不同生产目标下农牧交错带燕麦生产的最优水氮组合

[目的]北方农牧交错带地区长期面临水氮管理混乱和片面追求高产的问题,基于不同生产目标优化水氮耦合方案,对建立燕麦绿色高效生产体系具有重要意义。[方法]选择北方农牧交错带为研究区域,基于北方农牧交错带典型站点(河北省张家口市张北县)开展的燕麦水氮耦合大田试验数据校正APSIM-Oat模型,基于充分校正的AP-SIM-Oat模型在区域尺度上推荐该地区燕麦不同生产目标的最优水氮耦合方案。[结果]北方农牧交错带地区燕麦不同生产目标下水氮投入差异较大,W_(90)N_(150)(灌溉90 mm,施氮量150 kg·hm^(-2))或W_(120)N_(150)组合(灌溉120 mm,施氮量150 kg·hm^(-2))情景下燕麦产量最高,1780~3190 kg·hm^(-2),东部和中部地区高于西部地区。降低水氮投入可进一步提高氮肥利用效率,获得最高氮肥利用效率的水氮耦合方案为W_(30)N_(30)(灌溉30 mm,施氮量30 kg·hm^(-2)),最高氮肥利用效率区域平均值为33.7 kg·hm^(-2)·kg^(-1),东部氮肥利用效率高于中部和西部地区。降低灌溉投入,保持氮肥投入燕麦可获得最大收益,W_(60)N_(150)(灌溉60 mm,施氮量150 kg·hm^(-2))或W_(90)N_(150)组合(灌溉90 mm,施氮量kg·hm^(-2))情景下燕麦收益最高,为2940~6700元·hm^(-2),中部地区种植燕麦收益高于东部和西部地区。[结论]与获得最高产量水氮投入相比,减少灌溉(降低60~90 mm)和氮肥(降低120 kg·hm^(-2))可获得最高氮肥利用效率;施氮量保持不变,灌溉投入降低30~60 mm,可获得最高收益。

张家口市宿根花卉资源及绿化应用潜力分析

[目的]引用宿根花卉可有效解决张家口地区园林绿地一年生观赏草本花卉花期短、品种单调、更换次数多和维护成本高的问题。[方法]本研究基于实地踏勘,调查了张家口地区具有代表性的绿地中宿根花卉应用情况,并分析了宿根花卉生长发育的相关性状指标。[结果]相比于一年生草本花卉,张家口市宿根花卉种类较多,各类绿地共有宿根花卉17科41属45种,其中菊科9种、唇形科5种、鸢尾科3种,分别比同科一年生草本花卉多2倍、1.5倍、1倍。相比于一年生草本花卉,宿根花卉花色更为丰富,其花色共计11种,比一年生草本花卉多1.2倍。张家口市宿根花卉花色为黄色、蓝色和白色的花卉占据比例较高,分别为24.4%、17.1%和14.6%。不同种类宿根花卉观赏期在210~240 d之间,比一年生草本花卉长130%~160%。宿根花卉的萌动期集中在3月下旬到4月中旬,同一植物种植不同地点萌动期不同,公园游园植物萌动期比主干道提前3~5 d。不同种类宿根花卉覆盖度、越冬成活率和萎蔫率分别在90%~95%、81.6%~100%和0%~36.7%。宿根花卉第1年种植人工费及后期养护成本比一年生草本花卉低12元,第2年及以后投入成本仅为一年生草本花卉的6%左右。[结论]张家口地区宿根花卉种类较多,且具有更高的观赏价值和更低的后期管理成本,应用潜力比一年生草本花卉更大。

