华北平原冬小麦-夏玉米轮作体系氮肥的氨挥发

 利用可多点原位测定氨挥发的风洞系统,监测了华北平原2002～2004年冬小麦-夏玉米轮作体系传统和优化氮肥管理下的氨挥发损失.结果表明,氨挥发主要发生在施肥后2～3周内,以施肥后连续采样15d的氨挥发累积量作为总排放量,相同施氮量下生长季夏玉米的氨挥发大于冬小麦.优化处理的氨挥发平均损失率(35.9%)显著高于传统处理(20.9%),但从氨挥发绝对量上看,传统处理为125.1kgN/hm²,优化处理为42.3kgN/hm²,降幅达66.2%.施肥和灌水方式显著影响氨挥发,撒施碳铵后翻耕的氨挥发损失为10.1%,追肥撒施的氨挥发损失平均为24.6%;撒施尿素后立即灌水,氨挥发损失为19.7%,5h后灌水氨挥发损失为34.0%,增加了72.6%.     

水分减少与增温处理对冬小麦生物量和土壤呼吸的影响

通过田间控制试验,设置对照(CK)、水分减少30%(W)、增温2℃(T)、水分减少30%+增温2℃(TW)这4种不同处理,利用静态箱-气相色谱法测定土壤呼吸,研究水分减少与增温处理对冬小麦生物量和土壤呼吸的影响.结果表明,在拔节-孕穗期,T和TW显著增加了冬小麦地上生物量,增幅分别为46.0%(P=0.002)和19.8%(P=0.032);T和TW也显著增加了收获的地上生物量,增幅分别为19.8%(P=0.050)和34.6%(P=0.028);而W对地上生物量无显著影响;W、T和TW处理都没有显著改变地下生物量.相比于CK,T和W对土壤呼吸平均速率没有显著影响(P0.05);TW使土壤呼吸平均速率降低了22.4%(P=0.049).T降低了土壤呼吸温度敏感性系数((Q_(10)).本研究表明水分与增温的复合处理对农田生态系统产生了与单—因子处理不同的生态效应.     

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。     

有机肥及补充灌溉对旱地农田温室气体排放的影响

在农业生产中,提高作物产量减少农田温室气体排放具有重要意义.本文采用静态箱-气相色谱法,在黄土高原半干旱半湿润区,以单施氮肥180 kg·hm~(-2)(以N计)为对照,研究了氮肥180 kg·hm~(-2)+有机肥45×103kg·hm~(-2)(NM)、氮肥180 kg·hm~(-2)+有机肥45×103kg·hm~(-2)+拔节期灌水(NMW)处理在冬小麦生育期温室气体的变化规律及其综合增温潜势(Global warming potential,GWP),并计算温室气体排放强度(Greenhouse gas intensity,GHGI),以明确有机肥及补充灌溉的增产潜力及对温室气体的减排效果.结果表明:(1)整个生育期CO_2排放速率随作物生长发育的加速而逐渐加快,接近成熟期其排放速率降低;N_2O排放峰均出现在施肥、降雨及灌水后.NM、NMW处理的CO_2累积排放量(以C计,下同)分别为14933.35 kg·hm~(-2)、15929.74 kg·hm~(-2),比对照分别增加了22.8%、31.0%;N_2O累积排放量(以N计,下同)分别为0.48kg·hm~(-2)、0.52 kg·hm~(-2),比对照分别降低了23.8%、17.5%;CH4累积吸收量分别为1.73 kg·hm~(-2)、1.87 kg·hm~(-2),比对照分别降低了18.4%、11.8%.(2)CH4吸收速率与土壤温度呈显著性正相关,而与土壤含水量呈显著性负相关;CO_2排放速率与土壤温度及含水量均呈显著性正相关;N_2O排放速率与土壤温度、含水量及硝态氮含量均呈显著性正相关,与铵态氮含量呈负相关.(3)NM、NMW处理的GWP比对照分别降低了27.8%、21.2%;NM、NMW均显著增加了小麦产量,增产率分别为24.6%、36.7%.NM、NMW的GHGI比对照分别降低了41.9%、42.4%.说明在施用有机肥及有机肥加补充灌水在增加作物产量的同时,达到了温室气体减排的作用.     

