土壤水分对冬小麦影响机制研究

文中通过试验系统地研究了冬小麦叶片气孔形态与土壤湿度的关系,结果表明:土壤干旱使气孔密度增加,上表皮的密度大于下表皮;气孔开张度随土壤湿度下降而变小;气孔导度与土壤湿度呈指数相关,随土壤含水量的下降呈指数减少。随土壤湿度的改变小麦的生理过程也发生改变,蒸腾速率随土壤湿度下降呈指数减小。并研究了土壤干旱对叶绿素超微结构的影响及与脯氨酸的关系。     

双叶模型在冬小麦田冠层CO2通量多层模拟中的应用

综合考虑农田生态系统中水、热、CO2输送所涉及的大气、水文、生物等生物物理过程,以Farquhar等提出的叶片尺度光合作用生物化学过程机理模型为理论基础,对其进行空间尺度扩展,并改进冠层分层方法,建立了均匀农田与大气之间物质输送和能量交换的多层模式,在模式中运用双叶模型,同时考虑叶片氮素水平垂直差异,对2008年4—5月华北平原冬小麦生长旺季农田生态系统中冠层CO2通量进行了模拟研究,并利用涡度相关观测的通量数据对模型的有效性加以验证,结果表明:在冠层多层空间,小麦拔节至孕穗期和开花至乳熟期叶片氮含量随冠层高度的衰减系数分别为0.793(R2=0.698)和1.374(R2=0.728),冠层内叶片氮含量的空间分布可以用以相对累积叶面积指数为自变量的函数来描述;模型分别计算各层阴、阳叶的光截取、气孔传导、光合作用等,最终计算冠层上方CO2通量,冬小麦农田净生态系统生产力模拟值与实测值相关显著(R2=0.78),模拟的CO2通量日变化特征晴天昼间比阴雨天和夜间的效果好;在考虑丛聚影响的叶片非随机分布的密集农田中,阴叶对总初始生产力的贡献率在35.7%左右,对生产力贡献很重要。分层统计显示,作物最终产量的形成主要...     

大气中臭氧浓度变化对冬小麦生理过程和籽粒品质的影响

1　设备和方法试验设计 5个Ｏ3浓度 ,分别为处理Ａ :2 0 0× 1 0 - 9、处理Ｂ :1 0 0× 1 0 - 9、处理Ｃ :50× 1 0 - 9、处理Ｄ :背景大气中的Ｏ3浓度 ( 2 5× 1 0 - 9～ 48× 1 0 - 9,并随天气情况和昼夜变化 )、处理Ｅ :经活性炭过滤后的纯净空气 (Ｏ3浓度低于 1 0× 1 0 - 9)。冬小麦种子 (京冬 6号 )于 1 998年 1 0月 3日在直径 36ｃｍ ,高度 2 6ｃｍ的瓦盆中播种。盆内土壤质地均匀且一致 ,全生育期管理方法相同 ,水肥条件适宜 ,无病虫害和杂草危害。1 999年 4月 3日 (起身—拔节 )开始进行不同Ｏ3浓度的熏气处理 ,熏气时间为每天 9:0…     

不同土壤水分处理下冬小麦生理要素变化分析

对不同土壤水分条件处理下冬小麦各生理要素的变化特征分析发现,在灌浆高峰阶段,随着土壤水分的增加,冬小麦的光合速率显著加快,平均值在土壤水分含量偏大处理下较土壤水分含量小处理下高5.91μmol.m-2.s-1,气孔传导速率高0.1591 g.mmo1.m-2.s-1,叶片蒸腾速率高0.0034 g.m-2.h-1,叶片温度偏低0.95℃,胞间二氧化碳浓度高44.5 mg.cm-3,气孔阻力偏低2.419 s.cm-1。小麦灌浆期间,充足的土壤水分保证可以有效延长叶片的生理功能,提高小麦产量。     

