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中国气象局2021年 第32卷 第4期
摘要
PDF 871KB
2021, 32(4): 385-396.
DOI: 10.11898/1001-7313.20210401
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摘要:
北方一作区马铃薯种植面积和总产量居我国首位，明确其高产稳产区分布，对马铃薯种植合理布局具有重要意义。基于1981—2019年研究区域内234个气象站点逐日气象数据以及作物、土壤数据，利用APSIM-Potato模型，以产量平均值和变异系数为高产性和稳产性评价指标，将研究区域划分为高产高稳、高产低稳、低产高稳和低产低稳4个亚区，分析不同生产水平下我国北方一作区马铃薯高产稳产区分布特征，探讨降水和土壤对马铃薯高产性和稳产性的影响。结果表明：不同生产水平下马铃薯高产区比例呈下降趋势；随着限制因素增加，高产高稳区面积比例逐渐降低，气候-土壤潜在生产水平下高产高稳区面积比例仅占研究区域总面积的13%；高产低稳区是潜在的高产高稳区，及时采取有效措施可提升稳产性。降水对马铃薯高产性和稳产性的影响大于土壤。实际生产中，降水和土壤限制下高产性和稳产性降低的区域，应注意结合当地灌溉条件配合耕作措施，以确保马铃薯高产稳产。
北方一作区马铃薯种植面积和总产量居我国首位，明确其高产稳产区分布，对马铃薯种植合理布局具有重要意义。基于1981—2019年研究区域内234个气象站点逐日气象数据以及作物、土壤数据，利用APSIM-Potato模型，以产量平均值和变异系数为高产性和稳产性评价指标，将研究区域划分为高产高稳、高产低稳、低产高稳和低产低稳4个亚区，分析不同生产水平下我国北方一作区马铃薯高产稳产区分布特征，探讨降水和土壤对马铃薯高产性和稳产性的影响。结果表明：不同生产水平下马铃薯高产区比例呈下降趋势；随着限制因素增加，高产高稳区面积比例逐渐降低，气候-土壤潜在生产水平下高产高稳区面积比例仅占研究区域总面积的13%；高产低稳区是潜在的高产高稳区，及时采取有效措施可提升稳产性。降水对马铃薯高产性和稳产性的影响大于土壤。实际生产中，降水和土壤限制下高产性和稳产性降低的区域，应注意结合当地灌溉条件配合耕作措施，以确保马铃薯高产稳产。
2021, 32(4): 397-407.
DOI: 10.11898/1001-7313.20210402
摘要:
基于1961—2019年全国1903个气象站点的气候数据以及1115条茶树分布站点记录，利用最大熵模型和GIS技术筛选影响茶树种植的主导气候因子，根据自然间断点分级法将中国大陆茶树气候适宜性划分为不适宜区、次适宜区、适宜区和高适宜区4个等级，厘定不同区划等级的主导气候因子阈值。结果表明：影响中国大陆地区茶树种植分布的主导气候因子为多年平均极端最低气温、春霜冻频率、年平均气温、年降水量和3—9月平均相对湿度。模型区划结果与名茶之乡、地理标志茶叶所在地吻合较好。茶树适生区的北界总体呈现出由东部高纬度向西部低纬度降低的分布态势，北界界限移动较明显地区主要分布在东部高纬度省份。整体茶树适生区质心的年代际变化较为平缓，除20世纪60—70年代和80—90年代的适生区范围有所缩小外，其他相邻年代际间茶树适生区的面积均呈现出不同程度的增长趋势，与质心迁移情况相吻合。
基于1961—2019年全国1903个气象站点的气候数据以及1115条茶树分布站点记录，利用最大熵模型和GIS技术筛选影响茶树种植的主导气候因子，根据自然间断点分级法将中国大陆茶树气候适宜性划分为不适宜区、次适宜区、适宜区和高适宜区4个等级，厘定不同区划等级的主导气候因子阈值。结果表明：影响中国大陆地区茶树种植分布的主导气候因子为多年平均极端最低气温、春霜冻频率、年平均气温、年降水量和3—9月平均相对湿度。模型区划结果与名茶之乡、地理标志茶叶所在地吻合较好。茶树适生区的北界总体呈现出由东部高纬度向西部低纬度降低的分布态势，北界界限移动较明显地区主要分布在东部高纬度省份。整体茶树适生区质心的年代际变化较为平缓，除20世纪60—70年代和80—90年代的适生区范围有所缩小外，其他相邻年代际间茶树适生区的面积均呈现出不同程度的增长趋势，与质心迁移情况相吻合。
2021, 32(4): 408-420.
