应用EPIC模型计算黄土塬区作物生产潜力的初步尝试

黄土高原地区土壤侵蚀强烈,土地现实生产力水平低,研究该地区作物生产潜力可以为有效提高作物产量及合理进行农业生产规划提供依据。论文介绍了EPIC(侵蚀-生产力影响计算模型)的特点、组成部分及应用步骤,对部分作物参数进行了修订。以黄土塬区冬小麦和春玉米为例,对EPIC模型的适用性进行了分析和验证,表明EPIC在黄土高原地区作物生产潜力模拟研究中具有较好的适用性。结果显示,冬小麦产量模拟值与实测值之间多年平均误差为7.78%;春玉米多年平均误差为9.60%。冬小麦水分胁迫天数多年平均为9.9天,最少为1.7天(1993年),最多为23.1天(1995年);春玉米水分胁迫天数多年平均为13.4天,最少为1.1天(1993年),最多为44.2天(1995年),与各年作物生育期降水情况基本一致。此模型经修正后在正常年份模拟值较为精确,在干旱年份对作物、土壤等参数的修正方法需要进一步探讨。     

北京地区渗灌条件下冬小麦田间土壤水分动态及节水机理的研究

根据对渗灌条件下冬小麦田间土壤水分、冬小麦生长发育状况及产量的观测 ,研究了渗灌条件下冬小麦田间土壤水分动态及节水机理。试验结果表明 ,渗灌条件下田间土壤水分动态变化与灌溉、冬小麦生长发育状况及气象条件密切相关 ;渗灌用于冬小麦灌溉可以明显起到节约灌溉用水的作用 ,并有利于冬小麦的生长发育及产量形成。在冬小麦的整个生育期 ,采用渗灌比喷灌田间耗水量减少了44 4mm ,灌溉用水节约了1200m3/hm₂ ,而最终产量提高了714kg/hm₂ ,渗灌条件下作物水分利用效率为21 11kg/(hm₂·mm) ,比喷灌条件下高4 49kg/(hm₂·mm)。渗灌用于冬小麦灌溉的节水机理主要表现为两个方面 :①每次灌溉后 ,地表湿度较喷灌条件下要小得多 ,减小了土壤水分的无效物理蒸发 ;②渗灌利于冬小麦根系向地中供水层 (20～120cm )延伸 ,提高了冬小麦根系对灌溉供水层的水分利用     

O3胁迫下冬小麦总初级生产力的损耗模拟

基于涡度相关系统,并引入O_3损耗半机制模型,分析了南京地区冬小麦主要生育期总初级生产力(GPP)的变化,并模拟了不同O_3含量胁迫条件下冬小麦GPP的损耗.结果表明:①冬小麦GPP随其生育期变化,呈现出"中间时段高,前后期低"的分布趋势,最大值为40μmol·(m2·s)-1;②基于高、低两种O_3敏感度效应,150、100和50 n L·L-1组和本研究(CK组)胁迫条件下,冬小麦GPP损耗率分别为:-72%、-36%、-6%、-10%和-13%、-6%、-1%、-2%.损耗评估结果可为我国制定防御O_3对作物伤害对策提供科学依据.     

用ALMANAC作物生长模型模拟冬小麦生长

冬小麦是黄淮海地区的主要农作物。精确模拟冬小麦产量能够帮助生产者获得更好的经济效益。根据实验资料调整了ALMANAC作物生长模型部分参数后,用其对该地区的冬小麦生长进行了模拟,结果显示ALMANAC模型能够较好地模拟冬小麦的叶面积指数和产量。叶面积指数的模拟结果与实测结果的比值为1.0552,可决系数R2为0.7021;生物量模拟的最大误差为-6.01%,经济产量模拟的最大误差为-5.41%。模型还可以揭示影响冬小麦生长的主要胁迫因素。     