适宜播期提高农牧交错带春小麦产量和水氮利用效率

为了明确农牧交错带播种期对春小麦的产量、生育期和资源利用效率的影响，从2011年到2012年在内蒙古进行了小麦分期播种试验。试验共设置了5个播种期，从4月26日开始至6月5日结束，每播期间隔10 d。结果表明，随着播期的推迟，5月6日之后播种的各处理小麦产量显著降低，最后播种的小麦产量相比4月26日播种的减产63.3%～72.3%，对应的收获指数和千粒质量也大幅下降，主要是由于小麦晚播后抽穗至成熟阶段日平均温度降低所致。播期导致各生育阶段所需要的天数特别是播种到出苗期产生差异，但全生育期所需要的生理发育时间（发育最低温度Tb为0，最适温度To为20℃）在不同年份和播种期处理下均没有显著差异，稳定为95.3个生理日数（当每日平均温度均为最适温度时所需要的发育天数）。水分利用效率随着播期推迟呈现明显降低的趋势，与4月26日播种处理相比，最后播种处理的水分利用效率降低了68.8%～74.3%，主要是晚播小麦麦穗干物质质量占地上部干物质质量的比例降低，营养体生长过旺，增加了各生育期内的日耗水量。不同播期下，春小麦地上部植株氮素累积吸收量为14.0～17.0 g/m2。播种期对春小麦氮素累积吸收量没有显著影响。但由于早播处理小麦的收获指数和产量较高，所以氮素的吸收转化利用效率显著高于晚播处理。在农牧交错带适时早播春小麦不但可提高产量，而且还能大幅度提高水氮资源的吸收利用效率，这对该区域实现春小麦高产和稳产有着实际指导意义。

基于APSIM模型分析播期和水氮耦合对油葵产量的影响

播期调控和补充灌溉是保障北方农牧交错带油葵稳产和增产的有效措施,然而播期和水氮管理对油葵产量的耦合效应尚不明确。该文基于农牧交错带武川试验站2 a分期播种试验数据评估了APSIM-Sunflower模型的适应性,应用验证后的APSIM模型分析了播期和水氮耦合对油葵产量的影响。研究结果表明:油葵生育期模拟值与实测值均方根误差(RMSE)小于2.4 d,地上部干物质量和产量模拟的归一化均方根误差(NRMSE)分别为21.9%和5.5%,表明APSIM模型能够有效模拟油葵的生育期、地上部干物质量和产量。在有补充灌溉条件时,仅灌一水时在现蕾期补灌油葵产量最高,灌两水时在现蕾和灌浆期补灌产量最高。油葵最佳施氮量随着灌溉量的增加而上升;干旱年无灌溉、灌一水、灌两水和灌三水时最佳施氮量分别为40、60、60和70 kg/hm^2,正常年分别为50、70、80和90 kg/hm^2,湿润年分别为50、80、80和90 kg/hm^2。在湿润年和正常年时雨养、灌一水和灌两水条件下播期在5月中旬较其他播期产量分别高6.9%和11.6%,9.3%和12.0%,9.3%和16.4%,灌一水的产量变异系数分别低41.9%和8.9%;灌两水的产量变异系数分别低38.5%和12.5%;灌三水条件下播期在5月上旬时产量最高。干旱年时早播可降低产量年际间变异,但调控播期对提高产量作用较小。研究结果可为北方农牧交错带油葵生产播期和水氮管理提供参考。

播期和品种变化对马铃薯产量的耦合效应

马铃薯作为北方农牧交错带的主栽作物,随着气候向暖干化发展,其产量的稳定对保证该地区粮食安全有重要意义。为探究播期和品种耦合对农牧交错带马铃薯产量的影响,基于分期播种和品种比较试验的生育期和产量数据对APSIM-Potato模型进行调参和验证,利用验证后的模型设置连续模拟情景,比较不同耦合方式的产量及保证率,分析农牧交错带雨养马铃薯的最佳播期和品种耦合方式。结果表明:APSIM-Potato模型可以较好地模拟不同熟性马铃薯品种的生育期和产量,不同品种生育期实测值和模拟值的均方根误差(RMSE)均小于6.3d,不同品种产量实测值和模拟值的归一化均方根误差(NRMSE)均小于7.6%。雨养条件下,农牧交错带不同播期和品种耦合下马铃薯的多年平均鲜重产量为10494kg·hm?2;中熟品种‘克新一号’晚播(6月1日播种)的平均产量最高,为12 153 kg·hm?2,且可以保证在66.7%的年份产量高于不同耦合方式的平均值,较早播(4月26日播种)和中播(5月15日播种)的平均鲜重产量分别高16.3%和7.0%,较同一时期播种的早熟品种‘费乌瑞它’和晚熟品种‘底西芮’分别高18.7%和17.2%。本研究揭示了农牧交错带马铃薯播期、品种和环境存在显著的交互作用,播期推迟和选种中熟马铃薯品种是应对气候暖干化的重要方式,为该地区马铃薯适应气候变化和保证稳产高产提供了科学依据。

