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2016年 第37卷 第03期    刊出日期:2016-06-20
论文
封面
2016, 37(03):  1. 
摘要 ( 316 )   PDF (1366KB) ( 266 )  
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2016, 37(03):  2. 
摘要 ( 244 )   PDF (104KB) ( 289 )  
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气候变化对非洲水资源和农业的影响
杨笛,熊伟,许吟隆
2016, 37(03):  259-269.  doi:10.3969/j.issn.1000-6362.2016.03.001
摘要 ( 968 )   PDF (523KB) ( 2144 )  
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尽管非洲是世界上温室气体排放总量或人均排放量最少的地区,但在承受气候变化造成的恶劣影响方面首当其冲。气候变化已经给非洲的水资源、农业、生物多样性、人类健康和国家安全等带来诸多严重影响,粮食生产和水资源一直是非洲长期面临的两大难题,也是深受气候变化影响的两大领域还较欠缺,需要在未来的研究中进一步加强,以探寻减缓气候变化对非洲水资源和农业不利影响的有效途径。本文系统梳理了气候变化对非洲水资源系统和农业生产影响的研究成果和不足,以期为非洲气候变化影响评估工作提供一定参考和借鉴。已有的观测结果表明,气候变化导致非洲许多山脉冰川面积正在大范围缩减、大部分地区降水量有所减少,降雨的年际间分布也更为不稳定,通过水文模型的模拟预测,未来气候变化将进一步影响降水量和非洲部分地区河流的径流量,导致非洲水资源供给压力加大。同样,气候变化也给非洲农业生产带来了巨大的挑战,无论是观测结果分析,还是统计模型和作物模型等对不同气候情景和时间尺度下非洲农业的模拟研究,都显示气候变化对非洲农业以负面影响为主,导致非洲干旱加剧、生长季改变和粮食产量下降,并可能危及非洲的粮食安全。然而,现有研究结果还存在较多不确定性,其主要集中在未来气候情景数据、研究方法、数据的质量和数量等方面。与世界其它地区相比,非洲气候变化影响研究无论是研究的深度和广度都

不同农作措施对棕壤玉米田N2O排放及碳足迹的影响
赵迅,郭李萍,谢立勇,孙雪,赵洪亮,许婧,潘仕梅
2016, 37(03):  270-280.  doi:10.3969/j.issn.1000-6362.2016.03.002
摘要 ( 682 )   PDF (802KB) ( 1142 )  
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于2014年5-9月在辽河平原棕壤地区春玉米地设置不施氮肥(对照,CK)、常规施肥(F)、吡啶尿素包衣(FP)、常规施肥加生物黑炭(FC)以及常规施肥加秸秆半量还田(FS)5个试验处理,每处理3次重复,在玉米整个生育期观测N2O的排放情况,对比分析5种农作措施对农田土壤N2O排放及玉米生产过程中碳足迹的影响效果。结果表明:(1)施肥对N2O排放有明显影响,其排放通量主要受施肥时间和施肥量的影响,施肥后排放通量较高,其中基肥和追肥阶段排放的N2O分别占全生育期N2O累积排放量的24.3%~27.3%和32.0%~38.2%;(2)各施肥处理中N2O的排放量均高于CK处理,但与F处理(常规施肥)相比较,FP、FC和FS处理N2O累积排放量分别降低了30.2%、22.7%和9.4%,其中FP的减排效果最好;(3)各施肥处理碳足迹均显著大于CK。除CK外,FP和FC处理的碳足迹较低,分别较F处理降低了19.5%和14.8%;FP处理的碳强度最低、碳效率最高,与其它农作措施相比,是高产低排效果最优的措施;(4)施用氮肥的直接N2O排放占玉米生产全周期中碳排放的最大份额,其占比为74.9%~89.0%,其次是化肥生产过程的碳排放,其占比为13.4%~17.8%。因此,适当减少氮肥用量,提高氮肥利用率是降低玉米生产过程碳足迹的关键,本研究中,吡啶尿素包衣处理(FP)是棕壤区春玉米生产过程碳足迹管理的最优措施。

