河北省夏玉米气候适宜度及其变化特征分析

采用逐日气象要素和统计方法,建立了河北省夏玉米(Zea Mays)各生育期气候适宜度评价模型,计算了河北省1981—2010年逐年夏玉米各生育期气温、降水、日照、气候适宜度值,并对夏玉米各生育期气候适宜度特征及变化趋势进行了分析。结果表明:夏玉米生长期间气温适宜度最高,日照次之,降水最低且变异系数最大。气温适宜度以夏玉米灌浆期最低,变异系数最大;日照和降水适宜度均以抽雄期最低且变异系数最大。多年适宜度变化趋势为:全生育期日照适宜度明显下降(下降速率为0.047/10a);气温适宜度基本持平;降水适宜度波动较大,无明显变化规律。幼苗和灌浆期气候适宜度呈下降趋势(下降速率分别为0.015/10a,0.024/10a),其中幼苗期气候适宜度下降由期间气温和日照适宜度下降引起;灌浆期气候适宜度下降由日照和降水适宜度下降引起。     

河北省夏玉米气候适宜度及其变化特征分析

采用逐日气象要素和统计方法,建立了河北省夏玉米（Zea Mays）各生育期气候适宜度评价模型,计算了河北省1981—2010年逐年夏玉米各生育期气温、降水、日照、气候适宜度值,并对夏玉米各生育期气候适宜度特征及变化趋势进行了分析。结果表明：夏玉米生长期间气温适宜度最高,日照次之,降水最低且变异系数最大。气温适宜度以夏玉米灌浆期最低,变异系数最大;日照和降水适宜度均以抽雄期最低且变异系数最大。多年适宜度变化趋势为：全生育期日照适宜度明显下降（下降速率为0.047/10a）;气温适宜度基本持平;降水适宜度波动较大,无明显变化规律。幼苗和灌浆期气候适宜度呈下降趋势（下降速率分别为0.015/10a,0.024/10a）,其中幼苗期气候适宜度下降由期间气温和日照适宜度下降引起;灌浆期气候适宜度下降由日照和降水适宜度下降引起。     

气候变暖对半干旱区马铃薯产量的影响

基于西北典型半干旱区马铃薯定位观测试验,结合气候要素平行观测资料,研究了半干旱区马铃薯产量对气候变化的响应。结果表明,1957—2015年间(59 a),西北半干旱区在气温显著上升,气温和降水量气候倾向率分别为0.238℃/10 a、-10.517 mm/10 a。马铃薯产量与苗期(6月)呈显著负相关(P0.01),与块茎膨大期(8月)气温也呈负相关(P0.10),6—8月气温每升高1℃,马铃薯产量下降4 391.39~6 798.46 kg·hm~(-2)。产量与生育期≥0℃积温呈显著负相关(P0.05),适宜≥0℃积温阈值为2 307.4℃。产量与苗期降水量呈正相关(P0.10),适宜降水量阈值为47.8 mm。产量与9月中旬日照时数呈显著正相关(P0.01)。马铃薯生育期干燥指数与产量呈显著负相关(P0.05),适宜阈值为1.88。研究还发现气温变化对马铃薯产量影响的敏感期在出苗至分枝期,而水分影响马铃薯产量敏感期分别在分枝到开花期和块茎膨大期,同时,块茎膨大期也是日照变化影响产量的敏感期。因此,气候变暖对西北半干旱地区马铃薯的生产形成了负面影响。     

气候变化对黄土高原半干旱区春小麦生长和产量的影响——以定西市为例

气象因子是影响春小麦生长发育的主要因素,探究全球气候变暖对黄土高原半干旱区春小麦生长和产量的影响,为防灾减灾提供科学依据。利用1960-2016年甘肃省定西市气象观测资料和1986-2016年春小麦试验资料,研究气候变化对春小麦生长和产量的影响,分析春小麦各发育期的变化,探讨影响春小麦生长和产量变化的主要因素,为春小麦应对气候变化提供保障。结果表明:近57年春小麦生育期气温呈显著上升趋势,在1997年发生突变;1960—1997年之前春小麦生育期降水呈减少趋势,之后呈增加趋势,但整体上呈增加趋势;日照时数和20℃积温呈增加的趋势。春小麦生长日数年际波动较大,整体呈缩短趋势,春小麦播种到出苗期、抽穗期到开花期和乳熟期到成熟期生长天数减少导致了春小麦全生育期生长日数缩短。近31年春小麦产量呈增加趋势,不孕小穗数和成穗率呈减少趋势,穗粒数和千粒重呈增加趋势。降水是影响黄土高原半干旱区春小麦产量的主要因素。     

