为明确影响黄淮海地区作物需水的关键气象因子及其变化特征,基于该地区的66个国家标准气象站点1987—2016年长时间序列的逐日观测资料,采用敏感性分析、因子趋势检测和GIS空间分析等方法,定量计算冬小麦-夏玉米生育期内的有效降水量(Pe)、作物需水量(ETc)及灌溉需水量(ETaw),分析1987—2016年黄淮海区冬小麦-夏玉米水分供需的时空变化特征以及ETc对不同气象因子的敏感性差异。研究表明,1987—2016年冬小麦生育期内Pe远不能满足其生长需求,年均ETaw达264mm,特别冬小麦生育期内Pe呈较明显的下降趋势,伴随气温不断升高,使其面临较严重的水分亏缺;而夏玉米生育期与Pe耦合度高,年均ETaw仅为79mm。黄淮海地区北部为冬小麦ETc和ETaw的高值区,南部ETaw相对较低,但1987—2016年增加趋势明显。相对湿度和气温对ETc的影响最大,其次是平均风速和日照时数,相对湿度的减少和气温的显著升高都将导致ETc的增加。

【目的】全球气候正以变暖为主要特征发生显著变化,探究气候变化对黄淮海地区夏玉米-冬小麦种植制度的影响,为制定合理的应对措施提供理论依据。【方法】通过气象站点观测值的加权平均和一元线性回归分析黄淮海各省市地区1992—2013年来的气候变化特征。利用农业气象站点多年长期观察的夏玉米-冬小麦物候数据,通过加权求平均,分析气候变暖背景下夏玉米-冬小麦的生育期和茬口推移情况。采用一元线性回归分析1992—2013年来黄淮海地区夏玉米-冬小麦周年产量变化。同时利用非线性回归分析法和面板数据敏感性分析法分析气候变化对

【目的】探求黄淮海地区近20年气候变暖对夏玉米生长发育进程及产量的影响,为气候变暖背景下夏玉米的高产稳产制定合理的应对措施提供理论依据。【方法】选取黄淮海地区,包括河北、京津地区、河南、山东、安徽和江苏等地区进行区域研究,利用该地区近20年长期观察的气候数据和夏玉米生产数据以及历史产量数据,采用相关分析和非线性多元回归等分析方法,明确气候因子(温度和降水)与夏玉米生育期和产量的关系。【结果】近20年间黄淮海大部分地区夏玉米生长季内区域平均温度呈上升趋势,但存在地区间差异。降水方面,该区东北部的京津-河北地区与山东降水量呈下降的趋势。与1990s相比,2000s河北和山东夏玉米营养生长期天数呈下...

【目的】研究黄淮海平原地区冬小麦-夏玉米不同深松时机交互不同灌水次数对作物产量及水分生产效率的影响,为优化黄淮海地区土壤耕作方式提供理论依据。【方法】采用土壤耕作方式与灌水次数相结合的方法,设置秋深松+冬小麦2水(QS-2)、秋深松+冬小麦3水(QS-3)、夏深松+冬小麦2水(XS-2)、夏深松+冬小麦3水(XS-3)、对照(CK)共5个处理,研究深松与灌水次数对冬小麦-夏玉米一年两熟农田土壤物理性质、植株生长发育、产量、总产出值及水分生产效率等的影响。【结果】深松和灌水次数对土壤容重、土壤紧实度、土壤储水量、总产出值、水分生产效率均有不同程度显著影响。与对照相比,QS-2、XS-2、XS-3处理均显著降低深松后第1年土壤耕层(0—40 cm)及深松后第2年0—20 cm土层的土壤容重;深松各处理均显著降低第1年土壤紧实度,对第2年土壤紧实度影响效果不明显;秋深松后第2年QS-2处理的冬小麦整个生育期平均土壤储水量较CK显著增加18.14%,QS-3处理次之,夏深松后第2年XS-2、XS-3处理分别较CK显著提高24.7%、25.6%;秋深松能显著提高当季冬小麦生长发育,QS-2、QS-3处理地上生物量分别较CK增加了19.29%、27.06%,第2年QS-2和QS-3处理地上生物量较CK均有所提高,差异不显著,秋深松对第2年冬小麦生长发育影响效果减弱,夏深松第2年XS-2和XS-3处理的叶面积和地上生物量均较对照显著提高,夏深松能显著促进后茬冬小麦生长发育;QS-2处理对2年冬小麦-夏玉米总产出值和水分生产效率均显著提高,第1年总产出值和水分生产效率分别较CK提高27.21%、23.51%,第2年分别提高19.54%、18.84%,夏深松显著提高第2年冬小麦-夏玉米总产出值及水分生产效率,XS-2处理分别提高18.50%、17.65%,XS-3处理分别提高19.57%、15.35%。【结论】黄淮海平原冬小麦-夏玉米连作采用冬小麦播前秋深松耕作方式,冬小麦全生育期灌水2次,有利于降低农田土壤容重、降低土壤紧实度、提高土壤储水效果、显著提高深松周期内冬小麦-夏玉米总产出值及水分生产效率。建议在黄淮海平原地区平水年和丰水年(夏玉米季降雨充沛),冬小麦-夏玉米种植区采用秋深松+冬小麦灌2水耕作模式,实现高产与高效。

