气候变化对黄土高原半干旱区春小麦生长和产量的影响——以定西市为例

气象因子是影响春小麦生长发育的主要因素,探究全球气候变暖对黄土高原半干旱区春小麦生长和产量的影响,为防灾减灾提供科学依据。利用1960-2016年甘肃省定西市气象观测资料和1986-2016年春小麦试验资料,研究气候变化对春小麦生长和产量的影响,分析春小麦各发育期的变化,探讨影响春小麦生长和产量变化的主要因素,为春小麦应对气候变化提供保障。结果表明:近57年春小麦生育期气温呈显著上升趋势,在1997年发生突变;1960-1997年之前春小麦生育期降水呈减少趋势,之后呈增加趋势,但整体上呈增加趋势;日照时数和≥0℃积温呈增加的趋势。春小麦生长日数年际波动较大,整体呈缩短趋势,春小麦播种到出苗期、抽穗期到开花期和乳熟期到成熟期生长天数减少导致了春小麦全生育期生长日数缩短。近31年春小麦产量呈增加趋势,不孕小穗数和成穗率呈减少趋势,穗粒数和千粒重呈增加趋势。降水是影响黄土高原半干旱区春小麦产量的主要因素。

不同气候变化情景下2070—2099年中国潜在植被及其敏感性

潜在植被作为当前气候条件、无人类干扰下,所能发育演替形成的最稳定、最成熟的一种顶极植被类型,能够反映立地植被发展的趋势。潜在植被的研究有助于人类了解植被与气候系统的作用机制,可为区域植被恢复工程和生态建设提供参考依据。基于综合顺序分类系统,利用A1B、A2及B1情景下2070—2099年气象数据对中国潜在植被进行了模拟,在不同气候变化情景下分析了未来中国潜在植被的空间分布和潜在植被对不同气候变化的敏感性。结果表明:(1)不同气候变化背景下中国潜在植被分布的规律具有相似性,但潜在植被类在总数和各情景下分布的面积存在差异性;(2)比较发现,中国的气候条件在20世纪和21世纪均不适宜炎热极干热带荒漠类(ⅦA)的发育;(3)中国潜在植被在3种气候变化情景下表现为敏感性的区域占到国土总面积的64.10%,在西北地区、北方地区、南方地区及青藏地区不同自然区敏感性地区所占各区的比例不同,分别为68.20%、70.82%、49.94%及66.59%。

气象极值变化及其导致的农业气象灾害趋势分析——以甘肃省为例

依据甘肃省62个气象站1960-2005年的地面气候资料,分析农作物生育期(3-10月)内气象要素极值的变化趋势,并用主成分分析方法研究了该变化对农业气象灾害发生趋势的影响.结果表明:与温度相关的气象要素极值表现出了同平均气温类似的显著上升趋势,其中降水相关的气象要素极值变化说明甘肃省降水结构发生了改变,极端性有所减弱;其他相关要素中,最大风速存在明显下降趋势,蒸发量呈下降趋势、日照时数呈上升趋势,但都不够显著.大部分气象极值的变化与农业气象灾害的变化呈正相联系,只有很少部分气象极值的变化与农业气象灾害的变化呈反相联系.综合分析这些气象极值在甘肃省范围内的变化趋势,揭示出未来甘肃省干旱灾害倾向于加剧,而洪涝灾害趋于减轻.

