钠盐对冬小麦抗旱性增效作用调控机理的生理生态学分析

以冬小麦（烟台-2070）为实验材料,苗期对冬小麦进行不同浓度钠盐(NaCl、Na2CO3、Na2SO4)处理,在随后进行的干旱胁迫和复水过程中进行叶片抗逆生理指标变化对比分析,以期探究盐处理在提高小麦抗旱性中的作用和生理调节机理,为未来干旱区农业实施盐水灌溉提供理论依据。实验采用盆栽法,将冬小麦种子盆栽,待长到第7天进行不同浓度钠盐(70 mM, 135 mM, 200 mM, 270 mM)预处理8 d, 然后进行干旱胁迫12 d和复水5 d。分别在盐处理的第4天,第8天,干旱胁迫的第4天,第8天,第12天,以及复水第5天,从不同盐处理中采集冬小麦叶片,分析叶片相对含水量、丙二醛（MDA）、脯氨酸含量及抗氧化酶活力[超氧化物岐化酶（SOD）、过氧化氢（CAT）、过氧化物酶(POD)]的动态变化,同时测定土壤含水量。结果表明,在干旱胁迫过程中,未经盐处理的对照组和低浓度(70 mM)NaCl、Na2CO3、Na2SO4溶液处理的土壤,土壤含水量急剧下降,同时冬小麦叶片相对含水量也相应的急剧下降;而用较高盐浓度处理的土壤和冬小麦叶片含水量降低较慢。在干旱胁迫过程中,对照组冬小麦在短时间（6 d）内干旱叶片便出现萎蔫,并伴随着丙二醛、脯氨酸含量、SOD等抗氧化酶活力急剧增加并一直高于盐处理的冬小麦。相反高浓度盐处理的冬小麦在干旱处理12 d时叶片直立生长良好,叶片MDA、抗氧化酶活力均增加,但增加幅度均低于对照。脯氨酸含量随干旱胁迫增加,但随盐处理浓度增加而上升幅度减小。在复水处理5 d后,叶片含水量均增加,MDA和脯氨酸含量下降,但抗氧化酶活力仍增高。荒漠环境土壤中盐离子一方面可提高土壤和植物的保水率,提高水分利用率,另一方面激活体内的抗氧化酶系统使植物较早获得抗逆能力,这可能是荒漠植物多抗逆性形成的部分生理生化原因。     

北太平洋冬季SST、风场及环流对淡水强迫的响应

通过海气耦合模式CCSM3(The Community Climate System Model version 3),研究在北大西洋高纬度淡水强迫下,北太平洋冬季的海表温度SST、风场及流场的响应及其区域性差异。结果表明:淡水的注入使北太平洋整体变冷,但有部分区域异常增暖;在太平洋东部赤道两侧,SST的变化出现北负南正的偶极子型分布。阿留申低压北移的同时中纬度西风减弱,热带附近东北信风增强。黑潮和南赤道流减弱,北太平洋副热带逆流和北赤道流增强,日本海被南向流控制。风场及流场的改变共同导致了北太平洋SST异常出现复杂的空间差异:北太平洋中高纬度SST的降温主要由大气过程决定,海洋动力过程主要影响黑潮、日本海及副热带逆流区域的SST,太平洋热带地区SST异常由大气与海洋共同主导。     

近50年西藏冷暖冬的气候变化特征

依据中国国家标准《暖冬等级》,参照单站、区域暖冬等级标准,确定了单站和区域冷冬等级。在此基础上,分析了1961-2010 年西藏18 个站冷、暖冬事件的气候变化特征。结果表明:近50 年西藏各地冬季平均气温呈明显的升高趋势,升幅为0.29~1.04 oC/10a,以班戈最大;尤其是近20 年升温更强烈,达0.73~2.36 oC/10a。西藏区域暖冬指数表现为显著的上升趋势,线性趋势为16.0%/10a,明显高于东北、华北、西北等区域。各站暖冬频率为32%~52%,强暖冬事件频率为6%~26%;区域暖冬共出现了21 次(年),其中强暖冬事件10 次(年),主要出现在21 世纪初;2006年和2009 年是50 年中范围最广、强度最大的暖冬。各站冷冬频率为18%~40%,强冷冬事件频率为2%~20%;区域冷冬站数约以每10 年12%的速率减少。区域冷冬共发生了16 次(年),以20 世纪60 年代居多,其中区域强冷冬事件出现了8 次(年),1962 年是近50 年中范围最广、强度最大的冷冬,1968 年和1983 年次之。     

