气候变化对甘肃省农业气候资源和主要作物栽培格局的影响

基于甘肃省80个地面气象观测站1961—2014年气象观测资料和玉米、春小麦、冬小麦、马铃薯的区划指标,分1961—1986(时段Ⅰ)和1987—2014年(时段Ⅱ)2个不同时段,分析气候变化对甘肃省农业气候资源变化特征和主要粮食作物潜在栽培格局的影响。研究发现:时段Ⅱ较时段Ⅰ平均气温、负积温、≥0℃积温和≥10℃积温分别增加0.83℃、113.9℃·d、290℃·d和180℃·d,降水量气候倾向率为-34—16mm/10a,整体表现为减少趋势。时段Ⅱ较时段Ⅰ春小麦不适宜种植区面积显著增加约9%,最适宜、适宜、次适宜种植区面积分别减少1.4%、4.1%和4.8%,其中以河西走廊和陇中黄土高原变化最为显著。冬小麦适宜和次适宜种植区面积分别增加6%和3.4%,最适宜、可种植和不适宜种植区面积分别减少0.4%、3.5%和5.7%,其中以陇中地区变化最为显著。玉米最适宜和可种植区面积分别增加13%和7%。适宜、次适宜和不适宜种植区面积分别减少11%、2%和7%,其中以河西灌区变化最为显著。马铃薯最适宜和适宜种植区面积分别减少3.8%和0.7%,次适宜和可种植区面积分别增加3.5%和1.3%,其中以陇中黄土高原变化最为显著。最后提出适应气候变化调整农业结构和栽培格局的对策建议。

气候变暖对甘肃省不同气候类型区主要作物需水量的影响

作物需水量是农田水分循环系统中最重要的因素之一。在未来温度上升1～4℃的情景下,研究了气候变暖对我国甘肃省不同气候类型区主要作物需水量的影响。结果表明,气候变暖对不同作物需水量的影响程度不同。其中对冬小麦需水量的影响最大,对玉米和春小麦次之。当生长期内温度上升1～4℃时,冬小麦需水量将增加3.05%～12.90%,相当于13.2～81.2 mm;玉米需水量将增加2.49%～10.80%,相当于9.9～60.6 mm;春小麦需水量将增加2.74%～11.69%,相当于6.7～40.0 mm。气候变暖对作物需水量的影响存在一定地域性差异。对干旱区的作物需水量影响最大,半干旱区次之,其次是半湿润区,对湿润区影响不大。根据甘肃省目前的种植结构,据此估算,当温度上升1～4℃时,将使甘肃省冬小麦的灌溉需水量增加12.43×108 m3、13.02×108 m3、13.74×108 m3和14.65×108 m3,玉米的灌溉需水量增加7.94×108 m3、8.32×108 m3、8.78×108 m3和9.30×108 m3,春小麦的灌溉需水量增加4.97×108 m3、5.16×108 m3、5.42×108 m3和5.76×108 m3。

气候变暖对河西走廊绿洲灌区主要作物需水量的影响

作物需水量是农田水分循环系统中最重要的因素之一。在未来温度上升1～4℃的情景下,研究了气候变暖对我国河西绿洲灌区主要作物需水量的影响。结果表明,气候变暖对不同作物需水量的影响程度不同。其中对棉花和玉米需水量的影响最大,对小麦的影响次之。当生长期内温度上升1～4℃时,棉花需水量将增加2.17%～12.66%,相当于15.00～83.00mm;玉米需水量将增加1.90%～11.49%,相当于14.60～82.50mm;小麦需水量将增加1.80%～10.03%,相当于9.70～50.70mm。气候变化对作物需水量的影响存在一定地域性差异。当增加1℃时,对干旱区武威作物需水量的影响略大于极端干旱区敦煌。当增加2℃时,武威和敦煌的作物需水量几乎相当。当增加3和4℃时,则对敦煌作物需水量的影响大于武威。根据河西绿洲灌区目前的种植结构,当温度上升1～4℃时,估算将使整个地区棉花的灌溉需水量增加0.11,0.21,0.37,0.62亿m3;玉米的灌溉需水量增加0.16,0.33,0.56,0.93亿m3;小麦的灌溉需水量增加0.14,0.26,0.45,0.71亿m3;总的灌溉需水量增加0.41,0.80,1.38,2.25亿m3。气候变暖将使河西绿洲灌区业已紧张的水资源供需矛盾更加突出。