不同生产目标条件的马铃薯水氮管理优化

基于不同生产目标,优化不同降水年型下的水氮耦合方案对马铃薯生产的可持续发展具有重要意义。该研究基于中国北方农牧交错带地区27个站点的气象数据、土壤数据和管理数据驱动APSIM-Potato模型,设置不同的灌溉和氮肥耦合情景,基于土壤水分亏缺量设置灌溉情景(共设置10个灌溉梯度,即土壤水分亏缺范围为10~100 mm,间隔10 mm),施氮肥量为30~210 kg/hm^(2),梯度为30 kg/hm^(2),模拟分析不同降水年型下水氮耦合对马铃薯产量、水分利用效率和经济收益的影响,并推荐不同降水年型下获得不同生产目标的最佳水氮耦合方案。结果表明:农牧交错带干旱年型、正常年型和湿润年型下不同水氮耦合方案的马铃薯最高产量分别为30200~39400、28900~38800和27000~38000 kg/hm^(2),其中干旱年型下产量最高。干旱年型、正常年型和湿润年型下获得最高产量的灌溉量分别为589、544和512 mm,氮肥投入量均为最大值,即210 kg/hm^(2)。干旱年型、正常年型和湿润年型下不同水氮耦合方案的马铃薯最高水分利用效率分别为85.9、90.2和92.2 kg/(mm·hm^(2)),获得最高水分利用效率的灌溉量分别为172、107和87 mm,氮肥投入量均在60~120 kg/hm^(2)之间,其中干旱年型下投入量为60 kg/hm^(2)的站点比例最高。干旱年型、正常年型和湿润年型不同水氮耦合方案下马铃薯的最高收益分别为19340、18610和18470元/hm^(2),获得最高收益的灌溉量分别为226、152和116 mm,干旱年型和正常年型获得最高收益的氮肥投入量均在30~90 kg/hm^(2)之间,湿润年型下获得最高收益的氮肥投入量在60~90 kg/hm^(2)之间。研究结果有助于当地生产者基于不同的生产目标制定较优的水氮管理方案。

基于CMIP6气候模式的华北平原极端气温指数评估和预测

随着全球气候变暖,极端气候事件频发,对自然生态系统、社会经济及人类生产生活带来重要影响。预估未来气候情景下极端气候事件的发生有助于准确评估气候变化的影响程度。该文基于华北平原54个气象站的气候观测资料及CMIP6中20个全球气候模式(GCM)在4个气候情景下的未来气候预测数据,计算9种代表性极端气温指数,利用独立权重均值法(IWM)对多GCMs预测结果进行集合平均,旨在揭示华北平原历史(1971-2010年)和未来(2061-2100年)极端气温指数的时空变化。结果表明:基于IWM方法获得的多模式集合平均值与观测值的均方根误差(RMSE)和相对标准偏差(RSD)均低于算术平均法,能更好地反演历史极端气温指数的变化趋势;预测未来极端高温指数呈显著上升趋势,而极端低温指数将显著降低;极端气温指数(DTR除外)在历史和未来时期均存在明显的空间差异,其中高辐射强迫情景(SSP585)下的极端气温指数变幅最大,空间差异最显著。

