1961—2012年中国棉花需水量的变化特征

利用中国三大棉区230个气象台站的地面气象资料和103个农气观测站的棉花生育期资料,采用联合国粮食与农业组织推荐的方法计算了研究区域内1961—2012年棉花全生育期和不同生育阶段的需水量,并探讨了棉花不同生育阶段缺水量和水分盈亏指数的变化。结果表明:1961—2012年我国棉花全生育期需水量和缺水量整体呈下降趋势;需水量在开花到吐絮期总体呈下降趋势,而在播种到开花、吐絮到成熟阶段基本无变化;缺水量在播种到吐絮期总体呈下降趋势,而在吐絮到成熟期基本没有变化。比较三大棉区典型站点棉花水分盈亏情况,研究区域内棉花全生育期和各生育阶段的有效降水量均不能满足棉花的需水要求,其中西北棉区棉花各生育阶段的缺水状况最为严重。研究可为中国棉花种植区域的农业用水及合理灌溉提供科学依据。     

1961—2012年中国棉花需水量的变化特征

利用中国三大棉区230个气象台站的地面气象资料和103个农气观测站的棉花生育期资料,采用联合国粮食与农业组织推荐的方法计算了研究区域内1961—2012年棉花全生育期和不同生育阶段的需水量,并探讨了棉花不同生育阶段缺水量和水分盈亏指数的变化。结果表明：1961—2012年我国棉花全生育期需水量和缺水量整体呈下降趋势;需水量在开花到吐絮期总体呈下降趋势,而在播种到开花、吐絮到成熟阶段基本无变化;缺水量在播种到吐絮期总体呈下降趋势,而在吐絮到成熟期基本没有变化。比较三大棉区典型站点棉花水分盈亏情况,研究区域内棉花全生育期和各生育阶段的有效降水量均不能满足棉花的需水要求,其中西北棉区棉花各生育阶段的缺水状况最为严重。研究可为中国棉花种植区域的农业用水及合理灌溉提供科学依据。     

我国西部水资源供需关系地区性差异变化研究

利用地理信息系统技术,对我国西部12个省(市、区)按流域进行了划分,结合1980年和1990年水文资料,比较了我国西部各流域两个时段可供水量、需水量、缺水量和缺水率变化,系统分析了西部水资源供需关系变化的地区性差异及其原因,并预测了未来我国西部缺水情况,这些研究为我国西部大开发战略的实施提供了基础性依据。     

四川单季稻产量对气候变化的敏感性和脆弱性研究

基于1981—2012年25个四川气象台站气象观测数据和单季稻生产数据,建立单季稻产量变化和各气候要素变化的一元线性和逐步回归方程,探讨四川单季稻产量对单个气候要素及气候变化的敏感性与脆弱性,为科学开展适应行动提供基础信息。结果表明：四川单季稻产量随气温上升1 ℃、日较差升高1 ℃、降水量下降100 mm、辐射量下降100 MJ/m²发生了相应反应,部分地区的单季稻产量表现为脆弱,气温升高导致单季稻产量脆弱的地区最多,日较差次之,太阳辐射和降水量偏少;单季稻产量对抽穗至成熟期的气温升高和辐射下降最敏感,而对移栽至分蘖期的日较差升高最敏感。受到6种气候要素变化的综合影响,各站点单季稻产量对气候变化均表现为敏感,其中50%的地区表现为脆弱;单季稻产量对移栽至分蘖期和抽穗至成熟期的气候变化表现最敏感。不同地区、不同生育期内气候变化对单季稻产量的影响存在差异,因此,需要因地制宜地解决气候变化带来的不利影响,同时抓住水稻关键生育期有利的气候资源,有效地保障四川水稻的安全生产。     

