上海市近30年主要农业气象灾害时空演变

根据1991—2020年上海11个自动气象站日气温、降水、风速资料,采用线性倾向等方法分析上海高温、低温、暴雨和大风等农业气象灾害的时间变化特征,ArcGIS插值方法分析农业气象灾害的空间分布特征。结果表明:30年来上海高温日数呈增加趋势,近郊多于远郊,西北部多于东南部,7月下旬出现5 d以上高温的概率达33.3%;低温日数呈减少趋势,远郊多于近郊,西北部多于东南部,1月下旬出现5 d以上低温的概率达43.3%;暴雨日数和年暴雨总量呈增加趋势,近郊多于远郊,东部多于西部;大风日数和极大风速呈减少趋势,东部大于西部。结合农业气象灾害的变化特点,建议加强耐温水稻和蔬菜品种的筛选,在上海近郊宜种植耐高温的作物品种,而在远郊宜种植耐低温的作物品种。研究结果可为上海农业结构调整和土地利用规划等提供技术参考。

模拟酸雨对冬小麦-大豆轮作农田土壤呼吸、硝化和反硝化作用的影响

为研究模拟酸雨对冬小麦-大豆轮作农田土壤呼吸、硝化和反硝化作用的影响,在农田进行随机区组试验,布设4个区组,每块区组随机设置4个模拟酸雨处理,分别为去离子水A1(pH=6.7)、A2(pH=4.0)、A3(pH=3.0)、A4(pH=2.0)。采用LI-8100开路式土壤碳通量测量系统对不同酸雨强度的冬小麦-大豆轮作农田进行土壤呼吸速率观测,并采用气压过程分离技术(BaPS)测定不同酸雨处理的土壤CO2产生速率、硝化速率和反硝化速率。试验结果表明,冬小麦田各处理间土壤呼吸速率无显著差异(P>0.05);大豆田高强度模拟酸雨A4处理明显抑制了土壤呼吸作用(P<0.05)。就冬小麦-大豆轮作生长季而言,各处理土壤呼吸速率无显著差异(P>0.05),其平均土壤呼吸速率分别为(2.26±0.11)、(2.31±0.20)、(1.91±0.09)、(2.03±0.17)μmol·m-2·s-1。冬小麦田A1、A3、A4处理间土壤CO2产生速率、硝化速率和反硝化速率均无显著性差异(P>0.05)。高强度模拟酸雨抑制了大豆田土壤CO2产生速率;大豆田A1、A3、A4处理的硝化速率测定均值分别为(191.6±36.1)、(261.6±36.3)μg·kg-1·h-1和(255.2±45.1)μg·kg-1·h-1,这3个处理的反硝化速率均值分别为(172.8±19.8)、(216.0±45.7)μg·kg-·1h-1和(216.3±44.6)μg·kg-·1h-1。研究表明,模拟酸雨强度升高未显著影响冬小麦田土壤呼吸、硝化和反硝化作用;高强度模拟酸雨(pH=2.0)降低了大豆田土壤呼吸速率和CO2产生速率,但对土壤硝化和反硝化作用有促进作用。