农牧交错带马铃薯高产和水分高效利用的播期和品种选择

雨养马铃薯的稳产和增产对保障北方农牧交错带粮食安全有重要意义。农牧交错带马铃薯可播种期长且水热条件年际变异大,因此,不同的水热年型应选择不同的马铃薯播期和品种。该研究基于农牧交错带武川试验站典型水热年型(2017:暖干;2018:暖湿)的马铃薯分期播种耦合品种选型试验,选择早熟(费乌瑞它)、中熟(康尼贝科)和晚熟(克新一号)3个品种,耦合早播(04-27/04-28)、中播(05-15/05-16)和晚播(06-01/06-02)3个播期,以雨养马铃薯高产和水分高效利用为依据确定典型水热年型下的播期和品种优化组合,并揭示其互作效应对产量和水分生产力的影响。结果表明:不同水热年型下,播期和品种变化对马铃薯生育期、产量和水分生产力均影响显著,马铃薯全生育期最短仅90 d(早熟晚播),最长达138 d(晚熟早播),早、中和晚熟品种平均生育期有效积温分别为1691.5、1772.6和1944.6℃·d。随播期推迟马铃薯播种-块茎形成期缩短,而块茎形成-成熟期无显著变化。暖干年马铃薯的平均产量为6187.3 kg/hm^2,其中早熟品种(费乌瑞它)早播和中播的产量和水分生产力显著高于其他耦合方式;暖湿年马铃薯的平均产量为19390 kg/hm^2,其中晚熟品种(克新一号)中播的产量(23103.9 kg/hm^2)和水分生产力(6.8 kg/m3)最高。适宜的播期和品种优化组合降低了马铃薯生育期的水分胁迫。马铃薯产量和生育期气象因子的相关分析表明,块茎形成-成熟期的降水可以解释马铃薯产量变异的87%。研究可为不同水热年型下马铃薯种植选择最佳播期和品种组合提供科学参考。

中国马铃薯主产区生产特点、限制因子和对策分析

中国马铃薯产业的发展对于保障中国乃至世界粮食安全具有重要的意义。中国马铃薯种植面积和总产位居世界第一,但存在生产规模小、机械化水平低、病虫草害频发、单产低和产业链条不完善等诸多问题。根据气候和种植制度,研究细化了中国不同种植区马铃薯主要生产特点,结合现状总结了影响中国马铃薯产业发展的主要限制因子,并针对生产中的主要问题,提出未来中国马铃薯产业发展的相应对策和措施,为提升中国马铃薯主产区单产水平,保障马铃薯产业稳步发展和粮食安全提供参考。

马铃薯生长模型的研究进展及发展前景

马铃薯是继玉米、小麦和水稻之后的第四大主粮作物,其生产对保障粮食安全具有重要意义。马铃薯生长模型广泛用于指导马铃薯产量差缩减、水肥利用效率提升、栽培管理措施优化以及气候变化适应等方面,本文系统综述了马铃薯生长模型的发展历程、应用领域及发展前景。马铃薯生长模型的研究始于20世纪80年代,将马铃薯生长发育过程表达为数学模型,主要包括生育期和干物质积累模块,该时期马铃薯生长模型多用于马铃薯生产潜力的评价;20世纪90年代为马铃薯生长模型发展和完善阶段,土壤水氮模块逐步加入马铃薯生长模型,该时期马铃薯生长模型开始应用到农业生产系统分析中,具备了优化马铃薯水氮管理措施的性能;21世纪后马铃薯生长模型在第二代模型的基础上,从农业生产系统的角度出发,考虑了气候变化的影响,将马铃薯生长对CO2的响应模块加入到生长模型中,其机理性进一步加强。此后,马铃薯生长模型的应用更加深入,包括马铃薯产量差解析和缩差措施的提出、品种和播期等栽培管理措施优化以及气候变化影响评估和适应等。尽管马铃薯生长模型得到了广泛应用,但其在胁迫条件下的模拟精度需进一步评价。其次,马铃薯生长模型不能有效模拟马铃薯的大小薯比例,而商品薯的多少显著影响马铃薯的生产价值。此外,当前的马铃薯生长模型普遍缺乏对马铃薯生产有显著影响的病虫害模块。未来,应基于全球大数据、田间和控制试验,进一步提高马铃薯生长模型的机理性,同时加强马铃薯生长模型在育种、管理和环境耦合分析中的应用,并结合遥感数据和功能结构模型,发展新一代马铃薯生长模型,实现马铃薯生产智慧型管理。

