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当期目录

2023年 第44卷 第02期    刊出日期:2023-02-20
农业气候资源与气候变化栏目
基于站点数据分析中国大陆区域喜凉/温作物界限温度的时空演变
和骅芸, 胡琦, 唐书玥, 赵金媛, 潘学标, 潘志华, 王靖
2023, 44(02):  85-95.  doi:10.3969/j.issn.1000-6362.2023.02.001
摘要 ( 222 )   PDF (14617KB) ( 166 )  
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喜凉/温作物界限温度的时空分布能够影响作物物候和种植区域。利用全国585个气象站点1961−2020年地面气象观测资料,以喜凉/温作物界限温度(0℃和10℃)的积温、初日、终日作为农业热量资源研究指标,基于ANUSPLIN气象插值软件,从年际和年代际时间尺度分析1961−2020年喜凉/温作物界限温度的时空演变特征,并探讨热量资源变化对全国农业生产格局的影响。结果表明:受纬度和地形影响,全国热量资源变化幅度较大,东部地区≥0℃、≥10℃积温随纬度变化呈阶梯状分布,而在西部地区主要受海拔影响,总体表现为由南向北逐渐递减。各地≥0℃和≥10℃积温范围分别为700.0~8960.0℃·d和46.3~8960.0℃·d,≥0℃和≥10℃积温气候倾向率平均为72.8℃·d·10a−1和73.7℃·d·10a−1。60a内,界限温度0℃、10℃初日分别提前9.6d和8.4d,终日分别推迟4.8d和7.8d。界限温度初日的提前和终日推迟使60a内日平均气温≥0℃和≥10℃的持续日数分别增加14.4d和16.2d。2011−2020年是研究时段内最温暖10a,与P1时段(1961−1970年)相比,P6时段(2011−2020年)≥0℃和≥10℃积温平均值分别增加了6.3%和8.2%。P6时段≥0℃积温为6000~7000℃·d的区域面积增加了2.11×105km2;≥10℃积温为5000~6000℃·d的区域面积增加了3.37×105km2。气候变暖背景下,活动积温增加对农业系统产生了重要影响,农业生产布局以及种植制度应及时做出调整,充分适应气候变化。
河北省农作物生产投入品碳排放变化特征
山楠, 肖广敏, 串丽敏, 孙秀君
2023, 44(02):  96-105.  doi:10.3969/j.issn.1000-6362.2023.02.002
摘要 ( 239 )   PDF (512KB) ( 148 )  
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基于2010-2018年河北省农资投入、农作物产量、耕地面积和农作物播种面积等统计数据,计算河北省农作物生产投入品碳排放,分析河北省农作物生产投入品碳排放的动态变化和不同投入品碳排放所占比例,为农业生产节能减排,实现低碳农业提供理论依据。结果表明,2010-2018年河北省农作物生产投入品碳排放以2015年为转折点,呈现先上升后下降的趋势。研究期内河北省农作物生产碳排放总量、单位产量碳排放量和单位耕地面积碳排放量分别为2219万~2674万tCO2eq、0.21~0.30tCO2eq·t−1和3.40~4.10tCO2eq·hm−2。2018年河北省农作物生产碳排放总量、单位产量碳排放量和单位耕地面积碳排放量最低,分别比最高值降低17.0%、30.0%和17.0%。化肥、农药、农膜、柴油和灌溉用电9a平均碳排放量占比分别为38.6%、2.1%、11.5%、34.7%和13.1%。化肥和柴油是最主要的农业碳排放源,占比均在30%以上。农作物生产投入品碳排放的动态变化受国家政策影响效果明显,农作物生产碳排放应该坚持以国家政策引导为主,通过成熟的农业管理制度,加强农业技术培训和推广应用先进的栽培技术等措施,减少农业源碳排放,以促进农业绿色发展。
农业生物气象栏目
日光诱导叶绿素荧光研究及应用的文献计量分析
闫雨杏, 吕肖良, 王亚凯, 于强
2023, 44(02):  106-122.  doi:10.3969/j.issn.1000-6362.2023.02.003
摘要 ( 246 )   PDF (6200KB) ( 146 )  