人为气溶胶排放导致最近80年东亚夏季风在过去四个世纪以来空前减弱

亚洲夏季风(Asian Summer Monsoon,ASM)对亚洲数十亿人口的生存、亚洲生态系统和生物多样性的分布、以及农业生产(粮食安全)和工业活动影响严重。因此了解ASM过去时空变化及其动力学过程对陆地生态系统、水资源、森林和景观研究至关重要。近几十年,器测记录显示以降水量为代表的ASM强度一直在减弱,但这一减弱趋势的起始时间和动力学过程尚不清楚。为此,第一次集成了ASM西部-中部边缘带10个对降水敏感的树木年轮宽度年表,重建了公元1566年以来反映ASM强度变化的降水序列。重建结果不仅捕捉到了ASM过去4个世纪以来强弱变化历史,也反映出历史上蝗灾与弱季风的关联。特别是发现了最近80年具有过去448年中前所未有的、最为强烈的、显著且持续时间最长的ASM强度减弱趋势。这一减弱趋势与在温室效应影响下ASM本该增强的预期大相庭径。耦合气候模型实验表明,北半球人为硫酸盐气溶胶排放的逐渐增加,对ASM减弱起了决定性作用。     

西双版纳思茅松（Pinus kesiya）年轮宽度和早晚材稳定氧同位素对气候因子的响应

由于热带地区大部分树木缺乏清晰的年轮,因此树木年轮的研究相对较为薄弱。树轮稳定同位素较树轮宽度能更好地记录环境变化的信息,特别是研究年内稳定同位素可以提供气候变化的季节动态信息。本研究以西双版纳地区的思茅松（Pinus kesiya Royle ex Gordon）为研究材料,建立了1985—2018年的思茅松年轮宽度、早材和晚材稳定氧同位素（ δ¹⁸O_EW和 δ¹⁸O_LW）年表,分析了树轮宽度、 δ¹⁸O_EW和 δ¹⁸O_LW年表与温度、降水和标准化降水蒸散指数（SPEI）等气候要素的相关关系,并研究了思茅松 δ¹⁸O_EW和 δ¹⁸O_LW记录的降水、SPEI变化以及与大尺度季风环流的关系。结果表明：西双版纳地区思茅松树轮 δ¹⁸O_EW和 δ¹⁸O_LW的均值接近,并且均呈下降趋势,这种下降趋势可能与西双版纳地区的雾日减少有关。树轮宽度对气候因子响应不敏感,仅与上一年7月的温度呈显著负相关关系,与上一年7月降水呈显著正相关关系。 δ¹⁸O_EW主要记录了生长季早期（4月和5月）的降水和SPEI信号,而 δ¹⁸O_LW主要记录了生长季末期（8月）的降水和SPEI信号。 δ¹⁸O_EW和 δ¹⁸O_LW分别能很好地代表区域5月和8月的干湿变化。树轮 δ¹⁸O也受到了ENSO的影响,其中树轮 δ¹⁸O_EW与3—12月厄尔尼诺呈显著正相关关系,树轮 δ¹⁸O_LW与9—12月厄尔尼诺呈显著正相关关系（p＜0.05）。该研究表明西双版纳地区的思茅松树轮早晚材 δ¹⁸O具有重建区域干湿变化的潜力。     

冬小麦种植面积空间抽样单元尺寸优化设计

抽样单元尺寸是空间抽样调查方案设计过程中的关键要素。合理的抽样单元尺寸对降低抽样调查费用、改善抽样外推总体精度具有重要意义。为实现农作物种植面积空间抽样调查中抽样单元尺寸的优化设计,论文以河南省为研究区,以冬小麦种植面积为研究对象,选取正方形网格作为抽样单元,遵循传统抽样理论中抽样单元间相互独立原则,通过分析不同抽样单元尺寸与对应该尺寸下的抽样框内总体单元间全局空间自相关指数(Moran’s I)的相关关系,进行了抽样单元尺寸的初选。为最终实现抽样单元尺寸优选,基于初选的8种抽样单元尺寸,分别构建抽样框,采用以抽样单元内冬小麦面积占单元面积比例(麦土比)为分层标志的分层抽样方法进行了研究区冬小麦种植面积空间抽样样本抽选、总体外推及误差估计试验研究,结果表明:抽样比随抽样单元尺寸的增大而增大;8种抽样单元尺寸下的外推总体相对误差和变异系数均较小,变化范围分别为3.82%~5.75%和3.76％~4.69％;以抽样调查费用和抽样误差为抽样效率评价指标,优选出抽样单元尺寸为20 000 m×20 000 m时,进行研究区冬小麦种植面积抽样调查的效率最高。     

