【目的】全球气候变暖背景下，极端高温频发将会对农作物生产造成潜在威胁，因此，基于多种高温指标综合评估作物生长季高温时空分布特征对制定有效的灾害风险管理和适应措施至关重要。【方法】以我国玉米潜在种植区为研究区域，基于第六次国际耦合模式比较计划（Coupled Model Intercomparison Project,CMIP6）中2个共享社会经济情景（Shared Socioeconomic Pathways,SSP1-2.6和SSP5-8.5）下1981—2060年的逐日最高气温资料和玉米生育期资料，分析了基准时段（1981—2014年）和未来（2015—2060年）玉米开花期高温强度（HSI）、高温持续时间（AHSD）和累积高温度日（HDD）的时空变化特征。【结果】1981—2014年玉米开花期HSI、AHSD、HDD在黄淮海夏玉米区和西北灌溉玉米区最大（区域均值分别为32.3和33.8℃、8.4和9.8 d、22.9和40.3℃·d）。受气候变暖影响，未来气候情景下，特别是在SSP5-8.5气候情景下，我国玉米开花期高温发生范围扩大、强度增加，HSI和AHSD增加最大的区域为北方春播玉米区，SSP1-2.6和SSP5-8.5情景下，HSI的增加趋势分别为0.97和1.16℃·(10a)~(-1),AHSD的增加趋势分别为0.73和1.11 d·(10a)~(-1)。全区HDD增加最大的区域为黄淮海夏玉米区，SSP1-2.6和SSP5-8.5情景下增加趋势分别为2.68和5.26℃·d·(10a)~(-1)。【结论】未来我国玉米开花期高温发生范围将扩大、强度将增加；且应重点关注黄淮海夏玉米区和北方春播玉米区的开花期高温，前者主要由于基础温度高，后者主要由于增温幅度较大。可通过选用抗高温品种、调整播种窗口、采用水肥及化学调控等综合措施降低高温威胁。

玉米作为中国第一大粮食作物,探究其生产潜力在气候变化背景下的时空变化特征对中国有效应对气候变化具有重要意义。论文结合全球农业生态区模型、极点对称模态分解方法和集对分析方法,探讨了中国玉米生产潜力的周期性波动特征及长期变化趋势,进而分析了其空间格局演变过程。结果表明:1960—2010年间,中国玉米生产潜力呈增加趋势,由1960年代的9.10亿t增至2000年代的9.45亿t左右。在年际尺度上,中国玉米生产潜力主要以准3 a和准5 a的周期进行波动;在年代际尺度上,存在准10 a和准20 a的波动周期。其中,准3 a的周期波动是中国玉米生产潜力长时间变化的最主要特征,这主要是受年降水量变化的影响。从空间格局来看,中国玉米生长适宜区主要集中在加格达奇—锡林浩特—临河—西宁—天水—中甸沿线以东;1960—2000年间,玉米生产潜力界线在中国东北部和临河—西宁沿线发生了较为明显的移动。华北平原、辽河平原、四川盆地等地区的玉米单产潜力变化趋势具有较强的一致性,松嫩平原、三江平原、关中盆地、长江中下游平原等地区的玉米单产潜力变化过程与上述地区恰好相反。在这2类地区,玉米单产潜力的变化均较显著,但变化方向在年代际尺度上具有交替性。

以2010年我国耕地空间分布遥感监测数据为基础,在1960—2010年的长时间序列气象数据、土壤数据等数据基础上,采用GAEZ(Global Agro-Ecological Zones)模型综合考虑光、温、水、CO2浓度、农业气候限制、土壤、地形等多方面因素,估算了中国玉米生产潜力,进而分析了近50 a来气候变化背景下我国玉米生产潜力的时空格局特征。研究表明:12010年中国玉米生产潜力总量是8.34×108t,玉米生产潜力空间差异显著,总体呈现东高西低的趋势,东北平原区的玉米生产潜力总量最高,达到1.97×108t,青藏高原区玉米生产潜力总量最小;2近50 a来中国玉米单产潜力和生产潜力总量...