大兴安岭北部典型地区近300 a气候资料反演

根据树木年轮宽度反演历史气候资料,是气候变化研究及气候资源利用工作的重要基础。基于安格林和新青林场树木年轮宽度,利用其与临近站点气温、降水和日照时数之间的相关性,建立显著性水平高于0.25、平均相对误差小于30%的气候重建模型。结果表明:在选定研究因子范围内,大兴安岭北部典型地区树木年轮宽度受气温影响最大,受日照影响最小;重建方程中,气温类因子重建方程显著性水平较高,日照类因子重建方程显著性水平均较低;日照类因子模拟结果平均相对误差普遍低于10%,气温和降水类因子大部分模拟结果平均相对误差低于30%;在设定条件范围内,针对大兴安岭北部典型地区气温、降水和日照分别建立11、9和11个重建方程,可重建1707(1706)—1959年或1866(1865)—1959年资料,大兴安岭北部典型地区的可用气候资料延长至300(或150)a左右。     

气候变暖对黄土高原冬小麦种植区的影响

冬小麦(Triticum aestivum)是黄土高原的主要粮食作物。研究气候变暖对黄土高原冬小麦种植的影响,可为冬小麦种植的合理布局、应对气候变化带来的风险提供科学的理论依据。选择黄土高原及周边66个气象站点1960—2015年逐日气温资料,采用冬季负积温、最冷月平均气温和年极端最低气温3个指标,运用多元线性回归模型、气候倾向率、累积距平法及积温指标法等方法,分析了3个指标的时间变化特征及气候变暖对黄土高原冬小麦种植及适播期的影响。结果表明:(1)在气候变暖的大背景下,冬季负积温呈极显著的减少趋势,最冷月平均气温和年极端最低气温呈显著的升高趋势,且冬季负积温是影响黄土高原地区冬小麦种植的主要限制因子;(2)1960—2015年黄土高原冬小麦年代际可种植区以北移西扩的趋势稳定扩大,冬小麦可种植的海拔上限在黄土高原西部陇中黄土高原地区呈73 m/(10 a)的速率升高,56年来冬小麦可种植的平均海拔升高约321 m,长城沿线冬小麦的种植北界北移至38.73oN附近;(3)冬小麦的种植面积逐年代际增加,2000s比1960s增加13.23×10~4 km2,增加约1.8倍;(4)冬小麦适播期呈推迟趋势,推迟天数集中在1~10 d,为保障冬小麦安全越冬,建议播种日期在目前的基础上向后推迟4~13 d。     

气候变化对中国水稻产量及其区域差异性的影响

利用1978—2015年中国29个省(自治区、直辖市)的水稻投入产出和气象数据,通过构建"经济-气候"模型,实证分析气候因素对我国水稻产量及其区域差异性的影响。研究表明:(1)降水量、日照时长和气温与我国水稻总产量之间存在倒U型关系。(2)气候变化对水稻产量影响的区域差异性明显。降水增多有利于西南、黄淮海和西北及长城沿线(简称西北)地区水稻产量增加,但对东北、长江中下游和华南地区水稻生产不利;日照时长增加对西南和东北地区水稻产量具有促进作用;温度升高对长江中下游、华南、西北地区水稻产量有正向作用,但对西南、东北和黄淮海地区水稻产量则具有显著负向作用。     

光周期对油桃叶芽休眠诱导期抗氰呼吸的影响

以油桃品种‘曙光’(Prunus persica var.Nectariana cv.Shuguang)为试材,采用呼吸抑制剂法研究光周期处理下叶芽在休眠诱导期抗氰呼吸(交替途径)的发生、运行情况.结果表明:休眠诱导期内,叶芽总呼吸速率(Vt)呈单峰变化,短日照使其降低,诱导高峰期前移,而长日照亦降低Vt,但峰期后移.交替途径容量(Valt)呈双峰曲线变化而实际运行活性(ρValt)则为单峰曲线,两者后期变化不同步.自然低温和短日照共同作用可以显著诱导Valt和ρValt前期高峰期提前,显著降低后期Valt和ρValt.而长日照则对前期高峰具延迟效果,并有利于整个休眠诱导期ρValt的提高.日照长度对叶芽后期Valt高峰期迁移无明显作用.长日照有利于提高抗氰呼吸实际运行活力对总呼吸速率的贡献率,但抗氰呼吸不是主要的电子呼吸传递途径.     

