虚拟水视角下吉林省西部玉米耕作方式优化

虚拟水研究是粮食安全与水资源安全的重要研究领域,目前的研究主要集中在宏观、中观层次上,微观层次研究甚少。为了探讨虚拟水微观层次的研究方法,本研究于2005～2007年在吉林省西部开展了玉米不同耕作方式下虚拟水变化的大田试验。通过分析6种耕作方式(65cm垄台、65cm垄沟、43cm垄台、43cm垄沟、98cm双行垄台、130cm三行垄台)之间单位质量玉米虚拟水含量的差异,及不同耕作方式对单位质量玉米虚拟水含量稳定性的影响,确定适合吉林省西部的最优玉米种植模式,以实现水资源高效利用,为解决水资源紧缺问题提供新思路。经过三年的大田试验,认为98cm双行垄台的耕作方式最佳,不仅虚拟水消耗量小,而且波动也较小,特别是在极端干旱年份其单位质量玉米虚拟水含量最低,建议本地区玉米种植方式应从65cm垄台种植改为98cm双行垄台种植。     

气候变化对东北地区玉米生产的影响

利用气象观测数据、玉米产量及面积资料,分析了东北地区气候变化事实及对玉米生产的影响。研究表明:1971年以来,东北地区≥10℃积温增加了262.8℃,≥10℃积温带(以2700℃为例)平原区向北推进了约200～300km左右,向东扩展50～150km。1991年开始玉米生长季(4～9月)降水量持续减少,年平均水分亏缺量达391.5mm,湿润区缩小,有变干趋势。初霜日推后7～9天,无霜期延长了14～21天,霜冻灾害几率降低。20世纪90年代后,玉米延迟型冷害进入低发期。随着热量资源的增加,玉米可种植区范围不断扩大,种植北界北移东扩,玉米适播起始时间提前。玉米总产、播种面积增加趋势分别为967万t/10a、72万hm2/10a。未来40年东北地区玉米产量以减产为主,与过去30年(1961～1990年)相比平均减产9.5%左右。调整玉米种植布局和品种搭配,依靠水利工程和推广旱作农业技术,选种耐旱、抗病、抗逆性强的玉米品种,是实现东北玉米生产可持续发展的主要措施。     

吉林省西部玉米生产水足迹研究

玉米是吉林省西部的主要农作物,通过在吉林省西部开展玉米大田试验,探讨在相同的土壤及农田管理条件下,不同试验年份玉米生产需水及水分来源的变化规律,通过比较分析玉米生产水足迹的动态变化,实现水资源的合理利用,保护生态环境,促进农业的可持续发展。3 a大田试验的研究结果表明,玉米生产水足迹以绿水足迹为主,占80%以上,蓝水足迹不足1%,灰水足迹介于10%～20%之间。而在绿水足迹中,降水较充足的年份,有效降水足迹占70%以上,一般干旱年份有效降水足迹占一半,极端干旱年份有效降水足迹则只占30%,这将对土壤水分平衡带来不利影响。3a中,单位质量玉米蓝水量约0.005～0.006 m3/kg,占单位质量玉米需水量的比例低于1%;单位质量玉米绿水量为0.559～0.839 m3/kg,占单位质量玉米需水量的99%以上;单位质量玉米灰水量为0.099～0.122 m3/kg。通过对玉米生产水足迹的研究,明确了绿水在吉林省西部雨养农业粮食安全中的重要地位。     

赤峰、通辽地区1979—2008年玉米生长期温湿条件对单产影响分析

赤峰、通辽地区是内蒙古玉米作物的主要产区,文章统计并分析了1979—2008年该地区玉米生长期的降水和气温的变化,计算了玉米生长期的干燥度指数,并利用干燥度指数分析了温湿条件对玉米气象单产的影响,结果显示：玉米生长期的温湿条件是影响单产波动的主因,当温湿条件有利时,玉米将增产,否则会减产。     

