利用WOFOST作物模型研究气候变暖对冬小麦产量的影响

全球气候变暖已经成为一个不争的事实,开展气候变化对冬小麦产量影响的数值模拟对制定农业政策以适应气候变化具有重要意义。本文使用荷兰瓦赫宁根大学开发的WOFOST模型,利用太谷2000年和2001年的数据对WOFOST模型进行验证,确定该模型在山西太谷地区的适用性。文章分析了太谷地区气温变化趋势,假定以1985年-2007年的变暖趋势增温,假设其它条件不变,从而构建了100年内每10a的时间间隔的气象情形。以这些气象情形驱动验证好的模型模拟100年内每10a的时间间隔气候变暖对冬小麦产量的影响。模拟结果表明,气温变化对冬小麦产量的影响不是单一的,未来冬小麦的产量是波动变化的。     

气候适宜度在华北冬小麦发育期预报中的应用

利用华北地区39个代表站,1971-2011年逐日最高温度、最低温度、降水量、日照时数、土壤水分、冬小麦发育期和农业气象指标等资料,在考虑_十壤水分和降水对冬小麦不同生长发育阶段的不同影响基础上,建立了冬小麦水分适宜度计算方法,结合温度适宜度和日照适宜度,构建了冀、鲁、豫冬小麦气候适宜度评价模型。以冬小麦气候适宜度为预报因子,建立了冀、鲁、豫3省9个区域冬小麦发育期预报模型。模型回代检验结果表明,不同区域模型的模拟天数与实际天数的平均误差均在1-2天之间,不同发育阶段模型的模拟天数与实际天数的平均误差均在4天以内;模型预报检验表明,各区域不同发育阶段的预报天数与实际天数的误差大多数在3天以下。     

冬小麦冬季干旱时段灌溉气象适宜指数研究

对1955-2010年宿州市冬季降水量和气温变化的数理统计分析结果表明：宿州市冬小麦冬季仍处于缓慢生长状态,特别是在干旱和暖冬的双重影响下,冬季麦田一般需要灌溉一次。在此基础上,采用德尔菲法（Delphi technique）,确定了影响冬季麦田实施灌溉的降水、日最低气温和风速3个气象要素的各自的量化等级和影响灌溉适宜与否的权重系数,给出了冬季干旱时段灌溉气象适宜指数概念和计算模型,再结合天气预报产品的释用方法,得到了冬小麦冬季干旱时段灌溉农用天气预报产品。经实例应用,可适应对外发布冬季麦田灌溉农用天气产品的需要。     

冬小麦气候适宜诊断指标确定方法探讨

在考虑土壤水分和降水对冬小麦各生长发育阶段影响不同的基础上,构建了冬小麦水分适宜度计算方法,结合冬小麦温度适宜度和日照适宜度计算模型,建立了冬小麦气候适宜度计算模型.利用不同时段的气候适宜度与冬小麦气象产量的关系,采用加权平均构建了冬小麦播种至某一发育阶段的气候适宜指数.利用历史气候适宜指数最大值、平均值、最小值和冬小麦观测试验资料,建立了冬小麦播种至某一发育阶段的气候适宜程度诊断阈值;并利用该阈值,建立了冀、鲁、豫地区冬小麦播种至某一发育阶段的气候适宜、基本适宜和不太适宜诊断指标,对提升农业气象定量评价服务具有十分重要的意义.     

甘肃黄土高原地温与冬小麦发育期的关系分析

用黄土高原代表站甘肃省庆阳西峰站1971～2005年5、10、15、20 cm地温和1981～2005年冬小麦发育期资料,分析了地温的时间变化规律及对冬小麦发育期的影响.结果表明,西峰10 cm地温除夏季外,其余季节呈持续升高的趋势.地温与冬小麦发育期成负相关,与冬季地温相关最显著的是乳熟期,相关系数为-0.57～-0.65,与春季地温相关最显著的是返青期,相关系数为-0.60～-0.63.冬季典型年份各平均发育期差异最显著的是冬小麦的起身期提前了15 d,春季典型年份最显著的是冬小麦的全生育期提前了23 d.     

