不同地区玉米生产的影响,并探讨了应对高温的对策.结果表明:1961—2010年,东北农作区玉米生育期内温度显著升高,开花期(花前花后20 d)最高温度明显大于其他生育时期,玉米全生育期、营养生长期(播种到开花前11 d)、花期和生育后期(开花后11 d到收获)4个时期日最高温度的气候趋向率分别为0.16、0.14、0.06和0.23℃·10 a-1.近50年东北农作区玉米全生育期AT明显增加,西南部地区的AT明显高于其他区域,营养生长期AT的增加趋势明显大于其他两个时期.玉米全生育期AD明显增加,高值区也主要集中在西南部地区,生育后期的AD的增加趋势大于其他两个生育时期.东北农作区玉米生育期内极端高温显著影响玉米生产,其中营养生长期的极端高温对玉米产量的不利影响十分显著,松辽平原地区玉米生产的高温风险明显大于其他地区.优化作物布局,培育耐高温品种,调整玉米生产管理措施,构建防灾减灾玉米生产体系是东北农作区玉米生产应对高温风险的有效措施.     

基于地理和气象要素的春玉米生育期栅格化方法

本文以黄河流域春玉米生育期和气象站点气象数据为主要数据源,采用多元逐步回归法分析了各生育期和经度、纬度、海拔高度、降水、年均温、≥10℃积温和日照时数等影响因子的关系,建立逐步回归方程,对各生育期空间栅格化方法进行了探讨,结果表明：（1）生育期空间拟合插值的统计检验说明春玉米“播种期”、“抽雄期”和“收获期”三个时期模拟效果最好,“拔节期”效果精度相对较好;（2）播种期基本满足从西南到东北延后的变化趋势,而拔节期、抽雄期和收获期基本上表现了从南北向中部、中部向东西两侧延后的现象。本研究得到的生育期与地理和气象要素之间的逐步回归方程,可为气候条件变化下作物生育期栅格化模拟试验以及农业生产应该采取的适应机制研究提供一定的依据。     

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。     

气候变化对华北冬小麦生育期和灌溉需水量的影响

利用华北4个气象站点1981—2010年冬小麦的生育期数据和气象资料,研究了华北平原典型区域冬小麦在气候变化条件下的生育期及各生育阶段灌溉需水量。结果表明:(1)过去30a来,华北地区冬小麦播种期和出苗期均有推迟趋势,且高纬度站点的变化趋势明显,其他生育期则呈提前趋势,而冬小麦全生育期表现为缩短;(2)华北冬小麦灌溉需水量在空间上从北到南、自东向西逐渐递减趋势;在时间上,东西部地区灌溉需水量变化趋势相反,东部地区呈逐渐增加趋势,而西部地区呈减小趋势;(3)冬小麦生育阶段的灌溉需水量变化不相同,播种—出苗、拔节—抽穗和抽穗—乳熟期灌溉需水量表现为减少趋势,而出苗—拔节和乳熟—成熟期则表现为增加趋势。就冬小麦整个生育期而言,华北西部地区灌溉需水量(北京密云站和石家庄栾城站)有减少趋势,分别减少6.72mm/10a和8.3mm/10a;而华北东部地区(天津宝坻站和邢台南宫站)的趋势正好相反,分别增加2.6mm/10a和7.08mm/10a。6个生育阶段灌溉需水量的年际波动程度依次为:播种—出苗期乳熟—成熟期抽穗—乳熟期拔节—抽穗期出苗—拔节期播种—成熟期;(4)气象要素对灌溉需水量的影响较复杂,其中灌溉需水量同有效降水量、相对湿度呈负相关,且相关关系极显著,与生育期长度存在微负相关关系,与日照时数、平均温度和风速呈显著正相关。同时,影响各生育阶段灌溉需水量的气象要素也存在差异,主要包括有效降水量、相对湿度和风速等。     

