低温、干旱并发对玉米影响的评估研究

通过人工模拟试验,模拟了低温、干旱及低温干旱并发对玉米生长发育的影响。根据试验结果定量地评估了低温、干旱及并发对玉米苗期、抽雄期生理过程的影响。结果表明:低温、干旱对玉米的生理过程为负效应,并发加大了负效应的影响。并建立了低温、干旱及并发对籽粒产量的影响评估方程:y=-516·2162+58·72343x1+125·9081x2+114·8233x3;方程中:y为籽粒产量(kg·hm-2),x1为土壤湿度(%),x2为苗期温度(℃),x3为抽雄期温度(℃)。     

低温、干旱胁迫对抽雄期玉米叶片光化效率和光合作用速率的影响

在人工模拟低温、干旱条件下，测定了抽雄期玉米叶片荧光参数（Fo、Fm、Fv／Fm）及光合作用速率。其结果表明：低温、干旱均使光化效率（Fv／Fm）、光合作用速率下降，光化效率与温度的关系：Y=0．002X^2-0．0055X＋0．8032（式中Y为光化效率，X为温度）。低温使光合作用速率下降，温度由25℃降到15℃，光合速率可下降27．8％。土壤湿度由处理5降到处理1，在不同温度下光化效率可降低1％～8％；光合作用速率最大减幅达80％左右。低温、干旱并发对光化效率和光合作用速率的负效应加大，光化效率降幅增大2．5倍，光合作用速率增大15％左右。光化效率与光合作用速率两者呈显著正相关。     

富裕县农田土壤湿度变化及其对玉米发育期和产量的影响

本文旨在分析黑龙江省富裕县农田土壤相对湿度对玉米发育期和产量的影响,以期为松嫩平原西部玉米生产提供科学参考。以黑龙江省富裕县为研究区域,利用1982—2017年土壤相对湿度资料、1995—2017年玉米发育期资料、玉米产量资料,采用对比分析、相关分析、Mann-Kendall突变检验法,分析土壤相对湿度变化特征,研究土壤相对湿度对玉米发育期和产量的影响。结果表明：富裕县近36 a土壤相对湿度呈增加—减小—增加的趋势。播种期—出苗期、拔节期—抽雄期、乳熟期—成熟期土壤干旱平均每4—6 a一遇,抽雄期—乳熟期每2—3 a一遇,出苗期—拔节期土壤基本无旱。各发育期土壤相对湿度减小的突变年在1987年前后,增加的突变年在2013年前后。20世纪80年代土壤较适宜,干旱轻,90年代土壤相对湿度迅速下降,干旱最重,之后随着年代的推移土壤干旱逐渐减轻。玉米主要发育期中播种期—出苗期、出苗期—拔节期土壤干旱对产量影响较小,拔节期—成熟期是土壤干旱影响产量的主要时期。     

干旱环境下夏玉米各生育时期光响应特征

2011年6—9月在中国气象局河北固城生态试验站借助大型电动式防雨棚及人工灌溉, 开展水分影响夏玉米生长发育的田间试验。首先进行夏玉米叶片光合作用日变化和光合作用光响应曲线的观测,然后利用不同模型拟合光响应曲线确定最适模型并提取光合特征参数,探讨土壤水分条件对不同生育时期夏玉米叶片光合特性的影响规律。结果表明:土壤水份适宜时,玉米抽雄期的光合能力最强,重度干旱时,抽雄期的光合能力降低幅度也最大,其次为乳熟期、拔节期;直角双曲线修正模型最适合描述干旱环境下的玉米光合能力光响应过程,轻度干旱使各生育时期光饱和点及最大净光合速率下降,而对光补偿点量子效率和光补偿点的影响不明显; 重度干旱下各生育时期光饱和点、最大净光合速率较轻度干旱又进一步下降,同时各生育时期光补偿点量子效率也有明显下降,而光补偿点明显上升,表明玉米叶片的强光利用能力对干旱敏感,而它的弱光利用能力对干旱响应较迟钝。     