干旱地区藜麦的耐旱机理及种植适宜性研究——以甘肃省永昌县为例

为了研究藜麦耐旱机理、需水规律,以及在干旱地区种植的适宜性,以‘陇藜1号’为试验材料,通过大田试验和数理统计方法测得:藜麦全生育期天数为142 d,单产达2895.3 kg/hm^(2),藜麦籽粒与茎杆比为1:0.99,单次灌溉量为450 m3/hm^(2)。结果表明:呈网状分布的发达根系、叶脉致密、角质层厚、茎杆粗壮、木质中空、表皮较厚、韧性很强、具有纤维状导管等生理结构特征使藜麦具有良好的耐旱特性。分枝期、现穗期、开花期分别是藜麦发育的关键阶段,也是需水的关键时期。综合地理、气候、土壤、灌溉等条件,藜麦在永昌表现出良好的适宜性。采用覆膜+膜下滴灌方式进行藜麦种植,具有节水、节本、抗旱、增效等多重效果,可以提高水分利用效率,适合在西北干旱地区进一步推广。

石羊河流域干湿气候变化特征及对NDVI的影响

全球变暖背景下,研究石羊河流域干湿气候变化特征及对植被覆盖度的影响对该流域的生态环境建设具有重要参考价值。基于1971—2020年石羊河流域的降水温度均一化指数(S),从干旱站次比、干旱频率等方面分析该流域干湿气候的时空变化,并结合归一化植被指数(Normalized Differen-tial Vegetation Index,NDVI)遥感数据,分析干湿变化对NDVI的影响。结果表明:近50 a来石羊河流域年际和季的S指标呈波动上升趋势,四季中,夏季湿润化速度最快。流域干旱程度、干旱发生区域均呈减小趋势;中下游地区干旱强度高于上游地区,下游地区干旱频率高于中上游地区;年NDVI随着1—10月干旱减轻、降水量增多和气温降低而增加,其中,植被生长前期和中期降水量、生长中期气温对年NDVI影响较大。2月、5月和7月,NDVI对干旱存在滞后效应。

甘肃武都核桃物候期和产量构成要素变化及其对气候要素的响应

为提高武都的核桃产量与品质,分析不同气象条件下核桃不同品种的物候期、产量构成要素变化及其对气候因子的响应情况。本研究以甘肃陇南市武都山区"万亩核桃园"为试验地点,在2012—2013年开展核桃‘温185’、‘强特勒’2个品种的物候期及产量构成要素的连续性观测,分析不同年份2个品种物候期及产量构成要素的变化特征,并结合同期气象资料,研究核桃产量构成要素与主要气象因子的关系。结果表明:(1)不同品种、不同年份的核桃物候期存在较大的差异;(2)尽管2013年核桃‘温185’的枝条生长量明显长于2012年,但由于2013年前期气温异常偏高,加之降水量偏少,造成后期果实生长量小于2012年。然而,由于‘强特勒’的物候期较‘温185’晚了20天左右,其2013年枝条、果实生长量均较2012年大,前期的高温并未影响其生长发育;(3)2012、2013年核桃‘温185’枝条、果实生长量与温度、降水呈正相关,而与日照时数呈不显著负相关,其中与最低温度的相关性最显著。就温度而言,2013年的相关性明显弱于2012年,表明气温异常偏高不利于核桃产量的提高。

黄河首曲流域草原气候变化特征及其对牲畜生存的影响

利用黄河首曲流域草原牧场气候资料和牧业生态定位观测资料及统计资料，分析黄河首曲流域草原牧场气候变化特征。及其对牲畜生存的影响。结果表明，黄河首曲流域牧场大部分区域降水量年际变化呈下降趋势，降水量年际变化存在2～4年、6～7年、10～11年的周期性振荡特征。气温年际变化趋势呈上升趋势，增温速度均大于全国增温速度。1983年之前气温以偏冷为主，1984年之后持续偏暖。草地年干燥指数呈显著上升趋势，近20年明显趋于干旱化。牧区草场产草数量和质量下降，劣等牧草、杂草和毒草的数量上升，草场生产力进一步下降。由于冬、春季气温升高。降雪减少，牧区雪灾趋于减少，牲畜死损率呈明显下降趋势。1984年后幼畜成活率持续在80％以上的较高水平。