基于遥感信息的华北冬小麦区域生长模型及模拟研究

卫星遥感估产和作物生长模拟在作物监测和产量预测方面有各自不可替代的优势。但是,遥感估产难以揭示作物生长发育和产量形成的内在机理,作物模拟在区域应用时初始值的获取和参数的区域化遇到很多困难。如何利用二者的互补性使其相互结合受到人们关注。该文在Wofost模型本地化和区域化的基础上,首次利用同化法的思路探讨了MODIS遥感信息与华北冬小麦生长模拟模型结合的可行性和方法,初步建立了潜在生产水平(水分适宜条件)下区域遥感-作物模拟框架模型(WSPFRS模型)。模拟结果显示:WSPFRS模型对区域尺度的出苗期重新初始化后,模拟的开花期、成熟期空间分布的准确性比Wofost模拟结果有所改进;利用遥感信息对区域尺度上返青期生物量重新初始化后,模拟贮存器官干重的空间分布更接近实际单产的分布,贮存器官干重的高值区与实际高产区基本相符。该研究将为下一步实际水分供应条件下基于遥感信息的冬小麦区域生长模拟研究奠定了基础。     

基于WheatSM模型参数优化的鹤壁地区冬小麦生长发育模拟研究

采用EFAST方法和SCE-UA算法优化WheatSM模型参数,采用区域模拟和单站插值的方法对2013—2017年鹤壁市冬小麦各发育期日数和产量进行模拟修订,为WheatSM作物模型在豫北地区的业务应用提供参考。研究发现:区域模拟方法对鹤壁地区冬小麦生育期开始日期的模拟效果除出苗期、越冬期的外,其他均好于单点插值方法的。单点插值方法对越冬期的模拟效果明显好于区域模拟方法的。冬小麦产量的模拟效果区域模拟方法也比单点插值方法好,但两种结果的相对误差均较大。通过对WheatSM模型得到的冬小麦气象产量模拟结果进行修订,可以明显提高模型产量模拟结果。2013—2017年鹤壁地区模拟产量的误差为-17. 92%～-2. 98%,RMSE为1114. 9 kg/hm~2,NMSE为12. 59,模拟效果较好。利用区域模拟方法可以对区域内单个站点的冬小麦生长发育和产量进行模拟,但对越冬期开始时间的模拟需要参考单点插值方法的相应结果。     

WOFOST模型对河南省冬小麦模拟的适用性分析

为进一步研究WOFOST模型在河南省冬麦区的适用性,以河南省30个农业气象观测站1991—2014年冬小麦观测资料、历史气象资料和土壤资料为依据,对WOFOST模型进行逐站调参和验证,分别建立了30个站的冬小麦模型参数。其中1991—2010年为模型调参年份,2011—2014年为模型验证年份。各站开花期和成熟期调参模拟的归一化均方根误差NRMSE分别小于5%和3%,验证误差分别为3.7%和2.9%。除潢川和固始外,模型对其余各站产量模拟的归一化均方根误差NRMSE全省各站均小于20.0%,验证误差全省平均为15.2%,大部分站点观测值和模拟值相关系数r通过了显著检验。利用调参后的模型模拟2011—2014年冬小麦生长动态变化可知,模拟地上部总干物重与实测单株干物重、模拟LAI与单株叶面积有较一致的变化趋势,拟合度较高。因此,WOFOST模型对河南省冬小麦主要发育阶段、产量及干物质积累模拟能力较强,具有良好的应用前景。     

影响青藏高原植被生理过程与大气CO2浓度及气候变化的相互作用

利用一陆面过程模式,初步模拟研究了青藏高原夏季风盛行期植被生理过程与大气CO2浓度及气候变化的相互作用。结果表明,气候以及大气CO2浓度变化对青藏高原地区的植被生理过程有较明显的影响,高温、高温和高CO2浓度将加强高原植被的光合作用和呼吸作用,有利于植被生长。高原植被也可通过生理过程,产生净CO2呼收,降低大气CO2含量,起到调整温室效应的作用,从而影响全球气候变化;当气温升高、大气CO2增加时,这种作用更加有效。青藏高原地区大气CO2浓度加倍,对高原地区气候的直接影响不明显。植被的存在也会影响区域气候变化,并可通过改变高原热源,进而影响高原及其周边地区气候变化。文中还归纳出了植被生理与气候相互作用的简单概念模型。     