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日光诱导叶绿素荧光SIF(solar-induced chlorophyll fluorescence)作为直接监测植被光合作用的理想“探针”,能对植物的生理状态作出快速、灵敏的响应,是近年来植被遥感领域的研究热点。为了系统梳理SIF研究的发展脉络,本研究以Scopus数据库中1982-2021年的786篇相关文献作为数据源,结合VOSviewer软件,从国家、机构、作者、期刊和关键词等角度分别进行文献计量分析和可视化计量分析。结果表明,SIF领域年发文量整体呈增长趋势,现已进入快速发展阶段;发文量排名前3的国家分别为美国、中国和德国,其中德国拥有最高的篇均被引次数(56.2次)和最多的合作国家数(36个);南京大学、加州理工学院、瓦伦西亚大学等机构有着较高的发文量和H指数,为该领域的发展做出了突出贡献;Guanter、Zhang、Frankenberg、Liu、Rascher等国内外学者致力于该领域的研究,发表论文数均在40篇以上;期刊Remote Sensing of Environment在该领域中拥有最高发文量(92)和最高的H指数(40),Global Change Biology拥有最高的篇均被引数(65.6次)。关键词反映出这一研究方向属于地球科学、生态学、农学、植物生理学等多学科的交叉领域,涵盖了叶片、冠层乃至区域等空间尺度;当前研究主要集中在叶绿素荧光的生理特性及胁迫监测、SIF信号的获取方式和SIF遥感应用(如碳循环)等三个方面。中国在该领域的整体研究实力走在世界前列,未来仍需进一步提高研究影响力。
磷素后移对药隔期倒春寒小麦旗叶光合及抗氧化系统的影响
孙东岳, 许辉, 刘倩倩, 许波, 吴兆晨, 魏凤珍, 陈翔, 李金才
2023, 44(02):  123-132.  doi:10.3969/j.issn.1000-6362.2023.02.004
摘要 ( 165 )   PDF (629KB) ( 151 )  
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以抗倒春寒能力强的小麦品种“烟农19”(YN19)和抗倒春寒能力弱的小麦品种“新麦26”(XM26)为供试材料,利用人工气候箱开展盆栽低温模拟实验。实验设置对照(日均气温15℃,夜间最低温度11℃,CK)和低温(−4℃,LT)两个温度处理,设置常规施磷(基肥:拔节肥为10:0,R1)和磷肥后移(基肥:拔节肥为5:5,R2)两种施磷肥模式,低温处理时长为4h·d−1。测定小麦开花期和灌浆期旗叶光合、抗氧化生理指标及成熟期产量并进行分析,以探明磷素后移对药隔期倒春寒下小麦旗叶生长的缓解机理。结果表明:(1)LT处理较CK处理,供试两品种旗叶叶绿素相对含量(SPAD值)、净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)均显著下降(P<0.05),胞间CO2浓度(Ci)显著上升。(2)LT处理与CK比较,供试两品种旗叶抗氧化酶(SOD、CAT)活性显著下降,丙二醛(MDA)含量显著增加。(3)本实验条件下,LT处理使供试两品种穗粒数、千粒重及单茎产量较CK显著降低。(4)LTR2与LTR1比较,XM26开花期和YN19灌浆期旗叶SPAD值分别显著提高了7.3%和10.1%;XM26和YN19旗叶开花期的Pn显著提高8.5%和16.2%,灌浆期显著提高8.0%和8.7%,Gs、Tr和Ci影响差异不显著。(5)LTR2与LTR1比较,XM26旗叶开花期和灌浆期SOD活性显著提高9.0%和5.7%,CAT活性显著提高12.4%和30.9%,MDA含量显著降低7.9%和7.3%;YN19旗叶开花期和灌浆期SOD活性显著提高7.7%和8.2%,CAT活性显著提高20.8%和25.5%,MDA含量显著降低6.8%和7.0%。(6)R2较R1显著提高LT处理XM26的穗粒数8.4%,对两品种千粒重无显著影响,XM26和YN19单茎产量挽回率可达8.9%和9.9%。综上所述,磷素后移可有效增强小麦旗叶细胞抗氧化能力,降低细胞膜脂过氧化程度,提高小麦旗叶的光合能力。通过抗氧化及光合能力两方面协同缓解药隔期倒春寒下小麦生育中后期旗叶生长状况,增加主茎穗粒数和千粒重,保“源”增“库”,达到无灾稳产增产、有灾减损止损的效果。
基于日光诱导叶绿素荧光探测植被光合对气象干旱的响应
齐晓雯, 苗晨, 王鹤松
2023, 44(02):  133-143.  doi:10.3969/j.issn.1000-6362.2023.02.005
摘要 ( 245 )   PDF (1473KB) ( 238 )  
