麦田CO_2通量密度和水分利用效率研究

本文利用红外CO_2分析系统,对麦田CO_2浓度和通量密度进行观测。计算了光合作用效率和水分利用效率,分析了CO_2通量密度与净辐射、风、交换系数之间的关系,取得了满意的结果。

厄尔尼诺与全球趋暖灾害骤增对农业持续发展的影响

根据近 1 2 0年来全球大气温度的记录 ,进行了每 1 0年平均气温的分析 ,可以明显地划分为 3个时期即温度偏低期 (1 880～ 1 91 9年 ,至少 40年 ) ,过渡期 (温度变化起伏不大 ,1 92 0～ 1 979年 ,约 60年 )和升温期。再参照有关小冰期 (1 4 50或 1 4 90年开始至 1 850或 1 880年止 ,约 40 0年 )的文献资料 ,小冰期的气温比 1 880～ 1 91 9年时期更低些 ,因此推论温度偏低期持续了约 450年。由此可见 ,近 450年全球大气温度的变化 ,大体上是一个单向渐变过程。根据本世纪厄尔尼诺出现的情况 ,也可划分为三个明显不同的时期 :从1 90 0年有记录开始至 1 940年为厄尔尼诺偶见期 ,在此时期尚未看出全球变暖 ;1 940～1 980年为厄尔尼诺中等发生期 ,全球出现微弱或中等程度的升温 ;1 980～ 1 998年为厄尔尼诺频繁出现期 ,此时全球明显升温。由此认为 1 0 0年来厄尔尼诺的出现情况 ,类似上述全球大气升温的单向渐变过程。本文考虑到海洋的热惯性 ,提出应关注温室效应和厄尔尼诺的叠加效应的新观点 ,提出今后几十年或更长时间内 ,厄尔尼诺仍将频繁出现 ,全球温度将保持偏暖状态。与此伴同发生的是各类自然灾害如洪涝、干旱、生物灾害等的频繁出现并加剧。应做好防灾减灾工作 ,维护农业持续生产力。

以水为中心的农业生态研究——悼念黄秉维先生逝世一周年

本文概略地论述了黄秉维先生开拓以水为中心的农业生态研究的学术思想 ,理论渊源和方法论特征 ;追忆其为之不懈追求付诸实施的实践活动。在华北平原建立农业生态系统试验站 ,开展以水为中心的农业生态研究 ,为获取可靠数据 ,实验力求严谨精确 ,具有原创性和综合性 ;试验性质具有明确应用目标的基础研究。从 2 0世纪 70年代末以来 ,在北京和栾城农业生态系统试验站开展了下列研究 :微气象学方法研究农田物质能量交换 ;农田净辐射与热量平衡 ;水分传输及其驱动力机制 ;气孔行为与环境因素联系 ;作物生态模拟和模型 ;瞬态作物群体光能利用率与水分利用率 ;水势、冠层温度与气孔活动判别土壤水分亏缺 ,作物水分胁迫机制及其确定与利用等 ,在一系列重要方面均作了尝试并取得显著进展 ,为中国北方农业节水及发展节水农业。

农业生态系统的水热耗散过程与节水调控

华北平原广大的干旱、半干旱甚至半湿润区 ,水资源形势严峻 ,威胁农业持续发展。本文从近年来迅速发展的土壤—植物—大气连续体理论出发 ,论述了 SPAC过程与生态过程的联系与区分 ;在两个过程的联结点上衍生出水分利用率概念。讨论了界面的梯度驱动力 ,分析了水势驱动及其阻力 ,作物水分胁迫及反冲机制的诱导和增益 ,界面过程的高度非线性及其耦合。在此基础上提出水热传输界面调控与生态过程的机制调控相结合的理论与措施 ,以缓解水资源匮乏 ,提高持续生产力和水分利用效益 ;为实现农业持续发展 ,提供理论依据的实践途径。

试论地理科学与持续发展

本文简述二十世纪以前传统地理学漫长的发展过程，并论及研究内涵、领域的演化。本世纪中叶以来，随着社会经济的发展与科学技术的进步，地理学不仅扩展了研究领域，且在理论、方法和技术上都取得了长足之进展。现代地理学逐渐成为一个分支众多的学科体系，地理学的研究领域正经历着横向扩展与纵向深化的新的过程，这种既有学科综合，又有学科分化的趋势，适应了现代科学发展的潮流。新理论、新方法和新技术的引入，极大地提高了地理学的系统分析与系统综合能力，从而相应地提高了地理科学体系的理论水平和应用能力。２１世纪无疑地将为地理学的发展带来新的契机，地理环境的持续发展将成为研究重心。在第三次科学大综合浪潮推动下，改革传统的地理学结构，构建地理科学的新体系与方法论，对其科学价值与功能进行新审视，在理论和应用领域不断进取与开拓，才能释放这门学科所蕴蓄的科学力量。

