山东省主要粮食作物气候生产潜力时空变化特征

根据山东省1961-2008年的气象资料,利用逐级订正法计算了山东省冬小麦和夏玉米等主要粮食作物的气候生产潜力,并进一步采用经验正交函数分解方法,探讨了其时空变化特征.结果表明:山东省冬小麦及夏玉米的气候生产潜力存在有明显的年际波动和空间差异,其中冬小麦优、劣年景气候生产潜力相差3～9倍,夏玉米相对较小,为2～3倍;全省冬小麦、夏玉米气候生产潜力的高值区位于水热条件匹配较好的鲁南地区,低值区在半岛东部沿海地区;冬小麦、夏玉米气候生产潜力与实际单产的年际变化基本一致,山东省粮食产量,特别是夏玉米产量的年际波动受作物生长期间气候条件影响较大;全省冬小麦、夏玉米气候生产潜力在空间上具有较好的一致性,区域互补性较差.     

基于作物生长模型及CAST分类的华北夏玉米生产力区划研究

利用试验数据校正并验证了机理性的作物生长模型WOFOST,随后模拟了华北42个站点1961—2006年夏玉米的光温和气候生产潜力。并首次运用新型统计检验聚类方法(CAST),对夏玉米光温及气候生产潜力的要素场分别进行了定量化分区。结果表明,华北夏玉米光温及气候生产潜力均分为5个不同荷载中心的区域。与农业气象传统等值线分区方法相比,将作物模型与CAST相结合进行的生产潜力区划可以更客观地反映以荷载中心台站为代表的产量的时空分布特征。这对于指导区域农业气候区划,实现区域农业可持续发展具有重要的理论及现实意义。     

陇中黄土高原气候生产潜力时空变化及水热因子驱动分析

根据陇中黄土高原27个气象台站1971~2013年气象资料,采用Thornthwaite Memorial模型计算气候生产潜力,通过经验正交函数(EOF)方法分析其变化特征。研究表明:研究区域升温明显,降水以及气候生产潜力呈波动性变化,实际产量占气候生产潜力的43.8%(2000~2013年),农业开发力度还待大幅提升。气候生产潜力南高北低,纬向分布差异明显;在热量驱动下温度每降低1℃,气候生产潜力减产22 kg·hm-2·a-1;温度每增加1℃,气候生产潜力增产18 kg·hm-2·a-1,热量不足对农业产量有明显抑制作用;在水分驱动下每减少10 mm降水,气候生产潜力将减产11 kg·hm-2·a-1;降水每增加10 mm时,气候生产潜力将增加10 kg·hm-2·a-1。在热量、水分双驱动时气候生产潜力同步叠加了水热条件的共同影响,加大水热供应量将会有效提升农业产量,并且使气候生产潜力差异性变化趋缓。驱动效益分析将陇中黄土高原划分为4个区域,在不同区域农业发展需要因地制宜,区别对待。     

三江地区光、热资源及作物生产潜力

三江地区位于我国东北端,包括三江平原、兴凯湖平原及其毗邻地带,面积约10万余平方公里,是我国重要的商品粮基地和垦区之一。本文分析计算了三江地区的光、热资源,着重探讨了光温潜力。考虑温度对不同作物生产力的影响,我们提出一种计算C_4作物、C_2喜凉作物和C_3喜温作物的温度影响参数的经验公式。据此,估算了三江地区春小麦、大豆、玉米和水稻等四种主要农作物的生产潜力;并与实际高产值作了比较。最后,就三江地区光、热资源的开发利用问题进行了讨论。     

松嫩平原作物光温生产潜力对气温变化的响应

根据松嫩平原1951～2005年36个气象站的历史资料,分析了44 a温度的年际变化特征,采用机制法,计算了松嫩平原农作物的光温生产潜力.在MAPGIS、SAS的支持下,探讨了农作物生产潜力的时空变化规律,分析了气温变化对作物光温生产潜力的影响,建立了气温因子与作物生产潜力之间的回归模型.     

浙江省旱地春玉米气候生产潜力分析

本文根据能量转换原理和春玉米关键生育期的光合有机物质对形成籽粒产量的贡献比率,建立了春玉米的光合、光温、气候生产潜力数学模型。并根据省内26个气象站的气候资料,计算和分析了该作物的各级生产潜力及其在省内的分布特征。     

陕西省综合气候生产潜力的研究(续完)

3.2 综合光温生产潜力由于不同作物的生长期不同,受热量限制的程度也不同,再加上作物种植的比例不同,综合光温生产潜力取决于种植比例和生长期(决定了作物的光热利用),并以二者之中影响较大的为主。如同一地区玉米种植比例较小麦种植比例大得多,总的光温生产潜力很大程度上就取决于玉米的光温生产潜     