石家庄冬小麦需水量变化特征及气象影响因子

利用石家庄地区9个气象站1964—2012年的气象数据,以彭曼-蒙蒂斯(Penman-Monteith)公式以及作物系数修订公式为基础,计算了冬小麦各生育阶段的需水量;运用趋势分析、5年滑动平均、变异系数、Morlet小波分析、Pearson相关系数等方法分析了各生育阶段需水量的变化规律及影响因子。结果表明:石家庄地区冬小麦各生育阶段需水量总体呈下降趋势,1965—1987年,播种至越冬期、抽穗至成熟期以及全生育期下降趋势尤为明显,1988—2012年,返青至拔节期的需水量表现为显著上升趋势,其余生育阶段以及全生育期的需水量趋势变化不明显;近48年来,各生育阶段的需水量均存在4年以上的振荡周期;各生育阶段需水量的空间分布均由东北向西南递增,变化趋势由北向南递减;日照时数与冬小麦各生育阶段需水量呈最大正相关,相对湿度呈最大负相关。     

气候变化可能不会引起我国北方冬小麦营养品质下降

为了探索未来气候变化对冬小麦营养品质的影响,采用开顶式气室与红外辐射器相结合的方法开展了冬小麦生长季增温和CO₂浓度升高的复合影响试验,在6个小麦生长季模拟了21世纪中后期两种可能的增温和CO₂浓度升高情景。结果表明,在生长季增温与CO₂浓度升高情景下,冬小麦冬后发育期前移,生育期平均气温较对照的增加幅度远小于生长季增温幅度,灌浆期遭遇的高温日数减少,主要生育阶段的平均太阳辐射强度减弱。在增温与CO₂浓度升高复合影响下,冬小麦籽粒蛋白质含量略有增加,籽粒淀粉与脂肪含量未显示规律性的变化趋势,增温对小麦蛋白质含量的综合影响弥补了CO₂浓度升高对籽粒蛋白质含量的负效应。如果不考虑小麦品种变化影响,预计未来气候变化可能不会导致我国北方冬小麦籽粒营养品质下降。     

水分胁迫对华北平原冬小麦地上部分及产量的影响

以“济麦-22”为供试品种,利用中国气象局固城生态环境与农业气象试验站大型根系观测系统,研究冬小麦在重度干旱胁迫（≤40.0%）、轻中度干旱胁迫（40.1%-55.0%）和适宜（55.1%-80.0%）3种水分胁迫条件下地上部分对水分胁迫的响应,以探索水分胁迫对华北平原冬小麦产量的影响,分析不同水分胁迫对冬小麦产量的影响程度。结果表明：华北平原冬小麦在轻中度干旱胁迫和重度干旱胁迫下,小麦全生育期的天数缩短,株高、叶面积及灌浆速率均呈不同程度的减少。3种水分胁迫的株高增长量为适宜>轻中度胁迫>重度胁迫,灌浆速率为适宜>轻中度胁迫>重度胁迫。土壤水分胁迫引起冬小麦物质分配更多地向支持生长的茎秆转移,在生长发育过程中受到水分胁迫,小麦产量将降低,重度胁迫条件下小麦产量为适宜水分条件的69%。     

江苏省冬小麦播种期对气候要素变化的响应

利用江苏省35个气象台站1961- 2009年冬小麦播种期内的气象观测资料,采用数理统计方法,分析了近49 a来冬小麦播种期内各气候要素的变化.结果表明:江苏省冬小麦主要播种期内的日平均气温随着时间的推移逐渐升高,且相关显著,其中淮河以南地区升高速度更快;秋季稳定通过15℃的终日总体呈逐年推迟趋势,尽管部分年际间波动较大;按传统播期播种到越冬的≥0℃有效积温与年序也呈极显著正相关关系.分析沭阳、淮安、盱眙、滨海、赣榆和徐州6个农业气象观测站的冬小麦发育期资料,及当地冬小麦播种至越冬前积温资料.结果表明:各地冬小麦播种至越冬≥0℃有效积温总体上逐年增加.此外,冬小麦播种期内降水量的波动较大,尤其自1990s中期以来,各地降水量呈逐年递减趋势.得出结论:江苏省冬小麦应适时晚播,并应趁墒及时播种.     

