CO2浓度升高和降水增加协同作用对玉米产量及生长发育的影响

关于[CO₂]升高和降水变化等多因子共同作用对植物的影响报道较少, 制约着人们对植物对全球气候变化响应的认识和预测。玉米(Zea mays)作为重要的C₄植物, 受[CO₂]和降水影响显著, 但鲜有[CO₂]升高和降水增加协同作用对其产量及生长发育影响的报道。该研究利用开顶式生长箱模拟[CO₂]升高(390 (环境)、450和550 μmol·mol^-1), 降水增加量设置为增加自然降水量的15% (以试验地锦州1981-2010年6至8月月平均降水量为基准), 从而形成6个处理: C₅₅₀W_+15%、C₅₅₀W₀、C₄₅₀W_+15%、C₄₅₀W₀、C₃₉₀W_+15%和C₃₉₀W₀。试验材料选用玉米品种‘丹玉39’。结果表明: [CO₂]升高和降水增加的协同作用在玉米的籽粒产量和生物产量上均达到了显著水平(p< 0.05), 二因子均起正作用, 使籽粒产量和生物产量均升高。籽粒产量在[CO₂] 390、450和550 μmol·mol^-1水平下的降水增加处理较自然降水处理分别增加15.94%、9.95%和9.45%, 而生物产量分别增加13.06%、8.13%和6.49%。因为籽粒产量的增幅略大于生物产量的增幅, 所以促进了经济系数的升高。穗部性状变化显著, 其中, 穗粒数、穗粒重、穗长和穗粗等性状值均随[CO₂]升高而升高, 且各[CO₂]水平下均表现为降水增加处理>自然降水处理, 而瘪粒数相反。但是, [CO₂]升高和降水增加的协同作用也促进了轴粗的升高, 对玉米产量的增加起着限制作用。二因子协同作用在净光合速率(P_n)和叶面积上达到了极显著水平(p< 0.01), 而在株高和干物质积累量上达到了显著水平(p< 0.05)。二因子协同作用使玉米叶片的P_n升高, 植株高度升高, 穗位高升高, 茎粗增加, 叶面积变大, 从而促进了干物质积累量的升高, 为玉米增产打下了良好的基础。这表明: 在未来[CO₂]升高条件下, 一定程度的降水增加对玉米的产量具有正向促进作用。     

葫芦岛玉米生育期气候资源及限制因子

明确农作物生长发育的主要气候限制因子及限制程度,可为农业应对气候变化和高效利用气候资源提供科学依据。基于辽宁省葫芦岛市玉米主栽区绥中县和建昌县1980—2018年逐日气象观测数据和农业气象观测数据,采用生态气候适宜度方法,分析了玉米出苗-拔节、拔节-抽雄、抽雄-成熟3个阶段的主要限制因子及限制程度。结果表明:效能模型可以用于明晰玉米不同生育阶段的环境限制因子并定量评估限制程度;研究区气候平均限制程度达30%以上,拔节-抽雄期气候限制程度最大,出苗-拔节期气候限制程度随年份逐渐下降;降水因子对葫芦岛市气候资源有效性限制程度最大,为27%～61%,其次是日照因子,温度因子限制程度最小;气候限制程度与玉米产量有密切关系,气候的剧烈波动是导致雨养玉米产量不稳的重要环境因素,因此提高气候资源利用率是保障玉米高产稳产的重要举措。     

苜蓿茬不同种植年限玉米根系生理特性及其产量

以7龄紫花苜蓿地为前茬,连续4年采用同一高产栽培方案种植玉米,并测定其根系分布、根系生理指标和产量变化。结果表明:苜蓿翻耕种植玉米后,随种植年限增加,产量下降,各土层玉米根系生物量在吐丝期-成熟期均呈下降趋势,随土层加深差异增大;0~20 cm土层玉米根重占总根重(0~60 cm)的比例随玉米种植年限增加而升高,而40~60 cm土层随玉米种植年限增加而降低;吐丝期和乳熟期各土层根系活力和SOD酶活性均随玉米种植年限增加而降低;POD酶活性除吐丝期20~60 cm差异不显著外,各时期、各土层随玉米种植年限增加而下降;乳熟期各土层根系MDA的含量均随玉米种植年限增加而增加,且随土层加深差异增大。     

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.     

