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。

利用华北平原49个气象站点的逐日气象数据和24个农业气象试验站的物候期数据,分析了1961—2010年冬小麦营养生长期、并进期、生殖生长期和全生育期的生长度日(Growing degree days,GDD)、高温度日(Killing degree days,KDD)、降水量及其气候倾向率的时空变化特征。研究表明,1)华北平原冬小麦全生育期GDD各省间差异不显著,但其他各生育期各省间空间分布差异显著(P<0.05),华北平原所有地区GDD的气候倾向率均呈正值,高值主要分布在山东东部(莱阳市和烟台市等)、河南东南部(信阳市和固始市等)一带;2)华北平原冬小麦各生育期KDD各省间差异不显著,营养生...

为明确华北平原主导作物冬小麦-夏玉米耗水量的变化趋势,为水资源配置提供科学依据,论文搜集文献资料,结合中国科学院禹城综合试验站长期观测数据,采用Mann-Kendall检验法分析了华北平原近50 a冬小麦和夏玉米的耗水量变化趋势,阐明其耗水特性和作物水分利用效率变化,最后通过对蒸发能力和气象要素的变化趋势分析明确了冬小麦-夏玉米耗水量变化的主导原因。研究表明:①近50 a华北平原主导作物冬小麦-夏玉米耗水量呈下降趋势,冬小麦耗水量从501.2 mm降低到456.3 mm,夏玉米耗水量大体变化在300～400 mm,平均为350 mm左右;②冬小麦和夏玉米水分利用效率大幅度提高,冬小麦水分利用效...

农业碳足迹理论可以系统评价农业生产过程中人为因素引起的碳排放,是构建低碳农业的理论基础,对实现低碳农业具有重要的指导意义。为探明农业生产中的碳足迹,本文基于河北吴桥县农户生产调查数据,利用农业碳足迹理论及研究方法,评价了华北平原冬小麦-夏玉米两熟种植模式的碳足迹。结果表明:冬小麦-夏玉米种植模式碳足迹的大小为1 737.37±337.02 kgCe/hm2.a,生产1 kg粮食的碳成本是0.12±0.03 kgCe,其中冬小麦的碳足迹是1 101.3l±251.91 kgCe/hm2.a,小麦的碳成本是0.16±0.04kgCe/kg,夏玉米的碳足迹是636.06±163.90 kgCe/hm...

作物生长与气候的互馈是当前气候变化研究的热点之一。陆面模型作为一项重要的研究工具，其模型框架、算法设计及参数化方案的不同会直接导致模拟结果的不确定性。为探究陆面模型DLM(dynamic land model)和CLM5(community land model)在作物生长及农田热通量模拟方面的差异及原因，评估2个模型在华北平原作物研究中的适用程度，论文开展了冬小麦—夏玉米轮作站点的模拟对比研究。结果显示，DLM的夏玉米叶面积指数和生态系统总初级生产力的模拟值更高，与观测值更为接近；CLM5模型则在冬小麦模拟中略优。DLM的潜热模拟值与观测值的相关性普遍更高，可能反映了DLM采用的彭曼公式、双叶策略比CLM5采用基于水势梯度质量守恒、大叶策略的潜热计算方法更具优势。对于产量，模型当前的估测能力并不理想。总的来说，在默认设定下，2个模型的模拟结果能基本反映研究区农田站点内夏玉米和冬小麦的生长规律，但与实测值存在一定偏差。模型在该区域的适用性可能需要通过添加农田管理措施、算法优化和参数本地化等方式进一步提高。

生态系统呼吸在陆地生态系统碳循环中占有重要地位,是碳循环中仅次于生态系统总初级生产力的第二大通量组分。除温度和水分外,生物因子对生态系统呼吸也有着重要的影响。生物因子往往与温度、水分有着相似的季节变化,并且温度还对这些因子有重要的影响,这加深了探讨生物因子对生态系统呼吸影响的难度。复种农田生态系统中生物因子与气象因子季节变化的非同步性为探讨生物因素对生态系统呼吸时间变异的影响提供了有利条件。利用华北平原冬小麦-夏玉米复种农田LAI的季节动态与温度的季节动态存在非同步性这一天然试验条件,本研究通过该农田生态系统连续两年的涡度相关通量观测数据,分析了温度和生物因子对该农田生态系统呼吸季节及年际变化...