基于退耕还草的村域农牧结构优化生产模式——以甘肃省镇原县北庄村为例

以退耕还草工程示范区甘肃省镇原县北庄村为例,调查了其农业生产状况,应用线性规划模型对该地区农业生产结构进行规划调整,提出了适合该地区的优化生产模式。优化后小麦Triticum aestirum、玉米Zea mays、谷子、糜子、大豆Glycine max和油菜Brassica campestris的种植面积分别减少4.31%、36.75%、71.67%、92.65%、75.32%和67.03%;苜蓿Medicago sativa的种植面积增加了197.34%;牛、羊、猪和鸡的养殖数量分别增加53.36%、49.73%、104.87%和19.64%。优化后全村年纯收入可达209 856万元,比优化前2005年(124 628万元)增长了68.38%。优化后形成了种植业和畜禽养殖业协调发展,具有较高经济、社会和生态效益的农牧结合型生态农业生产模式。

玛曲高寒沙化草地生态位特征及其施肥改良研究

为高寒沙化草地治理提供理论依据,本研究分析了玛曲高寒沙化草地植物群落特征,探讨施肥对物种多样性和生物量的影响。结果表明,异针茅为玛曲当前高寒沙化草地的优势种。生态位宽度最大的是亚优势种高山唐松草和乳浆大戟,而优势种异针茅的生态位宽度仅为0.941。在沙化草地植物群落中,优势种并不具有最强的适应能力和竞争力且地位不稳定。生态位宽度大的物种之间具有大的生态位重叠值,其中高山唐松草和乳浆大戟种群生态位重叠值最大,它们与其他种群之间的竞争也较强,高寒沙化草地的演替方向将是杂类草取代禾草的优势地位。施肥可增加高寒沙化草地物种丰富度,其中氮磷配施和氮磷有机肥配施分别比对照的丰富度提高42.9%和44.7%。氮、磷和有机肥混施后植物群落的Simpson指数和Shannon-Weiner指数与对照之间达显著或极显著性差异,施氮磷肥后植物群落Pielou均匀度指数也与对照之间达极显著差异;采用氮、磷和有机肥混施的方案可最大限度的增加沙化草地的地上生物量,比对照地上生物量增加2.5倍。从生物多样性和生物量增加综合考虑,氮、磷和有机肥混施为高寒沙化草地施肥的最佳处理。

甘蓝型油菜抵御环境低温的响应机理研究

研究了在环境低温胁迫下,4种北方寒地甘蓝型冬油菜品种(系)植株地上部和地下部形态学响应规律以及细胞内渗透调节物质的变化机理。结果表明,4种甘蓝型冬油菜越冬前,植株地上部避害型失绿枯萎的同时,主根不断增长、根颈逐渐加粗、单根干重和单根鲜重增加,品种间差异极显著,越冬率品种间亦差异极显著,表现为:Alice>Parade-2>ISN1770>Ryder。在越冬前植株叶片含水量普遍下降的同时,4种甘蓝型油菜叶片膜脂过氧化程度总体呈上升趋势,而根系则呈下降趋势,表现为Alice受害最轻,Ryder最重。同时,细胞汁液浓度、游离脯氨酸及叶片和根系的可溶性糖含量在4种甘蓝型油菜间均呈上升趋势,表现与越冬率相似。可见,4种北方寒地甘蓝型冬油菜品种(系)叶片及根系的形态学和生理学特征均很好地反映了其抵御环境低温胁迫的协同作用,对冬油菜的抗寒生理机制研究和育种栽培具有重要意义。