【目的】松材线虫病严重破坏我国松林资源,经济损失巨大,松材线虫病的传播与蔓延气候变化密切相关。本研究借助气候模拟和地理信息系统,分析预测松材线虫在我国的适生范围,研究松材线虫不同地区流行灾变的可能性,准确评估松材线虫在中国的危害风险,为松材线虫病的检疫及防治决策的制定提供理论依据。【方法】采用全球气候模式MIROC3.2_hiers的初始场和侧边界值驱动区域气候模式Reg CM3(简称MIROC_Reg CM),模拟得到SRES A1B情景下1971—2100年中国区域气候情景的130年逐年气象数据资料,部分验证和模拟了松材线虫分布的生态地理格局。依据制约松材线虫发生和扩散蔓延的6个关键气象及...

【目的】干旱是影响中国农业生产的主要自然灾害之一。东北地区作为中国最大的玉米生产基地，气候变化背景下干旱频发重发严重影响玉米的高产稳产。评估未来气候情景下东北地区春玉米干旱发生风险及其空间格局变化，为该地区春玉米防旱避灾以及保障其高产稳产提供科学依据。【方法】选取东北地区春玉米潜在种植区为研究区域，基于ISIMIP输出的SSP1-2.6、SSP3-7.0和SSP5-8.5 3种气候情景的1981—2060年逐日气象资料以及53个农业气象观测站1981—2014年春玉米生育期资料，选取作物水分亏缺指数（crop water deficit index,CWDI）为农业干旱指标，分析东北地区春玉米不同生育时期不同等级干旱时空分布特征，选择最优概率理论分布函数进行干旱指数序列的概率估算，基于信息扩散理论估算得到各点春玉米不同等级干旱风险，构建干旱风险指数，评估未来不同气候情景下东北地区春玉米干旱发生风险及未来各等级风险区的空间格局变化。【结果】（1）1981—2014年东北地区春玉米全生育期干旱指数总体呈西南高东北低的特征，表现为内蒙古东四盟（57.3%）>黑龙江省（40.6%）>辽宁省（39.5%）>吉林省（38.9%）。（2）研究区域春玉米生育中期干旱指数整体高于生育前期和生育后期。其中，2030s和2050s研究区域春玉米生育前期干旱风险概率为轻旱>中旱≈重旱>特旱，生育中期干旱风险概率为特旱>重旱>轻旱≈中旱，生育后期干旱风险概率轻旱>中旱>重旱>特旱。（3）1981—2060年，SSP1-2.6低排放情景下，东北地区春玉米较高等级干旱风险发生概率将减少，极高和较高干旱风险区明显向西南收缩，2030s和2050s面积占比分别减少5.4%和9.6%、0.8%和2.5%；而SSP3-7.0和SSP5-8.5两个高排放情景下，较高等级干旱风险发生概率增加，且较高干旱风险区向东北扩张，2050s面积占比分别增加8.5%和9.7%。【结论】基于干旱风险指数的未来干旱风险时空分布格局中，东北春玉米干旱风险呈现由西南向东北减少的特征，且未来SSP3-7.0和SSP5-8.5情景下，较高干旱风险区向东北方向扩张，需关注作物关键生育时期提出针对性的防御措施。

气候变化对黄土高原地区环境与经济影响重大,研究其在小地理尺度上的时空变化趋势对该区应对全球气候变化制定适应性策略有重要意义。论文基于CRU 1901—2014年逐月气候数据集,利用Delta空间降尺度方法对该数据集在黄土高原地区进行降尺度处理并评价,最后采用距平、Mann-Kendall趋势检验和Sen’s斜率估计方法分析该区历史时期气候变化的时空分布特征。结果表明:1)使用Delta法将分辨率为0.5°×0.5°的月降水量和月均温数据降尺度到分辨率为1 km×1 km的网格上是可行的,其中线性插值法最适合该区降尺度过程。2)1901—2014年该区年降水量年际变化趋势不显著,但年均温以0.1℃/10 a的速率显著上升;与气候平均值相比,20世纪60年代为相对湿冷期,80年代以后为相对干暖期;年降水量在该区西部地区(面积占3.05%)以0.24 mm/10 a~3.52 mm/10 a的速率显著增加,年均温在西部以外地区(面积占91.30%)以0.02℃/10 a~0.17℃/10 a的速率由西南向东北显著上升。3)1981—2010年黄土高原西部地区(面积占92.02%)相比气候平均值变干变暖,西部以外地区(面积占7.98%)变湿变暖;年降水量只在民和及其以南极少数地区(面积占0.05%)以17.25 mm/10 a~27.93 mm/10a的速率显著增加,年均温在西部以外地区(面积占87.61%)以0.23℃/10 a~0.71℃/10 a的速率显著上升。上述研究结果可为该区在制定应对全球气候变化策略时提供科学依据。

