全球气候变暖引起的环境问题已经引起各国政府及科学家的密切关注。农田土壤作为大气CO2的源和库,在全球碳循环中的重要角色日渐被认识。本文围绕土壤固碳的基本问题,总结了农田土壤固碳潜力、土壤有机碳固定机制及其影响因素的国内外研究进展。国内研究表明,目前耕地的地力不稳,土壤有机碳密度较低,农田土壤固碳的潜力较大。因此,加强不同区域农田土壤固碳潜力、固碳过程、固碳机理等方面的研究,设计合理优化的农业管理措施,是今后研究的重点。

选取中国东部不同地区垂柳(Salixbabylonica L.)、木槿(Hibiscus syriacus L.)、刺槐(Robinica pseudoacacia L.)、梧桐(Firmiana platanifolia(Linn.f.)Marsili)4种植物的展叶期物候观测资料(1963-1988年),采用线性回归方法,分析4种植物对春季温度的敏感性和敏感时段。结果表明,4种木本植物的展叶期自北向南逐渐提前,年际波动逐渐增加;展叶期对温度的显著敏感时段集中在2-4月,南方地区的敏感时段(40~60d)长于北方(10~40d);展叶期与春季时段的温度呈显著负相关关系,其敏感性为南方(3.3~9.0d/℃)大于北方(1.6~5.6d/℃)。植物展叶期对气候变化的敏感性对不同植物、不同地区表现出一定的差异。

为了揭示城市热岛效应和迁址对东阿站气温资料的影响,本文选取东阿站和相邻的阳谷、聊城、茌平3个站1960-2009年年平均气温、年平均最高气温、年平均最低气温资料,用线性倾向估计、累积距平等方法对比分析了东阿站和参照站气温资料变化趋势,并计算了热岛效应强度,用Mann-Kendall法对年平均气温进行了气候突变检验。结果表明:1960-2007年,东阿站与参照站的年平均气温变化曲线随年份的增加呈波动上升,变化趋势基本上是一致的,但东阿站的线性回归系数(0.032)比参照站的(0.010)大;累积距平分析表明,东阿站主要变暖趋势在1986以后,参照站主要变暖趋势在1994年后;1970-2007年东阿站热岛效应强度随年代增加呈增强的趋势,增温率为0.25℃/10a;热岛效应的存在使得气候变暖的突变点发生了改变,东阿站气候变暖的突变点在1988年附近,参照站气候变暖的突变点在1993年。2008年,东阿站迁址后热岛效应明显减弱或消失,使得气温变化趋势出现了不连续现象。因此在应用东阿站气温资料进行气候分析时,应考虑热岛效应的影响,在热岛效应影响显著的年代里,可利用热岛效应强度的变化方程:y=0.0254x-0.0217进行温度订正。

利用安徽省1961-2009年6-8月降水资料,运用降水集中度和集中期分别讨论了主汛期降水时空分布特征和变化规律,并对多雨年和少雨年的集中度进行了比较。结果表明:降水集中度(PCD)和集中期(PCP)能够定量地表征降水量在时空场上的非均一性。安徽省主汛期降水集中度和集中期总体呈由南向北增大的空间分布;全省平均PCD值和PCP值的年际和年代际变化均较明显。PCD的EOF展开前三个特征向量累积方差贡献率达57%。第一特征向量表现为全省一致性,而第二特征向量表征为南北反相,第三特征向量表征为南北和中间反相。合成分析表明,多雨年的PCD值比少雨年大,而多雨年PCP值比少雨年小。总体来看,通过PCD和PCP提取最大降水重心及对应时段,为分析极端降水事件形成机制提供依据。