气候变化与中国农业的持续发展

于沪宁:气候变化与中国农业的持续发展,《生态农业研究》,3(4)1995:38—43 全球气候变化引起地球表面的云系、温度和降水等气候格局的重大变化,直接影响到我国农业生产的发展。而对于不同区域的影响程度的差异及变暖变干的程度与农业生产的关系更为密切。本文根据大量研究结果的分析,提出了适应气候变化的农业持续发展战略,包括建立稳定的农业生态系统、保护生态环境和生物多样性,发挥森林的屏障作用、农业气候敏感区的防御措施等。

农业气象学的前沿性问题

农业气象学在生产潜力理论、干旱区气候和小气候、灾害等方面的研究曾深入到当时前沿性研究领域而产生了相当影响。现代科学和社会公众所关注的全球气候变化、持续生产力、水分胁迫、灾害预警与对策、界面水热传输、精细农业等方面热点,其中不乏农业小气候、作物气象学所研究的问题。农业气象学不能满足于重复的跟踪性工作,必须投入前沿性领域重视原创性研究,从实验升华到“唯象理论”。

第四届全国农业小气候与作物气象学术研讨会在江西省南昌市召开

由中国农学会农业气象分会农业小气候与作物气象专业委员会举办的第四届全国农业小气候和作物气象学术研讨会于2002年8月16～18日在江西省南昌市召开。来自北京、浙江、广东、江西、上海等16个省市包括中国农业大学、北京林业大学、江西农业大学、中国科学院地理科学与资源研究所、中国科学院上海植物生理生态研究所、中国农业科学院农业气象研究所、中国气象科学研究院等30多个单位77名专家、学者参加了会议。与会代表一致认为,农业气象学学科在农业生态系统能量平衡、物质循环领域具有深厚的物理基础,我国加入WTO后农业面临新的挑战和机遇,目前我国生态环境问题严峻,如农业水资源短缺、土壤退化、全球变暖、水土流失和荒漠化、农业环境污染等,农业气象在国家重大基础研究项目中所起的作用不可替代,应为国家粮食安全做出更大贡献,参与国家生态环境建设如西部开发中有关农业气象或生理生态问题。

干旱胁迫对冬小麦叶绿素荧光的影响

干旱胁迫使冬小麦可变荧光与最大荧光比(F_v/F_m)、可变荧光与最小荧光比(F_v/F_o)、稳态荧光(F_t)、初始荧光到最大荧光1/2点的时间(T_(1/2))均明显降低,表明干旱胁迫使冬小麦叶片光系统Ⅱ(PSⅡ)质子醌库(PQ库)容量变小,光系统Ⅱ原初光能转换效率、光系统Ⅱ潜在活性受到抑制,干旱胁迫直接影响了光合作用的电子传递和CO_2同化过程。

冬小麦能量平衡及蒸散分配的季节变化分析

本文分析了华北平原冬小麦生态系统辐射收支、热量平衡以及蒸散在冠层蒸腾和土壤蒸发之间的分配特征。结果发现，在冬小麦生长过程中，系统截获的太阳短波辐射随小麦的生长而变，它占太阳总辐射的比例，初期为０．８左右，尔后随叶面积的增加而逐渐下降，在孕穗期最小，约为０．７５，之后，随叶片枯黄、麦穗的成长又上升，最后可达０．８６。净辐射占太阳总辐射的比例，可分成如下３个阶段：拔节期比值较低，约为０．４５；孕穗抽穗期约为０．５；灌浆期比值最大，约０．５７。随着叶面积指数（ＬＡＩ）的增加，土壤热通量与净辐射之比，由返青初期的０．１３迅速下降，直至较为稳定的０．０６。潜热通量消耗净辐射的大部分，且随ＬＡＩ的增加而增大。从返青到乳熟的５８天内（４月１日～５月２８日），麦田总蒸散量约为２５０ｍｍ，其中土壤蒸发量约为５０ｍｍ，冠层蒸腾约为２００ｍｍ，分别占总蒸散量的２０％和８０％。

