中国生态与农业气象研究进展

目前中国生态与农业气象研究主要关注气候变化的影响,而脆弱性与风险预估研究仍存在很大不确定性,甚至无法进行预估研究。以生态/农业气象的脆弱性和风险为切入点,从生态/农业的地理/种植分布、物候/生育期和生产力/产量等方面,综述了中国生态/农业气象的研究进展,指出现有研究成果难以满足高质量生态保护与粮食安全的需求,为此提出了未来拟重点开展的研究任务,即生态/农业气象承载力及其优化布局、生态/农业气象的灾变过程与调控机制、生态/农业变化的气象条件贡献率评估及其适应技术、高质量生态保护与粮食提质增效的气候资源高效利用和定向调控研究,以推进中国生态与农业气象脆弱性与风险研究,为中国生态/农业气象科学应对气候变化提供依据。

基于分期播种试验的冬小麦越冬冻害调查分析

基于冬小麦分期播种试验,结合自然大田冬小麦越冬冻害调查实况资料,分析研究2017/2018年偏冷冬年份华北北部冬小麦越冬冻害的成因及对产量的影响。结果表明:适应气候变暖,冬小麦播期推迟,但华北北部播种期不应晚于10月21日,播种期推迟或秸秆还田,应加大播种量,确保出苗率和基本苗。品种推广和生产选种时宜冬性和半冬性品种搭配种植,防御出现“冷冬”导致冬小麦越冬冻害的潜在风险。越冬冻害死苗率每增加1%,其产量减少约1kg·hm^-2。冬小麦播种期受降雨且降水多的影响,晚播,播种质量差以及品种冬性、春性特性差异,除草农药使用不当等是越冬冻害死苗率增加的主要原因。

气候变化背景下麦田沟金针虫爆发性发生为害

近年华北地区大面积推行保护性耕作措施和作物秸秆粉碎还田,冬小麦与夏玉米一年两熟连续轮作种植,为沟金针虫创造了有利的取食和栖息环境。地处华北北部的中国气象局固城农业气象野外科学试验基地2018—2019年秋季、冬季、春季气温出现了冷暖交替,尤其最低气温显著偏高,诱发麦田沟金针虫爆发性发生为害。据春季麦田挖土调查,虫口密度最高达144头·m^(-2),虫口重量最重达18.764 g·m^(-2)。58个调查点达防治指标5头·m^(-2)占98.27%。拔节-收获期调查虫口密度孕穗期最高,拔节期次之,收获期最低。冬小麦与夏玉米禾本科作物连作种植田间虫口密度达35.3~40.4头·m^(-2),显著高于前茬大豆、玉米、冬小麦休闲地,且花生地、春玉米地比大豆地虫口密度高5倍多,虫口重量高10倍以上。成熟期虫害麦田测产,籽粒减产36.8%;虫口密度增加10头·m^(-2),籽粒减产率增加4.824%;虫口重量增加1 g·m^(-2),籽粒减产率增加3.871%;植株虫害率增加10%,籽粒减产率增加11.587%。

夏玉米三叶期持续干旱下不同叶位叶片含水量变化及其与光合作用的关系

植物干物质的累积依赖于群体光合速率,而群体光合速率又与单叶的光合能力密切有关。叶片光合作用与其含水量密切相关,目前关于不同叶位叶片含水量对持续干旱的响应及其与光合作用的关系还未见报道。以华北夏玉米郑单958为材料,设置6个不同灌水处理,模拟不同灌溉量下持续干旱对夏玉米不同叶位叶片生理特性的影响,分析夏玉米顶部开始的第一、三、五叶位叶片的水分变化及其与净光合速率的关系。结果表明:夏玉米不同叶位的叶片最大含水量不同,且随干旱进程的推进叶片含水量的变化速率也不同,第一叶的叶片含水量下降速率高于第三、第五叶,第一叶的最大含水量高于第三、五叶,且可进行光合产物积累的叶片含水量下限随叶位的增加而增大。同时,第一叶的叶片含水量与土壤水分呈显著相关,且与净光合速率的相关性也非常强。第一叶可进行光合产物积累的叶片水分下限(净光合速率为零时的叶片含水量)最小,表明其耐旱性最强,对干旱具有指导意义。研究结果可为提高冠层光合作用模拟的准确性及夏玉米干旱发生发展的监测预警提供参考。

玉米叶片水分利用效率的保守性

水分利用效率是植物个体或生态系统水分利用过程的重要特征参数,可表征不同时空尺度的植物碳-水耦合关系,对植物适应气候变化研究具有重要意义。以玉米为例,利用中国气象局固城农业气象野外科学试验基地2013—2014年玉米不同灌溉方案模拟试验资料,对不同叶位叶片的水分利用效率特征及其影响因素进行分析。结果表明:植株顶部第1片叶片水分利用效率在拔节期和乳熟期呈现明显的峰值,反映出明显的周期变化规律及其与叶片生理生态特征的紧密相关。在相同环境条件下,不同叶位叶片的水分利用效率不存在显著性差异,即玉米叶片水分利用效率具有空间稳定性与叶龄保守性。同时,研究指出叶片光合速率和蒸腾速率在叶位之间的协调变化是导致空间稳定性和叶龄保守性的主要原因。研究结果可为植物水分关系研究提供参考,也可为水分利用效率的尺度化研究提供依据。