未来升温情景下中国马铃薯产量和水分利用效率变化

升温和降水变化对全球马铃薯生产构成巨大挑战。揭示未来升温1.5和2.0℃情景下中国不同种植区马铃薯产量和水分利用的变化,对保障中国粮食安全具有重要意义。该研究基于中国不同地区的气候条件和种植制度,将全国马铃薯种植区划分为北方一作区、中原二作区、南方冬作区和西南混作区。进而,基于未来全球气温与基准期(1986-2005)的差值,推算得出全球升温达到1.5和2.0℃的时段分别为2016-2035年和2028-2047年。在全国马铃薯种植区共选择7个马铃薯典型品种。该研究基于气候模式通过降尺度获取的未来气象数据,驱动充分校正的APSIM-Potato模型,模拟分析未来升温1.5℃(2016-2035年)和2.0℃(2028-2047年)情景下中国不同种植区雨养和灌溉(基于土壤水分亏缺模型启动自动灌溉)马铃薯产量和水分利用的变化。结果表明:基准期(1986-2005年),雨养马铃薯产量、生育期蒸散量(evaportranspiration,ET)和水分利用效率(water use efficiency,WUE)分别为0.05~52.40 t/hm^(2)、7~454 mm和3~193 kg/(mm·hm^(2)),与基准期相比,升温1.5℃情景下,北方一作区和中原二作区马铃薯产量和ET呈增加趋势,产量分别增加1.46%和1.93%,ET分别增加3.14%和2.93%;南方冬作区和西南混作区产量和ET呈下降趋势,产量分别下降4.51%和12.74%,ET分别下降2.23%和8.44%;4个种植区马铃薯WUE均呈下降趋势。升温2.0℃情景下,北方一作区、中原二作区和南方冬作区马铃薯产量和ET均呈增加趋势,产量分别增加15.48%、1.54%和3.27%,ET分别增加12.12%、4.63%和4.19%,西南混作区产量和ET分别降低8.82%和8.29%;北方一作区马铃薯WUE呈增加趋势,其他3个区下降0.57%~3.25%。基准期(1986-2005年),灌溉马铃薯产量、ET和WUE分别为6.80~59.60 t/hm^(2)、151~631 mm和7.90~163.60kg/(mm·hm^(2)),与基准期相比,升温1.5℃情景下,北方一作区和中原二作区产量呈增加趋势,分别增加3.60%和3.00%,南方冬作区和西南混作区分别下降1.12%和11.79%;ET在北方一作区、中原二作区和西南混作区呈增加趋势,分别增加4.63%、3.99%和2.14%,在西南混作区下降4.87%;4个种植区马铃薯WUE均呈下降趋势。升温2.0℃情景下,北方一作区、中原二作区和南方冬作区产和ET均呈增加趋势,产量分别增加5.63%、6.82%和6.46%,ET分别增加11.94%、8.58%和7.12%,马铃薯西南混作区产量和ET分别下降8.56%和5.31%;4个种植区WUE均呈下降趋势。研究结果表明未来升温使北方一作区和中原二作区雨养和灌溉马铃薯增产,而导致南方冬作区和西南混作区减产。该研究可为中国马铃薯生产适应未来气候变化提供理论指导。

未来气候情景下农牧交错带不同灌溉水平马铃薯产量和水分利用效率

未来气候变化对农牧交错带不同灌溉水平马铃薯产量和水分利用的影响鲜有研究。该研究基于农牧交错带张北和武川站不同灌溉条件下大田试验数据评估了APSIM-Potato模型的适应性;基于33个全球气候模式(global climate model,GCM)通过统计降尺度方法获得的未来2个气候情景(RCP4.5和RCP8.5)逐日气候数据驱动APSIM-Potato模型,模拟未来气候变化对不同灌溉水平(灌1水、灌2水、灌3水和灌4水)马铃薯产量和水分利用的影响。结果表明:APSIM-Potato模型能够较好地模拟2个站点马铃薯产量和土壤水分动态。2个站点实测产量和模拟产量的相对误差均小于22.6%,实测土壤水分和模拟土壤水分相对均方根误差均小于18.1%。基于33个GCM模拟结果,2030 s、2060 s和2090 s马铃薯生育期温度、CO2浓度、总降水量和总辐射量相比于基准期(1981-2010)均呈增加趋势。相比于基准期灌1水、灌2水、灌3水和灌4水马铃薯产量,张北站和武川站在RCP4.5情景下均有提升,张北站为4.1%~36.2%,武川站为2.5%~13.6%。RCP8.5情景下,2个站点分别提升3.1%~36.8%和3.1%~38.5%。且2个气候情景下均是灌1水情景下马铃薯产量提升最高。2个气候情景下,马铃薯水分利用效率在2030 s-2090 s均呈增加趋势。研究结果表明未来气候变化对农牧交错带地区马铃薯产量和水分利用效率具有积极影响,未来气候情景下该地区更适宜灌溉马铃薯的生产。