DOI: 10.11898/1001-7313.20210403
摘要:
以东北春大豆为研究对象，分早熟、中熟和晚熟3类熟型构建东北春大豆气候区划指标。利用基于模糊数学的区划指标隶属度函数和作物反应函数两种气候适宜度评价方法，结合精细化插值（Anusplin插值）后的东北地区1990—2019年气象数据，从时间、空间（1 km×1 km农田）和熟型开展东北春大豆精细化气候区划。结果表明：8月平均温度、5—9月累积降水量和7月累积日照时数是影响春大豆相对气象产量的主要气象要素。分熟型的气候区划结果在表达春大豆单产分布和产量稳定性方面优于不分熟型。根据气候适宜度和减产率的定量关系将适宜度评价结果分为最适宜、适宜、次适宜、不适宜4个等级，其中东北地区最适宜春大豆种植的区域主要集中在松嫩平原的北部和三江平原中南部。随着气候变暖，适宜春大豆种植区域向高纬度和高海拔地区扩大。
以东北春大豆为研究对象，分早熟、中熟和晚熟3类熟型构建东北春大豆气候区划指标。利用基于模糊数学的区划指标隶属度函数和作物反应函数两种气候适宜度评价方法，结合精细化插值（Anusplin插值）后的东北地区1990—2019年气象数据，从时间、空间（1 km×1 km农田）和熟型开展东北春大豆精细化气候区划。结果表明：8月平均温度、5—9月累积降水量和7月累积日照时数是影响春大豆相对气象产量的主要气象要素。分熟型的气候区划结果在表达春大豆单产分布和产量稳定性方面优于不分熟型。根据气候适宜度和减产率的定量关系将适宜度评价结果分为最适宜、适宜、次适宜、不适宜4个等级，其中东北地区最适宜春大豆种植的区域主要集中在松嫩平原的北部和三江平原中南部。随着气候变暖，适宜春大豆种植区域向高纬度和高海拔地区扩大。
2021, 32(4): 421-431.
DOI: 10.11898/1001-7313.20210404
摘要:
为探究气候变化对南方柑橘种植气候适宜性的影响，基于气候适宜度函数建立柑橘发育期温度、降水、日照以及综合适宜度模型，对南方柑橘种植区近60年（1960—2019年）361个气象站观测数据进行精细化插值（Anusplin插值）并计算气候适宜度，采用自然断点法分4个等级对柑橘种植区进行气候区划，并分前、后30年对比分析研究区气候资源及适宜度的空间变化特征。结果表明：与前30年相比，后30年的温度适宜度并未出现较大变化，降水适宜度低值区有所扩大，日照适宜度低值区有所减小；柑橘最适宜种植区主要集中于四川东部、云南南部、重庆西北部、广西、湖北大部分区域；最适宜种植区面积减小约29%，不适宜种植区面积扩大约34%。经高温热害及低温冻害概率空间分布验证，区划结果的准确性较高，可以用于指导和优化柑橘种植及生产实践。
为探究气候变化对南方柑橘种植气候适宜性的影响，基于气候适宜度函数建立柑橘发育期温度、降水、日照以及综合适宜度模型，对南方柑橘种植区近60年（1960—2019年）361个气象站观测数据进行精细化插值（Anusplin插值）并计算气候适宜度，采用自然断点法分4个等级对柑橘种植区进行气候区划，并分前、后30年对比分析研究区气候资源及适宜度的空间变化特征。结果表明：与前30年相比，后30年的温度适宜度并未出现较大变化，降水适宜度低值区有所扩大，日照适宜度低值区有所减小；柑橘最适宜种植区主要集中于四川东部、云南南部、重庆西北部、广西、湖北大部分区域；最适宜种植区面积减小约29%，不适宜种植区面积扩大约34%。经高温热害及低温冻害概率空间分布验证，区划结果的准确性较高，可以用于指导和优化柑橘种植及生产实践。
2021, 32(4): 432-442.
