基于DSSAT模型的吉林省黑土作物-土壤氮循环和土壤有机碳平衡

应用DSSAT模型中的CERES-Maize作物模型和Century土壤模型,分析了作物管理参数、施肥量、土壤初始氮含量和作物桔杆还田对吉林省黑土地区玉米生长、氮循环以及有机碳氮生态平衡的影响.结果表明:在玉米目标产量为12000～15000kg.hm-2条件下,最佳施氮肥量为200～240kgN.hm-2.在该氮肥用量下,玉米地上氮吸收量为250～290kgN.hm-2,其中,120～140kgN.hm-2来自土壤,130～150kgN.hm-2来自肥料;提高氮肥用量(250～420kgN.hm-2)将导致土壤残留氮明显增加(63～183kgN.hm-2);延迟追肥时间同样导致土壤残留氮增加;当玉米秸杆还田量超过6000kg.hm-2时,模拟的土壤活性有机碳、氮可以维持当年的供需平衡.建议在吉林省中部地区黑土玉米带,化肥施氮量控制在200～240kgN.hm-2,适时追肥,秸杆还田量在6000kg.hm-2以上,以确保高产和维持土壤养分生态平衡.     

深圳地区参考作物蒸散量计算方法适用性分析

根据深圳1998~2007日值气象资料,以4种方法计算参考作物蒸散量,并以FAO Penman-Monteith公式计算结果为标准,评价其他各公式在深圳的适用性。结果表明:Irmark-Allen公式的月平均参考作物蒸散量及年参考作物蒸散量与Penman-Monteith公式结果没有显著差异,与Hargreaves公式和Pristley-Taylor公式计算结果差异显著,Hargreaves最大,Pristley-Taylor最小;Irmark-Allen公式、Pristley-Taylor公式与Penman-Monteith公式的相关性较高,而Hargreaves相关性较低。Irmark-Allen法可作为深圳地区缺少相关气象资料条件下计算ET0较理想的替代方法。     

基于DSSAT模型对豫北地区夏玉米灌溉制度的优化模拟

合理的灌溉制度是提高农业水资源利用效率、保证夏玉米高产稳产的前提。采用农业技术转化决策系统(DSSAT,Decision Support System for Agrotechno1ogy Transfer)探究了河南省北部地区夏玉米不同降水年型下的最优灌溉制度。经过参数的校正和验证,归一化均方根误差(nRMSE)、均方根误差(RMSE)和一致性指数(d)均表现出模拟值与实测值的吻合度很好,DSSAT-maize模型可以准确模拟夏玉米物候期、地上部分生物量、产量和土壤水分状况。然后基于模型模拟了不同灌溉处理下的夏玉米生产潜力,从而评估夏玉米缺水量,并对比分析不同生育时期灌水对产量的影响确定最优灌溉时期,综合考虑产量和水分利用效率确定最优灌溉制度。结果表明:夏玉米生长季的缺水量年际间差异显著,多年平均值为38.91 mm,波动范围为0—193.03 mm。在丰水年,不需要灌溉;在平水年,开花期灌水30 mm;在枯水年,开花期和灌浆期灌水50 mm;在特别干旱年,苗期、拔节期和开花期至少灌水180 mm。优化的灌溉制度下丰水年、平水年和枯水年的WUE达到最高且产量分别占其最高产量的100%、99.72%和97.89%,实现了作物高产节水协同提高的目标。     

基于DSSAT模型的长江中下游冬小麦潜在产量模拟研究

为了探明气候变化对长江中下游地区冬小麦潜在产量的影响,基于政府间气候变化专门委员会(IPCC)AR5提出的BCCCSM1-1(Beijing Climate Center Climate System Model version1-1)气候系统模式输出的基于典型浓度RCP各情景(基准时段baseline、RCP 2.6、RCP 4.5和RCP 8.5)主要气象要素的逐日模拟数据和历史观测数据。通过DSSAT模型模拟历史时期(2001—2009年)冬小麦的物候期和产量,并计算模拟数据与实测数据二者的均方根误差和一致性指数(开花、成熟期和产量模拟结果的相对均方差根误差分别在0.83%—2.98%之间和7%以下,符合度D均接近于1)明确最优遗传参数,应用最优参数模拟加以验证,完成模型参数区域化。结合历史阶段(1961—1990年)和未来时期(2021—2050年)主要气象要素变化趋势,利用DSSAT模型模拟分析未来30年长江中下游地区气候变化对小麦产量的影响及变化趋势,以期为未来作物生产提供理论依据。结果表明,DSSAT-CERES-Wheat品种遗传参数本地化后能准确模拟冬小麦的生长发育过程及产量潜力。较基准年相比,2021—2050年RCP情景下,冬小麦生育期内≥10℃积温除RCP 2.6情景外呈现逐渐增加趋势,增加幅度为RCP 8.5RCP 2.6RCP 4.5;降水量年际波动都比较大,区域性差异明显;太阳总辐射量较基准年均有所降低,但降低的幅度随着年份的增加逐渐减小,变化率均呈现显著或极显著的增加趋势。除昆山外冬小麦开花期、成熟期较基准年均有所提前,开花期到成熟期天数则随之缩短。仅考虑气候条件时,长江中下游地区冬小麦产量潜力与基准年减少,昆山、英山下降幅度较滁州、钟祥大(3%—59%),且区域差异明显。分析可得,一定范围内冬小麦产量随积温的增加逐渐增加,超过一定阈值时则逐渐减少,其他气候因子增加或减少并不能弥补积温过低产生的负效应。     