水肥减量对设施芹菜地N2O排放的影响
杨岩, 孙钦平, 邹国元, 许俊香,李吉进,刘春生, 江丽华
2016, 37(03):  281-288.  doi:10.3969/j.issn.1000-6362.2016.03.003
摘要 ( 599 )   PDF (1042KB) ( 1152 )  
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为明确减量灌溉和施肥对设施菜地N2O排放的影响,提出有效的N2O减排措施,本研究采用静态箱法,对北京郊区设施芹菜在灌溉和有机肥(沼渣)减量处理下的N2O排放进行全生长季监测,分析灌溉和有机肥减量对土壤充水孔隙度(WFPS)、NO3--N和NH4+-N含量及土壤N2O排放的影响。试验为2个灌溉量和3个有机肥施用量的裂区双因素设计,具体为:常规灌溉量(H处理)下的常规施肥(HN)、减量1/3施肥(HN3)和不施肥 (HN0),以及减量20%灌溉(L处理)下的常规施肥(LN)、减量1/3施肥(LN3)和不施肥 (LN0)共6个处理。结果表明,L处理在保证芹菜产量的前提下,对土壤充水孔隙度及无机氮含量无显著影响,但N2O排放总量较H处理减少32.23%,达极显著水平(P<0.01)。与常规施肥处理相比,减量1/3施肥和不施肥处理的土壤NO3--N含量分别降低43.96%和76.42%,均达极显著水平(P<0.01),不同施肥量处理间土壤NH4+-N含量无显著差异;芹菜产量随施氮量增加而增加,但减量1/3施肥和常规施肥处理对芹菜产量影响无显著差异,芹菜全生长季的土壤累积N2O排放总量显著减少62.04%(P<0.01)。本试验条件下,减量20%灌溉(L处理)和减量1/3施肥(N3处理)均能保证芹菜产量,显著降低芹菜地N2O排放通量,减少生产成本投入。

秸秆覆盖和有机质输入对紫色土土壤可蚀性的影响
黄新君,陈尚洪,刘定辉,张晴雯
2016, 37(03):  289-296.  doi:10.3969/j.issn.1000-6362.2016.03.004
摘要 ( 668 )   PDF (736KB) ( 992 )  
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以紫色土坡耕地为研究对象开展野外径流小区定位监测试验,设置有机质(OM)、秸秆覆盖(SW)、有机质+秸秆覆盖(OM+SW)和对照(无秸秆覆盖,不增施有机质,CK)4个处理,对2014年侵蚀性降雨条件下不同处理小区径流及产沙特征进行分析,以单位径流冲刷侵蚀量(Kw)作为土壤可蚀性指标,研究四川省中江县紫色土区秸秆覆盖和有机质输入对坡耕地土壤可蚀性的影响。结果表明:秸秆和有机质输入能显著降低紫色土区坡耕地产流量,4个处理减小径流的效果表现为OM+SW>SW>OM>CK;有机质、秸秆覆盖均显著降低单位径流侵蚀量,从而减小土壤可蚀性,OM、SW、OM+SW处理对土壤可蚀性的平均消减率分别为22.30%、29.76%、35.04%,秸秆覆盖处理(SW)对土壤可蚀性的减小效应略高于有机质处理(OM),但二者差异不显著。综合分析得出,增施有机质的同时进行秸秆覆盖可作为紫色土区坡耕地减小土壤可蚀性的有效措施。

高温对茶树叶片光合及抗逆特性的影响和恢复
韩冬,杨菲,杨再强,金志凤
2016, 37(03):  297-306.  doi:10.3969/j.issn.1000-6362.2016.03.005
摘要 ( 803 )   PDF (1665KB) ( 1261 )  
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以4个茶树品种福鼎大白茶、鸠坑、龙井43和乌牛早7a生植株为研究对象,采用人工气候箱模拟高温(35℃和40℃)处理6、12、18、24、48h,取出后置于人工气候箱中(25℃)恢复3、6、9d,以未经高温处理置于人工气候箱中(温度25℃)的各品种茶树为对照(CK),测定茶树叶片的最大净光合速率、荧光参数、抗氧化酶活性以及细胞伤害率。结果表明:高温胁迫显著抑制了茶树的最大净光合速率(Pnmax)和最大光化学效率(Fv/Fm),处理时间越长、温度越高,Pnmax和Fv/Fm下降越快,除35℃处理的福鼎大白茶外,其它3种茶树经过高温处理后,在恢复期间其Fv/Fm无法恢复至正常水平;茶树叶片的SOD酶活性在高温处理的前12h迅速上升,随着处理时间的延长,其活性降低;叶片MDA含量的平均值在高温处理第48小时达到最大,恢复期间缓慢下降;随着处理温度的升高和处理时间的延长,各茶树叶片的细胞伤害率均呈增加趋势。4种茶树耐热性的强弱由高到低依次为福鼎大白茶>乌牛早>鸠坑>龙井43。