DOI: 10.11898/1001-7313.20210405
摘要:
以中国南方设施番茄为研究对象，利用1990—2019年3—9月359个气象站点的气象资料、温室小气候实测资料以及高温控制试验资料，通过BP神经网络模拟南方塑料大棚内日最高气温，结合高温控制试验资料，采用相关性分析和主成分分析方法，构建适用于中国南方设施番茄高温热害等级指标体系，开展设施番茄高温热害风险区划。结果表明：1990—2019年高温热害发生频率增加趋势不显著，轻度高温热害发生频率最高，其次是中度高温热害，各等级高温热害发生频率变化趋势均不显著，且年际变化较大。南方设施番茄高温热害高风险区主要分布在广东西部和东部、广西东部和西部以及云南北部、中部和南部；次高风险区分布在湖南南部、广西大部、广东中北部、江西南部以及福建；中度风险区分布在湖南中北部、江西北部、浙江、安徽、湖北、重庆；其他地区为低风险区。
以中国南方设施番茄为研究对象，利用1990—2019年3—9月359个气象站点的气象资料、温室小气候实测资料以及高温控制试验资料，通过BP神经网络模拟南方塑料大棚内日最高气温，结合高温控制试验资料，采用相关性分析和主成分分析方法，构建适用于中国南方设施番茄高温热害等级指标体系，开展设施番茄高温热害风险区划。结果表明：1990—2019年高温热害发生频率增加趋势不显著，轻度高温热害发生频率最高，其次是中度高温热害，各等级高温热害发生频率变化趋势均不显著，且年际变化较大。南方设施番茄高温热害高风险区主要分布在广东西部和东部、广西东部和西部以及云南北部、中部和南部；次高风险区分布在湖南南部、广西大部、广东中北部、江西南部以及福建；中度风险区分布在湖南中北部、江西北部、浙江、安徽、湖北、重庆；其他地区为低风险区。
2021, 32(4): 443-455.
DOI: 10.11898/1001-7313.20210406
摘要:
基于2015—2016年福建、广东青枣主产区田间试验的62个鲜果样本主要品质要素，采用相关分析、加权指数求和法，结合文献查阅、专家调研以及常规农业气象条件定量化等级评价标准，筛选影响青枣品质的关键气候因子，构建青枣气候品质等级评价模型，并利用2014—2019年青枣产区36个独立样本进行验证，分析福建主产区青枣气候品质时空分布规律。结果表明：影响青枣品质的3个关键气候因子分别为采收前90 d平均气温、采收前30 d气温日较差和采收前30 d日照时数，模型准确率达86.1%，青枣气候品质等级评价模型可客观反映气候条件对青枣品质影响。由模型分析可知：福建青枣气候品质前中期采摘的果实优于后期，通过青枣产期调节可提升全产期优质青枣比例；基于模型绘制的福建青枣主要采摘期气候品质空间分布图显示福建青枣产区南部优于中北部，增加南部种植面积、减少北部种植面积的布局调整有利于提升全区域优质青枣比例。
基于2015—2016年福建、广东青枣主产区田间试验的62个鲜果样本主要品质要素，采用相关分析、加权指数求和法，结合文献查阅、专家调研以及常规农业气象条件定量化等级评价标准，筛选影响青枣品质的关键气候因子，构建青枣气候品质等级评价模型，并利用2014—2019年青枣产区36个独立样本进行验证，分析福建主产区青枣气候品质时空分布规律。结果表明：影响青枣品质的3个关键气候因子分别为采收前90 d平均气温、采收前30 d气温日较差和采收前30 d日照时数，模型准确率达86.1%，青枣气候品质等级评价模型可客观反映气候条件对青枣品质影响。由模型分析可知：福建青枣气候品质前中期采摘的果实优于后期，通过青枣产期调节可提升全产期优质青枣比例；基于模型绘制的福建青枣主要采摘期气候品质空间分布图显示福建青枣产区南部优于中北部，增加南部种植面积、减少北部种植面积的布局调整有利于提升全区域优质青枣比例。
2021, 32(4): 456-467.
