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2024年 第45卷 第7期    刊出日期:2024-07-20
上一期   
农业气候资源与气候变化栏目
资料非均一性对分析淮河流域平均气温变化趋势的影响
卢晓晶, 江晓东, 曹雯, 周剑飞, 杨再强
2024, 45(7):  689-700.  doi:10.3969/j.issn.1000-6362.2024.07.001
摘要 ( 28 )   PDF (2496KB) ( 11 )  
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均一性长序列气象资料是研究气候变化的重要基础,评估资料非均一性对分析淮河流域平均气温变化的影响,对于准确理解农业、生态和水资源等领域对气候变暖的响应具有一定指导意义。本研究基于国家气象信息中心提供的淮河流域172个台站1961−2018年逐日平均气温均一化数据和观测数据,采用一元线性回归计算气温变化速率,并通过定义非均一性影响及其贡献率两个术语,定量评估气候资料非均一性对分析淮河流域平均气温变化趋势的影响。结果表明:淮河流域96个气象站点的平均气温序列表现出不均一性,占总站点数的55.8%。均一化前、后,区域年平均气温均显著上升,但非均一性导致增温速率被低估,非均一性影响为−0.015℃·10a−1,贡献率达到−6.6%;空间上,20.3%站点受到正影响,升温速率被高估,非均一性贡献率平均为21.3%;35.5%站点为负影响,升温速率被低估,贡献率平均为−43.6%。四季区域平均气温的非均一性影响差异较小,春、夏、秋、冬四季分别为−0.016℃·10a−1、−0.014℃·10a−1、−0.016℃·10a−1和−0.015℃·10a−1;但由于夏季增温速度最慢,非均一性贡献率绝对值最大,贡献率为−40.0%,春、秋和冬季的贡献率分别为−4.7%、−8.0%和−4.3%;在春、秋和冬季,非均一性主要影响各站点的气温变化速率,但夏季有11.6%的站点在均一化前后出现了气温升降趋势的转变。
农业生态环境栏目
利用温度模型估算太阳辐射数据稀缺地区ET0
周俊伟, 董勤各
2024, 45(7):  701-714.  doi:10.3969/j.issn.1000-6362.2024.07.002
摘要 ( 43 )   PDF (6454KB) ( 28 )  
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准确估算参考作物蒸散量(ET0)对于区域水资源规划和灌溉调度具有重要意义,而太阳辐射Rs数据缺失是影响ET0估算的常见问题。本研究探讨基于温度模型估算Rs的可行性,寻求解决太阳辐射数据稀缺的方法,以提供更便捷且准确参考作物蒸散基于2001−2018年中国339个国家基本气象站数据,对比9种经验模型(M1−M9)和3种机器学习算法(RF、GRNN和ANN)估算逐日Rs,提出在太阳辐射数据稀缺或缺失地区估算逐日ET0的两种策略。结果表明:(1)基于温度模型估算逐日Rs可以得到满意的精度(R2>0.6),且机器学习算法优于经验模型。机器学习算法估算精度表现为人工神经网络(ANN>广义回归神经网络(GRNN)>随机森林(RF);经验模型估算精度表现为M9>M8>M6>M7>M5>M2>M3>M1>M412个模型在4个气候区估算精度表现为温带大陆区(TCZ)>温带季风区(TMZ)>亚热带季风区(SMZ)>山地高原区(MPZ)。(29种经验模型综合评估发现,Hargreaves-Samani模型M1)是最可靠的太阳辐射估算模型,其估算结果与其他模型接近,参数的变异系数(0.10)远低于其他经验模型结合克里格插值法计算全国范围内的校准,得到可靠的逐日太阳辐射值。(3)不同机器学习算法在不同气候区估算逐日ET0有差异,机器学习精度表现为ANN>GRNN>RF4个气候区精度表现为TCZ>TMZ>MPZ>SMZ。(4)有、无实际Rs校准的逐日ET0估算策略精度非常接近,两种策略都能提供准确的逐日ET0估算(R2>0.95),策略一较策略二平均R2仅提高0.39%。综合而言,本研究为解决太阳辐射数据稀缺提供了新的思路,并强调机器学习在ET0估算中的应用潜力可在太阳辐射数据稀缺地区有效进行参考作物蒸散估算

未来气候情景下汉江流域中上游径流量变化
岳紫莹, 邓玉, 倪福全, 康文东, 向军, 吴明炎, 江楠