基于未来气候变化情景(A1B)下区域气候模式(RegCM3)模拟的黄淮海地区1951-2100年0.25°×0.25°格点气象资料和1971-2000年逐日站点气象资料,结合夏玉米不同发育时段对温度、降水和日照的需求,在前人温度、降水和日照适宜度的基础上构建了黄淮海地区夏玉米全生育期气候适宜度模型,并对1951-2100年黄淮海地区夏玉米气候适宜度的时空变化特征做了分析。结果表明:1951-2100年黄淮海地区夏玉米气候适宜度总体呈下降趋势。2011年之前黄淮海大部地区夏玉米气候适宜度高于0.80,河北南部、河南中东部、山东西部等地出现小幅上升;2011-2040年夏玉米气候适宜度开始下降,大...

【目的】研究冬小麦-夏玉米轮作区土壤养分的时间和空间变化规律以及多年轮作对土壤养分的影响。【方法】以国家精准农业示范研究基地为例,利用GIS技术和地统计学方法,结合《北京土壤养分分等定级标准》,分析冬小麦-夏玉米轮作区土壤养分时空变异特征。【结果】从2000—2007年,研究区严重缺乏磷、钾养分,且含量等级呈下降趋势;土壤全氮含量虽在部分区域偏高,但盈亏等级也呈下降趋势;有机质含量略微增加,处于平衡状态。不同年度的各土壤养分的变异系数范围为11.00%—51.71%,属于中等程度的变异。随着时间的推移,有效磷、有机质、全氮和碱解氮空间分布稳定。速效钾在2001年空间分布规律与2000年和200...

黄淮海地区是我国重要的粮食生产基地,分析该区域粮食产量的时空变化特征及其变化机制,对我国粮食安全的评估有重要的现实意义。论文以AVH RR NDVI数据和逐日气象要素驱动土壤-植被-大气系统物质传输和作物生长的耦合模型,模拟分析1981—2000年黄淮海地区冬小麦产量的时空分布及其驱动机制。分析发现,从1981—1997年生物产量基本呈增加趋势,之后有所下降。但由于作物经济系数不断增加,整个时段冬小麦经济产量增加趋势明显,单位面积产量提高了一倍。化肥施用量的增加和优良品种的推广是增产的主要原因,而气候波动导致区域年际产量变化幅度为8.5%。黄淮海地区冬小麦产量的空间分布及其演变呈现显著的地域特...

【目的】定量研究华北地区冬小麦-夏玉米轮作节水体系的水分周年利用特征。【方法】在大田条件下,通过在小麦季设不灌水(W0)、拔节水(W1)、拔节水+扬花水(W2)和起身水+孕穗水+扬花水+灌浆水(W4)4个水分处理,进行了两个周期的研究。【结果】(1)小麦产量和周年最高产量两年分别在节水灌溉处理W1和W2获得,玉米产量在不同处理间无显著差异。小麦水分利用效率(WUE)与产量的表现相似,玉米WUE显著高于小麦,并随灌水量的增加显著降低;周年WUE则在W0或W1处理最高,而后随灌水量的增加显著降低。(2)W4处理的2 m土体土壤水分含量在各个阶段没有明显变化,其它处理则随小麦生育进程而不断降低(即土...