极端高温对黄淮海平原冬小麦产量的影响

以黄淮海平原冬小麦为研究对象,选择极热天数和极端生长度日作为极端高温指标,采用气候倾向率法分析冬小麦生长季极端高温的时空变化分布规律;基于一阶差分法建立一般生长度日、极端生长度日和降水与冬小麦产量的多元线性回归模型,从县级、省级和区域3个尺度分析冬小麦产量对极端高温的敏感性,阐明近29 a极端高温对冬小麦产量变化的贡献程度。结果表明,1980—2008年,黄淮海平原冬小麦生长季的极端高温有加剧趋势,且空间上自东向西逐渐加重。在县级、省级和区域尺度极端生长度日对冬小麦产量均呈明显的负效应。淮河以北地区大部分县市的极端高温对冬小麦具有明显的减产效应。天津市和河南省冬小麦受极端高温影响严重,分别减产4.15%和1.49%。近29 a来黄淮海平原北部与南部区域冬小麦生长季极端生长度日的增加分别导致冬小麦减产0.72%和0.65%。因此,过去几十年的极端高温不利于黄淮海平原冬小麦的生长发育。     

基于PCA-TOPSIS方法的河北省冬小麦气候适宜性评价

应用基于PCA-TOPSIS(principal component analysis-technique for order preference by similarity to ideal solution)方法对河北省冬小麦的热量和水分气候资源进行了评价和区划.结果表明,根据冬小麦种植的气候适宜性可将河北省大致分为4个区:河北省南部为最适宜区,水、热资源配合较好;其次为中部和环渤海地区,水、热资源相对不平衡,一定程度上制约了冬小麦的生长发育;再次为东北部地区,水分资源尚可,但热量资源匮乏;最后为北部和西北部地区,水、热资源都较差,最不适宜冬小麦的生长发育.     

生物菌肥、秸秆炭对麦田土壤酶活性及小麦产量的影响

为明确生物菌肥、秸秆炭对我国旱地麦田土壤酶活性及小麦产量的影响,通过田间试验研究农户施肥(FF)、测控施肥(MF)、菌肥无机肥(MFB)、秸秆炭无机肥(MFC)4种施肥处理对旱地小麦生育期土壤脲酶、过氧化氢酶、碱性磷酸酶活性及小麦产量和产量构成因素的影响.结果表明,旱地麦田0-20 cm土层3种酶活性随小麦生育期推进呈现不同变化趋势,脲酶活性高峰均在拔节至扬花期,过氧化氢酶活性高峰均在成熟期,碱性磷酸酶活性高峰均在返青期.在测控定量施肥基础上,菌肥无机肥较农户施肥显著提高了拔节至扬花期土壤脲酶、过氧化氢酶活性.秸秆炭无机肥较农户施肥显著提高了拔节至扬花期碱性磷酸酶活性,提高幅度为16.1%-17.6%(P 0.05).菌肥无机肥和秸秆炭无机肥处理的冬小麦籽粒产量较农户施肥分别提高22.4%、21.5%(P 0.05),秸秆炭无机肥处理显著提高了冬小麦千粒重.拔节至成熟期脲酶活性与小麦籽粒产量呈显著正相关;拔节至扬花期碱性磷酸酶与小麦千粒重呈极显著正相关.综上所述,在测控定量施肥基础上,菌肥无机肥和秸秆炭无机肥可以提高冬小麦产量与生育期酶活性,因此适宜在旱地麦田推广应用.(图3表3参42)     