未来气候变化对河南省冬小麦需水量和缺水量的影响预估

采用美国农业部土壤保持局推荐的方法计算有效降水量,应用Penman-Monteith模型和作物系数法计算需水量,在对河南省1981—2010年冬小麦生育期内有效降水量、需水量和缺水量分析的基础上,结合《排放情景特别报告》的两种排放情景A2(强调经济发展)和B2(强调可持续发展)预估的未来气候情景,探讨了未来气候情景下河南省冬小麦的有效降水量、需水量和缺水量的时空演变规律及其主要气候影响因素.结果表明: 从整体上看,相对于基准时段(1981—2010年),A2和B2情景下,不同时段冬小麦全生育期的有效降水量、需水量和缺水量均表现出增加趋势,有效降水量均以2030s时段增加最多,分别增加33.5%和39.2%;需水量均以2010s时段增加最多,分别增加22.5%和17.5%,年代间呈现明显递减趋势;缺水量在A2情景下以2010s时段增加(23.6%)最多,B2情景下以2020s时段增加(13.0%)最多.偏相关分析表明,A2和B2情景下,太阳总辐射是影响河南省冬小麦需水量和缺水量变化的主要气候因素.由于地理环境和气候条件的差异,不同时段河南省冬小麦全生育期有效降水量、需水量和缺水量的距平百分率在空间分布上具有差异.未来河南省水资源可能更趋于短缺.     

台湾青枣在福建主产区的气候适宜度

台湾青枣属新兴果树品种,经济效益显著。为实现台湾青枣在福建的优质高产,本研究基于产量和气象数据,结合文献和物候观测资料以及农业气候适宜度模型,给出了台湾青枣在福建主产区的气候适宜度模型参数,分析了主产区气候适宜度特征及其变化趋势。结果表明: 基于等权重求和法构建的模型可靠性最高;台湾青枣在福建主产区的气候适宜度较高,多数年份为适宜或较适宜;1996—2013年,气候条件对台湾青枣生长的影响总体呈趋好态势,有利于发展青枣生产;主产区全生育期温度适宜度＞综合气候适宜度＞日照适宜度＞降水适宜度,9—10月是水分管理的关键期。研究结果对福建省台湾青枣的生产管理和长期规划具有指导意义。     

黄淮海平原冬小麦-春玉米-夏玉米复合种植模式生理生态效应研究

研究结果表明,与冬小麦－夏玉米平作和春玉米单作相比,冬小麦－春玉米－夏玉米复合种植模式各作物生残生长时期均处于高空间生态位,田间光、温、气等生态条件得以改善,改平面受光为立体受光,作物群体内相对光强明显提高,而且各作物行间地温升高种植带内风速加大,均有利于提高籽粒灌浆的强度和速度。同时,在籽粒灌浆过程中,各作物功能叶片内叶绿素含量和光合速率均比冬小麦夏玉米一年两熟平作或玉米单作有所提高,这是冬小麦－春玉米复合种植模式主要增产原因之一。     

中国亚热带地区柑桔的气候适宜性

应用生态适宜度理论和模糊数学方法,建立柑桔气候适宜度模型,对中国亚热带地区柑桔生产的气候适宜性及其时空差异进行了计算、评价,并分析了中国亚热带地区柑桔各生育期气候适宜性以及中国亚热带地区各县区的平均气候适宜度.结果表明:柑桔花芽分化期、发芽期、果实成熟期的适宜性较低、风险较高,其他各生育期的适宜性较高、风险较低,影响中国亚热带地区柑桔生产的关键问题是冷害和伏旱.柑桔温度适宜性的地域分异呈纬度地带性规律;降水适宜度最适宜型分布在亚热带中部"射阳-那坡"一线区域,其东南为适宜型区,西北为次适宜型区,高山区为不适宜型区;日照适宜度与实际日照时数的区域变化规律基本一致,大致呈高纬度区高于低纬度区、高海拔区高于低海拔区;受温度因子的限制,气候适宜度与温度适宜度的分布情况大体一致,南部大于北部,基本也呈纬度地带性规律.从中国亚热带地区柑桔气候适宜度的年际变化分析可知,整个亚热带地区柑桔气候适宜度呈下降趋势,且存在区域差异,说明气候变化引起了中国亚热带柑桔适宜区和关键生育期的变动.