2024, 45(7):  715-728.  doi:10.3969/j.issn.1000-6362.2024.07.003
摘要 ( 15 )   PDF (7155KB) ( 10 )  
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汉江中上游涉及南水北调中线工程,径流变化影响可调水量。基于SWAT(Soil & Water Assessment Tool,SWAT)模型,应用最新第六次国际耦合模式比较计划(The Coupled Model Intercomparison Project Phase 6,CMIP6)的5种全球气候模式及4种共享经济路径(Shared Socioeconomic Pathways,SSPs)情景,模拟未来气候变化情景下汉江流域中上游近期(2021−2040年)、中期(2041−2060年)、远期(2061−2080年)径流时空变化。结果表明:(1)与基准期(2000−2014年)相比,各模式情景下降水、气温均呈显著增加趋势,“双碳”情景下,气温、降水增幅均小于高碳情景,流域向湿暖发展;(2)研究区未来径流量在SSP2-4.5和SSP5-8.5路径下呈显著增加趋势,相对历史时期(2000−2014年),在上游近、中、远期部分年份径流减少。(3)研究期内径流量年内分配更加均匀,11月−翌年6月枯水期径流量增加,提高了流域的抗旱能力;(4)空间上,径流量增加以中部和东部为主,近期内高碳情景下径流量有所减少,但长时期内表现为增加趋势,南水北调中线工程水源地未来径流量呈增加趋势,但其增量不能完全满足远期南水北调调水量增幅,可能对中下游水资源供给带来挑战。
农业生物气象栏目
玉米干物质分配与发育进程关系的干旱响应
蔡福, 米娜, 明惠青, 张慧, 张淑杰, 赵先丽, 金晨, 张玉书
2024, 45(7):  729-744.  doi:10.3969/j.issn.1000-6362.2024.07.004
摘要 ( 45 )   PDF (2476KB) ( 16 )  
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为深入了解玉米干物质分配(DMP)随发育进程(DVS)的变化及其对干旱的响应机理,并完善玉米DMP参数化方案,基于锦州地区开展4a的玉米营养(VP)和生殖(RP)生长期干旱试验,研究‘丹玉405’和‘先玉335’两个品种玉米地上各器官干物质积累和分配随玉米发育进程的变化及其对干旱的响应特征。结果表明:正常生长情况下,玉米的果穗干重与地上总干重随DVS递增的趋势相似,叶和茎干重随DVS都表现出先增后减趋势;玉米叶干物质分配系数(DMPR)随DVS线性或指数减小,茎DMPR随DVS先增大后减小,最大值出现在开花吐丝期,果穗DMPR随DVS线性增大;叶干物质增长量分配系数(IDMPR)随DVS减小,在乳熟期发生干物质再分配,茎和果穗IDMPR与DVS都呈先增后减的变化特征,茎干物质再分配略晚于叶。土壤干旱情况下,各器官干重随干旱加重而减小;各器官DMPR比干重对干旱的响应偏小且偏晚,其中‘丹玉405’的叶和茎DMPR在玉米生长后期随干旱的加重及发生时间的延后而增大,果穗DMPR的响应与之相反,‘先玉335’各器官DMPR对干旱的响应弱于‘丹玉405’。不同时期干旱使叶、茎和果穗IDMPR较正常值分别偏小、偏大和偏小,叶干物质再分配时间提前。高温和干旱叠加可导致玉米果穗生长停滞,使叶和茎的干物质再分配受到严重抑制,导致DMPR和干重比正常值明显偏大。综合4a试验结果,玉米的干物质积累和DMP随DVS变化及对干旱的响应都表现出明显的种间差异,干旱响应与干旱程度及其发生阶段关系密切。
西北干旱区气候变化对灌溉春玉米生产的影响
褚超, 雷俊, 阳仁贵, 齐月, 李强, 杨庆怡, 姚玉璧, 施磊
2024, 45(7):  745-755.  doi:10.3969/j.issn.1000-6362.2024.07.005
摘要 ( 22 )   PDF (496KB) ( 23 )  