滇池铜绿微囊藻春化作用原理及其基因控制模型改进

为更好地阐述滇池铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa in Dianchi Lake)需求低温的原因、增长与低温高温之间的关系等,对长期的藻春化作用研究所获得的成果进行了梳理、归纳、凝练、提升,形成了藻春化作用原理。在此基础上,对旧的藻春化作用基因控制模型(假说)进行了改进。滇池铜绿微囊藻春化作用原理是:(1)该藻生长活动对低温有需求;(2)休眠高温具有停止藻增长的作用,生长高温具有抑制藻增长的作用;(3)诱导低温能解除休眠高温对藻的休眠作用,解除生长高温对藻的抑制作用;(4)藻的休眠程度和被抑制程度与休眠高温、生长高温的强度、作用时间呈正相关;(5)诱导低温解除藻的高温休眠作用、抑制作用的时间与藻的休眠程度、被抑制程度呈正相关;(6)连续低温诱导可出现最大藻增长率;(7)最适诱导低温产生藻春化作用和解除藻高温休眠作用的时间最短;(8)在最高到最适诱导温度(14~10℃)之间,藻的高温休眠作用、抑制作用的解除效果随诱导低温的降低而增强、随低温作用时间的延长而增强;在最适到最低诱导温度(13~7℃)之间,藻的高温休眠作用、抑制作用的解除效果随诱导低温的降低而减弱、随低温作用时间的延长而增强。滇池铜绿微囊藻春化作用原理可为该藻暴发的数量预测与工程控制提供新的科学理论和研究方法。对旧基因控制模型的改进主要是对激活基因、激活蛋白的结构、功能的细化,对调结蛋白特性的调整,对不同的诱导低温、休眠高温等温度起作用时调节蛋白构象变化的细化。改进后的新模型能够更好地阐释诱导低温与休眠高温等交互作用的藻春化作用原理。     

黄土旱塬垄膜沟播小麦产量及土壤微生物量对施肥的响应

垄膜沟播是黄土旱塬麦田一种典型种植方式,覆膜条件下不同肥料肥效及其对微生物群落结构的影响均不同.在晋南黄土旱塬冬小麦种植区,通过2年大田试验系统分析传统农户施肥(FF)、监控施肥(MF)、监控施肥配施有机肥(MFM)和监控施肥配施生物有机肥(MFB)4种施肥措施对冬小麦产量形成及土壤微生物量碳、氮和磷的影响.结果表明,通过优化平衡施肥可显著提高黄土旱塬冬小麦产量,其中MFB处理籽粒产量最高,达4 107-5 400 kg/hm2,较FF处理高14.5%-23.2%(P0.05).不同施肥措施主要通过影响成穗数来影响冬小麦的产量形成,对冬小麦穗粒数和千粒重影响均不显著.土壤微生物量受冬小麦生育期进程和施肥措施共同影响,其中微生物量碳在拔节期至扬花期最高,微生物量氮、磷均在拔节期达最高值.不同生育期间土壤微生物量碳、氮和磷的变化率总体在50%以下,而优化施肥措施对土壤微生物量碳、氮和磷的平均贡献率则可达90%.配施生物有机肥或配施有机肥较单施化肥可显著提高冬小麦生育期土壤微生物量碳、氮和磷,但MFM和MFB处理间的土壤微生物碳和氮差异不显著,而MFB处理由于混合磷细菌的作用,其土壤微生物量磷较MFM处理高19.8%-47.1%(P0.05).各处理土壤微生物量碳氮比和碳磷比分别在6.9-9.8和14.4-41.0,且均在冬小麦扬花期达最大值.综上所述,在黄土旱塬垄膜沟播种植条件下,通过监控施肥配施生物有机肥可有效提高冬小麦产量和土壤微生物量.     

江苏省陆栖濒危脊椎动物物种丰富度及分布格局

采用实地调查与资料收集相结合的方法,以县(市)为基本地理单元建立江苏省陆栖濒危脊椎动物二元分布数据库;基于GIS技术,研究濒危动物物种丰富度格局;依据地理单元中物种组成的相似程度进行聚类分析,探讨江苏省濒危动物相似性分布格局。结果显示,江苏省陆栖濒危脊椎动物共有35科62属83种;西南部丘陵山区、盐城、连云港及启东地区濒危物种丰富度较高,江苏中部地区(主要为泰州和淮安)濒危物种丰富度较低,这与江苏省生物多样性分布热点基本一致,濒危物种丰富度与总物种丰富度之间呈极显著正相关关系(P<0.01,n=73),Pearson相关系数为0.869;依据物种组成相似性,当组间距离分别为23.8、20.6、18.8时,江苏省73个基本单元可聚为3、4、5组,该聚类结果表明江苏省陆栖濒危脊椎动物分布受自然地理亚区、地形地貌以及人为活动的共同影响。     