冬小麦水分利用效率及其环境影响因素分析

１９９６年４月～６月在华北平原采用波文比－能量平衡法测定冬小麦田蒸散和ＣＯ２通量，求取冬小麦瞬时水分利用效率。土壤湿度较低时，冬小麦瞬时水分利用效率呈Ｌ型或Ｕ型日变化，其变化范围在－０．０１９４～０．６４１４；日较差范围在０．１１３８～０．６３２１。瞬时水分利用效率早晨最高且变化迅速，白天较低且变化平缓。土壤湿度较高时，瞬时水分利用效率范围在－０．０１５７～０．１３８１；日较差范围在０．０６１６～０．１５３７，其日变化不明显。从冬小麦拔节期到灌浆期，水分利用效率白天平均值变化较大，其范围在０．０１１０～０．０５３２，日较差变化范围在０．０６１６～０．６３２１，二者均于５月中旬达到最高，之后在波动中呈下降趋势。冬小麦水分利用效率白天平均值和日较差的季节变化明显受土壤水分影响。冬小麦水分利用效率白天平均值与０ｃｍ～６０ｃｍ的有效土壤水分呈负相关，达到０．０５显著水平；与０ｃｍ～２０ｃｍ和０ｃｍ～１００ｃｍ土层土壤有效水分无明显相关关系。冬小麦瞬时水分利用效率与饱和差呈极显著负相关，达到０．０１显著水平。土壤湿度较低时二者呈幂相关关系；土壤湿度较高时二者呈线性相关，且相关系数比土壤湿度低时高。在低土壤含水量下，冬?

华北平原夏玉米农田生态系统蒸散规律研究

试验观测华北平原夏玉米全生育期农田蒸散日变化与季节变化特征结果表明 ,夏玉米农田蒸散量日变化规律明显 ,蒸散速率正午 13 :0 0达最大值 ,夏玉米日蒸散量随生育期的变化而变化 ,净辐射、土壤水分和叶面积指数影响夏玉米日蒸散量的变化。

农田N_2O通量测定方法分析

采用空气动力学方法、波文比 /能量平衡法及密闭箱法结合气相色谱分析对农田N2 O通量进行了测定。在夏天和秋天观测前的 1～ 2周 ,148和 10 9kgNhm-2 肥料被分别施入夏玉米田和冬小麦田。实验表明 :空气动力学法与波文比 /能量平衡法测定的N2 O通量在冬小麦田较为接近 ,在夏玉米田则相差较大。夏玉米冠层上方温湿梯度的细微变化可导致能量平衡法计算的N2 O通量发生较大离散 ,从而与空气动力学法的计算结果产生较大偏差。观测期间 ,微气象法和密闭箱法测定的农田N2 O日平均通量在夏玉米田分别为 18± 37和 8± 5ngNm-2 ·s-1;在冬小麦田分别为 43± 2 1和 6± 1ngNm-2 ·s-1。微气象法测定的农田N2 O通量高于密闭箱法的观测值 ,由此推测作物冠层可释放N2O ,其机制可能是土壤中生成的N2 O被作物的蒸腾液流输送到大气中。微气象法和密闭箱法测定的N2 O通量间的差异在冬小麦田大于夏玉米田 ,表明冬小麦释放N2 O的量大于夏玉米。这可能是冬小麦根系分布较夏玉米深的缘故。采用密闭箱法观测时 ,箱内气温发生变化 ,半小时内最高可增加10℃ ,因地温变化小 ,其对土壤中N2 O的生成并无显著影响。由于密闭箱法观测忽略或低估了植物释放的N2 O ,且箱内的边界层阻力可能高于箱外 ,其测定的地表N2 O通量偏小。

夏玉米群体水分利用效率影响因素分析

在夏玉米全生育期利用 CO2 分析系统连续测定冠层上方 0 .5m和 2 .0 m高度的瞬时 CO2 浓度差 ,配合波文比装置同步测定总辐射、净辐射、温、湿度等农田小气候特征量 ,并计算了群体水分利用效率。结果表明 ,太阳总辐射、净辐射、CO2 浓度差、空气饱和差等环境因素以不同机制及过程影响群体水分利用效率 ;群体水分利用效率与 0～ 60 cm土层土壤平均相对含水量呈负相关 ,土壤相对含水量在 30 .3%～ 80 %范围内 ,水分利用效率随相对含水量的增加而降低。在生产实际中 ,通过秸秆覆盖、喷灌等措施降低蒸腾驱动势 ,提高水分利用效率 ,利用人工栽培措施促进根系吸收深层土壤水分 ,可在不增加用水的同时提高水分利用效率。