土壤水分胁迫对冬小麦旗叶光合特性的影响

以土壤水分适宜做对照(CK),轻度水分胁迫(50%～70%)、中度水分胁迫(小于50%)3种处理在河北固城可控式土壤水分试验场,选择冬小麦灌浆初期的晴朗天气,采用Li-Cor 6400便携式光合作用仪,观测了3种处理的冬小麦旗叶光合作用参数的日变化。试验结果表明:土壤水分适宜时冬小麦旗叶净光合速率的日变化为"单峰型",未出现明显的"午休"现象,水分胁迫的处理都呈"双峰型",中度胁迫反而比轻度胁迫光合"午休"要短2h;3种处理的蒸腾速率日变化都呈"双峰型",气孔导度是反映叶片气体交换的重要指标,蒸腾速率与气孔导度成极显著正相关;土壤水分适宜或土壤干旱时冬小麦旗叶对环境变化的应变性较迟钝;轻度水分胁迫时冬小麦旗叶净光合速率比CK高2.8%～9.0%,蒸腾速率与CK基本相近,水分利用效率(WUE)比CK高10.6%～12.9%,这可能是一定程度的水分胁迫下冬小麦节水增产的生理调节机理。     

油蒿在高浓度CO2条件下对干旱胁迫的反应

采用人工模拟试验方法研究毛乌素沙地沙生植物群落的优势种－－油蒿在高浓度CO2条件下对土壤干旱胁迫的反应。结果表明，不同程度的土壤干旱胁迫使油蒿生长与生物量下降，随着干旱程度的加重而增加负面影响；大气中CO2浓度升高对油蒿的生长发育起到“施肥作用”；虽然在高浓度CO2条件下发生土壤干旱胁迫对油蒿的影响也是负效应，但CO2的“施肥效应”依然存在，“施肥效应”的生理机理是CO2浓度升高提高了光合作用速率。     

干旱胁迫对夏玉米叶片光合及叶绿素荧光的影响

选用华北地区大面积种植的夏玉米品种郑单958、承玉2号、鲁单981作为试验材料,通过研究干旱胁迫条件下的玉米叶片光合、叶绿素荧光等指标随着土壤水分的动态变化规律,以期为夏玉米干旱的生理生态变化监测及水分高效利用提供理论依据.研究发现,在土壤含水量70%左右时,随着土壤相对湿度的下降,上述3个夏玉米品种仍能保持其叶片水分状态.郑单958、承玉2号、鲁单981的叶片净光合速率在土壤水分中等条件下最大,分别为39.9、38.8、38.4 μmol CO2/m2 · s;在土壤相对湿度较低时,郑单958、承玉2号、鲁单981的叶片净光合速率下降趋势明显(P＜0.05).叶片水势变化规律为:在土壤相对湿度＞90%时,对水分胁迫郑单958、承玉2号不敏感,鲁单981敏感;在土壤相对湿度＜70%时,水分胁迫条件下承玉2号不敏感,而鲁单981、郑单958敏感.气孔导度(gs)变化规律:随着水分胁迫加剧,3个夏玉米品种气孔导度均下降,在土壤水分较高时,气孔导度变化规律不明显,在土壤水分较低时,气孔导度明显下降(P＜0.01),细胞间隙CO2浓度(Ci)随土壤水分胁迫加剧而上升.上述结果表明:与叶片的光合和水分状况相比,夏玉米的气孔对土壤水分的匮缺更为敏感.     