【目的】预测不同气候条件下樟子松Pinus sylvestris var. mongolica在中国的潜在分布及迁移，确定影响樟子松分布的主要环境变量，为樟子松合理引种与保护提供理论依据。【方法】根据200个樟子松分布点和20个环境变量，利用R语言中ENMeval数据包优化最大熵模型(MaxEnt)并利用ArcGIS空间分析技术对当前气候条件下樟子松在中国潜在分布进行模拟，通过Person相关分析和方差膨胀因子分析(VIF)结合预建模结果对环境因子的筛选，综合Jackknife检验和相关系数，分析樟子松主导限制因子，预测樟子松从当前到未来时期(2050s和2100s)的3种气候情景(SSP126、SSP245和SSP585)下适生区变化趋势。【结果】MaxEnt模型受训者工作特征曲线(AUC)都大于0.94，说明模型精度较高，能较好预测樟子松潜在分布；影响樟子松分布的主导因子为最冷季度平均气温、降水量季节性变化、最冷月最低气温、温度季节变动系数、最干季度平均气温和最热月最高气温，累计贡献率为92.9%；当前气候条件下，樟子松的适宜分布区主要位于中国大兴安岭地区，总适宜区面积占中国总面积的6.72%；未来时期不同气候条件下樟子松潜在分布区面积减少，质心向西北高纬度和西南降水量充沛地区迁移。【结论】以年为单位的温度和降水是樟子松分布的主要影响因子，当前樟子松的适生区主要在中国大兴安岭地区，未来樟子松分布区有向现有分布区的西北和西南地区迁移的趋势。图1表7参29

大豆是中国最重要的粮食兼油料作物之一,随着人口的增长和人们生活水平的提高,中国对大豆产品的消费需求不断增加。全球气候变化给大豆生产带来了一定影响,其中有负面的,也有正面的。本文以2010年中国耕地空间分布遥感监测数据为基础,在1961-2010年的长时间序列气象数据、土壤数据等数据基础上,采用GAEZ模型,综合考虑光、温、水、CO2浓度、病虫害、农业气候限制、土壤、地形等因素,估算了中国大豆生产潜力,进而分析了近50年来气候变化导致的中国大豆生产潜力的时空格局特征。研究表明:1中国大豆生产潜力呈现由南向北、由西向东增加的趋势。东北平原区、长江中下游地区和黄淮海平原区是大豆高产区。2近50年来,中国大豆适宜种植面积持续增加,而大豆平均生产潜力却持续下降,大豆生产潜力总量先降后增。3中国大豆生产潜力的变化区域差异明显。东北平原区大豆生产潜力总量居全国第一,长江中下游地区和黄淮海平原区分别居第二、三位。本文揭示了近50年来气候变化背景下中国大豆生产潜力的时空格局演变特征,对合理安排大豆种植布局,高效利用气候和土地资源,实现大豆稳产高产具有指导意义。