模拟酸雨对北亚热带天然次生林土壤呼吸的影响

于2009年3月-2010年1月在南京市郊龙王山北亚热带天然次生林进行模拟酸雨试验，以便携式土壤C02通量观测仪对不同酸雨强度处理下的林地土壤呼吸速率进行原位测定，研究酸雨对森林土壤呼吸的影响．结果表明，在本试验阶段，4个酸雨强度处理CK（pH值6．4，去离子水）、T1（pH值4．5）、T2（pH值3．5）、T3（pH值2．5）的平均土壤呼吸速率分别为（3．20±0．21）、（3．34±0．30）、（3．51±0．06）、（2．99±0．23）μmol/（m^2．s），酸雨各处理的土壤呼吸季节变化规律显著．由于森林植被生长期季节变化明显，将其分为非生长季1（2-4月）、生长季（5-10月）、非生长季2（11月～次年1月）3个阶段．配对t检验分析各阶段土壤呼吸速率的结果表明，在非生长季1，模拟酸雨未抑制土壤呼吸作用，T1和T2酸雨处理反而促进了土壤呼吸作用；在生长季，高强度模拟酸雨T3显著抑制了土壤呼吸作用；在非生长季2，也出现了模拟酸雨促进土壤呼吸作用的现象；对于整个观测阶段而言，低强度模拟酸雨处理未显著改变北亚热带天然次生林的土壤呼吸，仅高强度模拟酸雨T3显著抑制了土壤呼吸作用．不同酸雨强度处理下的土壤呼吸速率与土壤温度的指数回归关系均达显著水平（P〈0．01），CK、T1、T2、T3处理的Q10值分别为3．04，2．73，2．83，2．51，模拟酸雨处理降低了北亚热带天然次生林土壤呼吸的温度敏感性．

酞菁铜纳米线光电性能研究

纳米级材料具有更强的光电探测性能.将制备的酞菁铜纳米线涂层在叉指电极上,系统研究了酞菁铜纳米线的光电探测性能,发现其是一种具有高响应度的光电探测材料.使用扫描电子显微镜、X线衍射、傅里叶变换红外光谱和紫外-可见光谱对酞菁铜纳米线的形貌和结构进行了表征.文中制备的酞菁铜纳米线的晶体结构为η相.通过光电性能测试,酞菁铜纳米线表现出比原料更优异的光响应.使用AM 1.5 G太阳模拟器作为光源(100 mW/cm 2),在所有偏置电压下,酞菁铜纳米线都有明显的光响应,而酞菁铜原料的光暗电流极不稳定.在紫光(395 nm)、蓝光(455 nm)、绿光(525 nm)、红光(850 nm)照射条件下,酞菁铜纳米线的光响应度远高于酞菁铜原料,是原料的7.9412×103、7.3878×103、6.0015×103、4.5648×103倍.酞菁铜纳米线相比于原料更为优异的光电特性为其在光电探测器方面的深入研究提供了基础.

上海单季晚粳稻主要生育性状的动态模拟

20世纪50年代以来,上海地区粮食耕作制度和水稻品种经过不断更替,发展为目前的稻麦(或稻油)轮作为主的一年两熟制,其中水稻主要以单季晚粳稻为主。为了对单季晚稻的生长状况进行有效预估,采用线性逐步回归方法建立水稻生育期间隔日数与气象因子的关系模型;选择已有成熟的模型(或模块),在参数定标的基础上,建立水稻茎蘖动态、叶龄和灌浆过程模型。选用2014-2016年杂交粳稻"秋优金丰"共16个播期的田间试验观测资料进行参数定标及模型有效性验证,在此基础上模拟水稻各生育性状的动态变化,并对模拟效果进行误差分析。结果表明,各模型均能较好地模拟单季晚粳稻发育期、茎蘖动态、叶龄和灌浆过程,发育期和叶龄模型模拟值与实测值的相关系数(R)均达0.95以上(P<0.001),归一化均方根误差(RMSEn)均在10以下;茎蘖动态和灌浆动态模型模拟值与实测值的R值均达0.85以上(P<0.001),RMSEn分别为19.8和31.2,粒重的模拟误差主要出现在灌浆的中后阶段。总体来看,各模型对上海地区单季晚粳稻具有较好的模拟性能,能够为生育期、茎蘖消长、叶龄和灌浆过程的动态预测提供依据。

涝害对夏季青菜叶片损失和产量影响的模拟

以青菜品种‘华王’为试验材料,采用随机区组试验,研究涝害对夏季青菜叶片损失及产量的影响。结果表明:青菜叶片损失率与叶龄呈先正比后反比关系,在相同淹水历时条件下,随着淹水处理后日数的增加,青菜植株密度降低,鲜重产量损失率增加;随着淹水历时的增加,青菜干物质重减少,干物质重损失率增加,均呈极显著性相关。研究结果为青菜涝害损失评估及气象指数保险产品的开发提供技术支撑。

