全面掌握黑龙江省大豆气候生产潜力演变及其对气候变化的响应特征,可为进一步挖掘高寒地区大豆生产潜力、实现大豆稳产高产提供参考和依据.基于黑龙江省80个气象站1961-2020年的气象资料,采用逐步订正法估算大豆光合、光温和气候生产潜力,利用空间插值、统计分析方法研究其时空特征,分析辐射、气温、降水等气候要素变化对气候生产潜力的影响.结果表明:研究期间,黑龙江省大豆光合、光温和气候生产潜力平均值分别为7533、6444和3515 kg·hmr-2,时间变化上均表现为显著增加趋势,其增幅分别为125.9、182.9和116.1 kg·hm-2·(10a)-1;在空间分布上均表现为平原高山地低、由西南向东北逐渐减少.与1961-1990年相比,1991-2020年大豆气候生产潜力高值区扩大7.1％,低值区缩小5.1％.大豆气候生产潜力对气候变化响应明显,气候变暖致使黑龙江省大豆的潜在温度生长期延长.热量资源持续增加,配合相对充足的降水,有效减缓了光能资源下降对黑龙江省大豆生产的负面影响.未来"暖湿型"气候有利于全方位提高黑龙江省大豆气候生产潜力.

中国致力于在2060年前实现碳中和,为缓解气候变化的全球性目标贡献力量.人类活动引起的土地变化是造成碳排放的主要原因之一.四川省森林资源丰富,具有较高的经济增长潜力和重要的生态地位,是中国实现碳中和的关键区域之一.为从土地管理的角度为中国的碳中和提供政策支持,本文在顾及土地利用强度和生态-经济权衡的情景下预测了四川省2030年的土地变化,提出了顾及土地利用强度的陆地生态系统未来碳储量估算方法,并估算了四川省2030年的碳储量.结果表明,四川省若能在未来平衡经济效益和生态效益,可在2030年同时实现经济生产总值(相对于2020)增加约34％和碳储量增加约3％.为实现上述目标,四川省未来具体需加强西北部高原温带湿润/半湿润地区和高原亚寒带半湿润地区的林地和湿地的保护与扩张,并促进以成都为核心的四川省东南部中亚热带湿润地区城市的均衡发展.

由于气候变化与人类活动的共同作用,青藏高原草地不断退化,草畜矛盾日趋严重,限制着高原畜牧业的可持续发展.夏季补饲可以加快牦牛生产速率、提高出栏率,减小草地放牧压力,是实现草地可持续发展的重要措施之一,但夏季补饲如何影响草地生态系统功能仍不明晰.以高寒草甸为研究对象,以牦牛为放牧实验家畜,设置夏季补饲放牧(FG)、传统重度放牧(TG)和禁牧(NG)3个放牧处理,每个处理设置3个重复.两年补饲试验后的结果表明:夏季补饲减缓传统放牧降低植物群落α多样性的趋势;夏季补饲与传统放牧均降低了植物群落生物量;传统放牧表层土壤pH和硝态氮均显著小于禁牧,但夏季补饲减弱了这些变化;夏季补饲显著降低了 20-30 cm 土层有机碳;夏季补饲增加了土壤表层磷含量.本研究表明夏季补饲放牧具有降低传统放牧压力的潜力,为保护和管理青藏高原高寒草甸生态系统提供重要的科学依据,并为改善牦牛的夏季饲养管理提供参考.

了解我国干旱半干旱地区树木木质部生长动态及其与气候因子之间的关系,对于评估和预测气候变化背景下的森林生产力和固碳潜力十分重要.通过微树芯采样技术,在2个生长季(2019年和2020年)监测了宁夏六盘山自然保护区内4棵蒙古栎(Quercus mongolica)年内木质部生长动态,并采用混合线性模型分别探索温度和降水对其生长速率的影响.研究发现蒙古栎的年内木质部生长动态在2 个生长季内无显著差异(P＞0.05),均于4月初开始生长,9月中下旬停止生长,生长季长度为(177±17)d(2019年)和(165±24)d(2020年).混合线性模型结果显示,蒙古栎年内木质部的生长速率与采样前7、10、15天的最高、最低、平均温及总降水量均呈现显著正相关关系(P＜0.01).全球气候变化背景下,宁夏六盘山自然保护区蒙古栎年内木质部生长可能受益于未来增温湿润的气候条件.

