碳捕集与封存（Carbon Capture and Storage，CCS）技术是近年来迅速发展的温室气体减排措施，是以煤为主的中国重要的战略性减排技术之一，减排量巨大。但是，CCS发展备受争议，其泄漏有可能会对周围生态系统尤其是结构单一的农田生态系统造成严重影响。本研究以北方地区主要粮食作物粟为试验对象，自主设计模拟地质封存CO₂泄漏盆栽试验，通过对植物生育期SPAD（叶绿素相对含量）、株高、根系以及产量、穗部特征等指标的观测，分析粟对CCS泄漏的响应。结果表明：（1）受CCS泄漏的影响，植物粟SPAD值显著降低，植株叶片叶绿素含量极显著下降（P＜0.01）。（2）CCS泄漏发生30d后粟的株高显著下降，根分支显著增加，植株受泄漏影响明显。（3）CCS泄漏显著降低了植株地上部干重和鲜重，但是泄漏对地下部鲜重无显著影响，地下部干重较地上部降幅偏小。（4）CCS泄漏影响下，植株粟产量下降34.92%。此外，CCS泄漏下植株穗长、穗粗、总粒重等农艺性状下降显著。

为探讨东北地区不同播期的主栽品种春玉米的干物质（MDA）积累的生长特性，实现对春玉米干物质积累的有效预估，本研究基于2014-2015年3个春玉米品种（丹玉39、丹玉99和农华101）每年6个播期的试验资料，利用归一化处理方法建立了考虑相对积温（RATi）的干物质重动态模拟模型，并利用推导出的关键生长参数定量分析春玉米干物质积累对播期和品种的动态响应特征。结果表明：基于归一化法筛选并建立了以相对积温为自变量的干物质积累动态模型（Richards模型），方程表达式为y=a/(1+eb?cx)(1/d)，决定系数R2在0.99以上，符合生物学意义，对东北地区春玉米有较好的模拟性能。试验验证表明，模型对早播春玉米干物质动态积累的模拟精确度更好，且丹玉39的模拟效果优于丹玉99及农华101。DMA总体表现为随着播期推迟而降低，品种间表现为丹玉39＞丹玉99＞农华101，差异达极显著水平；干物质积累过程分为积累渐增期、直线快增期和减速积累期3个阶段，其中直线快增期为干物质积累的主要阶段，随着播期的推迟，直线快增期经历的积温、干物质积累量、干物质积累平均速率、速率峰值及其对应的干物质积累量占干物质总量的积累比例都不同程度减小。丹玉39的快增期较丹玉99、农华101明显延长，干物质积累平均速率、速率峰值及其对应的干物质积累量较丹玉99、农华101显著提升。

为研究水氮耦合对苗期葡萄叶片氮代谢影响及最佳施氮量的制定，以一年生葡萄品种红提为研究试材，利用人工控制环境的方法，在温室内采用水、氮两因素各4水平的全面设计进行实验，水分处理分别为正常灌溉W1（田间最大持水量的70%～80%）、轻度胁迫W2（60%～70%）、中度胁迫W3（50%～60%）和重度胁迫W4（30%～40%）。4个氮素施用水平分别为1.5倍推荐施肥N1（施纯氮25.5g·m⁻²）、正常推荐施肥N2（17g·m⁻²）、0.5倍推荐施肥N3（8.5g·m⁻²）、不施用氮肥N4（不施氮）。处理时间为10、20、30、40d。结果表明，在水分条件适宜时，葡萄叶片硝酸还原酶（NR）、谷氨酰胺合成酶（GS）、谷氨酸合成酶（GOGAT）活性、可溶性蛋白、游离氨基酸含量随施氮量增加而提高；在轻度干旱胁迫时，增施氮肥可缓解干旱胁迫；在重度干旱胁迫时，高氮处理使设施葡萄叶片中氮代谢酶活性、游离氨基酸和可溶性蛋白含量降低。葡萄叶片内氮含量始终随处理时间增加而降低，在轻度水分胁迫下氮的转运率较高，而水分胁迫严重时，高氮处理与无氮处理时氮转运率均偏低。最终得出：在水分条件适宜（W1）和轻度水分胁迫（W2）下，N1处理葡萄叶片的氮代谢能力最高；在中度水分胁迫（W3）和重度水分胁迫（W4）下，N3、N4处理氮代谢能力最高。研究结果可为实际生产中设施葡萄的干旱灾害防控提供理论依据，既能有效缓解水分胁迫带来的危害，又避免生产中肥料的浪费。

基于水稻生物学性质，根据气温昼夜节律和水稻温强系数研究成果，从热量影响水稻发育的多种角度出发，设计当量积温、负当量积温、热量匹配累积指数三种水稻生长季热量表征指标，研究寒地水稻低温冷害的判识方法。采用21a滑动平均法，获得黑龙江省1971-2016年水稻生长季各热量指标的距平百分率，分析其对低温冷害的判识能力。结果表明：各热量指标距平百分率取值越低，对冷害的指示能力越高；利用加权隶属度模型构建三者综合距平百分率冷害判定模型，距平百分率＞-5%为无冷害，-10%＜距平百分率≤?5%为轻度冷害，-15%＜距平百分率≤-10%为中度冷害，距平百分率≤-15%为重度冷害；综合距平百分率能够判识水稻生长季的低温冷害，且能反映冷害程度，对典型冷害年的判识准确率达100%；黑龙江省冷害群发性特征非常明显，如1971、1972、1976、1981、1983、1992、2002和2009年典型冷害年，不仅冷害发生区域广，且冷害程度较重；1986、1987、1989、1993、1995和2003年为轻度或局地冷害年。

以江苏省为例，利用1980-2015年气象资料和水稻观测数据，基于Logistic曲线方程构建高温热害保险气象指数，并分别采用正态分布、正态对数分布和Weibull分布三种参数模型，以及基于信息扩散方法的非参数模型对水稻高温热害发生概率进行拟合。通过拟合优度检验发现，非参数模型可以较好地估算江苏各县水稻孕穗-抽穗扬花阶段高温热害发生概率，进而结合最优拟合模型，考虑农业保险的经营需求，从致灾因子危险性、孕灾环境敏感性、承灾体易损性、防灾减灾能力四个方面出发，确定相应评估指数并构建综合指数，采用聚类分析的方法进行县级水平的水稻高温热害保险风险综合区划。评估分析表明，江苏水稻高温热害保险风险呈现“西南高东北低”的特征，中高风险区是需要依靠农业保险转移风险的重点关注区域。

冰雹灾害是农业生产面临的主要气象灾害之一，优化制约冰雹灾害指数保险产品设计的灾损评估方法，对于发展稳定、可持续的气象指数保险产品具有重要的科学价值，同时对大范围推广气象指数保险产品具有重要的指导意义。本研究结合气象指数保险产品的理赔指数设计的客观要求，提出了一种基于动量方程的水果冰雹灾害灾损评估方法。引入基于气象雷达观测的冰雹识别技术满足保险产品的理赔指数设计需求；通过分析果品在雹损过程中的受力关系，得到水果对冰雹撞击的敏感性参数，构建基于冰雹直径和初始风速的灾损评估模型，实现被冰雹撞击后对果品损伤物理特性的量化表达。以北京平谷大桃为例，对该方法用于冰雹灾害损失评估的可行性进行验证。结果表明，模型可以有效评估冰雹对桃品的损伤程度，是一种简单、快捷、高效的损失评估方法，基于此方法设计水果冰雹灾害气象指数保险产品具有可行性。