冬小麦生长发育统一阶段模式的研究

本文以生物学为基础，发展了一个包含非线性积温模式并考虑了日长影响的冬小麦生长发育阶段（DVS）模式，该模式不同于一般以往的冬小麦分段发育模型，它是一个统一的发育模式，利用中国小麦生态实验资料研究表明：黄淮海地区秋播冬小麦发育速度模式可以拟合为V=2．34×10－3＋1．21×10－3×e0．30（DL-DL0）＋1．62×10－7×（T－Tmin）（1．93）（Tmax－T）（1．14），其中T为日平均温度，DL为日长，DL0为临界日长，Tmin、Tmax为小麦生育的最高、最低温度；V的逐日累加即为该日的DVS值。利用中国小麦生态资料确定的DVS值分别为：出苗0．03，三叶0．07，拨节0．70，抽穗0．88，开花0．89，成熟1．0。平均拟合误差3．6天。利用该模型可对大田冬小麦生长进行监测研究。     

济宁冬季天气条件及其对冬后小麦生长的影响

利用济宁市2005年冬季11县市的平均气温、降水等气象资料,并通过对冬后不同生长时段的小麦进行系统调查研究,分析了2005年冬季天气特点及其对冬后小麦生长的影响。整个冬季,前期气温偏高,中后期气温偏低,负积温较常年偏多,使小麦发生了不同程度的主茎冻枯型冻害,致使其苗高增长、单茎绿叶面积衰减、茎秆干重、千粒重增长等差异较大,从而使济宁市小麦平均产量降低,并针对造成小麦冻害的主要原因提出了相应的预防措施和建议。     

气温变化对鲁西北冬小麦最佳适播期的影响

近十几年来,地处鲁西北地区的桓台县年平均气温呈上升趋势,冬半年气温上升较明显,冬小麦的生长受其影响,冬前旺长和绿体越冬时常出现,冬小麦抗低温能力受到影响,容易成灾。降低冬小麦冬前旺长几率,可以通过选取适应气温变化的播种时间来增强冬小麦抗低温能力。将冬小麦播种出苗所需要的日平均气温、播种至停止生长期积温、播种到收获所需总积温等3个农业气象指标,与近10年气温变化统计比较,发现在气温升高趋势下,冬小麦适宜播种的最佳时段比传统的播种时间明显后推。     

应用地温预报冬小麦产量的积分回归实时预报模式初探

土壤是农作物赖以生存的必要环境,种子发芽、根系的形成和发育都是在土壤中进行的,因而农作物生长发育与土壤水热状况的关系最为直接。本文基于这样的认识,以河北省冬小麦为例分析了1961—1978年河北省冬小麦产量与0cm,5cm,10cm,20cm地温的关系,提出一个以冬小麦生育期地温观测资料实时预报冬小麦产量的积分回归模式,并进行了试报。     

江苏省冬小麦气候适宜度动态模型建立及应用

用1961—2010年江苏57个气象站常规气象资料和小麦产量资料,结合前人的研究思路,应用生态适宜度、模糊数学理论,引入权重分析等方法,建立了江苏省冬小麦气候适宜度的动态模型,模型检验结果良好。对1961—2010年冬小麦历年全生育期和各生育期的气候适宜度进行初步分析,结果表明:江苏省各地冬小麦气候适宜度均维持在较高水平,其中冬小麦生育期内温度适宜度最高,降水适宜度维持在较低水平,日照是其生产过程中的关键性制约气象因子。     

安徽省冬小麦春霜冻害气象指标的研究

本文根据安徽省12个农业气象观测站冬小麦春霜冻害观测调查数据,针对不同品种(春性和半冬性)冬小麦,全面分析了拔节期前15 d至拔节后20 d的最低气温变化规律,以日最低气温为指标,将春霜冻害等级划分为轻度和重度2个级别,并分时段确定等级。验证结果表明,虽然春霜冻害的发生受地形、土壤等多种因素的影响,但最低气温指标基本能够反映出冬小麦拔节前后不同品种春霜冻害的发生规律,可以在霜冻监测预警业务中应用。用该指标进行霜冻发生风险分析的结果表明,安徽省冬小麦主产区为轻度霜冻频发区、重度霜冻基本不发区,冬小麦春性品种春霜冻高发区比半冬性品种明显偏南,可用于指导冬小麦品种合理布局,减轻春霜冻危害风险。     

秋冬气候变化对乌鲁木齐冬小麦播期的影响

通过对1976-2006年秋冬气候条件分析。得出鸟鲁木齐冬小麦冬前生长期间和越冬期间的气候条件发生了较明显的变化,表现为气温升高、降水减少、冬前〉0℃积温增加,越冬期初日后推,冬前生长期延长,越冬期间负积温减少。结果表明随着气候的变暖适当晚播更有利于冬小麦生长,冬小麦的适宜播种期应在传统播种期的基础上向后推迟一候左右。     