主要转基因作物研究现状及其产业化进展

经过12年的产业化发展,转基因作物研究取得了较大进展。相关外源基因的转入使抗虫、抗病、抗除草剂、抗逆、品质改良和功能性等作物相继问世。转基因大豆、玉米、棉花和油菜已经大面积种植,产生了极大的经济效益。2007年全球转基因作物的种植面积达到1．143亿hm^2。综述了主要转基因作物研究现状及其产业化进展,并对我国转基因作物产业化应解决的问题进行了论述。     

作物生长模型WOFOST在华北平原的适用性研究

 简要介绍了荷兰瓦赫宁根大学开发的WOFSOT模型,为了评价其在华北平原的适用性,2000～2001年在中国科学院禹城综合试验站进行了水分处理实验。水分池分为8个处理,分别是： ≥40%、≥50%、≥60%、≥70%、≥80%田间持水量及返青-拔节受旱、抽穗-灌浆受旱、灌浆-成熟受旱,每个处理重复1次,共16个实验小区。其中2001年的实验数据用于参数校正,到一套模型的参数值,2000年的实验数据用于模型的验证。主要结论如下：1) WOFOST模型适于描述作物的光合作物过程,对潜在生长的模拟较好,用于华北平原的作物生长与水分利用的研究是适宜的;2) 华北平原的光温生产潜力为8100kg·hm-2左右,目前冬小麦的产量仅相当于潜在产量的65%;3) WOFOST模型在一些细节问题上考虑较粗,比较适合于大面积、区域范围内的模拟;4) WOFOST存在不少需要改进的地方,如干物质分配系数考虑可能过于简单、未计算冬小麦发育后期茎叶干物质向籽粒的转移等。     

作物生长模拟模型及其应用

论述了作物生长模型在国内外的研究及其发展过程,作物模型的机理及在农业生产中的作用,对作物生长模型在生产应用中存在的问题及今后的发展方向进行了讨论     

作物耐热性的评价

对作物耐热性进行评价,是耐热性机制研究和耐热性品种选育的基础.在综述了作物耐热性评价的基础、评价方法以及评价指标的基础上,展望了作物耐热性评价的研究方向.     

作物耐热性的评价

对作物耐热性进行评价,是耐热性机制研究和耐热性品种选育的基础。在综述了作物耐热性评价的基础、评价方法以及评价指标的基础上,展望了作物耐热性评价的研究方向。     

转基因作物对土壤微生物的影响

全球范围内转基因农作物的大量种植不仅带来巨大的经济利益,同时也引发了人们关于转基因作物对包含土壤微生物在内的土壤生态系统的潜在风险的忧虑.转基因作物对土壤微生物的影响包括外源基因表达蛋白对非靶标土壤微生物的直接影响,也包括因外源基因导入而植物根系分泌物组分变化引起的间接影响.目前,对转基因作物的大多数研究表明,转基因作物能引起土壤微生物种群数量和结构的变化.但是,转基因作物对土壤微生物的影响力度有大有小,持续时间有长有短,评价不一.本文综述了不同种类转基因作物对土壤微生物的影响,对转基因作物种类、试验技术和原则等影响评价结果准确性的因素进行了讨论,提出了进一步研究需要注意的问题.     