CO_2倍增对稻田土壤碳氮水解酶活性的影响

为了探究CO_2倍增对土壤微生物生物量和酶活性的影响,选择亚热带区多年种植水稻的典型红壤为研究对象,对不同水稻生育期下土壤微生物生物量碳氮及其土壤碳氮转化关键酶活性:β-葡糖苷酶(β-Glu)、木聚糖酶(Xyl)和几丁质酶(N-Ac)进行了研究.结果表明:相比于常规CO_2浓度(400×10~(-6)),CO_2倍增(800×10~(-6))促进了水稻生物量及土壤微生物生物量碳氮含量,且土壤微生物生物量碳氮受水稻生育期显著影响(P0.05),在水稻孕穗期时土壤微生物生物量碳氮均达到最大值.总体上,CO_2倍增促进了土壤中β-Glu酶、Xyl酶、N-Ac酶的活性,且三种酶的活性随水稻生育期变化的趋势一致,先递增(在孕穗期的酶活性最大),随后在成熟期下降.在相同生育期和CO_2浓度下酶活性大小为:β-GluN-AcXyl.多变量方差分析表明,CO_2浓度和生育期显著影响了水稻植株生物量、土壤微生物生物量碳氮和酶活性,且土壤微生物生物量碳(SMBC)和酶活性对CO_2浓度和生育期的交互作用产生了显著的响应;而且相关性分析表明,SMBC与土壤β-Glu酶、N-Ac酶、Xyl酶活性之间均有显著的正相关.总体而言,CO_2升高可促进水稻生长,增加土壤微生物量和土壤酶活性,这种影响随水稻生育期而变化,并在水稻生育旺期(孕穗期)达到最大;而且土壤微生物生物量特别是SMBC与土壤酶活性之间具有密切关系.     

雅鲁藏布江中游地表湿润状况的趋势分析

利用1961-2000年雅鲁藏布江中游4个站月平均最高气温、最低气温、降水量、风速、相对湿度、日照时数资料,应用Penman-Monteith模型计算得出最大潜在蒸散,进而得到地表湿润指数,分析了地表湿润指数的年际变化趋势、年代际变化特征及季节性差异,并讨论了它与降水、气温的联系。研究表明:雅鲁藏布江中游季、年平均气温呈显著的升高趋势;年降水量前20年呈减少趋势,后20年则表现为显著的增加趋势。20世纪60至80年代初,地表为变干趋势;80年代中后期到90年代,降水量增加,最大潜在蒸散显著减小,地表呈变湿趋势。60年代为冷湿型,90年代为暖湿型。     

中国西北地区城市经济发展对降水趋势的影响

利用西北地区136 个气象站1961-2012 年的降水量、降水日数、降水强度、日最大降水量、城市与经济发展等数据,研究了西北地区降水各要素的趋势变化特征及人为活动影响。结果表明,西北降水量在1980 年以后呈增加趋势,但东西部趋势相反,中西部地区增加,而东部地区减少。经济快速期(1979-2012 年)与慢速期(1961-1978 年)降水量的趋势差表明,人为活动密集的东部地区降水下降趋势明显减缓;而中西部区域的化工区、城市及其下风区的降水量、降水日数、降水强度和日最大降水量都有明显增加。省会城市和化工城市对降水各指标的正贡献总体在10%~60%之间,其中化工城市对降水的影响最为显著。多元回归表明,社会固定资产投资、工业产值和服务业产值对西北降水有显著影响。     

中国西部地区水资源供需平衡预测

在我国西部1980年和1990年两次水资源供需平衡关系的基础上,对我国西部地区水资源的供需平衡分3个时段进行预测,借助可供水量、需水量、缺水量和缺水率的变化,系统分析了西部地区水资源供需关系变化的空间差异及其原因。预测时段分为对2010年的预测及对2030年和2050年的展望,这些预测和展望可为我国西部大开发战略的实施提供基础性依据。     

