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.     

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。     

南盘江流域云南松径向生长对气候暖干化的响应

全球气候变暖背景下, 西南地区气候呈现出明显的暖干化特征, 但区域优势树种云南松(Pinus yunnanensis)对气候暖干化的响应存在不确定性。该研究根据树木年代学方法选择研究区域87株云南松样本进行树芯采集, 构建云南松树轮年表, 结合1952-2016年的气温和降水等气象资料, 利用响应分析、多元回归分析以及滑动相关分析等方法研究了影响南盘江流域云南松径向生长的关键气候因子及其对气候暖干化的响应规律。研究结果表明: 1985年以来, 研究区域气候暖干化特征明显, 气温上升和降水量下降的速率是1984年前的5和6倍, 年平均气温、年平均最高气温、年平均最低气温的上升速率为0.044、0.041和0.050 ℃·a ^-1, 年降水量的下降速率为 6.02 mm·a ^-1。气候暖干化使云南松的生长对温度响应的敏感度降低, 对水分响应的敏感度增强, 气温的解释率由暖干化前的44.95%下降到21.97%, 水分的解释率由暖干化前的55.05%上升到78.03%。暖干化增强了当年气候因子对径向生长的影响, 减弱了上年气候因子的影响, 与径向生长显著相关的当年气候因子增加了3个, 当年气候因子对径向生长的解释率增加了16.05%。暖干化减弱了云南松生长的“滞后效应”, 气候变化对树木生长影响的时效性增强。在5-7月和9-11月, 气候变暖使径向生长与气温、水分的响应关系变得不稳定。该研究可为气候暖干化区域云南松林的经营、管理以及区域气候重建提供理论依据和基础数据。     

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。     

南盘江流域云南松径向生长对气候暖干化的响应

全球气候变暖背景下,西南地区气候呈现出明显的暖干化特征,但区域优势树种云南松(Pinus yunnanensis)对气候暖干化的响应存在不确定性。该研究根据树木年代学方法选择研究区域87株云南松样本进行树芯采集,构建云南松树轮年表,结合1952–2016年的气温和降水等气象资料,利用响应分析、多元回归分析以及滑动相关分析等方法研究了影响南盘江流域云南松径向生长的关键气候因子及其对气候暖干化的响应规律。研究结果表明:1985年以来,研究区域气候暖干化特征明显,气温上升和降水量下降的速率是1984年前的5和6倍,年平均气温、年平均最高气温、年平均最低气温的上升速率为0.044、0.041和0.050℃·a~(–1),年降水量的下降速率为6.02 mm·a~(–1)。气候暖干化使云南松的生长对温度响应的敏感度降低,对水分响应的敏感度增强,气温的解释率由暖干化前的44.95%下降到21.97%,水分的解释率由暖干化前的55.05%上升到78.03%。暖干化增强了当年气候因子对径向生长的影响,减弱了上年气候因子的影响,与径向生长显著相关的当年气候因子增加了3个,当年气候因子对径向生长的解释率增加了16.05%。暖干化减弱了云南松生长的"滞后效应",气候变化对树木生长影响的时效性增强。在5–7月和9–11月,气候变暖使径向生长与气温、水分的响应关系变得不稳定。该研究可为气候暖干化区域云南松林的经营、管理以及区域气候重建提供理论依据和基础数据。     