中国冷冬的气候研究

2008年1月中国发生了低温、雨雪、冰冻天气,对南方的交通、通讯和输电等造成了严重的影响,也极大地提高了人们研究冷冬的兴趣。气候资料表明,这个冬季的温度负距平可能接近或小于冷冬的标准（-1.5℃）,远低于寒冬的标准（-2.5℃）。但是,这是1977年以来最冷的冬季。近千年的资料表明,寒冬之后,夏季在中国出现东部多雨或北方多雨的概率会超过气候值。温度分布的EOF分析表明,2008年1月的温度变化可能是年际变化的反映,因此,未来短时间内再次出现这种类型冷冬的可能性不大。     

渭河盆地末次冰盛期以来沉积环境变化研究

研究过去气候快速变化能为当前极端气候分析和未来环境预测提供自然背景理解。亚洲季风在北半球乃至全球的第四纪气候变化中扮演着重要角色,其演化是全球气候变化背景下的典型区域响应。然而,不同地质载体及不同指标所记录的亚洲冬、夏季风变化存在着较大差异,产生差异的原因及受到的动力机制是值得深入研究的科学问题。渭河盆地位于黄土高原和古三门湖沉积交叠的区域,是研究第四纪亚洲季风演化的理想场所。在盆地西南部西安市户县和长安县获取了两个黄土沉积钻孔,户县ZZC孔长4 m,长安县XFC孔长3 m,两孔的年代均超过25 ka。通过两钻孔的粒度和元素地球化学等代用指标研究,对比分析不同指标对气候变化的敏感度差异,反演了末次冰盛期(LGM)以来的区域沉积环境变化,并尝试探讨该时期发生的气候突变事件及反映的季风强度变化。结果表明,两钻孔的平均粒径从LGM到中全新世逐渐变细,中全新世之后少许变粗,空间上表现出一致性,总体反映了末次冰盛期以来的冬季风强度演化;Ca/Ti反映了与季风降水相关的淋溶强度,从LGM到全新世暖期夏季风逐渐减弱,并记录了若干次气候快速变化。粒度和元素比值变化表明,渭河盆地沉积良好地记录了末次冰盛期至全新世的大幅冷干-暖湿波动及若干次持续时间较短的快速水文变化事件,主要是受到太阳辐射和冰量等因素调控的影响。由于渭河盆地有上千米的新生代沉积,未来开展高分辨率研究有望揭示不同时间尺度季风变化特征及其与区域和全球变化的联系。     

北京野鸭湖湿地自然保护区冬季鸟类生境选择研究

于2007年10月至2008年3月对北京野鸭湖湿地自然保护区进行了鸟类多样性调查,共记录到鸟类69种,隶属13目24科45属.优势种鸟类9种,常见种8种,稀有种52种,与湿地关系密切的游禽和涉禽占优势地位.利用高分辨率遥感图像,在"3S"技术的支持下,确定鸟类分布的模拟样方,以调查鸟类生境,共调查了16个可能影响保护区冬季鸟类栖息地分布的变量.通过独立两样本t检验与卡方检验的方法筛选出其中的10个主要变量,最后采用主成分分析的方法确定了5个影响鸟类生境选择的主要成分.结果表明,鸟类生境选择角度具有多向性的特点,景观因子、干扰因子和水因子是主要的影响因子.由于冰的隔离作用成为冬季鸟类自我保护的主要方式,水域的宽阔性对于冬季鸟类的生境选择具有重要意义.建议在对野鸭湖湿地自然保护区冬季鸟类采取保护措施时,必须重视水环境的恢复、各种人为干扰的消除以及系统保护的加强.     