目的针对黄淮海地区长期采用单一土壤旋耕作业存在的弊端,研究由秸秆覆盖深松、秸秆还田旋耕和秸秆还田深耕组成的不同轮耕模式对黄淮海两熟区农田的土壤改良效应。【方法】连续6年定位实施5种轮耕模式:连年旋耕(CRT,CK)、连年深松(CST)、连年深耕(CDT)、深耕/旋耕(DT/RT)和深耕/旋耕/旋耕(DT/RT/RT),研究各轮耕模式对冬小麦-夏玉米农田土壤三相比R值、土壤有机碳储量、全氮储量、土壤酶活性、土壤呼吸速率和作物经济效益的影响。【结果】轮耕模式、耕层深度、年份对土壤三相比R值、土壤有机碳储量、全

利用华北平原具有1961—2020年完整时间序列逐日气象资料的55个常规气象站点及11个辐射观测站点的逐日地面观测资料,建立华北平原冬小麦-夏玉米生长季的太阳总辐射的经验公式,从年代际尺度和年际尺度分析冬小麦-夏玉米周年、生长季和关键生育期辐射资源(总辐射、直接辐射、散射辐射和光合有效辐射)的变化特征。结果表明:华北平原太阳总辐射值分布呈北高南低、东高西低,全年总辐射范围为4 519.26～5 488.30MJ/m~2;冬小麦生长季和夏玉米生长季太阳总辐射分别占全年的58.6%和41.4%;华北平原太阳总辐射呈显著下降趋势,1961—2020年研究区周年太阳总辐射平均减少了14.3%(708.24MJ/m~2),其中,河南东部以及河北西部地区下降幅度最大,气候倾向率达-210.67MJ/(m~2·10a);研究时段内冬小麦生长季和关键生育期太阳总辐射平均减少了10.0%和4.7%,与冬小麦相比,夏玉米生长季和关键生育期的太阳辐射下降幅度更大,分别减少了17.8%和17.7%;年代际尺度上,华北平原冬小麦-夏玉米周年、冬小麦生长季和夏玉米生长季太阳总辐射均呈现出递减的趋势,与1961—1980年相比,2001—2020年的冬小麦-夏玉米周年、冬小麦生长季和夏玉米生长季太阳总辐射分别减少了9.6%、7.7%和12.1%。综上,华北平原的直接辐射、光合有效辐射呈下降趋势,散射辐射呈上升趋势,本研究结果能够为华北平原辐射资源的合理利用以及制定适应气候变化的对策等提供科学依据。

【目的】针对黄淮海地区发生的玉米弯孢叶斑病,通过分子生物学技术,明确其致病菌新月弯孢(Curvularia lunata)在不同地区和年份间的遗传差异及亲缘关系,为研究该病害的发生和流行提供数据资料。【方法】对2013、2016和2017年采集自黄淮海地区5省(河南、河北、山东、安徽、江苏)的病样进行分离,并采用形态学和分子生物学(ITS和EF-1α序列分析)对分离到的菌株进行鉴定,共获得175个新月弯孢菌株。从哥伦比亚大学开发的通用引物中筛选出13条多态性高、重复性好的引物,利用筛选出的引物对175个新月弯孢菌株进行ISSR-PCR扩增,利用Popgen32软件计算多态性比率、Shannon’s信息指数、群体间的遗传距离和遗传相似性,使用NTsys2.10e软件进行UPGMA聚类分析和基于遗传相似系数的主坐标分析,构建聚类分析图和散点图。【结果】利用筛选出的引物对175个菌株进行PCR扩增,共获得105条多态性条带,多态性比率为100%。在群体平均水平上,基因多样性水平(H)为0.3867,Shannon’s的信息指数(I)为0.5682,表明玉米弯孢叶斑病菌具有丰富的遗传多样性;不同地理种群间的遗传多样性存在一定差异,河南和安徽种群遗传多样性最高,江苏种群较低;年度间相同地理来源的菌群亲缘关系较远,相同年份不同地理来源菌群亲缘关系较近。聚类分析显示所有菌株相似系数为0.51—0.93,在相似系数为0.59水平上,175个菌株被划分为2群5个亚群,亚群间表现出年度间的差异,不同地理种群病菌间存在基因交流,遗传相关性较高;主坐标分析结果与聚类分析结果一致,同一年份的菌株明显聚集在一起。【结论】引起黄淮海地区玉米弯孢叶斑病的病原菌群体存在较高的遗传变异,地域相邻的病菌遗传关系较近;同一地区的菌株在年度间表现出一定遗传距离,而同一年份不同地理来源的菌株遗传距离较近。引起该地区玉米弯孢叶斑病的新月弯孢菌株不是以本地菌源为主,其主要菌源可能来自南方水稻和草坪草或东南亚玉米生产区,但也存在少量存活于地表病残体上的菌株可作翌年的初侵染源。