东北地区春玉米主要生理参数对拔节至灌浆期干旱的响应

为了深入了解玉米干旱的影响机理,采用持续无补水方式进行东北地区春玉米拔节至灌浆期干旱胁迫试验,对主要光合变量(净光合速率P_n、蒸腾速率T_r、气孔导度G_s、胞间CO_2浓度C_i)、茎流速率及叶和根水势进行动态观测,研究春玉米关键发育期干旱对各生理参数的响应。结果表明:G_s、P_n和C_i对轻度干旱胁迫响应较慢,3个生理参数在中度干旱胁迫以上随干旱加重均快速减小,T_r对轻度干旱胁迫的响应比其他生理参数更快;随着干旱程度加重光合作用的响应由单纯受气孔因素转为受气孔与非气孔双重因素的影响;复水后,各生理参数均可以恢复正常,G_s、P_n和T_r在短时间内补偿性快速增大,其中T_r对复水后土壤湿度下降的响应不敏感;玉米植株日茎流量不受轻度和中度干旱胁迫的影响,但干旱后复水出现补偿性增大现象;叶水势对干旱胁迫的响应比根水势偏慢,复水后叶水势恢复能力比根水势偏弱。     

碳四植物光合生化机理模型的叶片含水量修正

叶片光合作用的准确模拟对陆地生态系统模型及全球变化对植被影响研究具有重要意义。水分是影响光合作用的重要因素,目前研究多采用土壤含水量表示,而非直接起作用的叶片含水量,这限制了光合作用的准确模拟。以玉米为研究对象,利用2014年6—10月中国气象科学研究院固城生态与农业气象试验站玉米6个水分梯度持续干旱试验数据,结合光合生化机理模型,定量研究最大羧化速率与叶片含水量的关系。结果表明:两者呈显著二次曲线关系,其拟合方程的决定系数达0.88;参数不同时,最大羧化速率的绝对值不同,但归一化后的叶片含水量修正函数与参数无关,当叶片含水量为80%左右时,其修正函数值为1,当叶片含水量降至70%左右时,其修正函数值为0。研究从叶片含水量影响方面完善了碳四植物光合生化机理模型,可为进一步提高光合作用模拟的准确性和玉米干旱监测预警提供参考。     

干旱对夏玉米根冠及产量影响试验

为揭示干旱对夏玉米根冠生长及产量形成的影响,2013—2015年在山东夏津、山西运城和河北固城开展夏玉米水分胁迫控制试验,研究不同干旱条件下玉米根冠及产量的变化,厘定干旱敏感时段及临界阈值。结果表明:同一干旱程度,影响玉米地上干物重、产量的关键时段为拔节-抽雄期,抽雄期最敏感,影响根系、根冠比的关键时段为出苗-拔节期,拔节期最敏感。不同干旱程度,在快速失墒阶段,不同生育时段的地上干物重、根干重、根冠比均呈下降趋势,分别较对照减少11.7%~67.8%,35.2%~85.8%和15%~62%;干旱维持阶段与快速失墒阶段相比,地上干物重呈持续下降趋势,较对照减少24.3%~89.7%,根干重、根冠比呈上升趋势或无明显差异,分别较对照减少9.7%~80.8%,9.6%~62%。出苗-拔节期,土壤相对湿度60%~62%为玉米地上部生长及形成合理根冠比的临界阈值;出苗-七叶期,土壤相对湿度51%~60%利于根系生长。土壤相对湿度62%为影响玉米产量的临界阈值,土壤相对湿度31%~40%,出现在拔节、抽雄等敏感期,玉米减产七成以上。土壤相对湿度50%~60%持续时间少于8 d,复水后根冠可迅速恢复生长,但对产量仍有一定程度的影响,减产1.4%~6.6%。     

黑龙江省玉米低温冷害发生风险趋势及预报模型

利用黑龙江省玉米主产区69个市(县)1961~2003年5~9月逐日气温、玉米发育期与冷害资料,用积温距平作为判别玉米低温冷害发生的主导因子,获得玉米主要发育时期冷害发生指标体系及其风险程度,构建玉米低温冷害风险预报模型;分析了43年来玉米低温冷害发生风险的趋势变化,采用Mann-Kendall方法进行趋势检验。结果表明:1961~1983年为玉米冷害发生的高风险时期,其中1964、1969、1972、1983年是玉米冷害发生的最高风险年。1984年之后为冷害发生的低风险时期,尤其在所研究的后几年各地的UskU0.05,表明此时期积温距平水平上升趋势明显,发生玉米冷害的风险很低;玉米低温冷害风险预报模型能够对冷害发生风险、冷害程度、发生范围进行动态预测预报和灾害评估,预报模型的检验结果具有较好的客观性和适用性。     