1961-2009年西北地区基于SPI指数的干旱时空变化特征

利用西北五省区137个测站的1961-2009年逐月降水量资料计算标准化降水指数(SPI),统计了逐月、春末夏初、初夏、夏季及秋季的干旱、重旱、特旱的频率及面积率,分析其时空变化特征.结果表明:新疆北部、青海的中部及甘肃河西是西北地区干旱频率较高的区域,干旱频率在15个月以上,新疆南部除个别月份干旱发生频率较高外,总体干旱发生频率较低;干旱发生区域随月份有由南到北、由西向东变化的趋势;除新疆、青海、及甘肃个别区域重旱频率超过5月外,其他区域基本上都在5月以下;新疆南部重旱频率仍然较低;夏季发生范围高于其他季节;新疆北部、甘肃河西是特旱的高发区.不同等级的月及季节干旱面积率其逐年变化具有相似的特征,西北干旱面积率的变化总体上可以分为3个阶段:1961-1980年干旱面积率比较高,平均在35%左右;1981-1990年为转折期,干旱面积率下降到15%左右;而1991-2009年为稳定期,干旱面积率变化不大.全球气候变暖导致西北地区降水量、冰川融水量、河川径流量增加和湖泊水位上升、面积扩大,是1987年以来干旱面积率下降的原因.

河西内陆河径流对气候变化的响应及其流域适应性水资源管理研究

为探讨河西地区内陆河径流对气候变化的响应,选取1955-2008年石羊河、黑河和疏勒河的河流流量资料进行计算和分析.结果表明:50多年来,石羊河年径流总体呈明显下降趋势,黑河呈略有增加趋势,疏勒河呈明显增加趋势,地域上呈现愈往西部的河流年径流量增加愈明显.三大河流进入1990年代后有下降趋势,进入21世纪均有明显增多趋势.三大河流径流对气候变化有不同响应,石羊河流域主要受季风气候影响,气候变暖,蒸发加剧,水分散失量大,是造成径流减少的主要原因;黑河和疏勒河流域主要受西风带环流影响,径流增多的重要原因是气候变暖降水明显增多.为减缓气候变化对流域水资源利用的不利影响,在分析三大内陆河流量对气候变化响应特征的基础上,提出了适应性水资源管理的建议.建议应提高水资源利用效率;改变生产方式,调整农业种植业结构与布局;加大祁连山自然保护区建设,搞好水资源可持续利用;积极开发祁连山丰富的空中云水资源、哺育祁连山冰川等流域适应性水资源管理对策,对流域进行综合治理与开发利用,这些措施和对策将为流域水资源开发提供科学依据.

甘肃省小麦干旱灾害风险评估及区划研究

利用1980-2016年甘肃省84个县(区)的小麦产量资料,分析平均减产率、减产率概率系数、减产率变异系数构建的综合干旱灾害风险指数,根据综合干旱灾害风险指数来评估甘肃省各市小麦单产干旱灾害风险。结果表明:河西地区干旱发生频率高,属于灌溉农业,变异系数较大,其东部地区平均减产率高,风险概率大,属于高等风险区,河西地区的西部和中部分别属于低等和中等风险区;陇中地区干旱发生频率高,属于雨养农业,变异系数小,而平均减产率和风险概率较高,大部分属于中等风险区;陇东地区干旱发生频率较低,变异系数低,平均减产率和风险概率较高,属于中等风险区;陇南和甘南地区干旱发生频率较高,平均减产率和风险概率均较低,属于低等风险区。甘肃省小麦风险区划可为风险预算及防灾减灾提供科学依据。