全球变暖影响着树木的结构和功能,反之影响着树木生长对气候变化的响应.秦岭是我国南北方的分界线,同时也是亚热带气候和温带气候的过渡带,作为区域气候变化的敏感地带,已有许多学者在该地区开展树轮气候学研究.基于秦岭东缘伏牛山龙池曼顶部的华山松(Pinus armandii Franch.)树轮宽度建立了不同年表,分析该地区树木生长对嵩县站器测气象数据(SX)和格点气象数据(CHN)的响应.结果表明:(1)树轮差值年表(RES)的统计参数优于标准年表(STD),含有较丰富的环境信息,适于树轮气候学研究;(2)RES年表与SX器测数据和CHN格点数据的相关分析结果都表明,龙池曼顶部华山松径向生长受上一年的气候条件影响较大,且对气温的响应高于降水,与上年 7-8 月和当年 1 月的平均气温以及上年 5 月降水量呈显著负相关,与上年 8 月的降水呈显著正相关;(3)CHN格点数据能更全面地揭示月平均最高温对华山松径向生长的影响,RES年表对两个数据集当年夏季(7-9月)的降水量都呈负相关,但达到显著负相关的月份有差异;(4)多源气候数据均表明该地区存在暖干化趋势,升温不利于华山松的生长.若未来暖干化持续,秦岭东缘龙池曼地区华山松生长会进一步受限,从而影响该地区的森林植被生产力和固碳潜力.

为评估辐射、积温、降水和气候资源变化对甘肃农牧交错带玉米气候资源利用效率的影响,基于研究区45 个气象站点1971-2020 年玉米生育期内气象资料,结合玉米生育期数据,利用作物生产潜力逐级订正模型和指数化处理方法对研究区玉米气候生产潜力损失率以及光能、热量、降水和气候资源综合利用效率的变化特征进行分析.结果表明:研究期间,甘肃农牧交错带玉米生育期内太阳总辐射量以-22.03 MJ·m-2·(10 a)-1的速率呈波动下降趋势,≥11℃积温以 60.89℃·(10 a)-1的速率呈显著上升趋势,降水量以2.05 mm·(10 a)-1的速率呈缓慢上升趋势.甘南地区和陇中北部地区分别因温度和降水限制导致玉米气候生产潜力损失率较高,陇东大部分地区玉米气候生产潜力损失率较低;除中部地区和陇东部分地区外,研究区其他地区因温度和降水限制导致的气候生产潜力损失率分别以-2.0%·(10 a)-1和-0.6%·(10 a)-1的速率呈下降趋势.陇中北部、南部以及甘南部分地区为光能和热量资源利用效率的低值区,甘南地区为降水资源利用效率的低值区,兰州市和白银市气候资源综合利用效率较低,分别为0.41 和 0.47;陇东地区最适宜玉米种植,该地区4 种气候资源利用效率均最高,然后依次为甘南和陇中地区;研究区光能、热量、降水以及气候资源综合利用效率的平均倾向率均呈上升趋势,分别为 0.1%·(10 a)-1、0.07 kg·hm-2·℃-1·d-1·(10 a)-1、1.17 kg·hm-2·mm-1·(10 a)-1和0.05·(10 a)-1,表现出玉米增产的良好潜力.

以东北三省春玉米种植区为研究区域,利用当地地面气象观测资料、农业气象观测站春玉米多年试验资料和县级春玉米实际产量资料,使用验证后的农业生产系统模拟模型(APSIM-Maize),分析研究区域春玉米1961-2015年不同水平产量潜力及实际产量的时空分布特征,并解析气候波动对产量潜力的影响.结果表明:1961-2015年,研究区域春玉米潜在产量平均值为12.2t·hm-2,且呈现明显的经向和纬向空间分布,即由南向北递减、西部高于东部.研究区域春玉米可获得产量平均值为11.3t·hm-2,与潜在产量呈相似的分布特征.在目前农户的栽培水平下,春玉米农户潜在产量和农户实际产量全区多年平均值分别为6.5和4.5t·hm-2.在品种和栽培管理措施不变的条件下,研究区潜在产量、可获得产量和农户潜在产量总体呈显著减少趋势,减幅分别为0.34、0.25和0.10t·hm-2·(10 a)-1.农户实际产量呈增加趋势,增幅为1.27t·hm-2·(10a)-1.气候波动使东北三省春玉米潜在产量、可获得产量和农户潜在产量年际间波动范围分别为10.0～14.4、9.8～13.3和4.4～8.5 t·hm-2.