DOI: 10.11898/1001-7313.20210407
摘要:
以谷子品种大金苗为研究对象，采用遮雨棚控水的大田试验方法，比较孕穗开花期和灌浆期水分胁迫/复水对叶片光合特性及产量影响，分析光合速率的限制因素，阐述光合速率、水分利用效率与产量的协同关系。结果表明：水分胁迫会导致谷子光合速率和产量下降，水分利用效率提高，随胁迫增强和持续时间延长，光合速率和产量下降幅度增大；水分胁迫后复水后，光合性能有所恢复，光合作用可产生补偿效应，水分胁迫越强和持续时间越长，补偿效应越低；轻度和持续时间短的水分胁迫，光合速率降低主要由气孔因素决定，随胁迫增强和持续时间延长，非气孔限制逐渐成为光合速率下降的主要原因；与孕穗开花期相比较，灌浆期水分胁迫对光合速率的影响更大且复水后光合性能恢复能力更低，光合速率与产量的协同关系更明显，产量对灌浆期水分胁迫更敏感。
以谷子品种大金苗为研究对象，采用遮雨棚控水的大田试验方法，比较孕穗开花期和灌浆期水分胁迫/复水对叶片光合特性及产量影响，分析光合速率的限制因素，阐述光合速率、水分利用效率与产量的协同关系。结果表明：水分胁迫会导致谷子光合速率和产量下降，水分利用效率提高，随胁迫增强和持续时间延长，光合速率和产量下降幅度增大；水分胁迫后复水后，光合性能有所恢复，光合作用可产生补偿效应，水分胁迫越强和持续时间越长，补偿效应越低；轻度和持续时间短的水分胁迫，光合速率降低主要由气孔因素决定，随胁迫增强和持续时间延长，非气孔限制逐渐成为光合速率下降的主要原因；与孕穗开花期相比较，灌浆期水分胁迫对光合速率的影响更大且复水后光合性能恢复能力更低，光合速率与产量的协同关系更明显，产量对灌浆期水分胁迫更敏感。
2021, 32(4): 468-478.
DOI: 10.11898/1001-7313.20210408
摘要:
为探讨高温对猕猴桃叶片光合机构的影响，建立基于叶绿素荧光反应的高温热害识别指标，利用叶绿素快速荧光诱导动力学分析技术，研究不同温度胁迫下猕猴桃叶片8类叶绿素荧光的变化特征。结果表明：单位面积捕获的光能、单位面积有活性的反应中心数量、300 μs处相对可变荧光强度差值在30℃≤T≤54℃时均受温度胁迫影响，属光系统Ⅱ敏感位点参数，其中单位面积捕获的光能、单位面积有活性的反应中心数量随温度升高呈直线下降趋势，300 μs处相对可变荧光强度差值随温度升高呈指数上升趋势；初始荧光、最大荧光、最大光化学效率、单位面积的热耗散、单位面积用于电子传递的能量在较低温度胁迫下稳定少变，在较高温度胁迫下变化加剧，属光系统Ⅱ次敏感位点参数；多数叶绿素荧光参数在39℃和45℃存在两个突变临界点；叶绿素各荧光参数特征显示，猕猴桃叶片在30℃≤T < 39℃出现轻度温度胁迫，39℃≤T < 45℃出现中度温度胁迫，T≥45℃出现重度温度胁迫。
为探讨高温对猕猴桃叶片光合机构的影响，建立基于叶绿素荧光反应的高温热害识别指标，利用叶绿素快速荧光诱导动力学分析技术，研究不同温度胁迫下猕猴桃叶片8类叶绿素荧光的变化特征。结果表明：单位面积捕获的光能、单位面积有活性的反应中心数量、300 μs处相对可变荧光强度差值在30℃≤T≤54℃时均受温度胁迫影响，属光系统Ⅱ敏感位点参数，其中单位面积捕获的光能、单位面积有活性的反应中心数量随温度升高呈直线下降趋势，300 μs处相对可变荧光强度差值随温度升高呈指数上升趋势；初始荧光、最大荧光、最大光化学效率、单位面积的热耗散、单位面积用于电子传递的能量在较低温度胁迫下稳定少变，在较高温度胁迫下变化加剧，属光系统Ⅱ次敏感位点参数；多数叶绿素荧光参数在39℃和45℃存在两个突变临界点；叶绿素各荧光参数特征显示，猕猴桃叶片在30℃≤T < 39℃出现轻度温度胁迫，39℃≤T < 45℃出现中度温度胁迫，T≥45℃出现重度温度胁迫。
2021, 32(4): 479-490.