甘肃省春季降水的空间异常分布及年代际变化

利用甘肃省80个气象站建站至2012年3-5月的降水量资料,分析了甘肃省春季降水的基本气候特征;通过EOF、REOF、小波分析等方法,对甘肃春季降水的时空特性进行了研究,用Mann-Kendall检验法检验了甘肃春季降水序列是否存在突变现象.结果表明,甘肃春季降水空间分布极不均匀,其空间分布特征是东南部为多雨区、西北部为少雨区.甘肃春季降水在第一空间尺度上为全区一致,在第二空间尺度上可分为2个自然气候区,在第三空间尺度上可分为7个自然气候区.从年代际变化来看,1960年代是近50 a来降水最多的10 a,1990年代是降水最少的10 a;甘肃春季降水的年际变率十分显著,降水最多的年份是最少年份的近5倍.1961-2012年间甘肃春季降水发生了明显的突变,1982年出现了一次增多趋势的突变,1992年出现了一次减少趋势的突变.5 a的短周期和18~19 a的长周期是其主要周期.甘肃春季降水偏少（多）年份的500 hPa异常环流形势为极涡弱（强）、中纬度亚洲为一脊一槽型、东亚大槽深（浅）、南支槽浅（深）.

干旱胁迫下春小麦需水关键期叶水势的变化及其影响因素研究

为揭示春小麦叶水势对水分胁迫的响应规律,在甘肃省定西干旱气象与生态环境试验站对春小麦在拔节~抽穗期进行水分胁迫试验,研究不同水分胁迫下春小麦叶水势的变化特征及其与环境因子的关系。结果表明:随着水分胁迫程度的增强,春小麦叶水势呈逐渐减小的趋势,且不同水分胁迫下叶水势均表现为拔节期>孕穗期>抽穗期。春小麦叶水势对土壤体积含水率存在阈值反应,当土壤体积含水率>11.5%时,叶水势随土壤体积含水率发生正相关变化;当土壤体积含水率<11.5%则发生负相关变化。在众多环境因子中,大气相对湿度、大气水势与春小麦叶水势呈现出良好的线性关系。通径分析表明,影响轻旱处理下叶水势最强的因子是大气相对湿度,且大气相对湿度为51.87±0.03%时可作为轻旱处理下叶水势发生变化的临界阈值;中旱和重旱处理下影响叶水势的最强因子是大气水势,大气水势为-99.22±8.63 MPa时可作为中旱和重旱处理下叶水势发生变化的临界阈值。该研究为减轻春小麦受旱程度、维持春小麦正常生长及时补充水分提供理论依据。

河西走廊地区气候变化对灌溉春小麦生长的影响

应用甘肃省武威荒漠生态与农业气象试验站1981—2019年灌溉春小麦观测资料,采用线性回归分析、相关分析、Cubic函数等方法,分析了近39年气候变化对灌溉春小麦生长的影响。结果表明:1951—2019年该地区气候变化呈现暖湿化趋势,气温、降水量变化的线性倾向率分别为0.326℃·10a^-1、5.694 mm·10a^-1;灌溉春小麦对气候变化的响应表现在春季发育期每10 a延后0~1 d,夏季发育期每10 a提前1~2 d,生育期每10 a缩短2~3 d,产量每10 a增加500~550 kg·hm^-2·10a^-1;相关分析显示,气温对灌溉春小麦生长的影响程度高于降水量、日照时数和≥0℃活动积温;在灌溉春小麦整个生长发育过程中,其阶段生长和产量对气候变化的响应不完全一致,气候变化使该地区播种~三叶期的营养生长阶段延长,拔节~成熟期的生殖生长阶段缩短,全生长期缩短;拔节~抽穗期气温增加对灌溉春小麦产量增加有极显著的正效应(相关系数R=0.431),播种~成熟期气温增加对灌溉春小麦产量增加有显著的正效应(相关系数R=0.354)。气候暖湿化使河西走廊地区热量资源丰富,提高了作物增产潜力,但也使得病虫害加剧,防控难度加大。该地区灌溉春小麦生长变化是作物响应气候变化和农业生产适应气候变化的共同结果。