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。     

黄土高原半湿润区气候变化对冬小麦生长发育及产量的影响

利用黄土高原半湿润区西峰农业气象试验站冬小麦生长发育定位观测资料、加密观测和对应平行气象观测资料,分析气候变化对冬小麦生长发育的影响,以及冬小麦穗干重生长与气象条件的关系。结果表明,研究区域降水量年际变化呈波动变化,20世纪90年代降水量最少。降水量存在3、8a的年际周期变化。气温年际变化呈上升趋势,气温变化曲线线性拟合倾向率为0.325℃/10a。作物生长季干燥指数呈显著上升趋势,干燥指数变化曲线线性拟合倾向率为0.069/10a,20世纪90年代至2010年明显趋于暖干化。受气候变暖的影响,冬小麦播种期每10 a推后2—3d,返青期每10a提前4—5 d,开花期和成熟期每10a提前5—6 d。冬小麦越冬期每10a缩短5—6 d、全生育期每10a缩短7—8 d。冬小麦返青后第83天开始,穗干重的生长由缓慢转为迅速生长阶段,从返青后第101天开始,其生长从迅速生长又转为缓慢生长,在返青后的第87天,穗的干物质积累速度最大。由于气候变暖,冬小麦生育期大部分时段热量充足。播种—越冬前和拔节—开花期产量对气温变化的响应十分敏感;降水量的影响函数同温度的影响函数呈反相位分布,除成熟期降水量对产量形成为负效应外,其余时段降水量对产量影响均为正效应,而在冬小麦播种期和返青—拔节期产量对降水量变化的响应也十分敏感。     

气候变化背景下中国农业气候资源变化Ⅴ.宁夏农业气候资源变化特征

基于1961—2009年宁夏21个气象站点的气象资料,分析了宁夏各区农业气候资源的时空变化趋势.结果表明：研究期间,宁夏各地气温逐渐升高,呈北高南低的空间分布特征,年均气温的气候倾向率为0.4 ℃·(10 a)^-1;大部分地区年降水量呈逐渐减少趋势,年降水量的气候倾向率为4.26 mm·(10 a)^-1;无霜期和作物生长季天数随着气候变暖逐渐延长;≥10 ℃积温在3200 ℃·d以上的区域向南扩展,宁夏适宜种植中晚熟水稻的区域有所扩大;2001—2009年,宁夏大部分地区适宜种植冬小麦,全区各地几乎都适宜种植春小麦;宁夏南部山区各地7月平均气温≤20 ℃的区域面积逐渐缩小,适宜种植马铃薯的地域也随之缩小.     

西北干旱区气候变化及其对生态环境影响

在全球气候变化的大背景下,中国西北干旱区气候在过去50 a也发生了相应的变化,对该区域的生态环境已经产生了较大程度的影响.利用西北干旱区128站点1961-2010年逐日气温降水量资料,结合DEM数据和GIDS插值分析方法,探讨了西北干旱区气候变化特征及其对生态环境的影响.结果表明:西北干旱区气温普遍升高,但变暖的幅度因季节和地域而存在差异,其中冬季增暖最为明显(0.506℃·10 a-1),夏季增暖缓慢;增温趋势最大区域主要在伊犁河谷、塔城等地区,天山东部和祁连山区变暖趋势也较大,天山中部及沙漠周边地区变暖趋势一般;降水量也呈增加趋势,年和冬季降水增加显著,春季降水有逐步增加的趋势,秋季降水增加则比较缓慢;降水变化趋势山区最大,干旱区东部、沙漠腹地及周边地区有下降趋势;近几十年来西北干旱区气候的暖湿化趋势,导致冰川强烈的消融退缩,对干旱区水资源和生态环境产生重大影响;而沙尘暴频次减小主要与新疆和内蒙古等沙源区向暖湿化发展有关,由暖干化向暖湿化转型对沙尘暴的发生有一定的弱化作用.湖泊水位的升降、面积的变化对气候变化有一定的响应.     

甘肃省冬小麦生长发育对暖冬现象的响应

运用甘肃省天水、西峰两地1951-2005年的气温资料及天水、西峰农业气象试验站1981-2003年冬小麦物候观测资料,分析探讨了甘肃冬小麦种植区50多年的冬季气温变暖趋势及冬小麦生长发育过程对气候变暖的响应．结果表明：冬季气温升高对冬小麦生长发育产生了较大影响．在最近20多年,冬小麦越冬死亡率下降到2％以下,越冬天数减少了7～8d,整个生育期缩短8～10d,返青一开花期天数延长7d,这有利于冬小麦生产及气候资源的利用-同时,冬季气温升高及降水减少也使冬小麦产量稳定性变差,麦田病、虫危害发生率增加,给冬小麦的安全生产增加了不确定因素．     