近45年山西省气候生产潜力时空变化特征分析

利用山西省108个气象台站1961-2005年逐年年平均气温、年降水量资料,应用Thornthwaite Memoriai模型估算了山西省气候生产潜力(TSPV),探讨气候生产潜力与实际产量的关系,分析气候生产潜力的时空变化特征以及对气候变化的响应.分析结果表明:该模型能够较好地反映区域农业生产实际;生产潜力空间分布特征表现出较为明显的纬向递减特征,南高北低、东高西低;近45 a变化趋势并不显著,北部和晋东南中部增加趋势,晋中以及晋南为递减趋势;境内各地热量条件充足,降水是作物产量的主要限制因素,降水增减1 mm,气候生产潜力增减0.473 8～1.138之间,变率空间差异明显,表现出以东西-西南方向为斜轴向两侧递减的趋势,为全省受降水限制最显著区域.     

利用叶面积指数优化冬小麦高光谱水分预测模型

水分是影响冬小麦生长发育的重要指标,目前可以利用高光谱数据建模来对其进行预测诊断.但在冬小麦生育初期,这类预测模型精度较低,为解决这个问题,利用高光谱数据分析方法,结合叶面积指数,对基于高光谱的冬小麦水分状况预测模型进行优化.结果显示,冬小麦叶面积指数会随着灌水处理的不同产生显著差异;优化后,光谱与冬小麦水分状况相关的敏感波段范围在450-500 nm、620-690 nm和780 nm左右;相对于土壤含水率而言,优化模型对植株含水率有更好的预测精度;引入叶面积指数进行优化提高了冬小麦在生育前期的预测模型精度,使模型精度从0.2提升到0.4以上,并且还提高了基于原始光谱反射率模型的精度;最终获得的模型中,基于原始光谱反射率R780的植株含水率预测模型拟合精度最高,为0.862,基于光谱指数R(810, 460)的植株含水率诊断模型验证效果最好,均方根误差(RMSE)为4.341,平均绝对误差(MAE)为2.361;基于光谱指数VARI700的土壤含水率预测模型验证效果最好,均方根误差(RMSE)为4.506,平均绝对误差(MAE)为6.293.本研究表明利用叶面积指数优化模型可以很好地提高模型精度,在土壤含水率预测模型方面优化尤其显著,这为基于高光谱的水分状况预测模型构建与实际应用提供了新思路.(图6表5参31)     

西辽河地区植被气候生产潜力及其对气候变化的响应

植物生长依赖于气温、降水和日照等气象要素,对全球气候变化更为敏感。定量分析西辽河地区植被气候生产潜力变化特征及其对气候变化的敏感性,可为西辽河地区农业生产,生态保护和环境改善决策提供科学依据。基于西辽河地区11个站气象站1961—2018年的年平均气温和年降水量资料,运用Miami模型、Thornthwaite Memorial模型、累积距平和小波分析等方法,分析了西辽河地区植被气候生产潜力的时空演变及其对气候变化的响应。结果显示:研究期间,西辽河地区温度生产潜力(W_θ)和蒸散生产潜力(W_V)整体呈上升趋势,降水生产潜力(W_R)无明显变化趋势,平均值分别为1 120.19、647.12、695.50 g·m~(-2)·a~(-1),西辽河地区热量条件好于降水,且1980s是水热配比(W_R/W_θ)最好的年代;由气温、降水量和蒸散决定的标准气候生产潜力(W)平均为643.65 g·m~(-2)·a~(-1),气候倾向率为11.05 g·m~(-2)·(10 a)~(-1);近58 a,W经历了"少-多-少-多"的周期性变化,且在1982、1998、2011年发生突变;西辽河地区W呈现一致的正变化趋势,空间上表现为双辽、科尔沁左翼中旗、科尔沁左翼后旗、翁牛特旗为气候生产潜力的高值区,而开鲁县至奈曼一带为低值区;W对降水量变化更敏感,降水量的多寡主要决定了西辽河地区植被气候生产潜力的变化,在气候变化的背景下,未来该区W增加幅度在2.49%以上。     