Effects of drought on winter wheat yield in north China during 2012�C2100

Winter wheat is one of China’s most important staple food crops, and its production is strongly influenced by weather, especially droughts. As a result, the impact of drought on the production of winter wheat is associated with the food security of China. Simulations of future climate for scenarios A2 and A1B provided by GFDL-CM2, MPI_ECHAM5, MRI_CGCM2, NCAR_CCSM3, and UKMO_HADCM3 during 2001-2100 are used to project the influence of drought on winter wheat yields in North China. Winter wheat yields are simulated using the crop model WOFOST (WOrld FOod STudies). Future changes in temperature and precipitation are analyzed. Temperature is projected to increase by 3.9-5.5 for scenario A2 and by 2.9-5.1 for scenario A1B, with fairly large interannual variability. Mean precipitation during the growing season is projected to increase by 16.7 and 8.6 mm (10 yr)-1 , with spring precipitation increasing by 9.3 and 4.8 mm (10 yr)-1 from 2012-2100 for scenarios A2 and A1B, respectively. For the next 10-30 years (2012-2040), neither the growing season precipitation nor the spring precipitation over North China is projected to increase by either scenario. Assuming constant winter wheat varieties and agricultural practices, the influence of drought induced by short rain on winter wheat yields in North China is simulated using the WOFOST crop model. The drought index is projected to decrease by 9.7% according to scenario A2 and by 10.3% according to scenario A1B during 2012-2100. This indicates that the drought influence on winter wheat yields may be relieved over that period by projected increases in rain and temperature as well as changes in the growth stage of winter wheat. However, drought may be more severe in the near future, as indicated by the results for the next 10-30 years.     

安徽淮北平原冬小麦气候适宜度分析及作物年景评估

选取安徽省淮北平原37个气象站1960-2016年逐日气象资料,构建气温、降水、日照及气候适宜度模型,分析气候变暖背景下冬小麦气候适宜度时空演变特征,揭示冬小麦生育期气候风险,评判农业气候年景。结果表明：淮北平原冬小麦不同生育期对气候因子适宜程度不同,单要素各生育期适宜度均为灌浆-乳熟期较高,返青-拔节期较低,其中降水适宜度分蘖期最低;全生育期温度适宜度最高、日照适宜度次之、降水适宜度最低,水分是冬小麦生长的限制因子。气候综合适宜度灌浆-乳熟期最高,分蘖期降水适宜度最低,并且其序列变异系数大,常遭遇秋冬连旱,引起产量波动;全生育期气候适宜度呈东高西低分布,淮北中东部较高,而淮北西部及沿淮地区较低,冬小麦生产风险相对较高。1961-2016年全生育期温度适宜度线性增大趋势显著,降水适宜度线性趋势不明显,而日照适宜度呈显著的线性减小趋势;综合来看,全生育期气候适宜度无明显线性增减趋势,空间上淮北东部略有增大,而西部及沿淮地区略有减小,气候风险增加。淮北平原多数年份气候适宜度适中,适宜性偏差年发生概率高于偏好年。基于气候适宜度评判冬小麦气候年景等级,评估结果与实际产量增减情况基本相符,表明农业气候年景模型评估精度能满足业务服务需求,具有推广应用价值。     

新源县冬小麦对气候变化的响应

根据新源县气象站1982—2018年冬小麦生育期、产量及同期气温、降水、日照时数资料,采用线性回归、pearson相关系数、3 a直线滑动平均等统计方法,研究了近37 a来新源县冬小麦对气候变化的响应。结果表明:近37 a来新源县冬小麦冬前生育期显著推迟,返青至乳熟期显著提前,春、夏季生育期提前主要受3月上、中旬气温影响。出苗—越冬开始期显著缩短、乳熟—成熟期显著延长,其它各生育期间隔无显著变化,全生育期缩短是由播种期显著推迟造成的。冬小麦气候产量与营养生长期的气象要素显著相关。播种期显著推迟导致冬前的热量积累不足,建议播种期提前10 d左右,利于形成壮苗。     

不同品性冬小麦籽粒灌浆特性研究

为揭示冬小麦干物质积累过程的动态变化,利用不同品种冬小麦分期播种的灌浆速率资料,建立了Logistic模型,定量分析了不同播期条件下不同品性冬小麦的灌浆特性,并探讨了冬小麦灌浆特性对气象因子的响应情况。结果表明,籽粒灌浆质量与开花后天数的关系符合Logistic生长曲线方程。基于Logistic模型求算的各次级参数能够较好地表征冬小麦籽粒灌浆特性,半冬性品种较春性品种灌浆高峰期出现时间早;春性品种的粒重渐增期和粒重快增期持续时间一般长于半冬性品种的;半冬性品种的平均活跃灌浆期较春性品种的短;早播和正常播种条件下,春性品种最大和平均灌浆速率均高于半冬性品种的,而迟播条件下春性品种最大和平均灌浆速率均低于半冬性品种的,适期晚播更利于春性品种灌浆和千粒重增加。灌浆特性的变异系数分布总体呈春性品种大于半冬性品种的,表明播期对春性品种的影响更大。不同籽粒灌浆特性对气象因子的响应不同,其中孕穗—成熟期内的平均气温、孕穗—乳熟期内的降水量、播种—乳熟期内的日照时数与冬小麦灌浆特性相关密切,基于灌浆特性与气象因子建立的逐步回归方程决定系数为0.507～0.875,均通过了0.01的显著性检验。     