冬小麦生长模式及其在干旱影响评估中的应用

在前人理论研究和田间试验的基础上,考虑水分胁迫影响的后效性及作物不同发育阶段对水分胁迫的敏感性,研制出实际水分条件下的冬小麦生长模拟模式。经与不同水分处理的实测资料对比,模拟效果基本令人满意,平均误差为10%左右。利用生长模式得到实际水分条件下的干物重减少率,进行了干旱影响实时评估的尝试。并分别在返青后、拔节后和成熟前展望了干旱对最终生物量的可能影响。     

设施番茄产量和品质对不同浓度CO2的响应

为了明确设施番茄对CO₂的生理响应及需求规律,以“美红2号”为试验材料,测定增施600、900、1 200 mg/kg的CO₂后,番茄的开花量、单株果数、果重、含糖量、含酸量及维生素C含量。结果表明：增施CO₂可以提高番茄花量25%～50%,提高单株结果数量,增产28.29%～51.04%,但对平均果重没有影响。与对照相比,增施CO₂20 d后,600、900、1 200 mg/kg处理的果实含糖量分别为5.27、5.49、5.65 g/kg,明显高于对照4.71 g/kg的含糖量;含酸量分别为2.48、2.23、2.02 g/kg,显著低于对照区3.03 g/kg的含酸量;维生素C含量分别为356.38、420.38、348.38 mg/kg,显著高于对照区260.88 mg/kg的含量,其中900 mg/kg处理对维生素C的提升效果最好。在温室中增施CO₂不但能提高番茄产量,还能有效改善番茄品质,适宜的剂量以900 mg/kg为宜。     

中国冬季气温月际变化特征及其对大气环流异常的响应

基于1951—2014年中国160站月气温和NCEP/NCAR再分析资料,利用季节的经验正交函数分解（S-EOF）等方法,研究了中国冬季气温月际变化的时、空演变特征及其对大气环流异常的响应。结果表明,中国冬季气温在月尺度上常常出现前、后冬相反甚至冷暖交替的现象。中国冬季气温月际变化存在3个主模态:全冬一致型、前后反相型和冷暖交替型。当西伯利亚高压冬季一致偏强（偏弱）时,冬季一致冷（暖）;当海陆热力差异由强变弱、西伯利亚高压强度由强变弱,东亚西风急流比较稳定,强度偏强,位置由南向北移动时,冬季前冷后暖;当大气环流发生突变,尤其是海平面气压场和500 hPa位势高度场上大气活动中心的频繁调整,西伯利亚高压强度在月时间尺度上强弱交替时,冬季气温呈冷—暖—冷交替变化。      

Seasonal Variation and Meteorological Control of CO2 Flux in a Hilly Plantation in the Mountain Areas of North China

