華北是我國小麥和玉米重要的生產(chǎn)基地，氣候變化及極端天氣/氣候事件給區(qū)域糧食生產(chǎn)帶來諸多影響。考慮到我國糧食生產(chǎn)格局及氣候變化趨勢，闡明氣候風險及其對華北糧食作物的影響，并采取適應技術對策，將成為保障國家糧食安全的重要舉措。本書基于作者多年氣候變化數(shù)據(jù)與農(nóng)業(yè)相關科研工作積累，以華北為關注區(qū)域，從糧食生產(chǎn)、氣候變化、作物響應、水資源利用綜合角度，系統(tǒng)闡述了華北糧食作物生長季氣候變化特征、作物對高CO2濃度及氣象脅迫的響應機理、極端氣候對作物產(chǎn)量的影響、灌溉對干旱的減損能力等內(nèi)容。本書將華北農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的區(qū)域氣候特征，作物植株對氣象脅迫的響應、氣候變化對作物產(chǎn)量的影響等內(nèi)容多層級逐步深化，闡述了氣候變化與作物生產(chǎn)能力的關聯(lián)性，以期為區(qū)域氣候資源高效利用、氣象災害防御減損、適應技術能力建設提供理論支持和適應對策選擇。
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目錄
第一章 華北農(nóng)業(yè)概況及氣候資源變化 1
第一節(jié) 華北農(nóng)業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)狀 1
一、華北地理區(qū)位及氣候狀況 1
二、華北農(nóng)業(yè)地位及種植制度 1
三、糧食高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)需求與限制因素 2
第二節(jié) 觀測到的氣候變化趨勢 2
一、太陽輻射量變化特征 2
二、降水變化特征 3
三、溫度變化特征 3
四、蒸散量變化特征 3
第三節(jié) 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)面臨的主要氣候災害 4
一、干旱 4
二、高溫 6
三、低溫冷害 8
四、干熱風 10
第四節(jié) 華北氣候變化和氣候災害變化 11
一、氣候變化趨勢 11
二、氣候災害變化 11
參考文獻 11
第二章 華北極端氣候指數(shù)時空變化特征 13
第一節(jié) 極端氣候指數(shù)及其研究方法 13
一、極端氣候指數(shù) 13
二、基礎資料來源 13
三、研究方法 14
第二節(jié) 極端氣溫指數(shù)時空分布 15
一、極端氣溫指數(shù)時序變化 15
二、極端氣溫指數(shù)空間分布 16
第三節(jié) 極端降水指數(shù)時空變化 18
一、極端降水指數(shù)時間變化特征 18
二、極端降水指數(shù)空間變化特征 19
第四節(jié) 極端氣候指數(shù)變化與區(qū)域發(fā)展 20
一、極端氣溫指數(shù)的區(qū)域特征 20
二、極端降水指數(shù)的區(qū)域特征 21
三、極端氣候與區(qū)域持續(xù)發(fā)展 21
參考文獻 22
第三章 華北作物生長季氣候變化 24
第一節(jié) 冬小麥生長季主要氣象因子變化 24
一、氣溫變化 24
二、降水變化 25
三、日照時數(shù) 25
第二節(jié) 冬小麥生長季氣象災害 26
一、冬季凍害 26
二、倒春寒及春季霜凍 29
三、干旱及干熱風 31
第三節(jié) 夏玉米生長季氣象條件 32
一、生長季氣候要素變化 32
二、夏玉米災害性天氣 34
第四節(jié) 夏玉米生長季氣象災害 35
一、極端高溫 35
二、強降雨 36
三、陰雨寡照 36
參考文獻 38
第四章 階段性氣象災害脅迫對冬小麥的影響機理 39
第一節(jié) 冬小麥對階段性低溫的生理生化響應 39
一、試驗品種選擇 39
二、低溫對光合生理的影響 39
三、低溫下光合生化酶變化 40
第二節(jié) 冬小麥對干旱逆境的產(chǎn)量效應機理 42
一、水分脅迫對光合器官代謝酶活性的影響 42
二、水分脅迫對小麥光合電子傳遞的影響 43
第三節(jié) 灌漿期高溫對小麥產(chǎn)量的影響機理 44
一、灌漿期高溫對產(chǎn)量的影響 44
二、灌漿期高溫對光合速率及物質形成的影響 45
三、灌漿期高溫對逆境生化酶MDA和SOD積累的影響 47