科尔沁草原NDVI时空变化特征及其对气候的响应

利用2000~2019年4~9月(生长季)MODIS 13Q1的16d合成NDVI数据集与同期气象数据,采用趋势分析法、相对年际变化率、Mann-Kendall突变检验以及相关分析法对科尔沁草原NDVI的变化特征及其与气候因子的响应进行研究。结果表明:1)近20a科尔沁草原年均NDVI具有明显的空间分异特征,主要呈现西中部低,西北部高以及南部较高的空间分布格局;2)2000~2019年科尔沁草原NDVI值以0.045/10a的变化倾向率增加,增加显著的面积占科尔沁草原总面积的68.1%;同时,Mann-Kendall突变检验显示科尔沁草原NDVI在2011年后出现了突变性的上升,增加约0.017;3)科尔沁草原NDVI与气温呈现弱负相关关系,与降水呈现显著正相关关系,进一步对偏相关统计分析得到,NDVI与气温呈负相关的区域约占科尔沁草原总面积的59.03%;与降水呈正相关的区域约占科尔沁草原总面积的96.89%,表明降水对科尔沁草原NDVI的贡献率大于气温的影响。通过构建驱动机制,科尔沁草原生长季NDVI变化总体上受气温降水的共同驱动影响,共同驱动面积约占科尔沁草原总面积的78.6%,其中共同强驱动面积占53.4%。

石羊河流域灌溉春玉米发育期对气候变化的响应

本文基于甘肃省武威农业气象试验站1981—2016年灌溉春玉米发育期观测数据,研究了石羊河流域灌溉春玉米发育期对气候变化的响应,以期为气候变暖背景下石羊河流域农业种植结构、品种调整及提高热量资源利用率等提供参考依据。采用趋势变率、秩相关分析和主成分分析等方法,分析了1981—2016年石羊河流域灌溉春玉米发育期对气候变化的响应规律。结果表明:1981—2016年灌溉春玉米播种期、乳熟期和成熟期有延后趋势,拔节期和抽雄期有提前趋势。灌溉春玉米播种期到抽雄期日数减少,抽雄期到成熟期日数增加,全生育期日数减少。1981—2008年大多数年份播种期早于适宜播种期(≥10℃活动积温初日),2009—2016年播种期均在适宜播种期之后,成熟期绝大多数年份在初霜日之前。1981—2016年对石羊河流域灌溉春玉米影响最大的气象要素为气温,主成分分析结果显示,≥10℃活动积温初日提前、温度生长期日数增加、作物生长期的平均气温、最高气温和最低气温对生育期日数的影响比作物生长期的日照时数更显著。全球变暖背景下,石羊河流域灌溉春玉米发育期变化是作物响应气候变化和适应农业生产的共同结果。

大兴安岭植被NDVI变化及其对气候的响应

利用S-G(Savitsky-Golay)滤波对2000—2016年呼伦贝尔市境内的大兴安岭植被NDVI序列进行逐栅格重构并剔除突变点,结合大兴安岭海拔、坡向、坡度等地理因子和气温、降水等气象因子,分析大兴安岭植被生长季NDVI的变化及其对气候的响应。结果表明:大兴安岭植被NDVI生长季均值呈上升趋势,平均增速为0. 029/10 a。植被NDVI随海拔的增加呈现先缓慢减小后迅速增加的趋势,随坡向变化不大,随坡度的增加而增加。植被NDVI的生长季均值与1 a前和2 a年前的降水呈现显著的正相关,具有明显的滞后性。在每年植被恢复生长初期各海拔植被均与气温呈现极显著的正相关,年内植被NDVI与降水的相关性在垂直方向上存在较大差异。