北方农牧交错区农业生态系统生产力对气候波动的响应——以准格尔旗为例

气候变化对区域生态系统结构和功能有重大影响。以中国北方农牧交错区的准格尔旗为例,利用气象和《统计年鉴》数据,采用数理统计方法分析准格尔旗1961—2009年降水量、平均气温的波动特征,计算出该地区1961—2009年农业生态系统NPP值和主要农作物的气候产量,论述了准格尔旗农业生态系统生产力对气候波动的响应。结果表明:(1)降水量和平均气温的年际、年内波动均显著。(2)准格尔旗农业生态系统生产力呈现阶段性地波动上升趋势。排除社会、科技等影响,气候生产力对气候波动表现出较强的敏感性,是作物气候生态适应的结果。(3)中国北方雨养旱作区,粮食气候产量受降水量年际波动(特别是7、8月)显著影响;谷子、糜黍、玉米、薯类、大豆和油料等农作物的气候产量与降水量年际波动呈显著正相关;谷子、糜黍的气候产量与生长季降水量年内波动呈显著负相关。集水型生态农业是北方农牧交错区生态环境友好的农业发展模式。(4)谷子、糜黍、薯类、大豆和油料等农作物的气候产量与6、7、8月平均气温年际波动呈显著负相关;生长季平均气温年内波动对谷子、糜黍、大豆和油料等农作物的气候产量有显著负面影响。因此,需要综合采取工程、生物和农业措施,将气候变化对主要农作物气候产量的不利影响降到最低。     

未来气候变化对中国天然橡胶种植气候适宜区的影响

全球气候变暖将严重影响中国天然橡胶种植的气候适宜区分布.根据影响中国橡胶种植的5个主导气候因子,即最冷月平均温度、极端最低温度平均值、月平均温度≥18 ℃月份、年平均气温和年平均降水量,基于最大熵MaxEnt模型,利用1981—2010年全国气候数据和RCP4.5情景的气候预估,分析了1981—2010、2041—2060、2061—2080年中国天然橡胶种植的气候适宜区变化.结果表明： 随着未来气候变化,2041—2060和2061—2080年中国天然橡胶的种植气候适宜区范围总体呈北扩趋势,对橡胶树北移有利. 2041—2060、2061—2080年中国天然橡胶气候适宜区总面积较1981—2010年呈增长趋势,高适宜区和中适宜区的面积均有增加趋势,而低适宜区面积呈减少趋势.局部区域气候适宜性发生明显变化：云南的橡胶主产区的适宜区总面积减少,其中,云南省的景洪、勐腊等地将由现在的高适宜区转变为中适宜区,海南岛及广东雷州半岛的橡胶种植高适宜区面积明显增加,在台湾岛出现了新的橡胶种植低适宜区等.     

近40a甘肃省气候生产潜力时空变化特征

根据甘肃省69个气象站1971-2007年温度和降水资料,采用Miami模型、Thornthwaite Memorial模型计算了全省温度生产潜力、降水生产潜力和气候生产潜力,分析了影响气候生产潜力的气候驱动力,用经验正交函数(EOF)分析其时空变化特征。结果表明:温度生产潜力显著增加,降水生产潜力略有减少,平均气候生产潜力为733.86 kg · hm^-2 · a^-1,呈逐渐减少趋势。区域差异性明显,呈东南-西北递减,陇南山区＞陇东高原＞陇中高原＞甘南草原＞河西走廊,气候生产潜力以1997年为转型年。增湿和增温均有利于气候生产潜力的增加,但增湿增益更为显著,另气候的暖干化趋势是研究区气候生产潜力减少的重要原因。     