【目的】随人口增加、饮食结构变化和能源需求的增加,中国粮食安全问题日益严峻,在耕地资源有限的背景下,高产稳产仍是保证粮食安全的主要途径。华北平原是我国夏玉米主产区,明确气候变化背景下该区域夏玉米的适宜播期,对于稳定和提升该地区夏玉米单产,保障我国粮食安全具有重要意义。【方法】依据夏玉米生长季积温和降水将华北夏玉米区分为8个气候亚区,在每个气候亚区内基于1981—2015年气候资料、农业气象观测站夏玉米种植资料和土壤资料,对农业生产系统模型(APSIM-Maize)进行调参验证,选用决定系数(R~2)、D指标、均方根误差(RMSE)和归一化均方根误差(NRMSE)等指标来评价模型调参验证结果。在此基础上设置不同播期,利用调参验证后模型模拟各气候亚区不同播期夏玉米产量,采用高稳系数并综合考虑下茬作物冬小麦的播期,明确各气候亚区冬小麦-夏玉米两熟系统下充分灌溉和雨养条件夏玉米适宜播期,并分析与实际播期相比适宜播期下的夏玉米增产幅度。【结果】(1)模型适应性评价指标中决定系数(R~2)均在0.75以上,D指标均在0.80以上,归一化均方根误差(NRMSE)均在7%以下,表明调参后的APSIM-Maize模型在华北平原夏玉米生育期和产量模拟方面具有较好的模拟效果,可用于华北平原夏玉米生育期和产量模拟研究。(2)充分灌溉条件下,第一气候亚区夏玉米推荐适宜播期主要在6月下旬,第二气候亚区到第七气候亚区,主要在6月中下旬,第八气候亚区主要在6月中上旬。雨养条件下,第一气候亚区主要在6月下旬和7月上旬,第二、三A、四、五、六气候亚区主要在6月中下旬,第三B、七气候亚区适宜播期范围较广,6月均可播种,第八气候亚区在6月上中旬。(3)在充分灌溉和雨养条件下,与实际播期相比,适宜播期在各气候亚区的增产幅度为第一气候亚区到第五气候亚区增产幅度最大,平均在4%—10%;第六气候亚区到第七气候亚区次之,平均在2%—5%;第八气候亚区增产幅度最小,平均在3%以下。【结论】华北平原夏玉米适宜播期随着纬度的升高而提前。充分灌溉和雨养条件下,随着年代的推移,夏玉米适宜播期呈现推迟趋势,自20世纪80年代到21世纪00年代,每10年推迟3 d左右。第一和第二气候亚区雨养条件下的适宜播期晚于充分灌溉条件下适宜播期,其他气候亚区无显著差异。与实际播期相比,各气候亚区适宜播期下产量有2%—10%的提升,但雨养和充分灌溉条件下增产幅度没有明显差异,增产幅度由南到北呈现减小的趋势,第一到第五气候亚区,增产幅度较其他气候亚区大。

【目的】生育期相关性状是玉米育种研究的重点之一。作为重要的生育期性状,开花期(抽穗期、吐丝期和散粉期)的提前,可保证玉米充分脱水,适宜机收;也为中国黄淮海地区小麦-玉米一年两熟耕作模式下的小麦播种减轻压力。转录因子是转录水平基因表达调控的重要上游因子,对目标基因发挥转录激活或转录抑制的作用。在全基因组水平上解析转录因子对玉米开花期的调控作用,获得开花期提前且不影响产量的玉米转录因子单倍型组合,进而挖掘优异种质资源,可为培育开花期适宜的玉米育种研究提供基因资源。【方法】使用候选基因关联分析方法,对开花期相关转录因子及显著SNP进行分析;并利用DAP-seq技术捕获了关键转录因子的结合位点和下游基因;随后对转录因子调控的下游基因进行GO分析,探究转录因子通过影响其下游基因对开花期进行调控的基因网络。【结果】玉米开花期3种性状(吐丝期、散粉期、抽穗期)中,与吐丝期和抽穗期性状以及吐丝期和散粉期性状同时关联的转录因子显著SNP均为75个,与抽穗期和散粉期性状同时关联的显著SNP为128个,同时关联到3种表型的显著SNP为58个。表明开花期3种性状可能受相同的转录因子调控。选取含有3个及以上开花期相关显著SNP的转录因子基因,通过DAP-seq,捕获了这些转录因子结合的关键基序及调控的下游基因。转录因子结合的下游基因显著富集于转录因子活性、DNA结合、RNA结合、有机氮化合物的合成代谢过程、与生殖有关的发育过程等;不同的转录因子存在共同调控的下游基因,生育期相关性状关键调控性转录因子为ARF、MYB和NAC。对关键上游转录因子进行单倍型分析,发掘了玉米生育期提前,同时对产量无负向影响的转录因子最优单倍型组合。【结论】运用DAP-seq技术并结合前人研究绘制了全基因组水平上转录因子对生育期相关农艺性状的调控网络,并发掘了既提前玉米生育期又对产量无负向影响的转录因子最优单倍型组合。