根据《江西省双季稻气象灾害指标》中降水集中期的定义,从降水集中期、降水集中期内的站次和平均单站雨量三个角度,探讨江西省83个气象站1971-2008年历年4-9月降水集中程度的变化特征。结果表明:江西省降水集中期的时空分布比较集中,赣西北地区的降水集中期平均每年只有赣东北地区的50%,6月中旬-7月上旬是降水集中期的主要时段;出现降水集中期的站次和平均单站雨量随年份变化均呈增多趋势,年倾向率分别为8.2站/10a和3.7mm/10a;20世纪90年代的降水集中期站次和平均单站雨量多于其他年代,而每年出现在6月中旬-7月上旬的降水集中期站次和平均单站雨量均多于其余时段。

基于鄱阳湖周边10个气象观测站的日平均气温、日最高气温和日最低气温的观测资料,利用Mann-Ken-dall(M-K)趋势分析法和Pettitt-Mann-Whitney突变点检验法,分析了1961-2007年鄱阳湖周边地区气温序列的变化特征。结果表明:(1)鄱阳湖周边地区日平均气温、日最高气温和日最低气温的年均值呈上升趋势,日最低气温的年均值增温幅度最大(0.25℃/10a)且显著性水平高,日平均气温的年均值次之,日最高气温的年均值增温趋势显著性较低;(2)日平均气温和日最低气温的冬季均温不仅突变时间开始早、显著性水平高,而且增温幅度也是最大的,春季均温、秋季均温次之,而夏季均温变化均不显著;(3)对比分析发现(1971-2004年),鄱阳湖周边地区增温趋势与全国及全球一致,但升温幅度(0.33℃/10a)高于全国的升温幅度(0.21℃/10a),也明显高于同期全球平均的升温幅度(0.15℃/10a)。

生态系统模型一般参数较多,且在应用时存在时空尺度问题,易产生不确定性。通过模型不确定性分析,可以加深对模型结构的理解,提高模型预报的可靠性。植被界面过程模型(VIP)是一个综合考虑了陆地生态系统能量收支、水文循环和碳氮等生命元素吸收转化等过程的生态/水文动力学模型。本文采用GLUE(General-ized Likelihood Uncertainty Estimation)方法,以拟合度系数作为似然判据,利用华北平原冬小麦生长季内的田间观测数据分析VIP模型中的作物生长、土壤水分运动以及光合速率模块中8个参数以及模型预报的不确定性。研究表明,最大光合速率Vmax、饱和含水量wcsat、田间持水量wcfield参数为敏感性参数,其对似然判据的影响大,其余参数是相对不敏感参数。在置信度为95%水平下,发现观测值大都接近或者包含在置信预报区域内,说明可以通过参数校准得到很好的模型模拟效果。

在2008年7月-2009年5月,以锡林郭勒典型草原为研究区,分别对封育草地和自由放牧草地的光谱反射率、草层高度、覆盖度和地上生物量进行了测定。结果表明:封育能够明显改善典型草原植被结构,增加牧草种类,提高牧草地上生物量;封育区植被光谱特征在旺盛生长期呈现出显著优势,4种植被指数较自由放牧区显著增加,其余生长季均无明显差异。

近年来大气气溶胶的增加对气候及环境的影响越来越受到科学界的关注,其中的气溶胶辐射效应对作物及生态系统的影响非常复杂。本文从气溶胶的辐射特性及其对气候变化的可能影响出发,来说明气溶胶造成的不同性质辐射量的重新分配对作物光合作用、产量以及生态系统的影响。详细讨论了散射辐射和直接辐射对光能利用率的不同影响,并着重说明分离阴叶和阳叶的重要性。得出大气气溶胶辐射效应主要是通过增加散射辐射,提高作物阴叶的光能利用率,从而改变作物光合作用响应的结论。并指出气溶胶浓度变化对作物产量的影响与天空状况有关。关于气溶胶辐射效应对生态系统的影响,主要从大气气溶胶浓度变化对净生态系统CO2交换以及大气气溶胶散射吸收对陆地净初级生产力的影响这两个方面进行了探讨,指出气溶胶辐射效应对生态系统的NEE和NPP的提高有正面作用。