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基于河西走廊中部1984−2022灌溉春玉米定位观测试验,结合同期气象资料,采用线性回归、相关分析和M-K突变检验等方法,分析气候变化对西北干旱区灌溉春玉米生育期和产量的影响。结果表明春玉米全生育期平均气温0.76℃·10a−1的速率呈显著上升趋势(P<0.01)。10℃活动积温呈显著增加趋势,平均每10a增加135.80℃·d。全生育期降水量增加趋势不显著但乳熟−成熟期以4.50mm·10a−1的速率显著增加P<0.05。1984−2004日照时数以126.88h·10a−1的速率显著增多,近19a109.38h·10a−1的速率显著减少。1984−2004春玉米生长期长度以9.86d·10a−1的速率显著延长,近19a7.39d·10a−1的速率显著缩短播种−出苗期和七叶−拔节期长度与气温呈显著负相关;播种−出苗期、三叶−七叶期和吐丝−乳熟期长度与降水量呈显著正相关;各生育期长度均与日照时数呈显著正相关。研究期内玉米产量呈波动变化,气候产量与全生育期内降水量呈显著负相关。综上所述,西北干旱区气候变化对当前灌溉方式下的春玉米生产不利。

药隔期倒春寒对小麦根际细菌群落结构的影响
陈翔, 王捧娜, 柳彬彬, 代雯慈, 蔡洪梅, 郑宝强, 李金才
2024, 45(7):  756-765.  doi:10.3969/j.issn.1000-6362.2024.07.006
摘要 ( 17 )   PDF (2833KB) ( 7 )  
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以抗倒春寒性强的小麦品种烟农19(YN)和抗倒春寒性弱的小麦品种新麦26(XM)为实验材料,于小麦幼穗分化的药隔形成期利用智能超低温培养箱进行4℃(T1)和−4℃(T2)低温胁迫处理,以15℃作为对照(CK),利用高通量测序技术对开花期小麦根际土壤细菌群落进行测定,研究药隔期倒春寒对小麦根际细菌多样性和群落结构的影响。结果表明:(1)倒春寒危害后两品种小麦根际土壤细菌的ACE指数较CK均有所降低,且对抗倒春寒性弱的品种XM影响显著(P<0.05)。(2)两品种小麦根际土壤细菌群落主要由变形菌门(53.20%~57.55%)、放线菌门(13.34%~21.69%)、拟杆菌门(10.56%~12.37%)和芽单胞菌门(6.17%~9.19%)等33个门及819个属的细菌组成,且不同程度倒春寒处理间各菌门相对丰度表现出差异性,其中放线菌门(Actinobacteria)相对丰度在YN中升高9.79%~19.11%,在XM中降低26.43%~38.47%。(3)根际土壤细菌功能预测分析显示,药隔期倒春寒提高了膜运输、氨基酸代谢、碳水化合物代谢、复制与修复功能基因在YN根际土壤中的相对丰度,降低了其在XM根际土壤中的相对丰度。综上所述,药隔期倒春寒降低了小麦根际土壤细菌群落的丰富度,改变了细菌群落结构,影响了细菌群落的膜运输、氨基酸代谢、碳水化合物代谢和复制与修复功能。
1980−2020年极端气候变化对京津冀玉米产量的影响
刘兵, 杨洋, 郝卓
2024, 45(7):  766-776.  doi:10.3969/j.issn.1000-6362.2024.07.007
摘要 ( 21 )   PDF (10082KB) ( 18 )  
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基于19802020年京津冀地区25个国家级气象台站气象数据与8个典型站点玉米单产数据,通过线性回归、反距离权重插值、M-K检验、Pearson相关性等方法,分析了19802020年逐日平均气温、最高气温、最低气温、生长度日等变化对京津冀地区玉米产量的影响。结果表明:11980-2020京津冀地区生长度日(GDD)、高温指数[极端最高气温(TXx)、高温日数(Htd)]呈显著上升趋势,上升速率分别为58.31 ℃·d·10a−1、0.39℃·10a10.96d·10a1;低温指数[极端最低气温(TNn)、低温日数(Ltd)]显著下降,下降速率分别为0.28℃·10a12.8d·10a1突变分析结果显示,高温指数比低温指数突变更为剧烈,1980−2020年京津冀地区增温趋势明显。2)极端气温指数存在空间差异性,高温指数高值区主要集中在经济发达城市(北京、天津),低温指数高值区集中在北部(张北)、西南部(邢台)等地。3玉米实际单产呈波动上升趋势,玉米气候产量波动变幅大(−1179831kg·hm2)。19902020年京津冀地区气候丰年有3个(2004年、2005年、2006年)、气候歉年有2个(1999年和2000年)。相关性分析表明GDDTXxHtd为京津冀地区玉米产量变化的主要响应指数结合多项式拟合曲线可知,当TXx≥36℃Htd≥4d时,玉米气候产量呈下降态势