Cd、豆磺隆胁迫下黑土-小麦系统中酶活性的动态变化

利用盆栽试验研究了Cd单一污染和Cd-豆磺隆复合污染作用下黑土-小麦系统中脲酶(Urease)和过氧化氢酶(CAT)活性的动态变化,尤其是考察了小麦整个生育期内(主要分为拔节期、开花期和成熟期)这2种酶活性的动态变化规律.结果表明,无论是在有或无豆磺隆胁迫时,随着Cd污染浓度的增加,脲酶活性呈现出明显的下降趋势,过氧化氢酶活性变化相对于脲酶比较稳定.通过拟合方程可知,脲酶和过氧化氢酶活性变化在一定程度上可以反映Cd或Cd-豆磺隆的污染状况,如果用酶活性指示Cd和豆磺隆污染程度时需适当考虑作物的不同生育期以及Cd和豆磺隆污染的关系.在小麦的整个生长期内,当Cd含量为2～30 mg·kg-1时,无论是Cd单一污染还是Cd-豆磺隆复合污染,脲酶活性均呈现出由拔节期到开花期升高、由开花期到成熟期下降的趋势;而在高含量(＞30 mg·kg-1)Cd作用下,酶活性的这种变化趋势表现的较弱.     

CO2倍增和施氮对水稻不同生长期土壤反硝化细菌丰度的影响

随着全球气候变化的不断加剧,大气CO₂浓度呈明显增加趋势,这将间接影响土壤-植物-微生物系统的氮循环过程.为研究典型水稻土壤反硝化细菌对CO₂浓度升高的响应规律和机制,借助水稻密闭培养箱,运用实时荧光定量聚合酶链式反应（Real-Time qPCR）分子技术,设置不施氮（0 mg/kg）和常规施氮（100 mg/kg）2个处理,研究CO₂倍增对水稻不同生长期土壤关键反硝化功能细菌（narG、nirK和nirS型）丰度的影响.结果表明:①在2种施氮水平,CO₂倍增显著促进了水稻分蘖期、孕穗期、扬花期和成熟期水稻根系生长（增幅为2.96%~28.4%）、地上部生物量增加（增幅为7.1%~107.3%）以及成熟期籽粒干质量的增加（增幅为19.5%和38.0%）,具有显著的增产效应.②反硝化细菌丰度对CO₂倍增的响应与生育期及施氮水平有关,CO₂倍增在2个施氮水平均抑制分蘖期反硝化细菌的繁殖,显著增加孕穗期反硝化细菌数量;在水稻扬花期,CO₂倍增促进了施氮处理narG和nirS型反硝化细菌数量的增加,在成熟期抑制未施氮处理下narG、nirK和nirS型反硝化细菌的生长.另外,narG、nirK、nirS型反硝化细菌丰度整体表现为narG > nirS > nirK,且随水稻的生长,其在成熟期的丰度均呈降低趋势.nirK和nirS基因同属亚硝酸还原酶,但nirS基因丰度高于nirK,且对CO₂倍增和施氮的响应有所差异.研究显示,CO₂倍增可显著增加水稻生长和产量,不同施氮水平对稻田土壤反硝化细菌丰度的影响存在差异.      

1961—2015年西南区域单季稻生长季气候年型及其生产潜力分析

了解气候变化背景下农作物气候年型以及不同气候年型下作物的生产潜力,对实现农业的可持续发展具有重要意义。基于1961—2015年西南区域单季稻种植区316个气象台站的逐日气象资料和单季稻生产资料,利用异常度概念分析了单季稻生长季的10种气候年型,解析了不同气候年型下单季稻的气候生产潜力,并分析气候变化对单季稻生长季气候年型及生产潜力的影响。结果表明：（1）近55年来西南区域单季稻生长季正常年型发生频次最高,平均21.5次,其次是少雨年型和多雨年型。从空间分布来看,正常年型多出现在云南南部和西北部、四川攀西和四川盆地南部的部分地区,少雨和多雨年型多出现在四川盆地大部和其他省市的部分地区,高温年型多出现在四川攀西地区、云南和贵州的个别地区,低温和寡照年型的空间差异不明显。（2）1961—2015年,西南区域单季稻气候生产潜力平均为7065.6 kg/hm²。与正常年相比,多雨年型气候生产潜力偏高超过10%,少雨年型偏低超过14%,降水是影响单季稻气候生产潜力的最主要因子。（3）气候变暖对西南区域单季稻生长季气候年型变化的影响最为显著。与1961—1990年相比,1991—2015年暖年增加,冷年减少。近55年来西南各省市单季稻气候生产潜力均呈下降趋势,1990年代以来暖年的增加有利于气候生产潜力的提高,而少雨和寡照年的增加是气候生产潜力总体下降的主要原因。     