长江中下游地区农业气候资源时空变化特征

以1981年为时间节点,将1961-2007年分为1961-1980年（时段Ⅰ）和1981-2007年（时段Ⅱ）两个时间段,分析和比较两个时段的农业气候资源变化特征.结果表明：气候变暖背景下,长江中下游地区1961-2007年温度生长期内≥10 ℃积温气候倾向率平均为74 ℃·d·10 a^-1;时段Ⅱ≥10 ℃积温较时段Ⅰ平均增加了124 ℃·d;与时段Ⅰ相比,时段Ⅱ双季稻的安全种植界限向北推移了0.79个纬度.1961-2007年温度生长期内降水量总体表现为增加趋势;与时段Ⅰ相比,时段Ⅱ降水量增加了1.6%,降水量≥767 mm（双季稻正常生长的需水量）的面积增加了1.13×10.4 km².时段Ⅱ温度生长期内日照时数较时段Ⅰ平均减少了8.1%;近47年中91.1%的气象站点日照时数表现为减少趋势.与时段Ⅰ相比,时段Ⅱ温度生长期内参考作物蒸散量呈略微减少趋势,其低值区扩大、高值区缩小.时段Ⅱ稳定通过10 ℃初日平均较时段Ⅰ提前了2 d,而时段Ⅱ≥20 ℃终日平均较时段Ⅰ推迟了2 d,两个时段 ≥22 ℃终日基本相同.     

旱地全膜双垄沟播玉米的土壤水热效应及其对产量的影响

以春玉米品种沈单16号为试验材料,研究半干旱区（年均降雨量415 mm）旱地不同覆盖种植方式的土壤水热效应及其对玉米产量的影响.结果表明： 与裸地平作（CK）相比,全膜双垄沟播（PMF）、全沙覆盖平作（SM）在玉米抽雄前均能提高0～25 cm土层平均地温,其中PMF增温最高;随种植年限增加,各处理对土壤水分的耗散深度增加,种植第1年对20～120 cm土层的水分耗散最多,种植第2年对120～200 cm土层的水分耗散最多,其中PMF耗水量最高.PMF的穗粒数、穗粒重和百粒重最高,SM次之,CK最低;与SM和CK相比,2009和2010年PMF平均穗粒数分别增加13.5%和114.2%,平均穗粒重分别增加29.8%和321.1%,平均百粒重分别增加14.4%和95.4%;PMF和SM的产量分别比CK高333.1%和240.2%,水分利用效率（WUE）分别提高290.6%和227.6%.PMF玉米连续种植两年后,120～200 cm土层土壤水分消耗达72 mm,显著高于SM（45 mm）和CK(40 mm).由于PMF能提高苗期-抽雄期地温,促进作物前期生长,提高玉米对土壤水的利用,从而使穗粒数、百粒重等增加,表现出较高的产量和水分利用效率,但该模式对1 m以下土壤水分消耗较多,对保持水分年际平衡不利.     

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.     

东北三省水稻生长季农业气候资源及障碍型冷害的时空特征

基于东北三省1981—2017年逐日地面观测资料和农业气象观测站水稻生育期资料,结合水稻障碍型冷害指标,分析东北三省水稻生长季特别是孕穗-开花期光、温、降水资源以及障碍型冷害的时空分布特征。结果表明: 1981—2017年,东北三省水稻生长季农业气候资源呈暖干变暗趋势,≥10 ℃活动积温和日照时数增幅分别为73.5 ℃·d·(10 a)^-1和17.7 h·(10 a)^-1,降水量减幅为8.9 mm·(10 a)^-1。水稻孕穗期,农业气候资源呈暖干变暗趋势,日平均温度升幅为0.27 ℃·(10 a)^-1,日照时数和降水量降幅分别为2.06 h·(10 a)^-1和1.90 mm·(10 a)^-1;水稻开花期,农业气候资源呈暖湿变暗趋势,日平均温度增幅为0.12 ℃·(10 a)^-1,日照时数减幅为0.83 h·(10 a)^-1,与孕穗期相反,水稻开花期降水量呈增加趋势,增幅为1.35 mm·(10 a)^-1。气候变暖背景下,水稻障碍型冷害发生频率和强度在大部分地区呈减少趋势,发生频率和强度存在显著的年代际变化特征。研究期间,黑龙江省孕穗开花期发生障碍型冷害次数最多,强度最高,吉林省次之,辽宁省最少。