生物炭添加对土壤反硝化产物比的影响研究进展
高尚洁, 刘杏认, 徐春英, 彭琴
2024, 45(7):  777-785.  doi:10.3969/j.issn.1000-6362.2024.07.008
摘要 ( 15 )   PDF (356KB) ( 5 )  
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土壤反硝化作用是土壤氮素损失重要途径,农业生产中大量施用氮肥导致土壤N2O排放量增加引发了温室效应等环境问题。同时土壤反硝化也是土壤N2O还原的主要途径,因此调节土壤反硝化产物比N2O/(N2O+N2)是减少土壤N2O排放的关键。本文基于国内外相关研究,就土壤反硝化产物比研究方法及其影响因素以及反硝化产物比对生物炭添加的响应机理进行归纳总结。结果表明,生物炭添加对土壤反硝化产物比的影响存在一定不确定性,生物炭添加能否有效调节反硝化产物比、减少N2O排放受土壤理化性质、生物炭性质、施用量等因素的影响。基于以上研究现状,对未来完善反硝化产物研究方法、明确生物炭对反硝化产物比的定量影响及关键影响因素提出研究展望。

农业气象灾害 栏目
江西省柑橘生育期内高温热害时空分布特征
张方亮, 金国花, 杨军, 李翔翔, 李迎春
2024, 45(7):  786-797.  doi:10.3969/j.issn.1000-6362.2024.07.009
摘要 ( 18 )   PDF (12737KB) ( 16 )  
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利用江西省1981−2022年逐日气象资料和柑橘生育期资料,选取日平均气温、日最高气温和热害持续天数作为柑橘高温热害指标,明确柑橘生育期内高温热害空间分布特征和时间变化趋势;采用配对t检验方法,对比柑橘不同生育期内高温热害时空差异。结果表明:(1柑橘开花−果实膨大期高温热害发生频率、发生次数和发生强度均值分别为87.73%2.23次·a−1和5.28d·次−1,高值区主要分布在江西东南部。柑橘果实膨大−果实着色期高温热害发生频率、发生次数和发生强度均值分别为56.43%1.15次·a12.74d·次−1,高值区主要分布在赣北和赣中地区。2)研究期内柑橘开花果实膨大期高温热害站次比、发生次数和发生强度均呈下降趋势,平均每10a分别减少0.90个百分点、0.02次和0.06d·次−1。柑橘果实膨大−果实着色期高温热害站次比、发生次数和发生强度均呈上升趋势,平均每10a分别增加6.80个百分点、0.26次和0.50d·次−13)配对t检验结果表明,柑橘开花−果实膨大期高温热害发生频率、发生次数和发生强度均极显著大于果实膨大−果实着色期;而柑橘开花−果实膨大期高温热害发生次数和发生强度的气候倾向率均极显著小于果实膨大−果实着色期。江西柑橘开花−果实膨大期是高温热害高发时期。目前,需加强对柑橘开花−果实膨大期高温热害的防御;未来应提高对柑橘果实膨大果实着色期高温热害的预防。

变暖环境下华北地区农业气象灾害风险评估Ⅲ:京津冀地区高温事件持续日数与强度联合重现期分析

杨雨潇, 赵峻池, 张琪, 刘忠贤, 俞昕
2024, 45(7):  798-808.  doi:10.3969/j.issn.1000-6362.2024.07.010
摘要 ( 19 )   PDF (10336KB) ( 20 )  
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基于京津冀地区27个气象站1960−2019年逐日最高气温数据识别高温事件综合考虑高温事件持续日数和高温强度(35℃积温量)两个特征,利用Copula函数拟合高温事件两个特征的联合累积概率分布,以分析京津冀地区高温事件的重现期特征。结果表明:京津冀地区高温事件发生频次、严重程度的分布呈现南高北低,但发生频次、持续日数和日均强度的增幅呈现南低北高;对高温事件持续日数进行边分布拟合,POISS函数在所有站点效果均为优;高温强度进行拟合时,GEV函数在更多的站点效果;将高温持续日数和强度进行二维联合应用最多的Copula函数为Symmetrised Joe-Clayton函数,其次为Frank函数;研究区持续5d以上的高温事件重现期多在5a一遇以上,北部地区达百年一遇以上。