不同水肥条件对春玉米光合运转关系的影响及其产量效应的研究

以两种土壤水分和４种土壤肥力水平对春玉米光合运转关系的影响及其产量效应进行了较深入的探讨。在土壤水分适宜条件下,不同土壤肥力春玉米叶片光合速率随肥力水平的提高而增加的主要原因是气孔因素的限制,光合速率与籽粒产量呈现极显著正相关关系。     

气候变化背景下中国农业气候资源变化Ⅵ.黑龙江省三江平原地区降水资源变化特征及其对春玉米生产的可能影响

利用黑龙江省三江平原地区1959-2007年降水资料和1983-2007年春玉米生育期资料,采用百分位法确定了各站点的极端降水阈值,结合极端降水频次、强度、最长连续(无)降水日数、极端降水贡献率等指标,分析了三江平原地区极端降水的年际间变化特征、不同等级的降水量变化以及春玉米各生育阶段极端降水的分配特征.结果表明:1959-2007年间,研究区域年降水量呈略微减少趋势,且年降水日数的减幅远大于降水量,年内降水量分布更趋于集中;极端降水频次和强度均呈减少趋势,极端降水频次的年际间波动大于极端降水强度;年极端降水量占全年降水量的比例略有减少,减少趋势不显著;年小雨日数极显著减少,而年中雨日数和年内大到暴雨日数的减少趋势不显著.三江平原地区春玉米各生育阶段的极端降水分配比例由高到低依次为生殖生长阶段、营养生长与生殖生长并存阶段、营养生长阶段和出苗前;春玉米生长季内降水量占年降水量的比例显著减少,导致春玉米生长季缺水的风险加大;春玉米生长季内最长连续无降水日数呈极显著增加趋势,增幅达1.1 d·(10 a)-1,而最长连续降水日数却呈极显著下降趋势,减幅为0.5 d·(10 a)-1,说明研究区自然降水条件下春玉米生长季干旱风险有所加大.     

天山北坡冬草场牧草产量与气象条件的统计分析

 本文利用紫泥泉种羊场1966—1987年天然草场牧草产量资料及沙湾县气象站资料。采用相关分析、积分回归、逐步回归等统计方法,研究牧草产量的变化趋势,气象条件对牧草产量形成的影响。结果表明：牧草产量随时间上升或下降趋势不显著,4一6月和9、10月是牧草产量形成的关键期,降水量是关键因子,并建立了牧草产量预报模式。     

气候变暖对河西走廊绿洲灌区玉米产量影响及对策研究

利用河西走廊绿洲灌区西(酒泉)、中(张掖)、东部(武威)代表站25年的气温和玉米产量资料,计算出各区域玉米生育期内≥0℃、5℃、10℃、15℃、20℃活动积温,用正交多项式拟合分离出玉米气候产量。采用多项式法、线性倾向、累积距平等统计学方法分析积温和玉米气候产量的变化特征,以及气候变暖对玉米产量的影响。结果表明:随着全球气候变暖,河西走廊灌区不同区域积温变化均呈明显上升趋势;玉米生育期内≥10℃的活动积温与产量关系最为密切,是影响当地玉米产量的关键气象因子,玉米产量随≥10℃积温的增加而提高;灌区气候变暖后玉米气候产量比变暖前明显增加,自西向东分别增加124%、186%和301%。气候变暖、热量资源增加有利于提高喜温作物玉米产量,表明河西走廊绿洲灌区可以进一步扩大玉米种植面积,建立玉米种植基地。     

气候变化背景下东北三省主要粮食作物产量潜力及资源利用效率比较

以东北地区喜温作物和喜凉作物的潜在种植区为研究区域,基于研究区域内65个气象台站1961—2010年地面气象观测数据,结合作物生育期资料,应用作物产量潜力逐级订正法,分析不同作物各级产量潜力时空分布特征,明确作物各级产量潜力受气候资源限制程度,比较气候资源利用效率差异.结果表明： 1961—2010年,东北三省6种作物（玉米、水稻、春小麦、高粱、谷子和大豆）的光温产量潜力呈明显的西高东低的空间分布特征,作物气候产量潜力除春小麦外其他作物均呈现南高北低的空间分布规律.6种作物受温度限制的产量潜力损失率呈东高西低的空间分布特征,大豆受温度限制引起的产量潜力损失率最高,平均为51%,其他作物为33%～41%;因降水制约引起的潜力损失率分布有明显的区域性差异,在松嫩平原和长白山区各有一个高值区,春小麦因降水亏缺引起的产量潜力损失率最高,平均为50%,其他4种雨养作物集中在8%～10%.东北三省各作物生长季内光能利用效率在0.9%～2.7%,其中玉米>高粱>水稻>谷子>春小麦>大豆;雨养条件下,玉米、高粱、春小麦、谷子和大豆各作物的降水利用效率在8～35 kg·hm^-2·mm^-1,其中玉米>高粱>春小麦>谷子>大豆.在光能利用效率和降水利用效率均较低的长白山区和小兴安岭南部地区,可采取合理密植、选择适宜品种、适时施肥、蓄水保墒耕作以及优化作物布局等措施提高资源利用效率.     