夏玉米土壤水分指标研究

不同土壤水分状况对夏玉米生长发育和产量形成有着明显的影响,并且通过各种生理生态特征表现出来。本文根据1984—1987年试验资料,系统分析了土壤水分对气孔阻力、光合作用、蒸腾强度、灌浆速度等生理特征和产量的影响,建立了土壤湿度与它们之间的数学模式,运用最优分割理论进行最优分割,确定了夏玉米拨节—抽雄期的适宜土壤水分指标为15.5％,干旱指标为10.5％;分别占田间持水量的71.4％和48.4％,抽雄—成熟期的适宜水分指标为16.7％,干旱指标为10.7％,分别占田间持水量的77.0％和49.3％。从而为灌溉管理提供了依据。     

东北地区玉米不同生长阶段干旱冷害危险性评价

利用东北地区35个农业气象站1961—2010年气象资料、玉米产量资料和1981—2010年玉米生育期资料,选用合适的干旱指标和冷害指标,结合自然灾害风险理论建立了灾害危险性评价模型。基于灾害判别结果和历史灾情资料,从典型灾害年中提取不同灾种的影响差异,构成权重系数,对东北地区玉米不同生长阶段和整个生育期干旱、冷害危险性进行评价。结果表明,东北地区干旱、冷害危险性在玉米生长前期(出苗—拔节阶段)主要集中在东北地区东南部,此阶段主要以冷害为主;而在玉米生长后期(抽雄—成熟阶段),风险高值区转移到西部,此阶段以干旱为主。生长前期和生长后期对整个生长阶段危险性的贡献值分别为0.3473和0.6527。东北地区的主要气象灾害正逐渐从冷害向干旱转变,冷害发生的频次逐渐减少,而干旱发生的频次快速增多,影响的范围也迅速增大。     

松山区玉米春播期水热条件分析

应用1959—2009年松山区54218观测站的降水、温度资料,分析了玉米播种期水热气象条件分布特点。主要结论：⑴51a来松山区春播期≥10℃积温的初日分布特点是年际变率大,年代际变化不大。⑵随着气候变暖,≥10℃积温保证率提高。⑶春播期低温冷害的发生特点是越早播种后期发生冷害的可能性越大,因此不易过早播种。⑷按照既要最大限度地满足玉米生长所需热量又要减小发生低温冷害的可能性原则,确定了松山区玉米平均开播日期和适宜播种期。⑸春播期相对湿润度指数分析表明春播期干旱发生频率大。     

安徽省夏玉米生长季干旱时空特征分析

利用安徽省夏玉米主产区37个气象站点1961~2010年的气象资料,选取修订后的作物水分亏缺指数作为表征夏玉米干旱的指标,分析了安徽省夏玉米生长季内干旱频率的时空分布特征及表征干旱风险大小的干旱风险度的时空特征。结果表明:近50 a安徽省夏玉米不同发育阶段水分亏缺指数未发生显著变化,但夏玉米成熟后期的干旱现象有加重趋势;抽雄开花期是干旱频率及干旱风险较高的时段;从空间分布特征看,干旱频率与干旱风险度的空间分布特征相似,夏玉米营养生长阶段二者的高值区在淮北北部,而在夏玉米生长中后期,干旱主要发生在沿淮西部和江淮南部。整个生长季内,沿淮淮北西部是干旱高发和高风险区。     

CO2浓度倍增对大豆影响的试验研究

本文利用OTC-1型开顶式气室研究了CO2浓度倍增对大豆的影响， 结果表明:CO2浓度增加使大豆成熟期提前，株高增加；根瘤数量、干物重和单个根瘤的重量增加；叶片厚度、干物重及单位面积的叶片重量增加；总生物量、籽粒数量、籽粒产量和百粒重明显增加；光合作用速率和气孔阻力增加，蒸腾速率减小；粗蛋白含量减少，粗脂肪、饱和脂肪酸和不饱和脂肪酸增加。     