四川单季稻区主栽水稻品种的生长模拟
陈超,庞艳梅,莫志鸿
2016, 37(03):  307-315.  doi:10.3969/j.issn.1000-6362.2016.03.006
摘要 ( 706 )   PDF (771KB) ( 898 )  
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利用四川单季稻区7个农业气象观测站5个主栽品种的田间观测数据,结合当地栽培管理措施、土壤条件及逐日气象资料对ORYZA2000模型进行参数调试,并确定四川单季稻区5个主栽品种的作物参数值;利用4~5a各主栽品种的观测数据对单季稻生育期、叶面积指数、生物量和产量等指标的模拟结果进行验证和评价。结果表明,合系39营养生长期发育速率最大,而生殖生长期发育速率最小,Ⅱ优838营养生长期发育速率最小,而D优63和汕优2生殖生长期发育速率最大;模型对5个单季稻主栽品种的生育期模拟效果较好,各品种开花期与成熟期的相对模拟误差均在1~2d,归一化均方根误差(NRMSE)均小于1%;各品种产量的NRMSE在5.26%~10.01%,叶面积指数的NRMSE为10.37%~19.19%,地上部总生物量、茎生物量、绿叶生物量及穗生物量的NRMSE分别为13.17%~18.69%、14.31%~20.41%、18.95%~24.74%和20.85%~25.39%。由此可见,ORYZA2000模型能够较为准确地模拟四川单季稻区5个主栽品种的发育及产量形成过程,适应能力较强,可以应用于四川单季稻生产。

河南省小麦-玉米轮作系统光能利用率时空分布及其变化原因分析
常清,王靖,余卫东,王娜,谈美秀
2016, 37(03):  316-325.  doi:10.3969/j.issn.1000-6362.2016.03.007
摘要 ( 683 )   PDF (3484KB) ( 1321 )  
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利用河南省19个农业气象试验站的气象和小麦、玉米观测资料,计算1981-2007年作物生长季辐射和年总辐射量、小麦、玉米生长季和轮作系统的作物产能及光能利用率(Radiation Use Efficiency, RUE),分析总辐射和作物产能变化对RUE变化的贡献、小麦和玉米产能变化分别对轮作系统产能变化的贡献。结果表明,河南省小麦-玉米轮作系统RUE为0.75%~1.61%,北部的汤阴和西部的卢氏是高值区,西北、东部偏东和南部地区较低。小麦生长季RUE为0.65%~1.63%,北部的汤阴和西部的卢氏最高,东部偏中大部分地区次之,而西北和东部部分地区最低,玉米生长季RUE为0.85%~1.81%,除西部的三门峡RUE在全区最低外,北部和西部大部分地区较高,而西北和东部、南部地区较低。1981-2007年,卢氏、汝州、西平、新乡和驻马店5个站点小麦-玉米轮作系统RUE呈显著升高趋势(P<0.05)。在轮作系统RUE变化显著的站点中,除卢氏站点因年总辐射升高对RUE变化呈负贡献外,其余站点的贡献率为4%~31%,系统作物产能变化对RUE变化的贡献率为69%~96%。卢氏和汝州站点小麦产能变化对系统作物产能变化的贡献率(65%和90%)大于玉米(35%和10%),而西平、新乡和驻马店站点小麦产能变化对系统作物产能变化的贡献率(49%、28% 和35%)小于玉米(51%、72%和65%)。未来提高单位面积的作物产能仍是提高区域RUE的有效方法,且不同地区应着重提高不同作物的产能。