气候变化背景下中国农业气候资源变化Ⅵ. 黑龙江省三江平原地区降水资源变化特征及其对春玉米生产的可能影响

利用黑龙江省三江平原地区1959—2007年降水资料和1983—2007年春玉米生育期资料,采用百分位法确定了各站点的极端降水阈值,结合极端降水频次、强度、最长连续（无）降水日数、极端降水贡献率等指标,分析了三江平原地区极端降水的年际间变化特征、不同等级的降水量变化以及春玉米各生育阶段极端降水的分配特征.结果表明：1959—2007年间,研究区域年降水量呈略微减少趋势,且年降水日数的减幅远大于降水量,年内降水量分布更趋于集中;极端降水频次和强度均呈减少趋势,极端降水频次的年际间波动大于极端降水强度;年极端降水量占全年降水量的比例略有减少,减少趋势不显著;年小雨日数极显著减少,而年中雨日数和年内大到暴雨日数的减少趋势不显著.三江平原地区春玉米各生育阶段的极端降水分配比例由高到低依次为生殖生长阶段、营养生长与生殖生长并存阶段、营养生长阶段和出苗前;春玉米生长季内降水量占年降水量的比例显著减少,导致春玉米生长季缺水的风险加大;春玉米生长季内最长连续无降水日数呈极显著增加趋势,增幅达1.1 d·(10 a) ^-1,而最长连续降水日数却呈极显著下降趋势,减幅为0.5 d·(10 a)^-1,说明研究区自然降水条件下春玉米生长季干旱风险有所加大.     

林网生态场中玉米主要产量性状和质量性状的研究

本文试用生态场的思想,对林网中玉米（Zeamays)的主要产量性状和质量性状与生态场的内主要生态因子的关系进行了探讨,研究结果表明：林网生态场对玉米产量性状,质量性状的影响因各因子的场量和玉米的生育阶段而,开花期前较高的温度,开花期后较低的地温,最热季节不过高的温度,以及整个生长季中较高的空气湿度是提高玉米生物学产量,穗产量,籽粒产量以及籽粒中粗蛋白积累量必要的生态条件,玉米籽粒中粗脂肪含量主要受乳熟期以前生态场的影响,尤其在穗分化,形成期需较高的空气湿度和较低的地面温度,淀粉含量受生态场的影响较小,所需生态条件是拔节一蜡熟期较低的地温。总之,各时期生态场的性质均可在玉米最终的产量和质量性状中反映出来。     

香蕉种植密度对蕉园光能利用与产量的影响

本试验研究了福建沿海地区蕉园种植密度与光能利用效率和产量之间的关系。结果表明,适当提高种植密度,可增加香蕉单位空间的光能利用,充分利用地力,改善蕉园生态条件,显著地提高香蕉亩产量。亩植160～180株是沿海地区达到高产稳产的有效措施。     

一些海洋浮游植物量子产值的研究

现场实验以及用硅藻、金藻和绿藻所做的实验表明,在光饱和深度以下,随着深度的增加,浮游植物的量子产懂具有不变、增加和下降3种垂直变化趋势。偏离理论模式的后两种结果可能是由浮游植物的光强适应(Light-shade adaptation)等原因引起。还探讨了量子产值作为初级生产力模型和光利用效率模型中的参数的问题。     