为了研究灌水对黄淮海地区冬小麦碳氮代谢、产量及水分利用效率的影响,以5个黄淮海主栽冬小麦品种为材料,在田间进行试验,分析了灌水次数对冬小麦可溶性蛋白含量、硝酸还原酶活性、可溶性糖含量及全氮含量的调控效应。结果表明:随着灌水次数的减少,硝酸还原酶活性、可溶性糖和全氮含量、可溶性糖转运率均降低,碳氮比增加,穗粒数、千粒质量和单位面积穗数降低,花后14 d之后可溶性蛋白含量呈降低趋势;与正常灌水(W3)相比,灌2次水(W2)和灌1次水(W1)分别减产11.37%和30.80%,其中周麦18减产最大为14.69%和37.44%,矮抗58减产最少为9.19%和26.97%;W3、W2处理下周麦18的水分...

鉴于作物需水量变化趋势对制定灌溉策略与区域水资源配置的重要作用,依据黄淮海农作区50个标准气象站点50年逐日气象数据资料,基于SIMETAW模型,分析了黄淮海各农作亚区夏玉米、春玉米生育期需水量、灌溉需要量的时空变化趋势,主要气象因子时间变化趋势以及需水量与气象因子的相关性。结果表明:1)该地区夏玉米、春玉米生育期需水量平均值分别为321.70和456.70 mm且近50年均呈下降趋势,两者降水耦合度分别为0.780、.72;2)与夏玉米生育期灌溉需要量相比,春玉米生育期灌溉需要量地区差异大且下降更显著,但两者在豫西丘陵山地旱坡地一熟水浇地二熟区均呈上升趋势;3)夏玉米、春玉米需水量下降受太阳...

[目的] 提高粮食生产效率是保障国家粮食安全的重要任务，对粮食生产中典型的冬小麦-夏玉米复种模式的生产效率进行分析，可以精确把握粮食生产效率，为粮食生产相关政策制定提供参考。[方法]文章基于2007—2018年6省（市）面板数据，运用SBM-DEA和Fare-Primont模型从静态和动态视角对冬小麦-夏玉米复种模式的技术效率和全要素生产率的空间分布和时序变动特征进行测算及比较。[结果]冬小麦-夏玉米复种模式的平均技术效率和全要素生产率水平值分别为0.793和0.744；机械投入、农药投入和水资源投入的平均冗余率较高，分别为28.693%、26.670%和21.578%。剩余混合效率即投入产出混合比例优化是造成冬小麦-夏玉米全要素生产率地区差异的主要原因；冬小麦-夏玉米复种模式的全要素生产率波动中小幅上升，技术进步、技术效率和剩余混合效率是主要影响因素。[结论] 冬小麦-夏玉米复种模式的低生产效率客观存在，应通过生产资料的科学合理投入，加快科技创新推广，推动粮食生产适度规模经营等方式来推动粮食高质量发展。

【目的】研究陕西关中冬小麦/夏玉米区土壤磷素分布特征及近30年农田土壤有效磷变化,对维持和提高土壤质量和土地生产力,合理施磷和减磷增效具有重要意义。【方法】利用2011年在陕西关中平原冬小麦/夏玉米种植区选择的10个典型县、区采集的458个土壤样本,通过与1980年土壤普查土壤有效磷含量数据的比对,分析近30年来陕西关中农田耕层土壤有效磷的变化及当前土壤磷库分布特征。【结果】30年来该区农田耕层土壤有效磷含量整体呈显著上升,宝鸡市、咸阳市和渭南市的平均有效磷含量分别为26.09、27.50和21.53 mg·kg~(-1),与第二次土壤普查有效磷含量结果相比,增幅分别达334.83%、276.71%和231.23%。高有效磷等级地块的比例均有大幅度增加,其中以有效磷含量15—30 mg·kg~(-1)的增幅最大,有效磷含量37mg·kg~(-1)的累积分布概率超过20%,水溶性磷含量>2 mg·kg~(-1)的累积分布概率超过22%,存在较高的水环境污染风险。【结论】长期集约化高强度种植条件下含磷肥料的过量施用显著提高了土壤有效磷含量。从保护环境和合理利用有限的磷资源角度考虑,应合理调控磷肥施用,做到因土施肥,因需供肥。