气候变化背景下中国不同区域玉米生育期高温胁迫时空变化特征

研究气候变化背景下作物生长季高温热害的时空分布和变化特征,对于制定适应气候变化的作物栽培管理技术有重要的参考意义。本研究利用我国558个气象站点的逐日气象数据和物候期数据,分析了1961—2020年玉米不同生育阶段的高温度日(heat degree days,HDD)及其气候倾向率的时空变化特征。结果表明,1961—2020年,我国玉米全生育期及各生育阶段的HDD整体呈升高趋势,不同农作区玉米全生育期HDD增加1.19~9.27℃d(10a)^(-1),四川盆地农作区、华南农林渔区和西北农牧区增幅较高,分别显著增加8.79、9.27和5.81℃d(10a)^(-1)。不同生育阶段HDD变化趋势呈现明显区域差异,北方农作区玉米HDD在生育前期增幅较大,而南方农作区玉米HDD在生育后期增幅较大。播种-抽穗期,北方农作区中西北农牧区和北部中低高原农牧区HDD分别显著增加2.67℃d(10a)^(-1)和2.00℃d(10a)^(-1),黄淮海平原农作区增加1.41℃d(10a)^(-1),都高于其他农作区。抽穗至乳熟期,南方农作区的HDD增幅较大,华南农林渔区和四川盆地农作区HDD分别显著增加3.68℃d(10a)^(-1)和2.11℃d(10a)^(-1)。乳熟至成熟期,南方农作区HDD增幅为0.88~5.31℃d(10a)^(-1),大幅超过北方农作区的-0.01~0.59℃d(10a)^(-1)。因此,为应对不断增加的玉米高温胁迫风险,北方玉米产区应重点关注播种-乳熟期高温对玉米生产的影响,南方玉米产区应重点关注抽穗后高温对玉米生产的影响。

生物炭对设施土壤化学性质及黄瓜产量品质的影响

为探究生物炭对设施土壤的改良作用,2014年和2015年通过田间试验,分别研究施用不同用量的生物炭对设施土壤化学性质及黄瓜生产的影响。研究表明,不同生物炭施用量对土壤速效钾和硝态氮含量作用效果差异显著,当季施用生物炭的处理明显增加土壤速效钾含量60～152 mg/kg,有效减缓了速效磷的下降趋势14.57%～18.42%,与对照相比提高了土壤有机碳的含量1.76～2.59倍,土壤pH值提高了0～0.22个单位,生物炭对降低表层土壤的电导率效果显著。施用生物炭能够增加黄瓜的产量和品质,果实中维生素C含量提高5.64%～13.26%,可溶性糖含量提高17.21%～40.73%,硝酸盐含量降低0.94%～8.34%。当季施用生物炭明显提高了土壤中有效养分的含量和黄瓜产量,改善了黄瓜品质,而施用生物炭1年后促进效果减弱。

近35年吴桥县夏玉米水分亏缺变化趋势分析

为探讨自然降雨和有限灌溉条件下提高夏玉米的产量和水分利用效率。本研究利用1981—2015年吴桥气象数据和SIMETAW模型,分析黑龙港流域夏玉米全生育期及播种-出苗、出苗-拔节期、拔节-吐丝期和吐丝-成熟期4个生育阶段的有效降水量、需水量、降水耦合度和水分亏缺指数(CWDI)的变化趋势,同时分析水分亏缺对夏玉米产量的影响。结果表明:1)近35年来夏玉米全生育期水分亏缺指数呈不显著下降趋势;降水耦合度呈不显著上升趋势;需水量呈显著上升趋势。生育期延长是夏玉米需水量上升的主导因素,30年来生育期延长20多天;2)夏玉米全生育期干旱程度主要为无旱和轻旱,概率分别为51.43%和45.71%,播种-苗期和吐丝-成熟期水分亏缺指数最高;3)一般年份,夏玉米需水量与降水耦合度高,降水基本能满足夏玉米生产;水分亏缺严重的年份,应在吐丝-成熟期补灌1次。