我国西南地区1960～2000年降水资源变化的时空特征

利用我国西南地区96个测站近40a的月降水量资料,采用主成分分析、旋转主成分分析、小波分析等方法对西南地区年降水资源变化的时空特征进行了分析。结果表明:近40a西南地区的西部高原地区降水资源呈增加趋势,而东部除重庆地区外,大部分地区降水资源减少。西南地区年降水资源空间特征复杂,存在南北和东西相反变化的差异,空间异常可分为8个异常区,即滇南区、川西高原区、滇黔交界区、四川盆地东部、四川盆地西部、滇西区、黔渝交界区和凉山区。西部高原地区年降水量都经历了多雨-少雨-多雨的过程,20世纪90年代降水量呈增加的趋势,四川盆地东部经历了少雨-多雨-少雨的过程,四川盆地西部和整个西南地区东南部的降水量整体都呈下降趋势。川西高原区、滇南区和滇黔交界区在整个时段存在显著的准14a周期,其他异常区的显著周期及其年代变化有较大差异。     

1961-2013年四川盆地气溶胶光学厚度的长期变化及与气温的联系

首先分别对西南地区84个气象站1980年前后的能见度资料进行了均一性处理,建立了各站1961-2013年的能见度长序列数据,再结合水汽压、天气现象资料反演建立了1961-2013年西南地区的气溶胶光学厚度（AOD）长时间序列资料,研究了四川盆地的气溶胶光学厚度的长期变化及其与气温的关系.结果表明,西南地区AOD在四川盆地形成一高值区,四川盆地AOD明显大于云贵高原和川西地区.四川盆地AOD阶段变化明显,从1961-1996年不断增加,线性增加趋势十分显著,高达0.046/10 a,尤其是从1980年代到1990年代中期显著增加且维持在较高值,到1990年代中后期（1996年左右）转为下降趋势.四川盆地在1997年左右开始的显著增暖比全国和全球1980年代中期开始的增暖明显滞后,气溶胶的冷却效应在一定程度上可以解释四川盆地在1980年代至1990年代中期气温偏低.从季节来看,春季AOD的显著增加与四川盆地春季气温变冷的关系相比其它季节更密切.此外,四川盆地AOD与气温日较差存在显著的负相关关系,AOD从1961-1996年不断增加,对四川盆地温度日变化幅度有明显减缓作用.从季节来看,春季AOD与气温日较差的负相关关系相比其他季节更为明显.     

Earlier rice phenology as a result of climate change can increase the risk of cold damage during reproductive growth in northern Japan

The present study analyzed the impact of earlier rice phenology as a result of climate change on the risk of cold damage during reproductive growth using the historical temperature record from 1961 to 2010 at four locations in northern Japan. During this period, heading date has become 0.7-1.9 days earlier per 10 years. Air temperatures during the booting stage (6-15 days before heading) decreased by 0.18 °C per 10 years even though the air temperature on a given calendar date has increased slightly. The estimated potential yield losses caused by cold damage have increased since the start of the study period. Thus, the advance in phonological events as a result of global warming is likely to increase the risk of future yield losses, and this has important implications for future adaptation strategies (breeding new cultivars and changing crop management strategies) to reduce the risk of cold damage.     