The carbon cycle of terrestrial ecosystems is an important scientific issue in global climate change re- search. Plantation forest plays an important role in terrestrial carbon budget in China. In this study, eddy covariance flux data measured at Xiaolangdi forest ecosystem research station (XLD) in 2007 and 2008 are used to analyze the seasonal variation and meteorological control of CO2 flux in a 30-yr-old mixed plantation. The plantation forest mainly consists of Quercus variabilis, Platycladus orientalis, and Robinia pseudoacacia. The results show that the seasonal variations of net ecosystem exchange of CO2 (NEE), gross primary production (GPP), and ecosystem respiration (Re) display single-peak curves. The maximum of carbon sequestration appears during May and June each year. The relative contribution of carbon re- lease from ecosystem respiration to GPP varied slightly between 2007 and 2008. The relationship between NEE and photosynthetic active radiation (Qp) accords with the rectangular hyperbola model on diurnal scale, and shows a good linear correlation on monthly scale. The ecosystem photosynthetic parameters: the maximum photosynthetic rate (Pmax), the ecosystem photosynthetic photonyield (α), and the daytime ecosystem respiration (Rd) exhibit seasonal variations. Pmax reaches the maximum in August each year, with small interannual di?erence. The interannual differences of α and Rd are obvious, which is attributed to the changes of meteorological factors, such as solar radiation, vapor pressure deficit (D), precipitation, etc. Parameters Re, GPP, and NEP (net ecosystem production) have obvious exponential relations with temperature on monthly scale. There is a hysteresis in the response of GPP and NEP to temperature, i.e., the carbon sequestration is not the maximum when the temperature reaches the peak value. The Q10 values were 1.37 and 1.45 in 2007 and 2008, respectively. On monthly scale, Re, GPP, and NEE increase as D increases, but rise slowly and even decrease when D is higher than 1.5 kPa.     

Numerical Simulation of CO2 Doubling Impacts on Regional Climate in Northwest China

A numerical study on CO2 doubling effects upon temperature and precipitation in NW China is conducted using an improved regional climate model, with the modeling data from a global climate model (Australian CSIRO R21L9) as the background. Results suggest that the doubling would lead to the rise of surface temperature in the project region, with the maximum occurring in southern Xinjiang Basin and eastern Qilian Mountains in contrast to a relatively smaller increase in northern Xinjiang and southern Shaanxi Provinces. On a seasonal basis the winter temperature warming is most pronounced while the autumn shows a relatively less signi cant rising trend. The study region experiences the greatest warming compared with other parts of the country. With CO2 content doubling, rainfall change varies from place to place in this region, with rainfall increase in the west, particularly in northern Xinjiang, in the vicinity of the Tianshan area, southwestern Qinghai, and Hexi area (west of the Yellow River of Gansu), as opposed to the eastern portion of NW China, where precipitation decreases. If CO2 concentration is doubled, most of the study region would receive more rainfall in spring, implying that spring drought would be alleviated while its eastern part would see varying-degree decreased precipitation in the other three seasons, especially in summer, suggesting that drought there would be intensified in summer and autumn, thereby exerting major influence on rain-fed agriculture there.     

Sensitivity of the Carbon Storage of Potential Vegetation to Historical Climate Variability and CO2 in Continental China

The interest in the national levels of the terrestrial carbon sink and its spatial and temporal variability with the climate and CO2 concentrations has been increasing. How the climate and the increasing atmospheric CO2 concentrations in the last century affect the carbon storage in continental China was investigated in this study by using the Modified Sheffield Dynamic Global Vegetation Model (M-SDGVM). The estimates of the M-SDGVM indicated that during the past 100 years a combination of increasing CO2 with historical temperature and precipitation variability in continental China have caused the total vegetation carbon storage to increase by 2.04 Pg C, with 2.07 Pg C gained in the vegetation biomass but 0.03 Pg C lost from the organic soil carbon matter. The increasing CO2 concentration in the 20th century is primarily responsible for the increase of the total potential vegetation carbon. These factorial experiments show that temperature variability alone decreases the total carbon storage by 1.36 Pg C and precipitation variability alone causes a loss of 1.99 Pg C. The effect of the increasing CO2 concentration alone increased the total carbon storage in the potential vegetation of China by 3.22 Pg C over the past 100 years. With the changing of the climate, the CO2 fertilization on China's ecosystems is the result of the enhanced net biome production (NBP), which is caused by a greater stimulation of the gross primary production (GPP) than the total soil-vegetation respiration. Our study also shows notable interannual and decadal variations in the net carbon exchange between the atmosphere and terrestrial ecosystems in China due to the historical climate variability.