舟山近海水样环境DNA获取方法的建立

以曼氏无针乌贼(Sepiella japonica)为研究对象, 通过绝对定量技术建立和优化了舟山近海高浊度水样环境DNA(Environmental DNA, eDNA)的获取方法。研究结果如下: (1)同体积水样采用乙醇沉淀法获得的eDNA产量是滤膜抽滤法的1.76—2.53 倍, 但在实际应用中由于受到采样体积、处理方式、配套设备的限制, 乙醇沉淀法难以发挥出优势; (2)滤网对泥沙等杂质无过滤作用, 添加滤网并不能过滤掉泥沙及增加抽滤体积; (3)滤膜孔径的大小对少量水样的eDNA产量有很大影响, 但对大体积水样eDNA的产量无影响; (4)水样静置处理有可能会增大eDNA产量, 但也有可能会增大eDNA结果的波动性, 使生物量评估结果误差较大; (5)阳离子表面活性剂对eDNA降解有明显的抑制作用; (6)去膜法效果优于碎膜法, 建议使用去膜法进行eDNA消化, 使用时增加离心时间; (7)酚抽除沙法虽然不能提高eDNA产量, 但能明显提高产物纯度。研究首次建立了舟山近海水样大生物eDNA最适获取方法, 为相似水域的水样采集及eDNA提取提供了借鉴参考。     

稻鱼共作对水稻产量效应的Meta分析

定量分析世界范围内稻鱼共作对水稻的产量效应, 为稻鱼共作技术的大面积推广应用提供科学依据。研究搜集了公开发表的102组稻鱼共作与水稻单作处理的水稻产量数据(截至2021年12月31日)。运用Meta分析方法, 明确了稻鱼共作对水稻产量的综合效应, 进而量化分析了时间区域、田间条件、水稻品种、肥药管理、鱼苗投放和投喂管理等对稻鱼共作产量效应的影响。与水稻单作相比, 稻鱼共作显著提高了水稻产量, 平均增产率约为17.2%(95%CI: 9.4%—25.6%), 分析结果可靠。不同区域气候稻鱼共作的产量效应差异显著, 国外和热带气候区域较高。2011年以后年份、田沟布局为一侧、水稻品种为粳稻的试验田中, 稻鱼共作的水稻增产率相对较高; 不同测产方式的产量效应差异不显著。不同肥药管理稻鱼共作的产量效应差异显著, 施肥3次、单一追肥、施用有机肥与无机肥、施药的产量效应较高; 在保障增产效应的前提下可以适当减少肥料农药的施用量, 采用有机肥和不施农药方式以获取经济与环境的双重效益。投苗时间、养殖模式、投苗密度、投喂与否稻鱼共作的产量效应差异显著, 在水稻移栽后21—25d投苗单养, 规格、密度及生物量控制在40 g/尾、1 尾/m2和30 g/m2以内, 不投喂饲料更能发挥稻鱼共作的增产效应。稻鱼共作能够显著提高水稻产量, 是有效利用稻田资源的可行方式。     

春小麦拔节期有限供水的产量和生理效应研究初报

本文研究了春小麦在中度水分亏缺（４０％土壤毛管持水量,ＣＷ）生长下,拔节期不同水平供水处理（３０─１００％ＣＷ,１０天）下的植株生长发育、水分代谢及产量组成方面的变化,初步发现,拔节期保持４０％ＣＷ是水分利用的效率（ＷＵＥ）与产量同步增加的下限,６０％ＣＷ是达到较高ＷＵＥ和较高产量的下限;春小麦拔节期增加限量供水能有效增加籽粒产量。产量增加又同植株干物质积累、株高、根系生长、旗叶面积及单株穗粒数紧密正相关。此外,拔节期有限供水的增加,蒸腾速度、叶水势和渗透势等生理指标也有一定程度的效应变化。     

松嫩平原西部林网生态场中玉米光合生态研究

东北松嫩平原林网生态场(Ecofield)中主要气候因子对玉米(Zea mays)光合作用影响的研究表明：在整个生长季中,玉米的瞬时光合速率与气温、光强正相关;日光合量则与空气温、湿度正相关。林网中部和东部(10—20H,H为1树高)玉米的光合日进程基本无午休现象,仅两侧主林带附近(1H、5H、25H)仍有午休;与此相应,日光合量也以中、东部高于两侧,这是由于林网中部的气温和湿度高于两侧。通过综合分析,发现午间空气湿度低是造成光合午休的主要原因,在东北松嫩平原,空气温、湿度是制约玉米光合作用主要的气候因子,其中气温是主导因子;光照不是限制因子。防护林可提高林网中的空气温、湿度,从而提高玉米的生产力。