1961—2020年中国玉米需水量及水分盈亏的时空变化格局

为明确不同区域玉米需水量的时空变化,根据联合国粮食与农业组织(FAO)推荐的彭曼公式和作物系数法,利用1961—2020年558个典型气象站点的标准气象数据对我国不同区域玉米的生育期作物需水量进行计算,并结合玉米生育期内的降水量进一步分析不同区域玉米的水分盈亏时空变化。结果表明,全国玉米生育期内需水量在区域间呈现明显的差异,多年平均在285~987mm/年,春玉米的需水量要高于夏玉米,二者的多年平均值分别为468和326mm/年。其中西北农牧区、北部中低高原农牧区和东北农林区为春玉米需水量的高值区,需水量分别为699、566和496mm/年。玉米的水分亏缺量在不同区域间也有明显的差异,各区域的水分亏缺量在3~638mm/年。西北农牧区春玉米的水分亏缺量最高,其均值高达638mm/年,其次为北部中低高原农牧区和东北农林区,水分亏缺量分别为324和145mm/年。从这60年的需水量和水分亏缺量变化趋势来看,不同区域呈现不同变化趋势,其中长江中下游平原农作区、华南农林渔区和西北农牧区的春玉米水分亏缺量呈下降趋势,北部中低高原农牧区、四川盆地农作区和西南中高原农林区呈增加趋势,夏玉米水分亏缺量呈下降趋势。此外,1961—2020年玉米全生育期需水量在年际间存在一定的变化。

基于MaxEnt模型的中国裸燕麦种植气候适宜性评价

为探究中国裸燕麦种植的气候适宜性,利用MaxEnt模型,基于1991—2017年全国707个标准气象站点数据,结合裸燕麦地理分布信息,分析影响裸燕麦分布的气候指标并对裸燕麦潜在适宜区进行划分。结果表明,从16个潜在气候因子中筛选出影响裸燕麦种植分布的4个主导气候因子,分别为:年降水量、年平均最低气温、日均温≥30℃日数和气温年较差;其最适宜阈值分别为302.7~462.8mm、-3.5~1.0℃、2.3~21.1d和29.2~37.4℃。MaxEnt模型模拟裸燕麦种植的气候最适宜区、适宜区、次适宜区与不适宜区面积分别为386.37×10^(3)、780.72×10^(3)、2 593.53×10^(3)和5 894.10×10^(3) km^(2),分别占中国陆地总面积的4.00%、8.09%、26.86%和61.05%。中国裸燕麦种植的气候最适宜区和适宜区多数分布在华北和西北,主要包括内蒙古自治区中部、河北与山西两省的北部、宁夏回族自治区南部、甘肃省南部以及青海省中东部,另外在新疆维吾尔自治区西部和西藏自治区山南地区也有零星最适宜区分布。中国东北地区西部的适宜区面积辽阔,发展裸燕麦规模种植的潜力较高。

沧州市农业水足迹变化特征与驱动因素分析

为解析影响沧州市农业水足迹增长的驱动因素,本研究利用水足迹评价和灰色关联度分析的方法,计算并分析沧州市农业水足迹的结构、利用和产出效率及其时空分布。结果表明:1994—2014年沧州市农业水足迹持续增长,21年增长1.63倍。在农业水足迹中,种植业水足迹所占的比重最大,畜牧业水足迹的总量和占农业水足迹的比重持续增长;水足迹构成分析表明,沧州市蓝水足迹所占比重最大,说明农业用水中灌溉水尤其是抽取的地下水占主体地位,沧州的农业生产特别是种植业生产严重依赖地下水资源。农业水足迹在空间上分布差异明显,中部县市高于北部和南部县市;沧州各县市的农业水足迹利用效率与产出效率也呈增长趋势,单位水足迹创造产值持续上升;灰色关联分析表明,有效灌溉面积比例、耕地复种指数和农村人口是农业水足迹关联度最高的3个驱动因子。