甘肃省畜牧气候资源分析

从甘肃省畜牧气候资源基本特点出发，着重分析了畜牧业界限温度指标、时空分布以及气候条件对牧草产量、家畜膘情变化、牧事活动的影响。     

玉米地组分亮度温度分类变化研究

以玉米整个生长期野外热红外辐射观测数据为基础,对两种组分亮温分类方法作了比较,并对玉米地组分亮温的变化特征展开了分析。结果表明,农田亮温组分的数目和数值随测量时间和日期改变。在整个测量期间,在当地时间中午前后,农田呈现出3个亮温组分植被、被阳光照到的亮土和植被阴影下的暗土。观测早期,植被亮温分布相对集中;随着农田植被覆盖率的增高,植被亮温分布逐步分散,组分间温差缩小,部分亮温值相互重叠。产生这些现象的原因将在以后的研究中加以探讨。     

采用热像仪测量玉米冠层半球方向亮温的四种方法比较

为了提高玉米冠层半球方向亮温（DBT）测量的准确性，对一套由工业用起重机平台和热红外成像仪组成的地面观测系统的四种测量方法进行了对比和评价。这些方法基于不同的测量原理：（1）通过移动起重机和平台，从不同的角度去测量一个样区的DBT；（2）固定起重机和平台的位置，通过旋转热像仪，从不同的区域收集不同角度的DBT；（3）对方法2的改进，转动热像仪朝向的同时，吊车沿作物垄行方向运动，得到大区域内平均的DBT；（4）当热像仪沿着垂直于垄行方向的起重机臂运动时，用高成像频率对目标热辐射进行采样。在对这些方法进行比较时，着重考虑了玉米冠层亮温分布的时间和空间变化所产生的影响，对本观测系统的优点和局限性进行了初步探讨。最后，本文从实际应用的角度，提出了一个基于这个系统且优化了的DBT测量方法。     

Carbon dioxide exchange and the mechanism of environmental control in a farmland ecosystem in North China Plain

CO2 flux was measured continuously in a wheat and maize rotation system of North China Plain using the eddy covariance technique to study the characteristic of CO2 exchange and its response to key environmental factors. The results show that nighttime net ecosystem exchange (NEE) varied exponentially with soil temperature. The temperature sensitivities of the ecosystem (Q10) were 2.94 and 2.49 in years 2002-2003 and 2003-2004, respectively. The response of gross primary productivity (GPP) to photosynthetically active radiation (PAR) in the crop field can be expressed by a rectangular hyperbolic function. Average Amax andαfor maize were more than those for wheat. The values ofαincreased positively with leaf area index (LAI) of wheat. Diurnal variations of NEE were significant from March to May and from July to September, but not remarkable in other months. NEE, GPP and ecosystem respiration (Rec) showed significantly seasonal variations in the crop field. The highest mean daily CO2 uptake rate was -10.20 and -12.50 gC·m-2·d-1 in 2003 and 2004, for the maize field, respectively, and -8.19 and -9.50 gC·m-2·d-1 in 2003 and 2004 for the wheat field, respectively. The maximal CO2 uptake appeared in April or May for wheat and mid-August for maize. During the main growing seasons of winter wheat and summer maize, NEE was controlled by GPP which was chiefly influenced by PAR and LAI. Rec reached its annual maximum in July when Rec and GPP contributed to NEE equally. NEE was dominated by Rec in other months and temperature became a key factor controlling NEE. Total NEE for the wheat field was -77.6 and -152.2 gC·m-2·a-1 in years 2002-2003 and 2003-2004, respectively, and -120.1 and -165.6 gC·m-2·a-1 in 2003 and 2004 for the maize field, respectively. The cropland of North China Plain was a carbon sink, with annual -197.6 and -317.9 gC·m-2·a-1 in years 2002-2003 and 2003-2004, respectively. After considering the carbon in grains, the cropland became a carbon source, which was 340.5 and 107.5 gC·m-2·a-1 in years 2002-2003 and 2003-2004, respectively. Affected by climate and filed managements, inter-annual carbon exchange varied largely in the wheat and maize rotation system of North China Plain.     

温度对夏玉米光合生产力影响的数值模拟研究

利用美国Licor-6200便携式光合作用仪测定了夏玉米光合作用速率，给出了叶片光合作用模型，建立了夏玉米冠层光温生产力数值模式，阐明了日平均气温与冠层群体光合作用之间的相对确定性关系，并提出了光合等效温度的概念及计算方法。在此基础上，推导出温度对群体光合作用影响的函数表达式，使温度订正函数f (T)不再是简单的假设，而是建立在较为严格的理论基础之上，从而实现了光合模型的时间尺度转换，为更准确地建立生态动力模型及农业气候资源数值模型提供了前提条件。