麦田O3浓度的长期变化及其对冬小麦干物质和产量损失的估算

近地层臭氧污染及其对作物产量和粮食安全的负面效应已成为国内外广泛关注的焦点之一.利用2014~2016年冬小麦主要生长季期间臭氧浓度和气象因子观测资料,分析了麦田臭氧浓度、AOT40的变化特征.根据Pleijel等2007年修正的气孔导度模型,模拟了冬小麦气孔导度的变化,并与实测值进行对比验证,同时结合通量模型,计算了冬小麦气孔臭氧通量.此外,利用前期课题组建立的模型,估算了臭氧对冬小麦干物质累积和产量的影响.结果表明:臭氧浓度在冬小麦生长季期间从前期到后期逐渐增加,并呈现明显的单峰型日变化特征.从2014~2016年的每年3月1日~5月31日,平均臭氧浓度分别为36.2、37.7和33.6 n L·L~(-1),AOT40值分别为17.08、17.90和11.84μL·(L·h)~(-1).Javis气孔导度模型可以用来模拟本地区冬小麦的气孔导度,模型解释了实测气孔导度81%的变异性.2014~2016年冬小麦气孔臭氧吸收通量分别为9.36、9.32和8.65 mmol·m~(-2).在近3年臭氧浓度平均水平下,近地层臭氧会使冬小麦产量减少18.03%,干物质累积减少19.31%.     

应用ARID CROP模型对中国黄淮海地区冬小麦气候生产力的数值模拟研究

应用ＡＲＩＤＣＲＯＰ模型对黄淮海地区冬小麦气候生产力进行了数值模拟研究,给出了该地区冬小麦气候生产力Ｙｑ分布图,继而研究了水分保持最适状况时的光温生产力Ｙｗ分布状况,在此基础上给出了水分增产力Ｑ（Ｑ＝（Ｙｗ－Ｙｑ）／Ｙｑ）分布图。研究表明,黄淮海地区冬小麦气候生产力变幅在３７５０～９７５０ｋｇ／ｈｍ^２之间,总的趋势北低南高,黑龙港地区出现了一个３７５０ｋｇ／ｈｍ^２的低值区。水分是黄淮海北部地区冬小麦气候生产力的一个重要限制因子,当水分完全适宜时,南部淮河流域冬小麦气候生产力仅可提高５％～１０％,而黄淮海北部地区气候生产力则可提高７５％～１００％。用黄淮海地区冬小麦高产记录与生产力模拟值进行了对比分析,表明用ＡＲＩＤＣＲＯＰ模型对该地区冬小麦气候生产力进行研究是可行的,该研究为引黄灌溉提供了一定的理论依据。     

应用ARID CROP模型对中国黄淮海地区冬小麦气候生产力的数值模拟研究

应用ＡＲＩＤＣＲＯＰ模型对黄淮海地区冬小麦气候生产力进行了数值模拟研究，给出了该地区冬小麦气候生产力Ｙｑ分布图，继而研究了水分保持最适状况时的光温生产力Ｙｗ分布状况，在此基础上给出了水分增产力Ｑ（Ｑ＝（Ｙｗ－Ｙｑ）／Ｙｑ）分布图。研究表明，黄淮海地区冬小麦气候生产力变幅在３７５０～９７５０ｋｇ／ｈｍ２之间，总的趋势北低南高，黑龙港地区出现了一个３７５０ｋｇ／ｈｍ２的低值区。水分是黄淮海北部地区冬小麦气候生产力的一个重要限制因子，当水分完全适宜时，南部淮河流域冬小麦气候生产力仅可提高５％～１０％，而黄淮海北部地区气候生产力则可提高７５％～１００％。用黄淮海地区冬小麦高产记录与生产力模拟值进行了对比分析，表明用ＡＲＩＤＣＲＯＰ模型对该地区冬小麦气候生产力进行研究是可行的，该研究为引黄灌溉提供了一定的理论依据。     

FAO生产潜力模型中基本参数的修正

用美国Licor -6200便携式光合作用测定仪对黄淮海主要作物叶片光合进行了测定 ,建立了较强机理的冠层光合模型 ,模型时间积分为瞬时尺度并充分考虑了株型对冠层光合的影响 ,验证结果表明模型具有较高的准确度。在此基础上 ,对deWit在1965年用数值模式计算出的、目前仍在国内大量使用的FAO生产力模型中最基本的参数进行了重新计算 ,发现FAO生产力模型中基本参数对黄淮海地区而言存在较大偏差。文中重新给出了冬小麦、夏玉米两种作物冠层CO2 日总同化量随纬度分布表 ,为以后更准确地计算中国不同作物生产潜力提供了最基本的模型参数 ,同时文中也阐明了作者对国内生产潜力研究的一些观点和看法。     