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干旱是世界范围内最常见、最复杂的气象灾害,一定程度上会削弱陆地生态系统的碳汇功能。开展植被对干旱响应的研究并选择敏感的干旱探测因子,有助于掌握干旱对植被的影响规律、理解植被对干旱胁迫的响应过程和机理。本研究以日光诱导叶绿素荧光(SIF)数据和标准化降水蒸散发指数(SPEI)为基础,利用最大相关系数法分析中国区域内2000−2018年生长季植被光合对气象干旱的响应,比较不同干旱梯度、不同植被对干旱响应的敏感性以及SPEI响应时间尺度的变化特征。结果表明:(1)SIF与SPEI具有很好的相关性,显著正相关的面积达到75.05%,主要分布在东北、西南和青藏高原地区,且大部分地区对SPEI的响应时间尺度以中短期为主。(2)SIF在春季对SPEI显著相关的区域占比最少,夏季达到最高,秋季又略有下降。对干旱响应的时间尺度在春季以短期为主,而夏季响应时间尺度长的区域较春季有所增加。(3)半干旱区对干旱的敏感性最强,干旱区最弱,不同气候区对干旱的响应时间尺度均以短期为主。(4)研究所选植被类型均能较早地对干旱做出响应,其中,草地对干旱最敏感,林地和农田相对较弱,阔叶林比针叶林对干旱更敏感。研究结果表明在不同干旱梯度和不同植被类型下SIF均能快速反映环境胁迫对植被光合作用的影响。
气候变化条件下马尾松人工林潜在地理分布的诊断
凌怡晨, 赵晶, 王鹤松, 刘阳
2023, 44(02):  144-153.  doi:10.3969/j.issn.1000-6362.2023.02.006
摘要 ( 182 )   PDF (3059KB) ( 119 )  
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基于186条中国马尾松分布记录和1931−1960年、1961−1990年、1991−2017年3个时期19个气候因子数据,利用最大熵模型(MaxEnt),研究过去近90a影响中国马尾松适生区分布的气候因子、适宜马尾松生长及分布的气候条件,以及马尾松在不同时期适生区分布变化情况,以期为中国南方人工林应对气候变化提供决策支持。结果表明:(1)影响马尾松适生区分布的主要气候因子为最冷季度降水量、最干燥月降水量、气温年较差、温度季节变化标准差、年降水量和最干季度平均温度。(2)1931−1960年适宜地区总面积和较适宜地区面积最大,分别约为184.88万km2和87.45万km2,1961−1990年完全适宜地区面积最大,约为52.71万km2,1991−2017年北侧边界较1931−1960年向北偏移约1°,南侧海南岛适宜区域减至0,雷州半岛分布边界较1931−1960年向北偏移约2°。(3)随着近90a来气候变化,马尾松潜在适生区整体向东向北偏移,原有西侧和南侧零散的适生区域减退,适宜地区总面积呈现先减少后增加的趋势,现状适生区主要分布在秦岭−淮河一线以南,雷州半岛以北,横断山脉以东的区域。现阶段马尾松完全适宜地区集中分布在广西省、广东省、福建省、贵州省中部和南部、重庆市西部和四川省东部,这些地区最适宜作为马尾松人工林的种植区域。
农业气象信息技术 栏目
稻纵卷叶螟危害下水稻叶片光谱特征及产量估测
黄璐, 包云轩, 郭铭淇, 朱凤, 杨荣明
2023, 44(02):  154-164.  doi:10.3969/j.issn.1000-6362.2023.02.007
摘要 ( 217 )   PDF (643KB) ( 166 )  
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2020年在南京市浦口区桥林街道对稻纵卷叶螟[Cnaphalocrocis medinalis Güenée(C. medinalis)]自然发生的水稻农田进行高光谱观测试验,以探明不同稻纵卷叶螟危害程度下水稻叶片光谱特征与产量的关系,并对水稻产量进行预测。试验共选取80个样点,各样点虫害等级根据稻株的受害叶片数量占叶片总数的比例进行划分,利用SOC710VP便携式高光谱成像仪,采集水稻主要生育期(拔节期、孕穗期、灌浆期和成熟期)各样点水稻叶片的高光谱数据,调查收获后各样点的水稻产量数据,分析不同虫害等级下水稻叶片原始光谱、一阶导数光谱特征和产量参数的变化规律,并利用观测光谱与产量相关性较强的特征波段计算植被指数,建立基于植被指数的水稻产量估算模型。结果表明:(1)同一生育期内,水稻叶片近红外波段和红边波段的反射率随着虫害等级的升高而降低,而红光波段则相反。(2)同一生育期内,一阶导数光谱的峰值、红边幅值和红边面积随着虫害等级的增大而降低,红边位置的“蓝移”现象加重。(3)水稻的有效穗数、千粒重、结实率以及产量总体上随着虫害等级的上升而降低;但虫害等级较低时,有效穗数、千粒重以及结实率均出现“回升”现象。(4)利用各生育期DVI、RVI和CARI构建水稻产量估测模型,其中RVI的二项式模型模拟效果最佳。研究表明利用水稻叶片成像光谱特征可对稻纵卷叶螟危害进行长期、动态的监测,由其敏感波段构建的植被指数能够有效估测稻纵卷叶螟为害下的水稻产量。