FLEXPART模式模拟褐飞虱回迁的适用性

褐飞虱是威胁我国水稻生产安全的主要害虫之一,已经严重地威胁到我国南方地区水稻的安全生产。褐飞虱作为一种风媒迁飞性昆虫,与大气气溶胶粒子的运动相似。采用褐飞虱迁飞相关参数,利用WRF-FLEXPART模式模拟分析两次褐飞虱秋季回迁过程。通过模拟2013年9月20—24日褐飞虱迁入兴安县的迁飞过程,发现褐飞虱虫量的模拟结果与实验观测到的褐飞虱高空灯诱数据相近、变化趋势一致,相关性达到0.49(P0.01)。褐飞虱迁飞峰的模拟值平均早于观测值1.5h,这可能与褐飞虱起飞迁飞的主动性及其生理特性等有关。模拟2008年10月5—7日一次冷锋无降水天气过程中的褐飞虱迁飞过程,发现此次冷锋南下和降温过程对褐飞虱的回迁影响显著,主要表现在:(1)在迁飞轨迹上,受热带气旋影响,广西、贵州、湖南和广东西部地区以东北风为主,有利于褐飞虱向西南方向的迁飞;(2)在虫量密度分布上,广东中部地区同时具备了较好的动力和温湿条件,促使大量褐飞虱向着该地区(较温暖)迁入,而湖北地区虽以西北—东北风为主,但地面气温较低(低于广东地区),不利于褐飞虱的大量迁入。综上所述,WRF-FLEXPART模式适用于褐飞虱的迁飞模拟且有较好的模拟能力,该研究对我国褐飞虱灾变的准确预警、病虫测报水平的提高具有重要的参考价值。     

基于作物模型的低温冷害对我国东北三省玉米产量影响评估

以东北三省玉米低温冷害为研究对象,对作物生长过程模式WOFOST进行适当改进,同时对模型在区域上的适应性进行分析、检验,然后利用改进的作物模型实现低温冷害对玉米影响定量分析和动态评估。以1961—2006年共46a平均气温驱动下的模拟产量作为正常年份的产量水平,当年实际气温驱动下的模拟产量跟平均气温驱动下的模拟产量对比,以减产率和气象条件作为灾害严重程度划分的标准,利用数值模拟试验,确定导致减产的主要气象因子及其量值,进而确定农业气象灾害评估指标,在此基础上,进行区域低温冷害影响评估,包括历年典型低温冷害年份影响评估和年代际影响评估。从年代模拟结果来看,近50a来各年代冷害分布大致规律均表现为北部大于南部、东部大于西部地区,即表现为由东北至西南方向呈递减的趋势,冷害造成玉米减产面积及冷害等级各有差别。评估结果基本上可以较好地反应历史实际情况且与前人已有研究成果相一致。     

作物生长模拟模型参数校正与有效化的理论和实践

以ＧＯＳＳＹＭ 模型为例系统阐述了作物生长模拟模型有关参数校正和模型有效化的一般原理和方法,同时用新疆棉区的试验具体校正了品种参数、土壤参数和修改了部分模块,并对校正结果进行了验证．结果表明,两个试点土壤２０ ～４０ 、６０ ～８０ｃｍ 两个土层生长季水分动态观测值与土壤参数校正后模型的模拟值吻合较好;系５ 品种试验生育期６ 项生物指标动态模拟结果与实测值拟合的相关系数都在０ ．９ 以上,并且不同栽培条件的３ 个处理的模拟产量的相对误差平均为７ ．５ ％ ,模拟结果较理想．     

作物磷素养分的动态模拟

基于养分平衡原理,分别建立了土壤有机磷与有机肥分解磷的释放、土壤有效磷吸附的动态模型,用Langmuir方程描述土壤吸附磷量与土壤溶液磷浓度的关系,建立了植株临界磷浓度与生理发育时间的关系模型,以及基于生长潜在需要和土壤水溶性磷浓度限制的作物磷素吸收动态模型.检验结果表明,模型对小麦植株含磷率的动态变化有较好的预测效果.     

转基因作物对土壤生态系统的影响

综述了转基因作物对土壤生态系统影响的研究进展,包括转基因作物中的外源基因在土壤中的活性,转基因作物对土壤微生物区系有土壤酶活性的影响以及转基因作物对土壤动物区系的影响,转基因作物对土壤生态系统的影响与导入的外源基因特性和土壤类型相关,转基因产物进入土壤后引起的土壤生物变化的程度依赖于许多因素,最重要的决定因素是生态系统的复杂性和稳定性,评价不同转基因作物对土壤生态系统的影响具有重要的生态学意义,急需发展和完善以分子生物学为主的风险评价方法。     