大气臭氧污染对冬小麦气孔吸收通量的影响机制及其时空格局

近地层臭氧作为一种二次污染物,其不断增加的浓度及其对作物的影响已经成为各国政府和公众关注的焦点.本文以冬小麦为研究对象,基于大田OTC试验,对OTC内气象因子和气孔导度进行连续观测.引进气孔导度模型,并进行本地参数化研究,结合通量模型,研究冬小麦气孔臭氧吸收通量的变化特征,并对江苏省各市冬小麦气孔导度和O_3吸收通量的时空分布进行模拟.结果表明,O_3浓度增加会限制其叶片气孔导度,浓度越高,限制作用越明显;利用修订后的气孔导度模型对冬小麦叶片气孔导度进行模拟,表明模型解释了实测气孔导度90%、77%和83%的变异性.结合通量模型对冬小麦气孔O_3通量进行模拟,则CK(约为53.67 n L·L~(-1))、100 n L·L~(-1)和150 n L·L~(-1)O_3浓度处理下冬小麦在整个O_3熏期的累积吸收通量分别为6.42、12.27和13.90 mmol·m-2;江苏地区冬小麦在其生长季期间O_3浓度呈逐渐增加的趋势,冬小麦平均气孔导度的大小表现为:中期后期前期的时间变化特点,在整个中期时段气孔O_3累积吸收通量最多.     

小麦与不同作物多样化轮作对土壤真菌群落的影响

为明确华北平原冬小麦与不同作物多样化轮作下的土壤真菌群落差异,为生态可持续种植制度的构建和优化提供理论依据,采用实时荧光定量PCR和高通量测序技术研究了连续冬小麦-夏玉米M、冬小麦-夏花生(夏玉米)PM和冬小麦-夏大豆(夏玉米)SM轮作处理的土壤真菌群落丰度、组成和多样性.结果表明,与连续冬小麦-夏玉米处理相比,轮作花生PM2和大豆SM2处理显著降低了土壤真菌ITS序列拷贝数,轮作花生或大豆处理增加了土壤真菌群落丰富度和多样性.非度量多维尺度分析(NMDS)结果显示,不同轮作茬口之间土壤真菌群落存在明显分离,轮作作物对土壤真菌群落结构的影响达显著水平.华北平原砂壤质潮土中不同作物轮作处理的土壤真菌群落均以Ascomycota为优势菌门,以Sordariomycetes和Eurotiomycetes为优势菌纲.不同轮作茬口土壤真菌群落组成存在差异显著的类群,Neocosmospora、Plectosphaerella和Gibellulopsis等潜在病原真菌在冬小麦-夏花生(夏玉米)轮作处理中显著富集,而Penicillium和Zopfiella等潜在有益真菌在冬小麦-夏大豆(夏玉米)轮...     

黄淮海地区冬小麦光温生产潜力数值模拟研究

建立了一个冬小麦光温生产潜力数值模式,该模式可以模拟瞬时光合作用并充分考虑了冬小麦叶片空间分布特征。研究结果表明,北京地区冬小麦光温生产潜力与抽穗前１０天至成熟期辐射量相关性最大,年际之间存在４年和９～１０年的变化周期。黄淮海地区冬小麦光温生产潜力变幅在９０００～１０９５０ｋｇ／ｈｍ^２之间,其中河北石家庄地区和山东胶东半岛为两个高值区,超过１０５００ｋｇ／ｈｍ^２。模拟结果与当前黄淮海地区冬小麦高产实践结论具有较好的一致性,可为该地区作物高产提供一定的理论指导     

北方冬小麦主产区的高产与稳产关联性及其影响因素

冬小麦产量高低及稳定性对于保障我国粮食安全同等重要。鉴于北方冬小麦主产区受气候变化的负面影响显著,有必要从高产—稳产关联特征入手,探究全面提升冬小麦产量及稳定性的途径。基于598个县1985—2014年的单产数据,分析了冬小麦高产与稳产关联性时空分异特征,并结合气象、物候观测、农业生产要素等数据,应用无序多分类Logistic模型揭示了冬小麦高产—稳产关联特征的影响因素。主要结论为：（1）冬小麦产量随时间不断提高的同时稳定性也增强,高产性和稳产性均呈东北向西南降低的特征。（2）冬小麦高产与稳产、低产与不稳产密切关联,在研究区占据主导地位,且这两种关联类型的分布区域相对稳定,空间聚集性强。（3）灌溉条件是促进冬小麦高产—稳产的关键因素,影响随时间逐渐增强;具备灌溉条件的情况下,研究区的光温水等气象条件均比较适合冬小麦生产,但不同物候期气象要素的波动对高产和稳产均有负向影响。研究结果可为划定冬小麦优质产区和制定气候变化应对策略提供依据。     