四、POD和CAT活性對灌漿期高溫的響應 49
第四節(jié) 灌漿期高溫和干旱雙重脅迫對小麥的影響 50
一、籽粒光合產(chǎn)物變化 50
二、小麥逆境生化酶變化 51
三、旗葉及莖鞘糖分積累變化 53
四、籽粒糖分積累變化 55
參考文獻 58
第五章 階段性氣象脅迫對玉米的影響機理 59
第一節(jié) 拔節(jié)期干旱對玉米的影響 59
一、拔節(jié)期干旱對產(chǎn)量的影響 59
二、拔節(jié)期干旱對光合作用的影響 60
第二節(jié) 大喇叭口期干旱對玉米的影響 60
一、大喇叭口期干旱對產(chǎn)量的影響 60
二、大喇叭口期干旱對干物質積累的影響 61
第三節(jié) 灌漿期干旱對玉米的影響 62
一、灌漿期干旱對產(chǎn)量構成的影響 62
二、灌漿期干旱對光合速率的影響 63
三、灌漿期干旱對葉片光合的影響機理 63
四、灌漿期干旱對糖分代謝的影響機理 64
第四節(jié) 夏玉米低溫影響籽粒灌漿的機制 67
一、玉米授粉后低溫對籽粒產(chǎn)量的影響 67
二、玉米授粉后低溫對葉片光合速率的影響 67
三、玉米授粉后低溫對糖分代謝的影響機理 68
第五節(jié) 夏玉米后期低溫影響籽粒灌漿的機制 71
一、陰雨寡照危害夏玉米產(chǎn)量變化特征 72
二、漬澇危害夏玉米產(chǎn)量變化特征 73
三、極端降水危害夏玉米產(chǎn)量變化特征 73
參考文獻 74
第六章 作物對高CO2濃度的響應機理 76
第一節(jié) 高CO2濃度環(huán)境設置及試驗方法 76
一、OTC和FACE設施系統(tǒng) 76
二、試驗設計 77
三、測定項目和指標 78
第二節(jié) 開頂式氣室OTC試驗研究 79
一、大氣CO2濃度升高和干旱對小麥的影響 79
二、大氣CO2濃度升高和干旱對大豆的影響 81
第三節(jié) FACE系統(tǒng)試驗研究 83
一、CO2濃度升高的溫室效應 83
二、CO2濃度升高對冬小麥發(fā)育進程的影響 84
三、CO2濃度升高對冬小麥籽粒產(chǎn)量的影響 85
四、冬小麥品種在高CO2濃度條件下的增產(chǎn)機制 86
第四節(jié) CO2濃度升高的生理生化響應機制 87
一、CO2濃度升高對冬小麥葉綠素熒光參數(shù)的影響 87
二、CO2濃度升高對冬小麥水勢的影響 89
三、CO2濃度升高對冬小麥籽粒灌漿速率的影響 91
四、冬小麥各光合器官對產(chǎn)量的相對貢獻 93
第五節(jié) 冬小麥對高CO2濃度的綜合響應 94
一、作物不同設置CO2濃度升高環(huán)境響應對比 94
二、OTC設置下CO2和水分互作對作物的影響 95
三、FACE設置下高CO2濃度與水肥互作關系 95
四、FACE設置下CO2高應答品種特征 96
參考文獻 97
第七章 未來氣候變化特征及農(nóng)業(yè)氣候風險 98
第一節(jié) 未來氣候變化與農(nóng)業(yè)災害風險 98
一、未來氣溫和降水變化 98
二、農(nóng)業(yè)氣候風險特征 99
第二節(jié) 華北未來氣候干旱變化趨勢 100
一、數(shù)據(jù)來源和方法 100
二、干濕變化特征 100
三、干旱特征變化趨勢 101
第三節(jié) 未來作物關鍵生育期干旱特征 102
一、資料來源和方法 102
二、RCP45情景階段性干旱特征 103
三、RCP85情景階段性干旱特征 104
第四節(jié) 未來干旱情景下小麥減產(chǎn)風險 105
一、RCP45情景下干旱減產(chǎn)率的年際變化 105
二、RCP85情景下干旱減產(chǎn)率的年際變化 107
三、干旱減產(chǎn)率的累積概率 108
第五節(jié) 不同氣候變化的減產(chǎn)風險及應對 110
一、階段干旱對冬小麥產(chǎn)量影響風險 110
二、不同區(qū)域冬小麥未來氣候風險影響差異 112
參考文獻 113
第八章 未來氣候變化對冬小麥產(chǎn)量影響的模擬 114
第一節(jié) 數(shù)據(jù)資料與模型方法 114
一、田間管理資料 114
二、氣象資料 115
三、CERES作物模型 115
第二節(jié) 模型遺傳參數(shù)驗證及模擬設計 119
一、模擬設計 119
二、模型遺傳參數(shù)驗證 121
第三節(jié) 未來冬小麥生長季內(nèi)氣候要素與生育期的變化 122
一、氣候要素的變化 122