在人工气候箱中模拟了3个低温处理(24h最低~最高温度分别设定为7~12℃、5~10℃和3~8℃),分析了播种后不同天数低温对番茄种子(品种:红贞女)萌发的影响。结果表明:与对照(18~25℃)相比,日均温低于10.0℃(相当于低温胁迫处理7~12℃)时,番茄种子萌发开始受影响,温度越低影响越大。播种后越早经受低温番茄种子萌发受影响越大,播种后3d内经受低温胁迫,番茄种子发芽势、发芽指数和萌发率均有较大的下降,播种6d后低温胁迫对其萌发指标的影响较小。低温导致了番茄种子α-淀粉酶活力下降,相对离子渗漏率增加。低温影响了番茄种子萌发贮存物质的降解与转化,增加了细胞膜的透性,导致外渗物增多,从而降低了种子的发芽势、发芽指数和萌发率。因此,露地育苗时应避免在萌发的早期受低温影响,以提高番茄的出苗和壮苗率。

采用红色LED(660±20nm)和蓝色LED(450±20nm)组合制成的LED灯管作为组培人工光源,研究光照度为35μmol.m-2.s-1时,红蓝光质比(R/B)分别为4、6、8、10的光环境培养条件下甘薯组培苗的生长情况,以相同光照度的荧光灯为对照,培育甘薯组培苗28d。结果表明:660nm红光和450nm蓝光组合可以有效抑制植物徒长,有降低地上部分含水率和提高根冠比的作用,荧光灯下生长的植株地上鲜重、叶片含水率和株高均最大,但是植株徒长,干物质积累不良。高的R/B处理能提高植株高度和根冠比,增大地下鲜重,降低地上含水率,有利于干物质积累;R/B为8时甘薯组培苗的地下鲜重和根冠比均最大;R/B变化对叶片光合色素含量没有显著影响。另外,LED光源的电能消耗与R/B值呈线性增加关系,并比荧光灯节能27.6%~48.0%。

研究双季稻田不同施肥量处理的氮磷降雨径流损失规律,对于指导双季稻合理施肥、保护水环境具有重要的现实意义。本研究采用田间试验结合径流小区监测方法,对湖南双季稻田不同氮、磷施用量的径流损失进行了研究。结果表明,单次径流事件中径流水的氮、磷含量随施肥量的增加而增大;基肥和追肥后10d内发生的3次径流事件中径流水的氮磷含量较高,其中总氮含量最高达10.880mg.L-1,总磷含量最高为0.202mg.L-1;铵态氮和硝态氮是稻田总氮径流损失的主要形态,水稻生长前期以铵态氮为主,后期则以硝态氮为主;可溶性磷占总磷比例为11.0%~94.0%;整个双季稻期间不同施肥量处理的总氮流失量为3.710~7.290kg.hm-2,流失系数为1.870%~3.771%,总磷流失量为0.200~0.320kg.hm-2,流失系数为0.327%~0.966%;氮、磷流失量与其施用量存在极显著的线性正相关,相关系数分别为0.978和0.997。氮、磷流失系数随氮、磷施用量增加而下降。适当减少双季稻田氮磷施用量能有效控制稻田的氮磷径流损失量,减小对地表水质的威胁。

利用豫西烟区(包括三门峡市和洛阳市)10个气象基准站1971-2005年烤烟生育期(5-9月)逐旬日照时数资料,分析了该区域烤烟生育期日照时数的气候变化趋势,同时利用累计距平法和滑动t检验法进行突变检验。结果表明:35a内豫西烟区日照时数变幅较大,并呈逐年下降的趋势,其趋势系数为-25.4h/10a;整个生育期内5月和6月的日照时数最多,9月最少;伸根期日照时数的下降趋势显著(P<0.05),其趋势系数(-11.5h/10a)>成熟期(-11.3h/10a)>旺长期(-2.6h/10a)。三门峡地区烤烟生育期的日照时数大于洛阳地区。突变分析表明,豫西烟区烤烟生育期的日照时数在1981年发生突变。