1961-2010年我国冬小麦可种植区变化特征

冬小麦是我国的主要粮食作物之一,在我国粮食生产和粮食安全方面占有重要地位。论文以全国553个气象台站1961-2010年的基本气象资料为基础,根据温度垂直递减规律,将气象站点的最低温度数据处理到海平面水平,而后利用ArcGIS软件,对海平面水平的最低温度数据进行空间插值,得到海平面水平的最低温度空间分布图;再利用全国的DEM数据将插值后的温度数据还原到相应的海拔高度,得到当地的最低温度空间分布图。参考崔读昌提出的我国内地冬小麦种植北界条件,并综合北疆有积雪覆盖区冬小麦安全越冬的判定条件,计算得到全国1961-2010年内不同年代际的冬小麦可种植区概率。利用不同年代际冬小麦可种植区概率分布图,从空间的角度分析了这50 a冬小麦可种植区的扩张状况、可种植概率的变化情况等,为我国的冬小麦种植区的选择提供参考。     

河北沧州黑龙港地区粮食作物生产潜力估算

本文采用屡次分析法,运用1∶10万TM卫星图象对黑龙港类型区(沧州区域为例)农业生产水平类型划分的结果,分析计算了该区各种类型土地(高、中、低产田)的各级生产潜力和粮食作物生产潜力。得出沧州区域提高粮食生产潜力着眼点在高、中产田,主要措施是增加能量投入,合理用水,改良土壤。     

黄土塬区旱作冬小麦增产潜力研究

在长期冬小麦潜势试验和肥料试验的基础上 ,建立了作物光温水肥产量模型 ,从光温生产潜力、旱作产量潜势、现阶段施肥水平下光温水肥产量潜力和目前试区产量现状共4个层次 ,对黄土塬区旱作冬小麦的增产潜力进行了分析。结果指出 ,目前黄土塬区冬小麦实际产量仅达到了光温潜力的41 6 %、旱作产量潜势的49 3 %、试区施肥水平下光温水肥产量潜力的78 6 %。因此 ,采用合理施肥方式和加强田间管理 ,黄土高原塬区旱作冬小麦还有较大的增产潜力。     

利用生产模拟对青藏高原小麦高产原因的分析

在大量的实测资料基础上，通过模拟计算得到了在当前气候条件下、水肥适宜的青藏高原冬小麦干物质累积动态曲线。模拟计算表明：青藏高原夏季气候温凉，小麦生育期延长，因而干物质累积时间长，高原小麦高产主要以干物质累积时间长取胜，有利的夏季温度条件是高原小麦高产的最主要原因；青藏高原冬小麦干物质潜在产量可达３２ｔ／ｈm₂·ａ，籽粒潜在产量可达１４４ｔ／ｈm₂·ａ，为平原的１４５倍。     

广西杉木人工林生产力水热优化模型

以１９７９～１９９２年研究资料为基础，根据限制因子作用律建立广西杉木林生产力水热优化模型。模型表明，杉木生长最佳水热系数为２，３～２．６，广西杉木林生产力的宏观分布格局主要由温暖指数（即温度条件）所决定。采用主成分分析技术把广西杉木人工林生产力按不同水热组合环境划分为五大类型区，据此提出杉木速生高产林区的水热指标，并根据水热优化模型绘制了一系列广西不同海拔地带杉木林产量分布图，全面而定量地揭示了广西杉木林生产力三向地带性宏观格局。     

气候变化对中国黄淮海农业区小麦生产影响模拟研究

研究首先利用1980-2000年黄淮海农业区10个站点的农业数据对CER ES-W heat动态机理作物模型进行详细的验证,然后将CERESW-heat模型与两个全球气候模式(G ISS和H adley)结合,同时考虑到CO2对小麦的直接施肥作用,模拟了黄淮海农业区10个站点在IPCC SR ES A 2和B2两个气候情景下雨养和灌溉小麦产量和水分利用的变化趋势。得到如下结论:在不考虑CO2直接肥效的情况下,黄淮海农业区雨养小麦全面减产,空间分布特点是西部减产幅度大,东部减产幅度小;在充分灌溉的情况下,灌溉小麦产量维持了现有水平,但灌溉水量增加。因此,在未来该地区水资源短缺的情况下,如何合理利用有限的水资源将成为黄淮海农业区主要面临的问题。在考虑CO2直接肥效的情况下,雨养和灌溉小麦产量都全面增产,雨养小麦的增产幅度明显偏高,灌溉小麦约增产10%～30%,但CO 2的肥效能否充分实现还需要进一步研究证明。