CMIP5全球气候模式对华北平原气候的模拟和预估

以气候变暖为主要特征的全球气候变化对自然环境和农业生产有重要影响,准确预估未来不同气候情景下的气候变化能为应对其带来的负面影响提供必要的数据基础和科学依据。该文通过统计降尺度方法对CMIP5中33个全球气候模式(GCM)的未来气候情景数据进行时空降尺度处理,得到逐日站点数据,并基于多模式集合预估华北平原在两个典型气候情景(RCP4.5和RCP8.5)下未来气候变化的时空特征。结果表明:在时间变化上,2040年后温度在情景RCP8.5下的增幅远高于情景RCP4.5,至21世纪末增幅达到最高;太阳总辐射量变化趋势呈现明显的“减少-增加-稳定”特征;未来降雨量呈微弱上升趋势。在空间变化上,东部和西南部地区未来最高温度增幅最高,最低温度增幅呈现自西南向东北递增的空间格局;太阳辐射增幅表现为明显的“北低南高”,而降雨增幅自西北向东南递减。2040s(2031-2060)阶段各主要气候因子(温度、太阳辐射和降雨)增幅较小,而2080s(2071-2100)阶段增幅加大;不同气候情景下各气候因子增幅差异较大,温度和降雨在情景RCP8.5下的增幅明显高于RCP4.5,而太阳辐射在情景RCP4.5下的增幅高于RCP8.5。

河北坝上地区马铃薯产量变异的气候决定因子分析

河北坝上地区马铃薯主要在雨养条件下种植,年际间产量具有很大的变异。基于2010—2017年连续8 a的马铃薯生育期数据、产量数据和生育期内的气象数据,探讨了坝上地区马铃薯产量变异的气候决定因子,并分析了1961—2017年马铃薯生长季气候因子的变化。结果表明:1961—2017年坝上地区马铃薯生长季内总辐射平均每10 a下降66 MJ·m-2;最低温度和最高温度平均每10 a分别升高0.5℃和0.4℃;生长季内总降水无显著变化趋势,但年际间具有很大的波动性。试验年份马铃薯产量在8250~24500 kg·hm 2之间,变异系数为27.8%。生长季内总辐射对马铃薯产量具有一定的促进作用,但不显著(P>0.05);出苗~薯块形成期(R 2=0.31,P<0.05)和薯块形成~薯块膨大期(R 2=0.52,P<0.01)两个阶段的最高温度对马铃薯产量产生了显著的负影响;薯块膨大~成熟期的最大连续无有效降水日数决定了马铃薯产量变异的68%。薯块膨大~成熟期的最大连续无有效降水日数和有效降水、薯块形成~薯块膨大期的最高温度和总辐射共同可以决定坝上地区马铃薯产量变异的82%。马铃薯生育期内降水总量不是坝上地区马铃薯产量变异的决定因子,有效降水及分配情况与马铃薯产量相关性更大,未来持续升温的气候情境下坝上地区雨养马铃薯产量提升应从提高降水有效性和培育耐高温品种两方面制定措施。