DOI: 10.11898/1001-7313.20210409
摘要:
夏花生常因汛期雨水偏多形成涝渍灾害而减产，探索不同耕作方式下涝渍持续日数对花生光合特性及产量的影响，可为花生涝渍动态监测评估和农业防灾减灾提供参考。选择2019年、2020年每年6—9月，在花生主产区河南驻马店土壤质地为粘土的大田平作、垄作方式下，以豫花22为试验材料，将花生产量形成过程分前期、中期、后期3个时段，分别设计3 d，5 d，7 d，9 d灌水处理。结果表明：相同过程灌水量条件下，垄作比平作涝渍持续日数减少1~5 d，其中淹涝日数偏少3~5 d；3 d灌水处理的涝渍持续日数4~5 d，叶绿素含量和净光合速率等光合参数呈正效应造成茎叶干物质积累增加；各时段涝渍影响均随持续日数的增加而加重，除百仁重涝渍影响表现为中期最大、前期次之、后期最小，其他均为前期最大、中期次之、后期最小；各处理水平涝渍持续日数4~16 d，光合参数影响幅度为1.3%~64.2%，生物量和产量影响幅度为0.6%~44.9%；垄作花生与平作花生相比，因涝渍持续日数减少而使灾害影响减小，前期各处理花生产量减少灾损达3.4%~11.6%。
夏花生常因汛期雨水偏多形成涝渍灾害而减产，探索不同耕作方式下涝渍持续日数对花生光合特性及产量的影响，可为花生涝渍动态监测评估和农业防灾减灾提供参考。选择2019年、2020年每年6—9月，在花生主产区河南驻马店土壤质地为粘土的大田平作、垄作方式下，以豫花22为试验材料，将花生产量形成过程分前期、中期、后期3个时段，分别设计3 d，5 d，7 d，9 d灌水处理。结果表明：相同过程灌水量条件下，垄作比平作涝渍持续日数减少1~5 d，其中淹涝日数偏少3~5 d；3 d灌水处理的涝渍持续日数4~5 d，叶绿素含量和净光合速率等光合参数呈正效应造成茎叶干物质积累增加；各时段涝渍影响均随持续日数的增加而加重，除百仁重涝渍影响表现为中期最大、前期次之、后期最小，其他均为前期最大、中期次之、后期最小；各处理水平涝渍持续日数4~16 d，光合参数影响幅度为1.3%~64.2%，生物量和产量影响幅度为0.6%~44.9%；垄作花生与平作花生相比，因涝渍持续日数减少而使灾害影响减小，前期各处理花生产量减少灾损达3.4%~11.6%。
2021, 32(4): 491-503.