C3植物光合作用日变化的模拟

对前人光合作用-气孔导度耦合模型进行了修正,建立了光合作用-蒸腾作用-气孔导度的耦合模型,它概括了叶片上各主要物理过程和生理过程之间的相互联系和制约关系。 用数值方法研究了不同环境因子（太阳辐射、温度、湿度和风速等）对光合作用、蒸腾作用和气孔导度的日变化及中午降低（midday depression）的影响。 主要结果是:（1）当边界层导度减小时,光合“午睡”加剧,蒸腾作用减弱,但作为反馈调节,气孔导度增加。 （2）气孔导度的最适温度最低,光合作用次之,蒸腾作用最适温度最高。当光合作用中午受到高温的胁迫时,气孔导度下降的幅度最大,光合作用次之,蒸腾作用的降幅最小。一天中,气孔导度降低的持续时间最长,蒸腾作用降低的持续时间最短。（3）空气绝对湿度越低,气孔导度越低,光合午睡越明显。蒸腾作用则决定于饱和水汽压差(Vpd)和气孔导度两个因素的相反的作用。蒸腾作用随Vpd增加而增大,但Vpd超过一定值后,反而使蒸腾作用下降。 （4）当温度在光合最适温度以上时,太阳辐射的增加使叶温增加,引起光合“午睡”的加剧和气孔导度的降低。（5）ci/cs在中午的降低表明气孔的关闭是光合作用“午睡”现象的原因。     

不同升温情景下中国东北地区平均气候和极端气候事件变化预估

利用区域气候模式RegCM4的逐日气温和降水资料,预估1.5℃和2.0℃升温情景下,东北地区平均气候和极端气候事件的变化。结果表明：RCP4.5排放情景下,模式预计在2030年和2044年左右稳定达到1.5℃和2.0℃升温;两种升温情景下,东北地区气温、积温、生长季长度均呈增加趋势,且增幅随着升温阈值的升高而增加;1.5℃升温情景下,年平均气温增幅为1.19℃,年平均降水距平百分率增幅为5.78%,积温增加247.1℃·d,生长季长度延长7.0 d;2.0℃升温情景下气温、积温、生长季长度增幅较1.5℃升温情景下显著,但是年和四季降水普遍减少,年降水距平百分率减小1.96%。两种升温情景下,极端高温事件显著增加,极端低温事件显著减少,极端降水事件普遍增加。霜冻日数、结冰日数均呈显著减少趋势,热浪持续指数呈显著增加趋势;未来东北地区降水极端性增强,不仅单次降水过程的量级增大,极端降水过程的量级也明显增大,随着升温阈值的增大,极端降水的强度也逐渐增大。     

海南岛冬季低温冷害的气候特征

分析表明,海南岛冬半年日际气温的变化幅度很大,平均气温很难表征海南岛冬季“冷”的气候特征,从冬季农作物生长角度出发,统计了海南岛（以海口为例）发生低温冷害的气候概率,提出海南岛存在的“相对的冬季”进一步,引进“冷指数”替代平均气温来表征海南岛冬季的“冷”,对冷指数的主要成分分析表明：（１）以五指山脉为界,海南岛南,北两区在冬季存在明显的冷暖差异,山北地区发生低温冷害的气候概率明显大于山南地区,在科     

江淮气旋和冷锋相结合天气过程的宏、微观结构分析

为选择飞机人工增雨的作业区和作业时机，利用中尺度模式、加密探空和PMS粒子探测系统的资料，分析了江淮气旋冷锋共同影响降水过程中的宏微观结构、适宜冷云云中冰晶增长的区域和可播区。结果表明，可以在降水前的水汽由低层向高层输送和冰晶增长区由高层向低层传播的过程中选择作业时机，在上升速度区、-10℃层云水高值区和冰水转化区等区域中选择作业区。