上海地区单季晚稻生长期降水量对产量的影响及产量预估

为探索上海地区单季晚稻生长期内降水量分配对产量的影响。采用降水集中度(Precipitation Concentration Degree,PCD)和集中期(Precipitation Concentration Period,PCP)研究1971~2015年单季晚稻全生育期内降水非均匀分布特征,运用趋势分析法研究单季晚稻全生育期降水分配情况及各生育期降水量与产量之间的关系,基于CMIP5全球气候模式情景下降水预估资料,估算2020~2045年上海地区单季晚稻生长期降水量对气象产量影响变化。结果表明:近45年单季晚稻生长季PCD变化趋势不显著,降水分布不均匀,PCP主要集中在7月27日至9月11日,即孕穗期和抽穗期;在分蘖期的降水量占全生育期总量的29.9%,孕穗期占26.2%,抽穗期占7.1%,成熟期占10.8%,分蘖期和孕穗期降水占全生育期的1/2以上;孕穗期降水量与单季晚稻气象产量的负相关关系达显著水平(p<0.05);未来30年内降水量对单季晚稻气象产量的负效应略大于正效应,即减产作用大于增产作用。未来气候变化情景下单季晚稻生长期内降水量的变化对产量有影响,应制定相应的适应措施。

长江下游地区作物生长季水分资源变化特征及影响分析——以上海地区为例

文章旨在合理利用水稻生长季的农业气候资源,提高农业气象防灾减灾能力。利用1961—2015年上海地区10个气象站逐日降水资料,应用降水集中度和降水集中期的概念分析了上海地区单季晚稻生长季水分资源变化规律、特征和分布条件。结果表明:近55年单季晚稻生长季年降水量呈增加趋势,降水线性倾向率是33.6/10 a;大雨和暴雨量级增长趋势明显,平均每10年分别增加33.6 mm和32.0 mm。降水日数变化趋势不明显,与不同降水量级之间存在着明显的反相关;年降水量与降水日数之间变化特征一致,存在同步性(通过0.01显著性水平检验)。降水量变异系数在1995—1997年、2008—2010年和2011—2013年的年份间数值较小,3年平均降水相对变率呈持续上升趋势。PCD变化趋势不显著,降水分布不均匀,PCP主要集中在6月19日—8月7日,均值在7月14日。研究结果为单季晚稻生长季水分资源利用,应对气候变化提供科学参考。

上海地区葡萄结束自然休眠时间的时空分布分析

根据2005—2020年上海郊区10个气象站小时气温资料,统计分析了满足葡萄450 h、750 h、1050 h、1350 h(≤7.2℃模型)需冷量结束自然休眠时间。结果表明:满足需冷量450 h结束自然休眠时间的时间分布,最早为2009年12月22日,最晚为2020年1月16日,年际间差异为23 d;满足需冷量750 h结束自然休眠时间的时间分布,最早为2010年1月8日,最晚为2020年2月6日,年际间差异为29 d;2016年以来结束自然休眠时间偏晚的年份有增多趋势。满足需冷量450 h结束自然休眠时间的空间分布,最早为崇明(12月30日),最晚为宝山(1月6日),空间差异为7 d;满足需冷量750 h结束自然休眠时间的空间分布,最早为崇明(1月15日),最晚为浦东(1月23日),空间差异为8 d。葡萄结束自然休眠时间的年际差异明显大于空间差异,年际差异和空间差异随需冷量的增加而增大;在空间分布上,中部偏晚,西部、北部及南部部分地区葡萄结束自然休眠时间偏早;2007年以来有部分气象站未满足需冷量(1050 h以上)的条件。该结果可为上海地区葡萄引种、促成栽培品种选育和确定覆膜时间提供技术支撑。