为了给播期调整和提高自然资源利用率提供科学依据,在大田试验条件下,以3个半冬性和3个弱春性小麦品种为供试材料,对冬前积温为350~900℃.d范围内的小麦冬前生长发育进行了分析。结果得出:①播种-出苗的天数和所需积温随着冬前积温的降低而增加,冬前积温每降低100℃.d,播种-出苗天数约增加0.7d,所需积温约增加3.7℃.d(半冬性)或2.5℃.d(弱春性);②冬前积温与冬前主茎叶龄和冬前每叶积温均呈显著正相关(P<0.01),冬前积温每降低100℃.d,冬前主茎叶龄约减少0.9片(半冬性)或1.0片(弱春性),每叶积温减少5.0℃.d左右;③随冬前积温的降低,幼穗分化进入单棱期和二棱期的时间推迟,单棱期持续天数增加而二棱期持续天数减少,冬前积温每降低100℃.d,单棱期平均增加10.0d(半冬性)或12.9d(弱春性),二棱期平均减少15.5d(半冬性)或17.4d(弱春性)。结论为,符合冬前壮苗叶龄指标的适宜冬前积温为550~750℃.d(半冬性)和450~600℃.d(弱春性),保证小麦以二棱期安全越冬的适宜冬前积温为650~800℃.d(半冬性)和550~700℃.d(弱春性),从叶龄指标和安全越冬两方面考虑,河南省小麦适宜冬前积温范围为650~750℃.d(半冬性)和550~600℃.d(弱春性)。

采用基于GIS的气候资源小网格推算方法,由湖北省81个气象站的气候数据推算全省无测站区的气候要素空间分布,以县为单位对气候要素和油菜单位面积产量作相关分析,发现苗期降水量和蕾苔期平均气温与油菜单位面积产量的相关性较大,以二者为区划指标将湖北省分为三大油菜种植适宜区,得到两幅精度不同的综合气候适宜性区划图。结果表明:湖北省除西部高山地区外均适宜种植油菜,东北部和东南部为一般适宜区,中部和北部平原为最适宜区。

以广东省86个气象站点1992-2005年的气象数据为依据、利用数理统计方法对1992-2005年香蕉平均气象产量与同期气候条件进行相关分析,确定香蕉种植的气候适宜性区划指标。根据广东86个站点1970-2009年的气候资料及对应站点的经纬度、海拔高度、坡度和坡向等基础信息数据,应用多元线性回归确定区划指标空间分析模型,推算出1km×1km的气象要素分布图。依托GIS技术空间分析功能,根据综合评分标准进行香蕉种植气候适宜性区划,得出广东省气候上最适宜种植香蕉的土地面积占17%,适宜区占18%,次适宜区占25%,不适宜区占40%。研究结果可为广东香蕉种植的合理布局提供参考。

基于长期遥感数据和地面实测数据,以植被盖度为例,监测了藏西北地区牧草长势及其变化趋势。结果表明:藏西北地区草地植被盖度不高,多年平均值仅为27.2%。1981-2006年,藏西北地区大部分区域(约占草地总面积的60.7%)高寒草地植被盖度年际变化属于正常波动范围;显著降低区域约占总面积的3.6%,主要分布于植被盖度相对较高的东南部地区;植被盖度显著增高区域约占35.7%,主要分布于植被盖度相对较低的中部和北部地区。在整体上,藏西北地区草地植被平均盖度略有增高趋势。

植被是西北地区维持陆地生态环境的重要组成部分,受气候因子的影响显著,通过监测植被的动态变化可以在一定程度上反映气候变化的趋势。本文利用1981-2001年的NDVI数据和同期相应的气温、降水资料,分析了西北地区植被覆盖的时空变化特征及其与气候变化的相互关系。结果表明:西北地区的植被覆盖呈现明显的季相变化特征,在夏季尤其是7-8月,随着气温升高和降水增加,植被覆盖达到最大值;从年际变化来看,春、夏两季的干、湿年份对比中,干旱年份植被生长比湿润年份差,并且夏季的差异比春季更明显,此外西北地区的植被覆盖在研究期内的1981-1995年总体向改善的趋势发展,1996-2001年有退化的现象。