农牧交错带灌溉和旱作模式下马铃薯耗水差异

为揭示北方农牧交错带地区马铃薯“水改旱”种植对其产量和水分利用的影响,选取中国北方农牧交错带地区27个站点,基于站点的气象数据、土壤数据和管理数据驱动充分验证的APSIM-Potato模型,模拟分析农牧交错带地区灌溉和雨养马铃薯的耗水差异。结果表明:北方农牧交错带地区马铃薯种植连续灌溉10、20 a和30 a的产量分别为15900~35600、16400~34800 kg·hm^(-2)和16600~34800 kg·hm^(-2),改为旱作后对应的产量分别为12800~30600、13900~29100 kg·hm^(-2)和12700~25500 kg·hm^(-2);灌溉马铃薯产量均表现为西部较高,旱作马铃薯产量则为东部较高。连续灌溉10、20 a和30 a的播前1 m土层土壤含水量分别为163~388、161~394 mm和154~398 mm,改为旱作后分别下降31.8%、35.3%和36.9%。连续灌溉10、20 a和30 a后的地下水消耗量分别为5360~21330、8910~43680 m^(3)·hm^(-2)和19920~65770 m^(3)·hm^(-2),均为西部地下水消耗较高;改为旱作后,地下水恢复量分别为860、1445 m^(3)·hm^(-2)和1580 m^(3)·hm^(-2),均为东部较高。连续灌溉10、20 a和30 a的水分利用效率分别为54.8~94.6、54.7~93.2 kg·hm^(-2)·mm^(-1)和54.6~93.9 kg·hm^(-2)·mm^(-1),改为旱作后分别下降2.7%、1.1%和6.0%。本研究结果可为决策部门基于当地水资源现状调整马铃薯种植模式提供参考。

河北坝上地区不同降水年型下马铃薯耗水特征

基于2010-2017年连续8年的马铃薯生育期和产量数据、以及生育期内气象和土壤数据,利用作物-土壤水分平衡公式的方法,揭示坝上地区马铃薯在不同降水年型下不同生育阶段的耗水特征。结果表明:研究区马铃薯生育期内降水量在260~449 mm之间,其中25%的试验年份为干旱年份;不同生育阶段的耗水量在25~182 mm之间,其中播种~出苗阶段和薯块形成~薯块膨大阶段在湿润年型下耗水量最大,出苗~薯块形成阶段在干旱年型下耗水最多,薯块膨大~成熟阶段在正常年型下耗水最多;薯块形成~薯块膨大阶段的日耗水量显著高于其他阶段,干旱、正常和湿润年型下该阶段的日耗水量分别为3.6、3.9 mm和4.7 mm。2010-2017年马铃薯产量8 250~24 500 kg·hm -2 ,水分利用效率32~135 kg·hm -2 ·mm -1 ,其中干旱年型下马铃薯水分利用效率最高,显著高于其他年型;另外薯块膨大~成熟阶段耗水量的增加对马铃薯产量具有显著的正效应。坝上地区在马铃薯薯块膨大~成熟阶段增加灌溉并且在其他阶段进行适当的干旱胁迫对提升该地区的马铃薯产量具有重要的意义。

华北平原冬小麦产量变异的气象影响因子分析

采用1988-2015年华北平原冬小麦种植区46个市的统计产量和相应46个气象站点的逐日气象资料,通过Logistic曲线和双曲线方法分离出气象产量,并构建气象产量与生长季主要气象因子的多元统计关系,以明确华北平原冬小麦产量变异的气象影响因子。结果表明:(1)1988-2015年华北平原冬小麦产量在3200~6800kg·hm^(-2),中部地区产量最高,南部地区产量的变异高于中部和北部地区。(2)生长季日照时数、温度和降水平均值的年际变化影响了17%~78%的气象产量的变异,其中54%的地区达到显著水平(P<0.05)。影响程度较高的地区主要分布在河北南部、山东西部和河南的东北部地区。(3)播种-返青阶段的降水显著影响产量变异,降水量每增加1%,天津、驻马店及山东西北部等地产量将上升13~74kg·hm^(-2),而河北北部、河南南部、山东南部等地产量将下降16~80kg·hm^(-2)。返青-成熟阶段对产量变异影响较大的因子为最低气温,平均最低气温每上升1?C,天津和石家庄、山东东部和西部及河南东部等地产量将增加50~295kg·hm^(-2),而北京、唐山和枣庄等地将减少76~124kg·hm^(-2)。总体来看,温度对华北平原冬小麦产量变异影响范围更广且更加显著,但气象因子对产量变异的影响受局地品种和管理措施等影响呈现较大的空间差异。