[目的]研究全球气候变化背景下气候生产潜力的时空分布特征,对于合理利用农业气候资源,促进农业生产力的提高具有重要意义。[方法]选择1901—2000年哈萨克斯坦24个代表气象站点的月平均气温和降水资料,采用Thortwaite Memorial、Miami模型估算气候生产潜力,并运用气候倾向率、M-K检验以及ArcGIS空间插值等方法对气候生产潜力时空分布特征进行分析。[结果](1)1901—2000年哈萨克斯坦气候生产潜力总体表现为增长趋势,不同时段气候生产潜力差异明显,相对于其他研究时段(T1,T3),T2(1936—1970年)时段气候生产潜力及增长速率最大,并且水热匹配状况最好;(2)哈萨克斯坦气候生产潜力空间分布地域性明显。Y_P(降水生产潜力)和Y_E(蒸散生产潜力)总体表现为自东南向西北递减的趋势,Y_T(气温生产潜力)表现为自西南向东北递减的趋势,气候生产潜力高值区主要位于天山北麓及东部山区的河谷地带,低值区位于西部和南部荒漠区;(3)气候生产潜力对降水更为敏感,当气温保持不变,降水量增加(减少)10%、20%,Y_E将增加(减少)9.6%、19.94%。[结论]哈萨克斯坦东部气候生产潜力大于西部,天山北麓及河谷地区气候生产潜力大于平原地区,哈萨克斯坦气候生产潜力主要受降水量的制约,未来"暖干型"变化将会使研究区气候生产潜力下降。为提高农业生产潜力,必须加强对农业基础设施的建设和提高水资源的调配能力。

叶面积指数作为陆地生态过程的重要参数,对生态系统碳循环和区域水土保持具有重要意义。基于MOD15A2H/LAI遥感数据集,利用Theil-Sen media斜率分析、Mann-Kendall趋势检验法以及相关分析法,研究了2001～2018年横断山区植被LAI时空分布格局及变化趋势,根据气象数据、土地覆盖数据和DEM数据,重点分析了横断山区植被LAI对气候变化的响应。结果表明:(1)2001～2018年横断山区植被LAI均值为1.22,空间上呈由北向南逐渐递增的分布特征;(2)横断山区植被LAI受地形影响明显,植被LAI值随海拔升高表现为"升高-降低-稳定"的特征,随坡度增加植被LAI值呈上升趋势;(3)近18a横断山区植被LAI整体以0.07·(10a)~(-1)的速率增加,其中68.92%的区域呈增加趋势,31.08%的区域呈退化趋势;(4)横断山区植被LAI与气温和日照时长呈正相关关系,与降水呈负相关关系。在P<0.05显著性水平下,植被LAI与气温、降水和日照时长的显著相关面积比例依次为22.7%、33.58%和31.80%,表明植被LAI受降水和日照时长影响较大,气温的影响相对较弱。

采用辽宁省54个气象台站建站以来的气温、降水、积温、风速、日照、蒸发等9个气象要素年资料,分析了近半个世纪辽宁省气候资源变化的空间、时间特征,以及其变化对农业和气象能源的影响。结果表明:辽宁省各地的气温、积温普遍为增高趋势,降水、风速、日照、蒸发普遍为减少倾向;气温、积温、日照、蒸发等均具有突变性和阶段性特征,风速、最低气温无显著突变性,而是存在明显的趋势性;从长远看,气候资源变化对辽宁省农业生产和生态环境的影响是弊大于利;虽然观测表明风速有下降趋势,但不能说明风能资源蕴藏量有下降趋势,需要今后进一步关注,但太阳能资源有一定的减少倾向;辽西地区易发展太阳能资源开发利用项目。

通过测 定不同 种植密度 玉米群体 的光能 分布，研 究了群 体光 能分 布特 征对 玉米 产量 和品质的影 响。结果 显示，只 有光照条 件适宜的 群体，才 能充分 利用 光能， 并可 获得 高产 优质 的玉 米子粒。

基于中国南方8省区喀斯特地区卫星遥感和地面气象观测资料,分析气候变化背景下中国南方喀斯特地区2000—2011年间的NPP时空变化规律,及不同土地利用类型NPP变化。结果表明:在气候变化背景下,2000—2005年间,研究区NPP值总体呈上升趋势,在2005年发生转折,2006—2011年间,NPP值总体呈下降趋势;喀斯特地区NPP的变化幅度明显大于非喀斯特区;农田、低密度灌木林、混合用地等土地利用类型对石漠化反应敏感。