借助ArcGIS及重庆库区1∶5万DEM与水文资料,提取重庆三峡库区消落带,并通过分析研究区域巫山大昌消落区水位的变化,进一步获取大昌消落带钉螺可能孳生区分布,同时利用温度、降水气候数据(1971-2000年)和植被指数对大昌消落带钉螺可能孳生区域的气候生态环境进行较为精细的分析。结果表明:大昌消落带钉螺可能孳生区域,每月平均温度均在成螺生长发育的温度阈值(5.87℃)以上,年>5.87℃活动积温的最低值为6160.7℃.d,大于钉螺完成一个世代所需的平均积温阈值(5821.4±70.1℃.d),3-4月>11.79℃的活动积温最低值为642.1℃.d;年降水量最小值为997.3mm,并且大昌钉螺可能孳生区域的植被指数均值为0.22。可见,该区域的气候生态环境能够满足钉螺生长发育繁殖的需求,必须加强对巫山大昌钉螺可能孳生区域的重点监测,以防止湖北、四川血吸虫病疫区钉螺输入。

为了解大兴安岭地区雷击火发生的环境特点,提高当地森林火险等级的预报水平,利用当地气象、植被、地形等基础资料,对大兴安岭地区森林雷击火发生的环境进行分析。结果表明:雷击火次数与雷暴次数呈显著的正相关关系,与湿润指数呈显著的负相关关系,研究区有65.29%的雷击火发生在落叶松林;平坡发生雷击火的次数最多,占总次数的36.77%,在坡度为1°~4°的山地发生频繁,占总次数的84.99%,并多集中于海拔200-1300m的范围内发生,其中300-800m区域雷击火发生尤为密集。

对长治市主要麦区的5个代表县(市)1977-2006年每年6月1-20日逐日最高气温、14:00相对湿度和风速资料进行统计,发现在分析期内当地曾出现过30次小麦干热风天气过程。通过对这30次干热风过程中的500hPa环流形势、850hPa温度与湿度场的配置及地面气压场特征进行深入分析,结果表明:造成干热风天气过程的500hPa环流形势主要有两槽一脊、西北气流、一槽一脊和东亚大槽四种标志型天气模型;地面气压场中,河套地区处于宽广的暖低压控制;850hPa天气图上,105°E-117°E、32°N-40°N范围存在明显的干暖区,且轻重干热风天气过程取决于850hPa干暖区的强度。应用欧洲中心及中国T213、T639数值预报产品与标志型天气模型及850hPa干暖区指标相结合,成功地对2009年6月1-3日出现的干热风天气过程进行了试报,获得了较好的预报服务效果。

通过对桂林地区近5a水稻稻纵卷叶螟发生资料与气象资料进行对比分析,选择影响桂林地区稻纵卷叶螟发生的气象因子(温度、降水、风向、风速、湿度),考虑前期气象条件和虫源数,采用回归分析方法,建立水稻稻纵卷叶螟迁飞的气象条件等级预报模型。模型中的预报对象为气象条件综合等级,分长期和短期预报,将各预报对象和预报因子划分为5级,用当地气象台发布的月、季度及一周天气预报结论,综合分析前期虫源数是否有利,对未来月、季和1~7d逐日影响稻纵卷叶螟迁飞的气象条件等级进行预报。预报业务系统实用性强,逐日预报准确率达到了70%以上,在生产实践中发挥了积极的作用。