陆地生态系统土壤呼吸时空变异的影响因素研究进展

土壤呼吸是碳循环中的1个重要过程,土壤呼吸作用的过程及其影响因子对理解陆地碳循环极为关键.本文对迄今为止国内外关于土壤呼吸时空变异性影响因素的一些研究进行综述,分析了气候、植被、土壤因素对土壤呼吸变异性的影响规律.以往的研究表明,气候因素中对土壤呼吸具有重要影响的因子为气温和降水,植被因素中对土壤呼吸具有重要影响的因子为叶面积指数、凋落物质量、细根生物量,而土壤因素中的有机碳含量、质地对土壤呼吸具有影响.气候、植被、土壤因素对土壤呼吸的影响往往表现为综合作用.温度、降水一方面直接影响土壤中根系和微生物的呼吸速率,另一方面通过影响植物、微生物生长以及土壤条件从而间接影响土壤呼吸.要更深入地了解土壤呼吸时空变异性的影响因素,须解决4个方面的主要问题,分别为:定量区分土壤呼吸中自养和异养组分,土壤呼吸观测方法及时间尺度统一,土壤呼吸与环境因子的同步观测,加强对湿地生态系统土壤呼吸的观测.

南京北郊春季地面臭氧与氮氧化物浓度特征

2009年3—5月,采用NO-NO2-NH3分析仪和O3分析仪对南京市北郊大气O3、NO、NO2和NOx浓度进行连续观测,研究南京北郊春季大气臭氧与氮氧化物浓度变化特征。结果表明:O3浓度的日变化呈单峰型结构,白天较高,夜晚较低,在06:00左右出现最低值,14:00左右出现峰值,且工作日的O3浓度值明显高于周末的O3浓度值。NOx的日变化呈现双峰型变化规律,早上07:00左右出现第1个峰值,下午14:00—15:00左右达到最低值,午夜23:00左右出现第2个峰值。从3—5月份,NO浓度明显下降,3月份的变化幅度比较大;NO2浓度则明显上升,5月份变化幅度较大。3—5月NO与O3之间呈显著的负相关关系,4—5月NO2、NOx与O3呈显著的负相关关系。

亚热带次生林土壤自养和异养呼吸研究

以南京市郊北亚热带次生林为研究对象,于2010年设置挖沟断根和不断根处理小区,观测了土壤呼吸、异养呼吸的季节变异规律,并以此计算了自养呼吸速率,同时,观测了土壤温度、湿度等环境因子.结果表明,土壤呼吸、异养呼吸具有相似的季节变化规律,季节平均土壤呼吸、异养呼吸和自养呼吸速率分别为3.42、2.36和1.06μmol.(m2.s)-1.回归分析表明,异养呼吸随土壤呼吸增大而增加,异养呼吸(y)与土壤呼吸(x)之间的关系可用对数回归方程描述,该方程可解释异养呼吸90.5%(R2=0.905)的季节变异.进一步的分析表明,土壤呼吸不同组分与温度间均存在指数回归关系,描述土壤呼吸、异养呼吸、自养呼吸与温度间关系的指数回归方程可分别解释78.4%、76.4%和65.6%的变异,P值均达到极显著水平(P<0.01).根据回归方程估算的土壤呼吸、异养呼吸和自养呼吸温度系数Q10值分别为1.97、1.76和3.31.本研究表明,在树木生长的3～10月,土壤呼吸自养和异养组分的比例分别为69%和31%,且异养呼吸的温度敏感性显著小于自养呼吸的温度敏感性.