孕穗期高温对水稻物质分配及产量结构的影响
骆宗强,石春林,江敏,刘杨,宣守丽,金之庆
2016, 37(03):  326-334.  doi:10.3969/j.issn.1000-6362.2016.03.008
摘要 ( 691 )   PDF (666KB) ( 1104 )  
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为探讨孕穗期高温对水稻物质分配及产量结构的影响,以南粳45与两优培九为供试品种,于孕穗期设置不同高温强度和不同持续天数处理,分析水稻光合速率、物质分配及产量结构等对不同强度和持续时间高温胁迫的响应特征。结果表明,孕穗期高温处理后,水稻光合速率和产量均出现不同程度的降低,且温度越高、持续时间越长,降低幅度越大。与CK相比,41℃高温处理7d时,两优培九、南粳45光合速率降幅分别为44.6%、28.8%;减产率分别为81.6%、87.7%。高温导致颖花结实率降低、颖花量减少,光合物质向穗部运移不畅,进而导致水稻经济系数降低。41℃高温处理6d时,两优培九和南粳45茎秆占植株生物量的比重均超过70%。高温处理后水稻穗粒数、结实率和千粒重均呈减少趋势,其降低幅度与高温强度、持续时间有关。在41℃高温处理7d时,两优培九穗粒数减少41.9%,结实率降低93.5%,千粒重降低25.3%;南粳45穗粒数减少50.1%,结实率降低79.6%,千粒重降低23.7%。由此可见,孕穗期高温对水稻产量构成要素中结实率影响最大,穗粒数次之,千粒重受其影响最小。

华北地区夏玉米干物质分配系数的模拟
李昊,谭方颖,王建林,谭凯炎,徐英,王志伟
2016, 37(03):  335-342.  doi:10.3969/j.issn.1000-6362.2016.03.009
摘要 ( 639 )   PDF (903KB) ( 911 )  
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干物质分配系数是驱动玉米生长发育模型的关键参数。利用2013年、2014年连续两年在山东夏津、河北固城、山西运城进行的田间试验观测资料,采用比值法、线性回归等订正方法,获取完整的玉米全生育期内生物量序列;在此基础上,以有效积温模拟的发育进程为自变量,构建了华北夏玉米干物质分配的动态变化模型。结果表明:(1)三站玉米干物质分配系数有相同的时间动态变化特征。叶片干物质分配系数从出苗开始持续减少;茎秆干物质分配系数先增后减,最大值出现在抽雄前后;穗棒干物质分配系数在玉米抽雄后持续增加,抽雄后20d左右达到1,即干物质不再向叶茎分配。(2)华北夏玉米生育期内叶、茎的干物质分配系数均可用分段式非线性模型模拟。叶的干物质分配系数以抽雄后10~15d为界,之前干物质分配系数随发育进程可用三次多项式动态模型模拟,之后变为0;茎的干物质分配系数以抽雄后20~25d为界,之前干物质分配系数随发育进程可用四次多项式动态模型模拟,之后变为0;穗棒干物质分配系数通过依据任意发育阶段叶、茎、穗棒的干物质分配系数之和为1的原则计算求得。检验结果表明华北地区夏玉米干物质分配系数动态模型模拟效果良好。

基于五水转化装置的玉米光合特性分析
谭丽萍,刘苏峡,莫兴国,林忠辉,胡实
2016, 37(03):  343-351.  doi:10.3969/j.issn.1000-6362.2016.03.010
摘要 ( 663 )   PDF (1167KB) ( 1160 )  
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利用中国科学院地理科学与资源研究所“五水转化动力过程实验装置”,开展温室条件下玉米净光合速率及其关键影响因子的实验观测研究,探索玉米各生育阶段、植株各叶位叶片净光合速率的分布特征及其与叶片生理生态参数的关联性。结果表明:玉米全生育期内叶片净光合速率、叶绿素含量、气孔导度和氮含量均呈单峰曲线型变化趋势,但净光合速率峰值出现时间在乳熟期,比前人观测的大田峰值出现时间(抽雄吐丝期)晚一个生育期,且数值较低;净光合速率与叶绿素含量、气孔导度随叶位的变化大体呈现中间叶位高、基部与顶端叶位低的分布特征。各生育阶段玉米净光合速率与叶绿素含量间的相关系数最高(R=0.94,P<0.05),其次为净光合速率与叶片N含量的相关性及其与气孔导度的相关性(R=0.77,P<0.05);各叶位净光合速率与气孔导度的变化特征一致。该装置更适合进行气候变化、水分变化、养分变化等控制实验研究。