气温变暖对西北西风带冬季气温的影响分析

利用中国西北西风带139个气象站1961—2006年历年冬季气温资料,采用线性趋势分析、多项式拟合、EOF、REOF、Mann-Kendall、滑动t-检验、子波分析和功率谱分析等方法,分析了46 a西北西风带冬季气温对气候变暖的响应。结果表明:①中国西北西风带冬季气温近46 a增温率为0.55 ℃/10a. 增温显著的地方是陕西西部、甘肃、宁夏、内蒙古大部、青海中北部-塔里木盆地。仅青海的河南州局地有显著的下降趋势。表明除青海高原局部地区外其余大部分区域增温显著,同步响应全球变暖。②大部分区域冬季气温的年际变化稳定性差,青海高原相对稳定。③冬季气温的演变在西风带一致性程度较高。从20世纪60年代中期开始发生降温-升温转型,1986年有一次显著突变,其后气温达到一个更显著的增暖时期,21世纪初略有回落;全区性的前10个偏热年,80%出现在20世纪90年代及以后,各分区的异常偏热年,90%也出现在1990年以后;气温异常变化存在5 a左右的年际周期,在20 a以上的气候变化层次上,气温趋势还处在偏高的位置。④冬季气温演变存在地域差异。一是蒙新区和陕甘宁青区南北变化相反;二是蒙陕甘宁区和青海新疆区东西变化相反。⑤根据REOF分析将该区冬季气温异常细分为蒙陕甘宁区、高原区、北疆区和南疆区4个分区。冬季气温的转折高原区有异于其他区域,高原区单调增温,无明显转折,而其他区基本一致,在70年代初期转为上升,90年代中期转为下降阶段;冬季气温的突变也是高原区有异于其他区域,高原区1997年发生一次突变,而其他区域则一致为1986年突变。     

A review of snow manipulation experiments in Arctic and alpine tundra ecosystems

Snow cover is one of the most important factors controlling microclimate and plant growing conditions for Arctic and alpine ecosystems. Climate change is altering snowfall regimes, which in turn influences snow cover and ultimately tundra plant communities. The interest in winter climate change and the number of experiments exploring the responses of alpine and Arctic ecosystems to changes in snow cover have been growing in recent years, but their outcomes are difficult to summarize because of the large variability in manipulation approaches, extents and measured response variables. In this review, we (1) compile the ecological publications on snow manipulation experiments, (2) classify the studies according to the climate scenarios they simulate and response variables they measure, (3) discuss the methods applied to manipulate snow cover, and (4) analyse and generalize the response in phenology, productivity and community composition by means of a meta-analysis. This meta-analysis shows that flowering phenology responded strongly to changes in the timing of snowmelt. The least responsive group of species were graminoids; however, they did show a decrease in productivity and abundance with experimentally increased snow covers. The species group with the greatest phenological response to snowmelt changes were the dwarf shrubs. Their abundance also increased in most long-term snow fence experiments, whereas species richness generally declined. We conclude that snow manipulation experiments can improve our understanding of recently observed ecosystem changes, and are an important component of climate change research.     

西南地区冬季气候异常的时空变化特征及其影响因子

利用1961-2010 年的多种观测资料,对西南地区冬季气候异常的时空演变特征及其影响因子进行了分析。结果表明：西南地区冬季气温变化主要存在全区一致和东、西部反位相两种模态,这两种模态均存在显著的年代际变化。全区温度的一致变化与东亚冬季风的异常有关,东、西反位相的变化与西太平洋副热带高压和冷空气的异常活动有关。冬季降水异常主要表现为全区一致的变化特征。北半球环状模(NAM,AO) 和ENSO对西南地区气温没有显著的影响。当NAM偏强(弱) 时,西南地区降水偏多(少)。El Niño 年,西南地区降水一致偏多;La Niña 年,西南地区中部降水偏多,东、西部降水偏少。2010 年冬季西南地区的干旱更有可能是由NAM异常引起的,而不是El Niño。     

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。