黑龙江省气候生产潜力时空演变特征研究

气候生产潜力的时空变化规律不仅反映各气象因子与气候生产潜力之间的配合协调程度,还能对粮食生产决策起到决定性的指导意义。基于Thornthwaite Memorial模型估算了黑龙江省1986—2015年作物生育期内的气候生产潜力,分析了气候生产潜力与平均温度和降水量之间的关系。采用Morlet小波分析方法,对黑龙江省作物生育期内的气候生产潜力进行了多时间尺度特征分析和预测,并通过GIS软件拟合分析了黑龙江省作物生育期内气候生产潜力的空间变化特征。结果表明,1986—2015年作物生育期内黑龙江省气候生产潜力呈缓慢的降低趋势,变化趋势不显著,在7 012.143~11 680.771 kg·hm~(-2)·a~(-1)之间变化,平均值为9 390.362 kg·hm~(-2)·a~(-1);1986—2015年生育期内黑龙江省气候生产潜力具有显著的多时间尺度特征,存在7 a和10 a的主周期以及16 a的变化周期;拟合可知2016—2018年的气候生产潜力逐年递减,但均高于年平均值;黑龙江省生育期内气候生产潜力空间分布差异显著,以巴彦县为中心,气候生产潜力向四周逐渐递减,体现出较为明显的经度地带性,大部分地区热量条件相对充足,降水量是影响黑龙江省作物气候生产潜力的主要限制因子。     

太子河洛氏鱥幼鱼栖息地适宜度评估

基于对太子河流域鱼类及栖息地的调查研究,选择该流域的优势种洛氏鱥(Phoxinus lagowskii)作为指示生物,建立洛氏鱥幼鱼对水深、流速、溶解氧、总溶解颗粒物和河岸带植被指数的栖息地适宜度曲线,并借鉴河道内流量增量法计算各采样点河段的洛氏鱥幼鱼栖息地适宜度指数。结果表明:洛氏鱥幼鱼栖息地适宜度指数在太子河上游较高(>0.5),中游次之(0.2-0.5),下游较低(<0.2)。洛氏鱥幼鱼栖息地适宜度指数与10项栖息地调查指标和土地利用类型的相关性分析表明:太子河流域内限制洛氏鱥幼鱼生存的因素不是水文条件,而是河流水质及河岸带等环境因素;洛氏鱥幼鱼栖息地适宜度指数受人类活动影响较大,随着太子河中下游人类开发强度加大,洛氏鱥栖息地质量呈下降趋势。     

气候暖干化对半干旱区春小麦产量形成的影响

利用1986─2013年典型黄土高原半干旱区春小麦(Triticum aestivum Linn.)试验资料,结合试验区气象站1958─2013年气候要素观测数据,研究气候变化对春小麦产量形成的影响,为应对气候变化提供科学依据。结果表明:1958─2013年试验区降水量呈下降趋势,气候倾向率为-10.966 mm/10 a;降水量年际波动大,变异系数为20.3%。春小麦主要生长发育时段的3─6月降水量也呈减少趋势,3─6月降水量变异系数为33.2%。试验区气温呈极显著上升趋势,气候倾向率为0.378℃/10 a。春小麦生长季干燥指数也呈上升趋势。20世纪90年代后暖干化特征明显。试验区春小麦产量与5月下旬─6月上旬气温呈极显著负相关(r=-0.492,P0.01),气温偏高,小花分化速度加快,有效小花减少,无效小花增加,结实率降低,导致春小麦产量下降。试验区春小麦产量与其生长季降水呈显著正相关(r=0.306,P0.05),说明黄土高原半干旱区小麦全生育期降水不足是影响春小麦产量的主要气候因素。而春小麦产量形成对5月中旬─5月下旬降水量的变化尤为敏感,此时段是小花开始分化到花粉母细胞四分体形成时的水分临界期,是春小麦需水关键期,降水量减少,部分花粉和胚珠不育,结实率显著下降,产量降低。结论:降水量是影响春小麦产量形成的关键气候因子;而气温增高是春小麦产量形成的主要限制因子。黄土高原半干旱区气候暖干化背景下,春小麦产量呈下降趋势;气候因素对春小麦发育和产量的负效应增大,产量的不确定性增加。