基于WOFOST模型的内蒙古河套灌区玉米低温冷害评价
李秀芬,马树庆,赵慧颖,王萍,姜丽霞,朱海霞
2016, 37(03):  352-360.  doi:10.3969/j.issn.1000-6362.2016.03.011
摘要 ( 772 )   PDF (952KB) ( 1270 )  
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利用内蒙古河套灌区玉米生长发育观测资料,结合已有研究成果,对WOFOST模型进行本地化及适应性检验;利用研究区内12站1961-2010年逐日气象资料,分区作物参数,模拟玉米生长发育过程,确定抽雄期延迟日数、灌浆指数为玉米低温冷害指标,贮存器官干物重波动百分率为减产情况评价指标,对历史低温冷害年及减产情况进行分析。结果表明:本地化的WOFOST模型在内蒙古河套灌区的应用效果较好,可以用于该地区玉米生长的模拟;WOFOST模型能够较好地模拟玉米发育程度对低温冷害的响应,以抽雄期延迟日数和灌浆指数为冷害指标评估的历史冷害发生状况基本符合实际情况,1961-2010年研究区12个站点共发生不同程度低温冷害260站次,其中重度冷害占37.3%,轻中度占62.7%,在发生严重冷害的年份中,84.7%的年份表现为减产的趋势。本文结论与传统方法相比,玉米低温冷害评价的生物学意义更加明确,本地化的WOFOST模型可以在河套灌区玉米低温冷害监测、评估等业务中应用。

干季贵州省东西部区域干湿状况差异分析
池再香,李贵琼,白 慧,龙先菊,潘徐燕,肖艳林
2016, 37(03):  361-367.  doi:10.3969/j.issn.1000-6362.2016.03.012
摘要 ( 735 )   PDF (1348KB) ( 1334 )  
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利用贵州85个气象观测站1960年10月-2010年3月逐日平均气温、降水量、小型蒸发量等资料,选用线性趋势、M-K突变、Morlet小波、积温干燥度指数以及气候干湿指数等方法,对贵州干季(10月-翌年3月)气象干旱进行分析。结果表明:(1)1960-2010年贵州东西部区域干季降水量均无显著线性变化趋势,但有一定的阶段性变化特点;西部区域2002年之后降水量呈极显著减少趋势,其线性变化率为-59.5mm·10a-1(P<0.01),东部区域2005年之后降水量呈极显著减少趋势,其线性变化率为-97.7mm·10a-1(P<0.01)。21世纪前10a贵州东西部区域气象干旱均呈加重趋势。两区域降水量的突变时段和周期性特征均存在显著性差异(P<0.05),西部区域1979年发生由多到少的突变,存在5~7a的周期振荡,东部区域1995年发生由多到少的突变,存在2~3a的周期振荡。(2)近50a西部区域的积温干燥度、气候干湿指数的变化比东部区域明显偏大、偏低,西部区域的气象干旱比东部区域偏重。(3)贵州东西部区域的积温干燥度、气候干湿指数与降水距平百分率线性拟合率均较高,R2均在0.8以上,但西部区域更高,积温干燥度和气候干湿指数均能真实体现贵州东西部区域干季气象干旱程度。

基于MODIS的光化学植被指数反演水稻区域光能利用率
郭建茂,刘俊伟,童应祥,费敦悦,王迁
2016, 37(03):  368-375.  doi:10.3969/j.issn.1000-6362.2016.03.013
摘要 ( 754 )   PDF (2220KB) ( 1471 )  
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为了探究光化学反射植被指数(Photochemical Reflectance Index, PRI)在反演大面积水稻光能利用率(Light Use Efficiency, LUE)方面的潜力,利用安徽寿县国家气候观象台通量观测数据和同期MODIS卫星数据,分别构建不同参照波段下(488、551和667nm)的PRIs与站点像元LUE间的模型,并尝试利用最优模型反演区域尺度的水稻光能利用率。结果表明,在所测试的参照波段中,来自后向散射方向影像提取的PRIs与LUE的相关性更强,其中PRI551表现最优;与MOD17算法相比,利用PRI551-LUE模型反演的区域LUE值更符合实际,且空间分布差异明显,在多时相影像和完善数据插补方法的基础上,利用MODIS PRI在反演长时间、大面积植被的光能利用率或生产力方面具有可行性。

2016年春季气候对农业生产的影响
王文峰
2016, 37(03):  376-377.  doi:10.3969/j.issn.1000-6362.2016.03.014
摘要 ( 476 )   PDF (13909KB) ( 775 )  
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2016年春季,全国大部地区气温偏高,降水偏多。华南入汛早,南方强降水过程多。北方冬麦区大部水热条件适宜,利于冬小麦生长发育和产量形成;河北南部和河南北部干旱范围小,影响偏轻。东北地区水热匹配较好,春播进展顺利。长江中下游及其以南地区多强降水天气,对农业生产不利。