灌水量和气温对玉米生物耗水及产量的影响

为了掌握玉米适宜灌水量,以石羊河流域武威荒漠生态和农业气象试验站为试验地点,按照常规灌水方式设计玉米全生育期灌水量3 750 m3·hm-2、4 500 m3·hm-2、5 250 m3·hm-2、6 000 m3·hm-24种处理,并按1∶1.5∶1∶1比例分4次灌溉,采用水量平衡法计算玉米不同生育阶段的耗水量,分析研究不同灌水处理对玉米产量的影响。结果表明:在相同气候年景下,不同灌水条件对玉米发育期影响不明显;在玉米生物耗水过程中,气温升高耗水量增加,气温升高1℃,耗水量增加124mm;玉米全生育期耗水量呈抛物线变化,峰值出现在拔节至抽雄期间,此期间也正是耗水量影响玉米产量最敏感的时期,期间耗水量每增加1 mm,玉米产量增加0.33 kg·hm-2;不同灌水处理情景下,水分利用率以灌水量为5 250 m3·hm-2最高,可达34.7 kg·hm-2·mm-1,故该灌水量可视为当地适宜灌水量。     

粮食作物气候—土壤生产潜力探讨

本文根据能量转换原理和作物关键生育期的光合有机物质对形成籽粒产量贡献比率,建立粮食作物光能、光温、气候、气候—土壤生产潜力四层统计模式,计算和分析了江苏省中稻、小麦、玉米不同生产潜力分布特征及利用现状,进而提出开发途径。     

辽宁40年温度变化对玉米光温生产潜力的影响

利用辽宁48个站1961～1999年基本气象资料 ,计算了近 40a辽宁玉米生育期内平均气温和玉米光温生产潜力 ,并分区讨论了气候变化对玉米光温生产潜力的影响     

冬小麦夏玉米土壤水分预报及优化灌溉模型

利用土壤水分平衡方程，结合河南省冬小麦和夏玉米的生长规律和1994～2000年冬小麦、夏玉米田实测土壤湿度资料，建立了河南省冬小麦、夏玉米土壤水分预报及优化灌溉的计算机模型。用1998～1999年郑州市麦田实测土壤湿度资料验证该模型模拟结果，未来10、20、30天土壤湿度相对误差分别为-7．3％～7．7％、-8．3％～6．8％、-7．6％～7．7％，表明利用该模型，可以较为准确地预报未来1个月的土壤水分变化，并可根据小麦、玉米不同发育期特点，给出以最高产量和最佳经济效益为目标的灌溉建议。     

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。     

亚热带东部丘陵山区作物气候生产力研究

本文根据1983年4月—1986年3月三年山区梯度观测资料，综合考虑山区光、热、水农业的气候资源匹配关系，建立不同山区、坡向、高度的作物气候生产力估算模式。模式中对山区温度、降水、日照等气象要素进行了修正。运用模式估算了不同山区、坡向、高度的水稻、玉米、冬小麦气候生产力。计算结果:亚热带东部丘陵山区单、双季稻、夏玉米气候生产力一般南坡大于北坡，西坡大于东坡；春玉米、冬小麦一般北坡大于南坡，东坡大于西坡。双季晚稻气候生产力大于双季早稻，夏玉米大于春玉米（神农架山区除外）。应该指出，目前高产典型水稻产量可达其气候生产力的60%以上，玉米和冬小麦仅达到30%—50%左右，表明山区农业气候资源可开发潜力很大。本文为合理开发山区气候资源、调整农业布局及提高单位面积产量提供了定量的科学依据。     

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%。     

ENSO and Sea Surface Temperature Anomalies in Association with Canadian Wheat Yield Variability

Interannual variations of spring wheat yields in Canadian agricultural regions are analyzed, together with the associated sea surface temperature (SST) anomalies in the northern hemisphere tropics and extratropics, from 1961 to 2015. The cubic trend is calculated and used to represent the trend related to advances in agricultural technology over this time period. The correlations between Canadian wheat yields at regional scales and the tropical El Niño–Southern Oscillation (ENSO) variability are not robust at any stage of the evolution of ENSO. Based on the power spectrum and cross-spectrum analysis, the most prominent yield variance is found in the Canadian Prairies, with a significant power peak of 4.5 years but does not co-vary significantly with interannual ENSO variability. ENSO weakly affects temperature and precipitation anomalies in the Canadian Prairie Region in summer—two important agroclimatic conditions for crop growth—and hence insignificantly impacts wheat yields. This indicates that there would be little benefit to including tropical ENSO indices in the operational wheat yield forecasting system. For Canadian wheat yield forecasting, attention should be paid to the preceding winter and spring SST anomalies in the northern extratropics. The SST anomalies associated with yields in the Canadian Prairie region and Central Region are generally stronger than those associated with yields in the Canadian Pacific Coast Region and eastern Maritime Region. In association with the Prairie Region and Central Region yields, SST shows pronounced anomalies in the mid-high latitudes of the North Pacific from winter to summer. The non-linearity of the SST anomalies associated with the Canadian yields is also clearly evident. Stronger (weaker) SST anomalies in the extratropical North Pacific correspond to low wheat yields in the Prairie (Central) Region, while weaker (stronger) SST anomalies correspond to high yields in the Prairie (Central) Region.     