华北地区冬小麦干旱评估指标研究

干旱作为一种气象灾害,系以降水缺少并造成减产为特征。用三次多项式对历史产量序列进行处理,求出趋势产量和气象产量,然后对气象产量和降水距平的关系进行了相关分析。结果发现,气象产量与冬小麦全生育期和拔节期的降水距平有着十分密切的关系,尤其是前者。通过统计分析,建立了它们之间的回归方程,并与农业干旱划分标准相结合,确定了两套与轻旱、中旱、重旱和极端干旱相对应的干旱指标,即冬小麦全生育期降水负距平分别为小于15％,15％～35％,35％～55％和大于55％时,出现轻旱、中旱、重旱和极端干旱,产量分别减少小于10％,10％～20％,20％～30％和大于30％;拔节期降水负距平为小于30％,30％～65％和65％～100％时,分别出现轻旱、中旱和重旱,分别减产小于10％．10％～20％和20％～30％。可以看出,拔节期降水缺少对产量的影响,远远不如全生育期的降水影响大,因此评估中应以前者为主,后者为辅,相互配合使用。     

中国北方冬小麦的水分亏缺与气候生产潜力--近40年来的动态变化研究

基于辨识自然条件下的水分对北方半湿润半干旱地区冬小麦气候生产潜力的影响,采用“逐步订正法”分别计算了光合、光温和气候生产潜力,并进行了评估。从水分平衡角度,采用新颖的数理模式构建了估算气候生产潜力的水分订正函数,其中冬小麦需水量采用FAO最新推荐的Penman-Monteith公式,供水量采用新近研制的降水量和土壤有效底墒模式。计算了本区78个站点近40年(1961～2000年)逐年的气候生产潜力,分别以相对变率、变异系数以及由水分亏缺引起的减产率和水分亏缺率等为指标,分析了近40年中国北方冬小麦水分与气候生产潜力的动态变化。结果表明,由于底墒水约占冬小麦全生育期需水量的20％～30％,对气候生产潜力的贡献较大,相应地,计算得到的冬小麦气候生产潜力比以往一些结果高出约20％～30％,这对评估气候生产潜力有重要意义。在生产潜力动态变化方面,由于降水变率大,使得气候生产潜力的时空变化大于光合和光温生产潜力的时空变化,而且在河北(包括津京地区)和山东两省,水分具有由南向北、由东向西减少的趋势,陕西、山西和河南三省水分有由南向北减少的趋势,使得各项指标的变化均有与此基本相应的变化趋势。     

灌溉降低华北冬小麦干旱减产的风险评估研究

从冬小麦生育期水分供需平衡的关系出发，建立了其缺水率模式。采用风险分析技术与方法，基于华北平原河北省及京津地区代表站点近40a(1961—2000年)冬小麦供需水的有关资料，估算了冬小麦全生育期在不同灌溉条件下，不同干旱年型不同缺水率出现的概率，分析了灌溉可降低的冬小麦干旱减产的风险水平。结果表明：这些地区生育期内的自然降水和底墒水只能满足冬小麦全生育期需水的1／3—2／3。如果没有灌溉，冬小麦全生育期缺水率20％以上出现的概率大都在80％以上，缺水率30％—40％的重早年出现的概率高达30％；随着灌水次数的增加，相应干旱减产的风险水平随之降低。如果在缺水的关键期适当补充3次水，总量在2025m^3／hm^2左右，则缺水率≥10％的风险概率可降到10％以下，而大部分地区基本上可满足水分的需求；为节约用水和提高水分利用效率，除严重干旱年外，大部分地区一般只需灌3次水便可满足冬小麦稳产、高产的水分需求。