横断山区季风期水分盈亏量时空变化特征及其与若干气候指数的相关性分析

基于横断山区27 个气象台站1961-2012 年的实测数据,应用Penman-Monteith 模型、气候倾向率空间插值、交叉小波和相干小波变换等方法分析横断山区季风期水分盈亏量的时空变化趋势及其与若干气候指数之间的相互关系。结果表明:近52 a 来,横断山区季风期水分盈亏量在波动中呈增加趋势,其增加速率为5.87 mm/10 a;且在整个时段内,横断山区季风期水分盈亏量均呈盈余状态。该区季风期水分盈亏量空间差异也较为明显,水分盈亏量从南到北逐渐降低,但其增加趋势却从南到北逐渐增大。季风期水分盈亏量与海拔呈现负相关,即水分盈亏量随着海拔的升高而降低;在海拔相对较低的区域,水分盈亏量较高;反之,水分盈亏量较低。此外,该区域季风期水分盈亏量与北极涛动(AO)、太平洋年代际振荡(PDO)和厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)气候指数等存在多尺度的显著相关性。     

不同水分管理模式对水稻吸收土壤砷的影响

通过水稻盆栽试验,研究了淹水灌溉(F)、灌浆期前湿润灌溉(A-F)、灌浆期后湿润灌溉(F-A)、淹水与湿润交替(AFA)这4种水分管理模式对水稻吸收土壤As的影响.结果表明,同F处理比较,A-F处理能显著降低水稻根和茎叶As含量,F-A和AFA处理都能显著降低水稻茎叶、谷壳、糙米As含量和糙米无机As含量.A-F、F-A、AFA处理对水稻生物量影响都不大,仅AFA处理减少了水稻根系生物量.F-A和AFA处理降低糙米As含量的机理是:灌浆期是水稻糙米吸收土壤As的关键时期,此时的湿润灌溉提高了土壤E h,土壤溶液As(Ⅲ)与As(Ⅴ)浓度之和、As(Ⅲ)/As(Ⅴ)的比例都显著降低,从而使土壤As的迁移能力得到抑制.F-A处理降低水稻糙米总As和无机As含量的效果与AFA处理无显著差异,但F-A处理的操作更简单,因此,F-A处理应当是污染土壤中控制水稻糙米累积As的最佳水分管理模式.     

民勤绿洲种植业结构调整及其对农作物需水量的影响

论文引入虚拟水理论,构建种植业结构调整需水模型,分析近33 a民勤绿洲种植业结构调整对农作物需水量的影响。结果表明：1）民勤绿洲粮食作物、经济作物与其他作物面积比重之比由1978年的84∶12∶4调整为2010年的25∶72∶3。粮食作物播种面积比重的下降主要是由小麦播种面积比重的快速减少所致。2）民勤绿洲农作物需水总量由1978年的2.15×10⁸ m³增加到2010年的2.49×10⁸ m³,粮食作物和经济作物需水总量之比由1978年的88∶12变化为2010年的31∶69。3）民勤绿洲种植业结构调整的生态节水效应在不同时段存在差异,1979—1998年,种植业结构调整对于农作物需水而言,未起到节水作用;1999—2008年,种植业结构调整的节水效果明显;2009—2010年,种植业结构的进一步调整导致需水量的快速增加,未起到节水作用。单位面积需水量较高的蔬菜、小麦、玉米等5种农作物面积比重之和的大小对节水效果起到决定性作用。     

基于信息扩散和模糊评价方法的四川盆地气候干旱综合评价

利用1961~2005年历史气象资料,以受旱天数、湿润度指数、标准化降水指数、温度距平、日照距平百分率等5个要素作为干旱评价指标,应用信息扩散方法建立了各单个评价指标的春、夏、伏旱旱情等级划分标准,采用模糊综合评价方法对1961~2006年四川盆地气候干旱进行评价,并给出了各市干旱出现的频率。结果表明:2006年四川盆地发生了严重的春旱、夏旱和特别严重的伏旱,盆区17个市均有伏旱发生,其中有13个市伏旱特别严重;伏旱期少雨天气平均为30年一遇,高温天气平均为60年一遇,约29%的台站的少雨和90%的台站的高温为50年以上一遇;春、夏旱主要出现在盆地西北部和盆地南部,约2.5年出现一次,伏旱则主要出现在盆地东部,约2年出现一次。