夏玉米农田SPAC系统水分传输势能及其变化规律研究

试验测定华北平原夏玉米农田SPAC系统不同界面的水势,并计算水流传输阻力结果表明,大气水势和叶水势均呈明显日变化,最大值出现在日出前;大气水势日变幅最大,土壤水势主要受土壤含水量的影响而日变化较平缓。夏玉米植株由下部至上部呈逐渐降低的水势梯度,水流在SPAC系统传输过程中不同界面间存在明显的水势梯度和较大的阻力,从叶片至大气的阻力远大于由土壤至叶片的传输阻力,证明从叶片至大气阻力对限制与调节作物水分散失强度和数量具有关键作用。

土壤水分对夏玉米农田CO_2通量和群体水分利用率的影响

利用 Ｃ Ｏ２ 分析系统，配合波文比装置，在夏玉米全生育期连续测定农田冠层瞬时 Ｃ Ｏ２ 浓度差及农田小气候特征量，并计算了农田冠层瞬时 Ｃ Ｏ２ 通量密度、潜热通量和群体水分利用率。结果表明，群体光饱和点位移是受土壤水分影响的一个辐射能量范围，充沛的太阳辐射能量只有充足水分条件的耦合，才能发挥生产力效益；群体水分利用率与０～６０ ｃｍ 土层土壤平均相对含水率呈负相关，土壤相对含水率在３０３％ ～８０％ 范围内，水分利用率随相对含水率的增加而降低。

农田生态系统二氧化碳通量与群体水分利用率研究

本文利用二氧化碳分析系统，配合波文比装置，测定了夏玉米农田群体二氧化碳浓度差及农田小气候特征，并计算了农田冠层瞬时的二氧化碳通量和群体水分利用率。结果表明，夏玉米群体二氧化碳通量、二氧化碳浓度差及群体水分利用率存在明显的日、季节变化规律。其中水分利用率呈“Ｌ”型曲线，上午８时左右达到一天的峰值。拔节后随着作物生长发育水分利用率逐渐增大，灌浆后期由于群体光合能力下降、呼吸消耗增强而逐步下降。太阳总辐射、二氧化碳浓度、空气饱和差及土壤水分等环境因素以不同机制及过程影响水分利用率。在生产实际中，可通过秸秆覆盖、喷灌等措施降低蒸腾驱动势，提高水分利用率。

麦田能量平衡及潜热分配特征分析

用波文比-能量平衡法(BREB)分析了冬小麦返青后麦田能量平衡和潜热分配的变化特征及影响因素。在平衡过程中,土壤含水量和叶面积指数(LAI)是决定能量分配的关键因素。并分析了返青后土壤蒸发随叶面积指数变化的规律。

农田冠层与大气水汽通量耦合分析

退耦因子(Ω)是表征作物与周围大气水汽交换的重要指标。研究了引入Ω评价冬小麦与大气系统潜热通量的耦合度。一般在早晨和接近傍晚时作物与大气之间有较好的耦合度,主要是由于此时冠层导度(g_c)小;中午时由于风速很大,并且g_c达到全天最大值,作物与大气耦合度较差。Ω的季节变化由g_c控制,而g_c受叶面积指数的影响。在拔节期以前有均衡潜热通量(LE_(eq))>实际潜热通量(LE)>强加潜热通量(LE_(imp))的趋势,而在拔节期以后则呈强加潜热通量(LE_(imp))>实际潜热通量(LE)>均衡潜热通量(LE_(eq))的变化趋势。

夏玉米水分胁迫与反冲机制及其应用

通过定点试验研究了不同生育期水分胁迫对夏玉米生理生态过程的影响。结果表明,不同生育期水分胁迫对夏玉米产量及其构成因素的敏感因子不同。土壤水分胁迫首先作用于作物叶片,叶水势下降后,叶片生长、光合作用及光合产物的运输均随之下降。适度水分胁迫可诱发反冲机制,秸秆覆盖可缓解水分胁迫并对反冲机制有增益作用。反冲机制对旱作农业、农业节水有广泛指导意义。