黑龙江省粮食产量结构与影响产量的气象因子分析

通过黑龙江省1949～2006年粮食产量结构分析及近30年的粮食单产与5～9月气象要素相关分析,得出黑龙江省粮食总产的波动主要取决于粮食作物平均单产波动及作物种植结构的调整.1949年以来,在粮食作物中,玉米和大豆所占比例变化不大,水稻呈逐年增加的趋势,春小麦在20世纪90年代以前呈逐步增加的趋势,而90年代以后则急速下降;水稻的单产最高,其次是玉米,再次是春小麦,大豆单产最低;从单产的增减趋势来看,各种粮食作物单产基本呈逐步增长的趋势.影响黑龙江省粮食产量丰歉的主要气象因子为6月平均温度、9月降水量、5月和6月日照时数.     

气候变化对我国小麦发育及产量可能影响的模拟研究

利用随机天气模型, 将气候模式对大气中CO₂倍增时预测的气候情景与CERES-小麦模式相连接, 研究了气候变化对我国冬小麦和春小麦生产的可能影响.结果表明, 气候变化后小麦发育将加快, 生育期缩短, 冬小麦平均缩短7.3天, 春小麦平均缩短10.5天, 春小麦生育期缩短的绝对数和相对数均大于冬小麦.籽粒产量呈下降趋势, 冬小麦平均减产7%~8%, 雨养条件下比水分适宜时减产幅度略大.春小麦的减产幅度大于冬小麦, 水分适宜时平均减产17.7%, 雨养时平均减产31.4%.     

Influence of the greenhouse effect on yields of wheat,soybean and corn in the United States for different energy scenarios

The increase of atmospheric carbon dioxide has positive effects on agricultural productivity (photosynthesis stimulation), but in some regions it has negative effects (drought due to the temperature rise) as well. The central part of the United States in summer is predicted to be one of such regions, where the influence of the CO₂ increase should be assessed considering both the effects. Such calculations have been made for spring wheat, soybean and corn in a series of papers, a summary of which is presented here. Since the CO₂ emission rate depends on fossil fuel consumption, energy scenarios with different fossil fuel consumption are assumed. Positive effects of CO₂ are expressed by a model which simulates actual data. In the absence of an appropriate model negative effects are assumed to be proportional to the temperature rise, which is shown to be unexpectedly good. The difference between C3 (soybean and wheat) and C4 (corn) plants is also considered. Changes of their yields in the next century are calculated. Results show that in this region (probably up to 42–45° N) in summer an unlimited increase of atmospheric CO₂ is not desirable for the above three crops even if positive effects of CO₂ are taken into account. This work is not intended to give prediction of future crop production, but to show illustrative examples for the above argument. Thus assumptions are made so as to overestimate positive effects and underestimate negative effects, but results show that even in such cases an unlimited increase of CO₂ is not necessarily desirable for the specified regions.All inquiries about this paper should be made to K. Okamoto.     

气候变化对雨养冬小麦水分利用效率的影响估算

研究气候变化对雨养冬小麦水分利用效率的影响规律,可为农业适应气候变化提供科学依据。通过构建代表站雨养冬小麦产量和土壤水分变化量的模拟方程,分析水分利用效率的历史变化,并结合两种区域气候模式PRECIS和REGCM4.0输出的4种不同气候变化情景资料,估算未来2021—2050年雨养冬小麦水分利用效率的可能变化。结果表明:1981—2010年甘肃、山西和河南代表站的雨养冬小麦水分利用效率呈二次曲线变化趋势,最大值出现在2003年前后。4种气候变化情景的模拟结果均显示:2021—2050年冬小麦全生育期耗水量明显增加,各代表站不同情景平均增加6.2%;产量有增有减,平均产量变化率为1.4%;水分利用效率平均减小3.8%,且变率减小。区域气候模式PRECIS估算的水分利用效率的减小量A2情景大于B2情景,REGCM4.0模式估算的水分利用效率的减小量RCP8.5情景大于RCP4.5情景。整体来看,RCP气候情景对雨养冬小麦水分利用效率的负面影响更大。