2013-2020年京津冀地区PM_(2.5)浓度时空变化模拟及趋势分析

为研究京津冀地区PM_(2.5)浓度时空变化趋势,利用多角度大气校正(MAIAC)气溶胶光学厚度(AOD)产品,结合气象和土地利用等数据,构建线性混合效应(LME)和地理加权回归(GWR)组成的两阶段统计回归模型,建立了2013-2020年1 km空间分辨率的PM_(2.5)浓度数据集。结果显示:模型交叉验证后的决定系数(R^(2))、斜率、均方根预测误差(RMSPE)和相对预测误差(RPE)范围分别为0.85~0.95、0.87~1.05、7.87~29.90μg/m^(3)和19.19%~32.71%,数据质量较高;2013-2020年京津冀地区PM_(2.5)浓度呈现出明显的时间特征(冬季高、夏季低)和空间特征(南部平原高、北部山区低);相对2013年,2020年PM_(2.5)高浓度区域明显缩小,年均浓度下降54.04%,全域降至55μg/m^(3)以下,由于政府对污染物排放的严格控制,2015-2017年冬季PM_(2.5)浓度出现大幅下降;相对2017年,2018-2020年PM_(2.5)浓度下降不明显。研究结果可为京津冀及周边地区空气污染防治提供科学依据。

基于遥感数据估算近地面PM_(2.5)浓度的研究进展

卫星反演的气溶胶光学厚度(AOD)具有广泛的空间覆盖度和相对较高的时空分辨率.基于AOD与PM_(2.5)的相关关系来估算PM_(2.5)浓度已成为监测近地面PM_(2.5)的有效途径,其估算结果较可靠,能够为治理PM_(2.5)污染提供数据基础和科学依据.从反演AOD数据集和PM_(2.5)浓度估算模型2个方面进行梳理归纳,从卫星轨道运行类型角度分析各类传感器的产品特征,并对缺失AOD的插补方法进行分类评价;对PM_(2.5)浓度的估算模型进行比较分析,指出不同模型的优缺点和适应性.结果表明:①各类卫星传感器均具有特定功能及优缺点,其中地球同步轨道(GEO)卫星的快速发展,使其在估算PM_(2.5)浓度的应用上越来越广泛.②插补后的AOD比AOD初始产品具有更连续的时空分布和更高的准确性,基于模型的多变量估算不仅可以实现数据的全面覆盖,还可以获得更好的估算精度.③组合模型成为估算PM_(2.5)浓度的重要方法,机器学习模型的加入能够有效提高PM_(2.5)浓度的估算精度.研究显示,利用AOD估算近地面PM_(2.5)浓度不仅弥补了地面PM_(2.5)监测的空间不连续性,更有助于解析PM_(2.5)浓度的时空分布特征及污染来源.

气候变化对我国主要粮食作物产量的影响及适应措施

过去几十年气候变化对我国主要粮食作物产量产生了重要影响,为了研究作物产量对气候变化的响应和适应,保障粮食安全,基于国内相关研究文献,分析归纳了研究方法,综述了国内小麦、玉米和水稻等主要粮食作物产量对气候变化的响应和适应,得出如下结论:(1)作物产量对气候变化响应的研究方法主要包括田间试验观测、统计分析和作物模型模拟等方法,其中田间观测法最直观,统计分析法可操作性强、应用最为普遍,作物模型模拟机理性强,可以定量描述气候因子对作物产量的影响,外推效果好;(2)近几十年来,小麦生育期内气温升高和辐射变化使我国北方小麦增产0.9%~12.9%,南方小麦减产1.2%~10.2%;气候变暖对玉米产量贡献率为-41.4%~0.4%;水稻生育期内气温升高和辐射增强有利于东北地区水稻产量增加,增产贡献率为1.01%~3.29%,而辐射减弱对长江流域等南方主要水稻种植区的水稻产量(长江流域晚熟稻除外)产生不利影响;(3)未来气候变化情境下小麦应从延长生殖生长期、增加籽粒数量和提高收获指数等方面培育新品种应对气候变暖对作物产量的不利影响;耐高温和长生殖生长期的玉米品种可以用来应对气温、降水等气候因子的变化;水稻则应选育耐高温品种应对气温和辐射等因子的变化所带来的作物生产上的风险。