陇东半干旱地区冬季积温变化特征及其对冬小麦的影响

为了解陇东半干旱地区环县冬季积温变化特征及其对冬小麦的影响,通过Mann-Kendell统计检验法、Pearson相关分析法等手段对冬季积温以及冬小麦发育期资料进行分析研究。结果表明:(1)陇东1981—2016年冬季积温的变化过程中呈现出逐年上升趋势;Mann-Kendall突变检验发现,1990年为冬季积温突变的年份;Morlet小波变换分析得到在30~35年上冬季积温呈现出最为显著的周期变化规律;(2)通过对冬小麦发育期特征分析,发现冬小麦除了在分蘖期表现为推迟的状况,其他播种、出苗、三叶、越冬等发育期均表现为提前的变化特征;对冬小麦发育期与积温进行相关分析,相关系数均为负相关,表明大多数发育期提前1~5天;在冬季积温偏高的年份,冬小麦各发育期普遍提前4~14天;(3)对冬小麦物候间隔期的特征进行分析发现,冬小麦在播种—出苗、播种—分蘖、播种—越冬、播种—返青以及播种—抽穗期,间隔时间呈现出延长的变化特征;在播种—三叶、播种—起身、播种—拔节、播种—开花、播种—成熟期,间隔时间呈现出缩短的变化特征。

郯麦98对播种期变化的响应

播种期调整被广泛用于作物适应气候变化,但播种期调整对作物生长发育过程的影响仍需探讨。基于2017—2022年华北平原北部冬小麦郯麦98的播种期调整大田试验资料,分析播种期变化对郯麦98的生长发育、产量形成和品质影响。结果表明:播种期推迟使郯麦98的生长季缩短、有效穗数和籽粒产量减少,9月30日—10月30日播种期的籽粒产量减少率达569.71 kg·hm^(-2)·(10 d)^(-1),但对穗粒数、穗粒重无显著影响。播种期推迟还影响郯麦98成熟期地上干物质分配,茎秆随播种期推迟呈减少趋势,为2.44%·(10 d)^(-1);而穗部呈增加趋势,为2.44%·(10 d)^(-1)。播种期变化对郯麦98的叶片光合特性和籽粒品质影响不显著。研究结果可为华北平原北部冬小麦播种期调整提供依据。

植被状态指数VCI与几种气象干旱指数的对比——以河南省为例

使用1982-2006年GIMMS AVHRR NDVI数据集与同期的CI、K、Pa、SPI、Z、PDSI等干旱指数做了对比分析,讨论了河南省植被状态指数VCI对气象干旱的滞后效应及干旱监测能力.结果表明:VCI指数与气象干旱指数的相关性受不同下垫面的影响较大,农地的VCI与气象干旱指数相关性要明显高于林地,农地VCI与气象干旱指数呈现正相关关系.在河南省不同的作物生长阶段,VCI对气象干旱有着不同的滞后效应,其中,3-5月份冬小麦生长期VCI对气象条件的反应滞后1～3个月,7、9月份夏玉米生长期VCI对气象条件的反应滞后1月.总体上看,结合前期的气象数据,VCI对河南省气象干旱有一定的指示作用和监测能力.

多尺度气象干旱与土壤相对湿度的关系研究

通过分析我国东北、华北、西北地区东部、西南以及黄淮、江淮和江汉5个区域不同时间尺度气象干旱指数与20cm土壤相对湿度的相关关系,探讨了前期气象干旱对后期土壤湿度的影响,并利用多元线性回归方法分区域、分季节建立了土壤湿度预测模型.结果表明:春季,东北地区土壤湿度主要受前5～6个月,尤其是上年秋末冬初的降水的影响,而其他4个区域土壤湿度主要受前1～2个月大气水分的影响;各区域夏季土壤湿度与前1～2个月时间尺度上的大气水分相关最密切;秋季,东北地区20cm土壤湿度主要受前2～4个月的气象干旱的影响,其余区域土壤湿度仍与前1～2个月尺度的大气水分相关最密切.基于前期气象干旱指数建立的各区域、各季节的土壤湿度回归模型对当地土壤湿度具有一定的拟合能力,平均估计偏差在10.1%～13.9%之间,其中,西北地区东部和华北地区春、夏季偏差较大,2008-2011年间干旱等级拟合准确率在65%～74.9%之间;东北、西南、黄淮、江淮和江汉区域拟合较好,拟合准确率在88%以上.