气候变化背景下我国天麻种植适宜性和适宜区的评估

气候变化通过改变物种栖息地的适宜性来影响物种的生长区域。天麻作为中国珍稀濒危药用植物,评估其种植适宜区分布以及气候变化对天麻种植适宜性的影响可以为天麻生产布局提供重要依据。本研究采用MaxEnt模型,基于我国天麻地理分布数据和环境数据,模拟天麻种植适宜性和适宜区的空间分布和变化。结果表明,影响天麻分布的主要环境因子是5月至7月太阳辐射量、10月至11月降水量、最冷月最低温和植被类型。我国天麻种植高适宜区主要分布在四川盆地周围的西南地区。1961—2020年,天麻种植适宜性呈波动增加趋势,种植适宜性提高的面积占全国陆地面积的9.10%,主要分布在西南地区、华中、华东的部分地区以及陕西省。过去60年间5月至7月太阳辐射量总体上的下降是天麻种植适宜性提高的主要原因。本研究通过对天麻种植适宜性准确评估和种植适宜区变化因子解析,为我国天麻生产与人工栽培选址提供科学依据,对制定应对未来气候变化的对策具有借鉴意义。

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。

黄淮海农作区花生生产水足迹及耗水结构分析

准确评估作物生产耗水结构,可为优化区域作物布局和促进农业水资源可持续利用提供主要依据。本研究借助水足迹理论和方法,基于分县数据量化了黄淮海农作区1985—2015年花生生产的水足迹,并分析了其耗水结构和时空分布的变化特征。结果表明,2015年黄淮海农作区花生生产的水足迹总量为178.32×10^(8)m^(3),其中蓝水、绿水、灰水足迹分别为34.04×10^(8)、73.58×10^(8)、70.70×10^(8)m^(3),水足迹在空间上呈东南高西北低的分布格局,河南省东部和山东省南部是花生水足迹的高值区。1985—2015年间,花生水足迹总量增幅为87.94%,其中蓝水、绿水、灰水足迹分别增加1.12%、25.16%、1221%;从空间变化上看,蓝绿水足迹均呈西南部升高、东部降低的趋势,而灰水足迹在全区范围上升明显。30年间,花生水足迹的重心持续向西南方向偏移,累计移动160.90 km。花生水足迹空间集聚趋势在局部地区发生明显变化,原以山东省为核心的主要热点区域收缩明显,并在河南省西南部出现新的热点。本研究通过对黄淮海农作区分县花生生产水足迹准确评估和时空演变规律分析,为本区域花生布局优化与农业水资源管理策略提供理论基础。

基于温度带分区的中国粮食生产格局与热量资源利用效率研究

研究并揭示粮食生产格局及自然资源利用效率变化规律,对于合理利用资源、保障国家粮食安全和实现可持续发展具有重要意义。本文利用ArcGIS空间分析方法,基于1985—2015年中国县域粮食生产数据和全国683个气象站点数据,分析了基于温度带分区的中国粮食生产格局变化及热量资源利用特征。研究表明,在1985—2015年间,中国粮食总产的90%左右由中温带、暖温带、北亚热带和中亚热带生产,其占比分别为18.6%、25.6%、21.6%和25.9%。30年来一熟区的粮食产量比重增加了13.8%,而二熟区和三熟区分别下降了2.7%和11.2%。其中一熟区的中温带粮食产量占比增加了13.9%,播种面积和单产的同步增加是中温带粮食增产的驱动因素,而三熟区中亚热带的粮食生产占比下降了13.9%。30年来不同温度带≥10℃年积温不断增加,南方增温趋势较北方更明显,但是热量资源利用效率增幅低于北方,中国粮食生产格局变化与热量资源分布间存在“错位现象”。因此,在进行区域粮食生产布局优化和策略制定时,需要以区域自然资源特点为基础,分析粮食生产与资源自然匹配的协调性,从而提高中国粮食生产的资源利用效率。

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。