DOI: 10.11898/1001-7313.20210410
摘要:
冷害是东北地区大豆减产的主要原因之一，冷害指标是冷害监测预警的重要依据。以东北地区大豆为研究对象，基于1971—2020年气象站点逐日平均气温数据、1992—2020年农业气象站大豆发育期数据和历史灾情数据，以热量指数为冷害指标，构建大豆灾害样本序列，利用Kolmogorov-Smirnov（K-S）分布拟合检验获得冷害指标的概率分布，通过t分布区间估计方法确定指标等级阈值，并进行验证。在此基础上，讨论冷害时空变化特征。结果表明：冷害等级与冷害指标完全匹配率达84.4%，该指标等级阈值可以较好反映东北地区大豆冷害发生情况；在相同冷害等级下，大豆三真叶-开花-结荚阶段冷害等级阈值较高，播种-出苗-三真叶阶段相对较低；20世纪70年代的冷害频次最高，1993年前后发生突变，之后呈下降趋势；黑龙江省最北部及吉林省东南部为冷害高发地区，以此为中心冷害频次向四周递减；随年代际变化，冷害频次高值区逐渐缩小，低值区逐渐北伸扩大。
冷害是东北地区大豆减产的主要原因之一，冷害指标是冷害监测预警的重要依据。以东北地区大豆为研究对象，基于1971—2020年气象站点逐日平均气温数据、1992—2020年农业气象站大豆发育期数据和历史灾情数据，以热量指数为冷害指标，构建大豆灾害样本序列，利用Kolmogorov-Smirnov（K-S）分布拟合检验获得冷害指标的概率分布，通过t分布区间估计方法确定指标等级阈值，并进行验证。在此基础上，讨论冷害时空变化特征。结果表明：冷害等级与冷害指标完全匹配率达84.4%，该指标等级阈值可以较好反映东北地区大豆冷害发生情况；在相同冷害等级下，大豆三真叶-开花-结荚阶段冷害等级阈值较高，播种-出苗-三真叶阶段相对较低；20世纪70年代的冷害频次最高，1993年前后发生突变，之后呈下降趋势；黑龙江省最北部及吉林省东南部为冷害高发地区，以此为中心冷害频次向四周递减；随年代际变化，冷害频次高值区逐渐缩小，低值区逐渐北伸扩大。
2021, 32(4): 504-512.
DOI: 10.11898/1001-7313.20210411
摘要:
通过对1991—2020年越冬期灾害调查、历史灾情查阅和专家评估，初步建立美味系猕猴桃越冬冻害症状及对应指标的3级评价标准。基于对美味系猕猴桃陕西及河南4个主栽县28例灾害个例致灾因子的主成分分析和K-means聚类分析，构建了美味系猕猴桃越冬冻害的综合指标及分级标准，并用3个主栽县资料进行验证。结果表明：美味系猕猴桃越冬冻害轻度、中度、重度发生的低温指标（TD）分别为-12.0℃ < TD≤-8.0℃，-15.0℃ < TD≤-12.0℃，TD≤-15.0℃；综合气候致灾因子包括过程极端最低气温（X1）、-8.0℃以下低温持续日数（X2）、-8.0℃以下负积温的绝对值（X3）、-8.0℃以下过程有害积寒（X4）；美味系猕猴桃越冬冻害轻度、中度、重度发生的综合指标（Ih）分别为-2.08 < Ih≤0.82，0.82 < Ih≤2.15，Ih＞2.15；美味系猕猴桃越冬冻害低温指标及综合指标等级划分在3个县验证应用结果均与实际情况基本相符。研究成果可为我国美味系猕猴桃越冬期冻害的防御和评价、产业布局优化、引种等提供参考依据。
通过对1991—2020年越冬期灾害调查、历史灾情查阅和专家评估，初步建立美味系猕猴桃越冬冻害症状及对应指标的3级评价标准。基于对美味系猕猴桃陕西及河南4个主栽县28例灾害个例致灾因子的主成分分析和K-means聚类分析，构建了美味系猕猴桃越冬冻害的综合指标及分级标准，并用3个主栽县资料进行验证。结果表明：美味系猕猴桃越冬冻害轻度、中度、重度发生的低温指标（TD）分别为-12.0℃ < TD≤-8.0℃，-15.0℃ < TD≤-12.0℃，TD≤-15.0℃；综合气候致灾因子包括过程极端最低气温（X1）、-8.0℃以下低温持续日数（X2）、-8.0℃以下负积温的绝对值（X3）、-8.0℃以下过程有害积寒（X4）；美味系猕猴桃越冬冻害轻度、中度、重度发生的综合指标（Ih）分别为-2.08 < Ih≤0.82，0.82 < Ih≤2.15，Ih＞2.15；美味系猕猴桃越冬冻害低温指标及综合指标等级划分在3个县验证应用结果均与实际情况基本相符。研究成果可为我国美味系猕猴桃越冬期冻害的防御和评价、产业布局优化、引种等提供参考依据。
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