基于BCC_CSM 1.1全球气候模式RCP气候情景输出的2021-2050年和基准年(1961-1990)逐日气候资料,采用机制法预估长江中下游地区稻麦气候生产潜力,并利用Theil-Sen斜率估计、MK检验和ArcGIS空间分析等方法对稻麦气候生产潜力的年际变化趋势和空间分布特征进行分析,旨在探明影响稻麦气候生产潜力变化的主要气候因子,对评价未来的作物潜在生产能力和制定气候变化的适应性策略具有重要意义.结果表明:基准气候时段下(1961-1990年),长江中下游地区稻麦气候生产潜力分别介于10000-12000 kg/hm2和8000-10500 kg/hm2之间,水稻气候生产潜力总体呈现上升趋势而小麦呈现下降趋势.水稻气候生产潜力在空间上表现为自研究区域中部向南北逐渐增加,冬小麦则呈现北高南低的分布特征;未来两种气候情景下(RCP 8.5和RCP 4.5),稻麦气候生产潜力总体均呈现显著线性增加趋势,表现为RCP 8.5情景大于RCP 4.5.水稻气候生产潜力的增加速率较冬小麦大两倍左右,且年际波动较小,稳定性强.RCP 4.5气候情景下,研究区域内稻麦气候生产潜力总体呈现明显的区域分异,与基准年相比分别增加了3500-5000 kg/hm2和5000-6500 kg/hm2.东部沿海地区、两湖平原地区和江西为稻麦气候生产潜力高值区域.冬小麦气候生产潜力与基准时段相反呈现出由南向北递减趋势,南昌和长江三角洲部分地区呈现出显著增加趋势(＞80 kg hm-2 a-1),水稻则表现为自中西部向东南部沿海逐渐增加.在RCP 8.5情景下,冬小麦气候生产潜力较基准年增加了4000-6000 kg/hm2;从地域分布特征看,呈现自东向西逐渐减少的趋势,长江三角洲、南阳盆地和两湖平原为高值区,庐山周边区域(近鄱湖阳湖)变化率高达80 kg hm-2 a-1(P＜0.05).水稻气候生产潜力空间分布与基准年相似,仅较基准年增加1000 kg/hm2左右,两湖平原和庐山周边地区和江苏中部大于11000 kg/hm2,较基准年高值区面积有所扩大.长江中下游地区稻麦气候生产潜力受气候变化和地理位置的双重影响.作物生育期内≥10℃积温为主导因子,其次为太阳总辐射,而降水量的影响较小.平原地区作物气候生产潜力较同一纬度地区大.区域农业气候资源在保证足够数量的同时相互协调更是获得高气候生产潜力重要条件.

为了探明气候变化对长江中下游地区冬小麦潜在产量的影响,基于政府间气候变化专门委员会(IPCC) AR5提出的BCC-CSM1-1(Beijing Climate Center Climate System Model version1-1)气候系统模式输出的基于典型浓度RCP各情景(基准时段baseline、RCP 2.6、RCP 4.5和RCP 8.5)主要气象要素的逐日模拟数据和历史观测数据.通过DSSAT模型模拟历史时期(2001-2009年)冬小麦的物候期和产量,并计算模拟数据与实测数据二者的均方根误差和一致性指数(开花、成熟期和产量模拟结果的相对均方差根误差分别在0.83％-2.98％之间和7％以下,符合度D均接近于1)明确最优遗传参数,应用最优参数模拟加以验证,完成模型参数区域化.结合历史阶段(1961-1990年)和未来时期(2021-2050年)主要气象要素变化趋势,利用DSSAT模型模拟分析未来30年长江中下游地区气候变化对小麦产量的影响及变化趋势,以期为未来作物生产提供理论依据.结果表明,DSSAT-CERES-Wheat品种遗传参数本地化后能准确模拟冬小麦的生长发育过程及产量潜力.较基准年相比,2021-2050年RCP情景下,冬小麦生育期内≥10℃积温除RCP 2.6情景外呈现逐渐增加趋势,增加幅度为RCP 8.5＞RCP 2.6＞RCP 4.5;降水量年际波动都比较大,区域性差异明显;太阳总辐射量较基准年均有所降低,但降低的幅度随着年份的增加逐渐减小,变化率均呈现显著或极显著的增加趋势.除昆山外冬小麦开花期、成熟期较基准年均有所提前,开花期到成熟期天数则随之缩短.仅考虑气候条件时,长江中下游地区冬小麦产量潜力与基准年减少,昆山、英山下降幅度较滁州、钟祥大(3％-59％),且区域差异明显.分析可得,一定范围内冬小麦产量随积温的增加逐渐增加,超过一定阈值时则逐渐减少,其他气候因子增加或减少并不能弥补积温过低产生的负效应.

根系周转是陆地生态系统物质循环的关键指标,也是陆地生态系统净初级生产力及碳固持潜力估算的核心参数.然而,由于地下净初级生产力数据获取困难,区域和全球尺度上的相关研究十分有限,尤其是分布广泛的中国草地,区域尺度上的整合研究几乎为空白.基于样地实测数据、已发表文献和在线数据库数据,对中国草地5种植被类型、共计154个草地生态系统根系周转的空间格局进行整合分析,并结合气象和土壤数据,揭示了草地生态系统根系周转的关键驱动因子.研究发现:(1)根系周转速率随纬度升高而降低,低纬度温暖地区根系周转更快;(2)气候因子(年平均气温、年降水量)和土壤理化性质(砾石含量、容重、pH值)共同影响根系周转,对周转变异性的解释度为44％,其中气候因子的相对贡献率为57％,土壤理化性质的相对贡献率为43％;(3)中国草地根系周转的格局和驱动因子与全球尺度的研究结果不尽相同.该研究对根系周转的驱动因子提出了新的观点和证据,为全球尺度上的整合研究提供了关键数据.