为评估AquaCrop模型在黑龙港流域模拟冬小麦-夏玉米水分利用与作物产量的适用性,根据田间试验数据和FAO提供的参数值,对AquaCrop模型进行模型非保守性参数的本地化校准和验证。结果表明,AquaCrop模拟冬小麦冠层覆盖值和实测值的归一化均方根误差(NRMSE)为15.90%,模拟产量与实测产量之间的NRMSE为4.23%;模拟夏玉米冠层覆盖值和产量值与相应实测值之间的NRMSE分别为11.59%和11.69%。本研究校准所得参数对黑龙港流域典型站点有较好的适应性,校验后的AquaCrop可以用于黑龙港流域冬小麦-夏玉米水分管理、产量潜力等相关研究。

【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...

为探讨不同播期对不同熟性品种夏玉米生长发育及群体特性的影响,以纪元一号(早熟品种)、郑单958(中熟品种)及农大108(晚熟品种)为试验材料,于2008—2009年在中国农业大学上庄试验站设置3个播期的处理试验。结果表明:夏玉米的生育期随播期推迟而缩短,平均每推迟1d全生育期缩短0.2～0.6d;从早熟到晚熟品种夏玉米生育期缩短表现出加剧的趋势。随播期推迟,早熟与中熟品种的穗位比增大,茎粗降低,但播期对晚熟品种的穗位比与茎粗影响不显著。播种期推迟,夏玉米最大叶面积指数、地上部干物质重量、群体光合势(LAD)及籽粒产量均呈降低趋势,其中晚熟品种的籽粒产量降幅大于早熟品种。晚播与中播相比:农大10...

【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...

水足迹概念将水问题拓展到了社会经济领域,是当前测度人类活动对水资源系统影响的理想指标。本文借助水足迹的概念,计算了华北平原地区(河北、北京、天津)小麦、玉米的虚拟水含量及其生长生产水足迹,并就绿水的重要性和灰水对环境的不利影响进行了相关分析。结果显示:2007年华北平原主要地区小麦虚拟水含量为1.054m3/㎏,生长用水以蓝水为主;玉米虚拟水含量为0.808m3/㎏,生长用水以绿水为主;小麦生产水足迹为172×108m3,其中绿水足迹30.85×108m3,蓝水足迹102.5×108m3,灰水足迹38.65×108m3;玉米生产水足迹为173.07×108m3,其中绿水足迹101.06×108...

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。

在中国科学院封丘试验站通过3年(2008-2010年)8个夏玉米品种在3个种植密度下的田间试验,研究了品种和种植密度对夏玉米产量及水分利用效率的影响,旨在探讨通过品种和密度优化组合进一步提高作物产量和水分利用效率的潜力。品种和密度对夏玉米产量产生了明显影响,并且存在着年际之间的巨大波动。产量最高和最低品种相差1 050～1 500 kg/hm2,不同品种对密度的反应有所差异,一般60 000～67 500株/hm2的种植密度产量高于75 000株/hm2的密度产量。玉米生长期间光照条件对产量产生了显著影响,2010年玉米生长期间日照时数为多年平均的56.6%,产量比光照条件好的2009年产量降...

为研究玉米品种氮利用效率相关性状的遗传参数,本试验选择20个具不同氮利用效率的单交种在华北平原的2个地点同期进行试验,氮肥处理设高氮(施氮,折合纯氮225 kg/hm2)和低氮(不施氮,其地块经过连续2年耕种使氮素耗竭)2个水平。试验结果表明,供试品种在低氮水平下的平均产量比高氮降低了22.6%,从8.45 t/hm2降低到6.45 t/hm2,穗粒数减少幅度较大为17.12%;而千粒重、出籽率、干物质含量、株穗率、籽粒含油率、籽粒蛋白质和淀粉含量在2个氮水平下的平均表现相近。2个试验点的联合方差分析表明,以上大部分籽粒性状的遗传方差在2个氮水平下均达到显著水平;所有性状的基因型×氮的互作方差...

【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。