利用武威市1960-2009年4个气象站霜冻(最低地温≤0℃)资料,系统分析了该区霜冻的时空分布、强度和持续性等气候特征。结果表明,武威市霜冻天气主要发生在北部山区和沙漠边缘;年、年代霜冻日数总体呈减少趋势,霜冻主要发生在5月上、中旬和9月下旬;各种强度霜冻日数的变率较大,随着霜冻强度的增强,霜冻日数逐渐减少;霜冻天气具有持续性特征,持续2d以上的霜冻次数占总次数的56.4%~65.1%,强霜冻日大多出现在持续霜冻时段内。运用2003-2007年的5月和9月逐日20时ECMWF数值预报格点场资料,采用Press准则进行预报因子初选,逐步回归预报方法进行预报因子精选,使用最优子集回归建立最低地温预报方程,采用CSC双评分准则确定5月、9月各站最低地温预报全局最优的显著性方程。预报方程通过了0.01水平的显著性检验,回代拟合率为56.7%~66.7%,预报准确率为51.8%~60.0%,达到了一定的预报水平,可为当地霜冻预报服务。采用最大靠近原则确定了霜冻预报临界值和霜冻预报、预警的级别。

为了分析新疆地区利用物理方法防控棉铃虫的效果,2009年4-8月,在棉花实验田对棉铃虫卵进行不同降雨强度的冲刷,并在实验室用泥土进行不同方式的包埋,在不同土壤湿度下进行孵化实验。结果表明,大雨、暴雨和大暴雨冲刷率较高,降雨强度越大,冲刷率越高;在被泥土完全包埋的情况下,无论在哪种湿度下都不能孵化,在半包埋和不包埋的情况下,孵化率都较高,差别不大,与土壤湿度相关性不显著;天然降雨的机械致死作用有限。因此,靠降雨冲刷在新疆这类干旱地区并不实用,因为当地降雨强度小、持续时间也短。

为了提高陕西果业防灾减灾能力,实现果业基地苹果花期冻害分区定量预报,根据果业基地县的生态环境、气候特点和果业生产水平,选择具有代表性的7个气象台站,利用近40a(1970-2009年)的气温和苹果部分物候监测资料,得到物理意义明确的苹果花期冻害指数计算模型。将花期冻害指数分为强、偏强、中等、偏弱和弱5个等级,依各果区花期冻害指数序列,用典型K阶自回归AR(K)预测模式进行独立样本预测试验,结果表明:预报准确或基本准确率为66.7%,该预报模式经2010年实际使用,预报效果尚好,具有实用价值。

基于贵州省黔东南地区1961-2008年1-12月16个台站的冰雹观测资料,引入表征冰雹事件时间分配特征的新参数——冰雹事件集中度和集中期,在此基础上分析了黔东南冰雹事件的基本时空分配特征,并利用Morlet小波分析方法、Mann-Kendall突变检验方法和线性倾向估计方法。结果表明:黔东南冰雹事件集中度和集中期的平均和异常空间分布存在很大区域差异,根据地形划分为东西南北4个关键区域;从时间演变来看,各区冰雹事件集中度和集中期均存在较长周期变化,其长周期中又包含短周期,均表现出显著的年代际周期振荡;另一方面,冰雹事件变得越来越不集中,除南区和东北区冰雹事件集中期有推迟趋势外,其余大部地区提前趋势明显。

通过收集小麦主产区气象数据,结合田间"三情"监测点调查结果,采用比较分析方法,针对2009/2010年度北京地区出现的异常气候对冬小麦不同生育期产生的影响进行了分析。结果表明:2009/2010年冬小麦全生育期遭遇播种-出苗期干旱、初冬强降温、冬季持续极端低温、春季低温霜冻和灌浆后期连阴寡照等异常气候造成的农业气象灾害,对小麦造成的影响包括生育期推迟、群体不足、个体生长较弱、产量下降等。

2010年夏季(6-8月)全国平均降水量比常年同期偏多,平均气温比常年同期偏高,但平均日照时数比常年同期偏少。主要农区降水充足,农业干旱发生范围小、影响轻;同时,大部农区夏季热量条件较好,特别是东北地区热量条件明显好于2009年,对秋收作物生长发育和产量形成有利。但部分农区入夏后强降水多,暴雨洪涝频发;南方盛夏出现大范围持续高温天气;新疆、西南地区东部等地部分农区出现阶段性阴雨寡照天气,由于多为区域性或局地性灾害,对全国农业生产的影响相对较轻。