中国陆地生态系统土壤呼吸的年际间变异及其对气候变化的响应

土壤呼吸是碳循环中一个重要过程,准确估算中国陆地生态系统土壤呼吸量对于研究区域碳循环过程具有重要意义.采用基于气温、降水和土壤有机碳储量的统计模型估算了中国陆地生态系统土壤呼吸量,初步分析了1970～2009年这40年间中国土壤呼吸量的变异及其与气候因子的关系.结果表明,从空间分布上来看,土壤呼吸量最高的区域主要集中在南方地区,这与我国南方地区气温较高、降水量较大有关;而西北内陆地区和青藏高原的土壤呼吸量相对很低,这一方面与这些地区降水量较少有关,也与土壤本底有机碳含量较低、土壤比较贫瘠有关;另外,东北部分地区的土壤呼吸量也较高,而这一地区在地理上属于气温较低的区域,这很可能是由于该区域土壤有机碳储量较高导致了土壤呼吸量较高.1970～2009年中国陆地生态系统各年土壤呼吸量存在差异,其变异范围为4.58～5.19PgCa-1,1970～2009年40年平均土壤呼吸量为4.83PgCa-1,这一估算结果与以往研究基本一致.中国陆地生态系统对全球土壤呼吸的贡献在4.93%～6.01%之间.回归分析表明,土壤呼吸变异系数与降水和气温变异系数均具有显著的线性回归关系,可见随降水和温度变异性增大土壤呼吸的变异性也相应增大.今后,区域土壤呼吸量估算准确性的提高不仅依赖于土壤呼吸、气候、植被和土壤因子的长期同步观测样本量的增加,还取决于土壤属性数据库的不断丰富和完善.

臭氧浓度升高与土壤湿度对农田土壤微生物呼吸温度敏感性的影响

为研究臭氧浓度升高条件下土壤湿度对农田土壤微生物呼吸温度敏感性的影响,采集经过3个生长季臭氧(100 nL.L-1)熏蒸及对照(CK)处理的农田土壤,在不同土壤湿度下研究土壤微生物呼吸对温度升高的响应规律.结果表明,在土壤湿度适宜的情况下,无论臭氧浓度升高处理还是对照处理中的土壤微生物呼吸均与土壤温度呈现出极显著的指数回归关系.就整个培养试验阶段的平均值而言,CK和100 nL.L-1臭氧处理下的平均土壤呼吸速率分别为0.48和0.33μmol.(m2.s)-1,前者比后者高约45%.臭氧浓度升高显著抑制了土壤微生物呼吸速率,并且显著降低了土壤微生物呼吸的温度敏感性.进一步的结果表明,正常土壤中土壤微生物呼吸的Q10随土壤湿度增加(20%～35%)而下降,而臭氧浓度升高改变了土壤中两者间的这种规律.综合本研究中的结果与以往关于土壤呼吸温度敏感性的研究结果,将Q10与土壤湿度(体积含水量)进行回归分析,可见两者间呈现极显著的二次函数关系,由此可推断其最大Q10值对应的土壤含水量在20%～25%范围内.

臭氧浓度升高对冬小麦田土壤呼吸、硝化和反硝化作用的影响

为研究臭氧浓度升高对农田土壤呼吸、硝化和反硝化作用的影响,采用开顶箱(OTC)法设置3个臭氧浓度处理,分别为对照CK、T1(100 nL.L-1臭氧)和T2(150 nL.L-1臭氧).以便携式土壤CO2通量观测仪测定不同臭氧浓度处理下的冬小麦田土壤呼吸速率,并采用气压过程分离(BaPS)法测定不同处理的土壤CO2产生速率、硝化速率和反硝化速率.结果表明,在本实验阶段内,CK、T1、T2处理的土壤呼吸速率之间无显著差异(p>0.05),其平均土壤呼吸速率分别为(5.36±0.72)、(5.08±0.04)、(4.94±0.18)μmol.(m2.s)-1.CK和T2处理的硝化速率和反硝化速率也均无显著差异(p>0.05).不同臭氧浓度处理下的土壤呼吸速率与土壤温度的指数回归关系均达显著水平(p<0.05),CK、T1和T2处理的土壤呼吸的Q10值分别为1.72、1.58和1.51.Pearson相关分析结果表明,CK处理中土壤硝化速率与反硝化速率和土壤含水量之间均存在显著相关关系(p<0.05),其相关系数分别为0.828和0.890;T2处理中硝化速率与土壤含水量之间存在显著相关关系(p<0.05),其相关系数为0.772.本研究表明,臭氧浓度升高未显著改变冬小麦田土壤呼吸、硝化和反硝化速率,但臭氧浓度升高显著降低了土壤呼吸的温度敏感性.