江西省主要作物(稻、棉、油)生态经济系统综合分析评价

基于成本收益分析和能值分析理论,构建经济效益指标和生态经济效益指标,对江西省水稻(早稻和晚稻)、棉花、油菜种植系统的经济效益、生态经济综合效益进行分析和评价。经济效益方面,分析比较了单位面积作物成本构成,构建了净利润(Rev)和净利润率(Prof)两个经济效益指标;生态经济方面,分析比较了单位面积能值投入产出构成,构建了能值投入率、能值产出率、环境负载率、宏观经济能值等四个能值评价指标。计算结果表明江西省水稻、棉花和油菜等作物的生产成本占主导地位,价格因素是影响种植成本最重要的因素。水稻主要是以生产物资费用为主,而棉花和油菜以人工费用为主。从产值和收益来看,Rev大小为棉花>晚稻>早稻>油菜,Prof大小为晚稻>棉花>早稻>油菜。水稻、棉花和油菜种植系统对自然更新资源的依靠程度较低,系统的维系主要依赖于外部购买能值的投入,其构成与生产成本构成是一致的。水稻、棉花和油菜等作物的种植系统能值投入率比较高,大小为棉花>早稻>晚稻>油菜,能值产出率:油菜>棉花>晚稻>早稻,造成生态环境压力为晚稻>早稻>油菜>棉花,宏观经济能值大小为油菜>棉花>晚稻>早稻。结果表明,江西省水稻、棉花、油菜种植系统是高度开放的系统,主要依赖购买能值,但是系统产出率不高,其环境压力也不大。研究结果可为深入认识江西水稻、棉花和油菜等主要作物种植系统提供一个新的视角,并为种植业可持续发展提供一定的参考价值。     

基于遥感信息的作物模型重新初始化/参数化方法研究初探

作物模型与遥感信息的结合有助于利用遥感监测的大范围植被信息解决作物模型区域应用时模型初始状态和参数值难以确定的问题。该文借助叶面积指数(LAI)将经过华北冬小麦(Triticum aestivium)适应性调整的WOFOST模型与经参数调整检验的SAIL-PROSPECT模型相嵌套,利用嵌套模型模拟作物冠层的土壤调整植被指数(SAVI),在代表点上借助FSEOPT优化程序使模拟SAVI_s与MODIS遥感数据合成SAVI_m的差异达到最小,从而对WOFOST模型重新初始化。结果表明,借助于遥感信息,出苗期的重新初始化使模拟成熟期与按实际出苗期模拟的结果相差在2天以内,模拟的LAI和总干重的误差比按实际出苗期模拟结果的误差降低3~8个百分点;返青期生物量的重新初始化使模拟LAI和地上总干重在关键发育时刻的误差降至16%以内,模拟LAI和贮存器官重在整个生育期内都更加接近实测值;对返青期生物量的动态调整显示返青到抽穗期间较少次数的遥感数据即能有效地提高作物模型的模拟效果。与国外同类研究相比,该文在作物模型本地化、重新初始化变量和优化比较对象的选择上都有所不同,而利用遥感数据动态调整作物模型初始状态或参数值更具有新意。该文对区域尺度上利用遥感信息优化作物模型的研究具有基础性、探讨性意义。     

间作作物对核桃黑斑蚜及主要天敌种群的影响

通过对新疆阿克苏3类主栽模式核桃园系统调查发现:核桃黑斑蚜的天敌主要有草蛉、黑食蚜盲蝽、食蚜蝇、多异瓢虫和蜘蛛;间作作物对核桃黑斑蚜及其天敌的发生均有一定的影响;在核桃黑斑蚜发生初期,在核-麦-玉式核桃园中益害比最大,草蛉和蜘蛛发生量最多,种群数量分别为6.60头/百叶、0.20头/百叶,间作小麦最有利于增益控害,其次是间作棉花;在中后期,草蛉、多异瓢虫在核-棉式核桃园发生量较多,种群数量分别为6.01头/百叶、0.64头/百叶;黑食蚜盲蝽在核-麦-玉式核桃园中发生量较多,种群数量为1.08头/百叶;食蚜蝇和蜘蛛在无间作核桃园中的发生量较多,种群数量分别为0.51头/百叶、0.91头/百叶;但天敌不能阻止核桃黑斑蚜的大量发生,其种群数量在7月中旬达到高峰,平均种群数量达3000头/百叶以上。     

水分亏缺对作物的伤害

全世界干旱、半干旱地区的总面积约占总陆地面积的1/3。中国是世界上主要的干旱国家之一,全国干旱、半干旱地区约占总国土面积的一半左右。干旱是制约我国西北和整个北方地区农业生产发展的基本自然因素,其他地区在作物生长季节也发生不同程度的干旱危害。研究作物水分胁迫及其伤害生理,不仅在理论上而且在实践中都有重要意义。