二氧化碳浓度增加对冬小麦生长发育影响的数值模拟

根据国内外小麦生长模拟研究成果,借鉴荷兰学者的模拟思路,从作物生长的主要生理过程人手,综合考虑气候变暖与大气中CO2浓度增加等因素对作物生长发育和产量形成的影响,修正了在一级生产水平下冬小麦生长模拟模式,使得模式能够对CO2浓度的变化做出相应的反应。经资料检验,在当前CO2浓度下,冬小麦总干重和穗干重的模拟平均相对误差小于10％,其它器官干重及叶面积指数的模拟也取得了较好的结果。运用改进后的模式模拟试验了未来气候变暖和CO2倍增对冬小麦生长发育的可能影响。     

北方冬小麦冬季冻害及播期延迟应对

全球变暖背景下, 我国北方冬麦区冬季冻害是否仍是主要气象灾害,冬小麦播期延迟是否能作为应对气候变化的措施,成为当前亟待解决的科学问题。研究表明:1981—2000年北方冬麦区偏北地区冬季冻害指数与冬小麦减产率相关系数为0.62(达到0.001显著性水平),即2000年前冬季冻害是冬小麦减产的主要气象灾害之一;2000年后冻害与冬小麦减产率相关不显著,即冬季冻害已不再是冬小麦减产的主要影响因子。2018—2021年的冬小麦分期播种试验分析表明:山东泰安和陕西咸阳主栽的冬小麦品种播期推迟,冬前积温和生长季积温明显减少,导致冬小麦植株高度、地上总干重和叶面积指数减小;播期推迟对产量结构造成不利影响,有效穗数、穗粒数和千粒重均分别减少,导致减产,播期推迟10 d平均减产22%,推迟20 d平均减产40%。因此,冬小麦推迟播期并未产生积极效应, 可能原因是当前冬小麦播期和主栽的冬小麦品种已适应当地气候变化。     

“高温”对我国小麦生长发育及产量的影响

本文通过田间试验、人工气室模拟试验、历史资料统计分析及采用CERES冬小麦模式,分析“高温”对小麦（春小麦、冬小麦）发育历期、产量结构及经济产量的影响。结果表明:随温度升高,小麦发育历期缩短,高温使春小麦经济产量下降,温度升高改善了冬小麦越冬条件,对穗粒数及籽粒重有利。返青后的“高温”对冬小麦经济产量不利。     

Numerical Simulation Study on the Impacts of Tropospheric O3 and CO2 Concentration Changes on Winter Wheat. Part II: Simulation Results and Analyses

With the rapid development of industrialization and urbanization, the enrichment of tropospheric ozone and carbon dioxide concentration at striking rates has caused effects on biosphere, especially on crops. It is generally accepted that the increase of CO2 concentration will have obverse effects on plant productivity while ozone is reported as the air pollutant most damaging to agricultural crops and other plants. The Model of Carbon and Nitrogen Biogeochemistry in Agroecosystems (DNDC) was adapted to evaluate simultaneously impacts of climate change on winter wheat. Growth development and yield formation of winter wheat under different O3 and CO2 concentration conditions are simulated with the improved DNDC model whose structure has been described in another paper. Through adjusting the DNDC model applicability, winter wheat growth and development in Gucheng Station were simulated well in 1993 and 1999, which is in favor of modifying the model further. The model was validated against experiment observation, including development stage data, leaf area index, each organ biomass, and total aboveground biomass. Sensitivity tests demonstrated that the simulated results in development stage and biomass were sensitive to temperature change. The main conclusions of the paper are the following: 1) The growth and yield of winter wheat under CO2 concentration of 500 ppmv, 700 ppmv and the current ozone concentration are simulated respectively by the model. The results are well fitted with the observed data of OTCs experiments. The results show that increase of CO2 concentration may improve the growth of winter wheat and elevate the yield. 2) The growth and yield of winter wheat under O3 concentration of 50 ppbv, 100 ppbv, 200 ppbv and the based concentration CO2 are simulated respectively by the model. The simulated curves of stem, leaf, and spike organs growth as well as leaf area index are well accounted with the observed data. The results reveal that ozone has negative e ects on the growth and yield of winter wheat. Ozone accelerates the process of leaf senescence and causes yield loss. Under very high ozone concentration, crops are damaged dramatically and even dead. 3) At last, by the model possible effects of air temperature change and combined effects of O3 and CO2 are estimated respectively. The results show that doubled CO2 concentration may alleviate negative effect of O3 on biomass and yield of winter wheat when ozone concentration is about 70-80 ppbv. The obverse effects of CO2 are less than the adverse effects of O3 when the concentration of ozone is up to 100 ppbv. Future work should determine whether it can be applied to other species by adjusting the values of related parameters, and whether the model can be adapted to predict ozone e ects on crops in farmland environment.