二、生育期的變化 123
第四節(jié) 未來氣候變化對冬小麥產(chǎn)量的影響 124
一、氣候要素變化的影響 124
二、CO2的肥效作用 125
第五節(jié) 氣候要素影響的綜合比較分析 126
一、升溫對冬小麥產(chǎn)量的負效應 126
二、輻射和降水增加對產(chǎn)量的正效應 127
三、CO2濃度增高的生理影響 128
參考文獻 129
第九章 冬小麥灌溉對干旱的減損能力及抗逆增產(chǎn)技術 131
第一節(jié) 灌溉減損能力評估方法 131
一、灌溉措施的設計 131
二、播期和灌溉期的確定 132
三、減產(chǎn)率、補償能力和灌溉水產(chǎn)量提升效率計算方法 133
第二節(jié) 不同灌溉措施的補償能力 133
一、干旱對冬小麥產(chǎn)量的潛在影響 133
二、春季單次灌溉產(chǎn)量效應比較 134
三、不同2水組合灌溉效果比較 135
四、生育期灌溉3 水的產(chǎn)量效應 137
第三節(jié) 冬小麥抗逆增產(chǎn)技術途徑及機理 139
一、冬小麥窄行勻播適應技術及增產(chǎn)機理 139
二、pH緩沖液處理可提高小麥的抗旱性 144
三、節(jié)水灌溉技術對抗逆的作用 148
四、冬小麥綜合抗逆高產(chǎn)栽培調(diào)控模式 151
參考文獻 152
第十章 華北冬小麥—夏玉米抗逆減損生產(chǎn)系統(tǒng) 154
第一節(jié) 作物適應氣候變化的抗逆品種遴選 154
一、冬小麥抗逆品種的篩選 154
二、冬小麥適宜貯墑旱作品種的篩選 155
三、夏玉米耐密植品種的篩選 156
第二節(jié) 冬小麥逆境產(chǎn)量效應及響應機制 157
一、極端高溫危害冬小麥生產(chǎn)力、產(chǎn)量數(shù)量特征 157
二、干熱風危害冬小麥生產(chǎn)力、產(chǎn)量數(shù)量特征 158
三、不同品種冬小麥對逆境的響應 159
第三節(jié) 冬小麥—夏玉米周年抗逆栽培 159
一、冬小麥—夏玉米兩晚勻播增產(chǎn)技術 159
二、冬小麥—夏玉米氣候變暖適應能力 160
第四節(jié) 冬小麥—夏玉米周年抗旱節(jié)水高產(chǎn)高效栽培技術 161
一、冬小麥—夏玉米輪作適應氣候災害的栽培技術 161
二、冬小麥“晚、密、撒”節(jié)水高效栽培技術 162
三、冬小麥—夏玉米貯墑旱作高效栽培技術 163
參考文獻 164
第十一章 氣候變化對水資源的影響及適應能力 166
第一節(jié) 不同氣候變化情景下水資源量變化趨勢 166
一、華北代表性小流域徑流量預估 166
二、未來華北地區(qū)水資源量變化趨勢 168
三、不同排放情景下華北平原農(nóng)業(yè)灌溉可用水量預估 169
第二節(jié) 升溫15℃和2℃時華北平原水資源特征 171
一、升溫年份確定 171
二、代表性小流域徑流特征 172
三、水資源分布特征 173
第三節(jié) 華北平原不同情景下干旱變化趨勢 176
一、華北平原干濕變化特征 176
二、華北地區(qū)干旱特征變化趨勢 177
第四節(jié) 華北平原不同情景下干旱事件及對農(nóng)業(yè)的影響 178
一、不同情景下干旱事件預估 178
二、最強干旱事件風險時空分布特征 179
三、不同背景下干旱對華北平原農(nóng)業(yè)用地的影響 181
參考文獻 182
第十二章 華北地區(qū)農(nóng)業(yè)對氣候災害的適應能力 184
第一節(jié) 數(shù)據(jù)資料及評估方法 184
一、資料來源 184
二、評估方法 184
第二節(jié) 華北地區(qū)農(nóng)業(yè)氣候資源格局及變化特征 188
一、氣候資源分布及格局變化特征 188
二、華北平原參考作物蒸散量和氣象要素敏感性 189
三、作物降水虧缺量和氣象要素相關分析 190
第三節(jié) 華北農(nóng)業(yè)對氣候災害的適應能力 190
一、冬小麥對潛在干旱的暴露度 190
二、冬小麥對潛在干旱的敏感性 191
三、冬小麥對潛在干旱的適應能力 192
第四節(jié) 華北地區(qū)農(nóng)業(yè)氣候災害的脆弱性 193
一、干旱脆弱性區(qū)域格局 193
二、華北地區(qū)綜合脆弱性 194
參考文獻 194
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