松嫩平原热量和降水变化特征及对作物产量的影响

论文摘要

松嫩平原地处黑龙江省和吉林两省境内,是我国重要的商品粮生产基地,2017年两省的粮食作物种植面积为1415.43万hm2和554.40万hm2,产量分别为7410.34万t和4151.00万t。气候条件作为作物生产的重要因素,与作物生长发育和产量形成密切相关。气候条件温度和降水变化影响作物生长发育进程,农业生产中可通过耕作措施改变土壤的物理性质,包括土壤温度、水分和微生物活性,从而改变作物的生长条件。不同的耕作措施对不同区域气候条件的适应性也不同。由于自然环境及人类行为较大的地域性差异,全球气候变化与地区性气候变化并非完全一致。在全球气候变化的背景下,松嫩平原热量和降水变化特征以及对作物产量的影响方面缺少系统研究分析,主要气候因子变化规律下不同耕作方式的适应性仍缺少针对性分析,因此探究松嫩平原热量及降水变化特征及对作物产量的影响、选择适宜松嫩平原区域气候变化的耕作方式尤其重要。本试验选取松嫩平原6个气象台站（长春、哈尔滨、白城、齐齐哈尔、海伦和嫩江）1951-2017年逐日气温资料、逐月降水资料、逐日蒸发量资料,采用线性倾向估计法及Mann-Kendall突变特征检验法分析1951-2017年松嫩平原主要气候因子的突变特征;利用自回归平均移动模型（ARIMA模型）预测未来10年无霜期及活动积温变化规律;对近5年（2012-2016年）5个地市（黑河市、绥化市、哈尔滨市、四平市、沈阳市）的活动积温及大豆、玉米和水稻产量进行曲线回归估计。并于2017-2018年在东北农业大学向阳试验基地设置5个耕作处理,分别为秸秆不还田的传统耕作（TT）,秸秆覆盖还田条件下免耕（NT）、免耕播种+苗期垄沟深松（NTS）、垄台深松灭茬+苗期垄沟深松（SCS）、秸秆翻压还田+苗期垄沟深松（DS）。试验重点针对春早及伏旱年份,探究秸秆还田搭配不同耕作方式下土壤温度及水分条件的变化特征、春旱及伏旱条件下不同耕作方式的适应性。试验结果表明:松嫩平原无霜期呈延长趋势,线性倾向率为2.3d/10a;终霜日提前对无霜期延长的贡献较大,线性倾向率为-1.9d/10a,初霜日延后的线性倾向率为0.3d/10a。1990年松嫩平原无霜期长度开始发生突变,2001-2017年无霜期天数较1951-2000年增加10.2d。松嫩平原活动积温自1993年以来显著升高,线性倾向率达到76.7℃·d/10a。2001-2017年松嫩平原活动积温较1951-2000年升高310.2℃·d/10a。随着松嫩平原气温上升,松嫩平原海伦和嫩江气象台站的高温日数呈逐年增加趋势,且较其他地区增加幅度大。松嫩平原降水量和蒸发量年际间波动大,且存在季节性差异。四季中降水量由多到少的排列顺序为夏季>秋季>春季>冬季,松嫩平原年降水量的线性倾向率为-4.1mm/10a;蒸发量由多到少的排列顺序均表现为春季>夏季>秋季>冬季,年蒸发量的线性倾向率为-12.1mm/10a。松嫩平原年干燥度指数为2.2,四季干燥度表现为春季>冬季>秋季>夏季,分别为7.1、6.2、3.2、1.2。其中白城、齐齐哈尔、哈尔滨和长春气象台站干燥度指数较海伦和嫩江高,而嫩江气象台站干燥度指数呈增加趋势。活动积温≤3800℃·d时,大豆和水稻产量随积温升高呈增加趋势,增幅逐渐减小;活动积温≤3300℃·d时,玉米产量随积温升高呈增加趋势,且增幅逐渐减小。根据ARIMA模型预测活动积温,在未来10年内长春和白城由于活动积温减少对大豆、玉米和水稻产量提高是不利的,但影响很小,哈尔滨、齐齐哈尔、海伦和嫩江活动积温上升幅度分别为96.9℃·d、72.1℃·d、49.2℃·d和25.7℃·d,对大豆、玉米和水稻产量的提高是有利的。春季降水较少时,秸秆还田条件下免耕处理土壤含水量较其他处理高。夏季降水较少时,秸秆还田条件下免耕处理与垄台深松灭茬搭配苗期垄沟深松处理间土壤含水量差异不显著,其平均较传统耕作和秸秆翻埋还田高出3.0%和4.7%。播种后10d内土壤积温表现为秸秆翻埋还田处理显著大于其他处理。

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1 前言

1.1 研究目的与意义

1.2 国内外研究动态

1.2.1 热量及降水变化现状

1.2.2 热量与降水对作物生产的影响

1.2.3 气象模型预测

1.2.4 耕作方式与气候条件的适应关系

2 材料与方法

2.1 热量、降水及蒸发量变化特征

2.1.1 数据来源

2.1.2 统计分析方法

2.1.3 自回归综合移动平均模型（ARIMA模型）建立

2.2 耕作方式对土壤水热条件影响

2.2.1 试验设计

2.2.2 试验材料

2.2.3 测定项目及方法

2.2.5 数据统计与分析

3 结果与分析

3.1 松嫩平原气温变化特征

3.1.1 松嫩平原无霜期的变化特征

3.1.2 松嫩平原活动积温的变化特征

3.1.3 松嫩平原极端温度变化特征

3.2 松嫩平原降水与蒸发变化特征

3.2.1 松嫩平原降水的变化特征

3.2.2 松嫩平原蒸发量变化特征

3.2.3 松嫩平原干燥度的变化特征

3.3 松嫩平原热量条件及对作物产量影响的预测

3.3.1 松嫩平原无霜期模型预测

3.3.2 松嫩平原活动积温模型预测

3.3.3 松嫩平原活动积温对作物产量的影响

3.4 不同耕作方式下土壤水热变化特征及适宜方式的选择

3.4.1 不同耕作方式下土壤水分的变化特征

3.4.2 不同耕作方式下土壤温度的变化特征

4 讨论

4.1 主要气候因子变化对松嫩平原作物生产的影响

4.1.1 热量条件变化对松嫩平原作物生产的影响

4.1.2 降水量、蒸发量及干燥度对作物生产的影响

4.2 气温及降水对土壤水热的影响

4.3 耕作方式对气候的适应性

5 结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 吕金莹

导师: 龚振平

关键词: 松嫩平原,热量,降水,模型预测,产量

来源: 东北农业大学

年度: 2019

分类: 基础科学,农业科技

专业: 气象学,农业基础科学

单位: 东北农业大学

分类号: S162.5

DOI: 10.27010/d.cnki.gdbnu.2019.000035

总页数: 95

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松嫩平原热量和降水变化特征及对作物产量的影响

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