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Response of Spring Maize to Climate Warming and Humidification in Eastern Gansu Plateau
ZHOU Zhongwen, LIU Ying, QIU Ninggang
Chin Agric Sci Bull ›› 2025, Vol. 41 ›› Issue (17) : 88-95.
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Abbreviation (ISO4): Chin Agric Sci Bull
Editor in chief: Yulong YIN
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Response of Spring Maize to Climate Warming and Humidification in Eastern Gansu Plateau
In order to study the impact of climate change on the growth of spring corn in the Loess Plateau of eastern Gansu, the continuous 30-year climate factors and corn biological observation data from Xifeng in 1994-2023 were used to analyze facts of climate warming and humidification in eastern Gansu and their impact on corn by using linear regression, polynomial function, climate trend rate and other methods. The results showed that, over the past 30 years, the heat and precipitation during the growth period of spring corn in eastern Gansu had shown an increasing trend, while sunshine had shown a decreasing trend. The climate warming and humidification trend in the Loess Plateau of eastern Gansu was obvious, which had a significant impact on the growth and development of corn. Climate warming affected the growth cycle of corn, the sowing period of corn was delayed, the maturity period was advanced, the growth was shortened, and the planting boundary was expanded northward; climate warming and humidification made the growth height of corn, leaf area index, ear length, hundred grain, plant seed weight, theoretical yield and other indicators showed an increasing trend, and the positive effect of climate warming and humidification on the production of spring corn and agricultural in the Loess Plateau of eastern Gansu was significant. The yield of corn in the Loess Plateau of eastern Gansu was negatively correlated with average temperature, effective accumulated temperature and sunshine hours during the growth period, and was extremely significantly positively correlated with the precipitation during the growth period. The lack of water was the main limiting factor for the growth of crops in the Loess Plateau of eastern Gansu. Moisture affected the whole process of corn yield growth. The yield of corn was mainly affected by the amount and distribution of precipitation. In production, we should fully tap the potential of climate resources, adjust the planting, promote the scientific planting mode, introduce high-yielding and stress-resistant varieties, select the appropriate sowing period, dynamically increase or decrease the area of multiple cropping, water-saving irrigation, improve the disaster prevention and reduction system, control and prevent to improve quality and efficiency, and avoid harm to reduce the negative effects of climate change.
climate warming and humidification / eastern Gansu plateau / spring maize / response
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西北地区地处欧亚大陆腹地，水汽来源匮乏，干旱是其主要气候特征。近年来随着区域降水的不断增加，中国西北暖湿化问题引起国际及国内相关领域科学家和社会各界的广泛关注。为了揭示中国西北气候暖湿化增强东扩特征与形成机制及其重要环境效应，科学回应社会关切，研究团队利用多源融合数据，从多尺度、多维度对中国西北暖湿化问题开展全面深入研究，发现了西北湿化趋势具有显著的非线性增强特征，且湿化正在向东扩展，本世纪内西北仍维持暖湿趋势，明确了西北陆面蒸散对气候变暖具有特殊的负反馈机制，揭示了西北湿化趋势受多因子综合驱动机制;评估了西北暖湿化对区域生态环境、水资源、农业生产和粮食安全的重要影响及其互馈效应;提出了应对西北暖湿化的技术对策，形成了“西北地区气候暖湿化增强东扩特征及其形成机制与重要环境影响”系列研究成果。基于研究的重大决策咨询报告为新时代西部大开发和黄河流域生态保护和高质量发展等国家战略发挥了重要决策支撑，成果也受到国际学界广泛关注，并入选2022年度“中国生态环境十大科技进展”。
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西北地区是中国西部大开发的主战场和重要的生态环境安全屏障区，该区气候变化直接影响到“一带一路”倡议实施中的水资源、生态和环境安全。在全球气候变化背景下，西北地区气候呈现出明显的“暖湿化”现象并呈东扩发展趋势，极端降水事件趋多趋强。一方面，降水量的增加有利于该地区的水资源可持续利用和生态环境保护；另一方面，极端降水的增加也对区域综合防灾减灾提出了新挑战。针对近年来备受关注的西北地区气候“暖湿化”问题，从其演变特征、形成原因和物理机制以及未来趋势预估等方面进行了总结和评述，归纳了已有的科学共识，并进一步剖析了当前研究中存在的问题和不足，最后对未来科学研究的重点方向进行了展望。对西北地区气候“暖湿化”趋势、成因及未来预估进行系统回顾，将对今后深入研究西北地区气候“暖湿化”问题具有重要的科学指导意义。
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周忠文, 刘英, 张谋草, 等. 农业气候资源变化对陇东塬区旱作粮食的影响分析[J]. 中国农学通报, 2023, 39(3):55-60.
为了研究气候变化对陇东塬区旱作粮食的影响，利用陇东塬区1961—2020连续60年气候因子资料，采用线性回归、多项式函数、气候倾向率等方法，分析农业气候资源变化特征，进而分析80%保证率下农业气候资源变化对主要粮食作物冬小麦、玉米的影响。结果表明：日均气温稳定通过0℃和10℃的初日呈提前趋势，终日呈现推后趋势，初终日期间持续天数呈现极显著增加趋势；80%保证率下，日均气温稳定通过0℃和10℃初终日期间降水量随年代的增加呈现递减趋势，≥0℃和≥10℃积温随年代增加呈现增加趋势，日照时数随年代增加呈现递减趋势。农业气候资源变化造成小麦播种推迟，成熟提前，但生育期缩短主要体现在越冬期缩短上，有效生长期得到保证；夏季热量资源增加保证了玉米生长，成熟期提早为小秋作物收获后的秋播工作赢得了时间，有效扩大了作物种植面积。陇东塬区小麦、玉米气候产量与生育期内降水量呈显著正相关，水份影响着陇东粮食产量的生育全过程，水资源短缺是陇东塬区作物生长的制约因素；平均气温对小麦、玉米是不显著的负效应，温度是重要的影响因子；有效积温和日照时数对小麦、玉米的影响不一致，玉米受气候不确定性影响大于小麦。
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周忠文, 张谋草, 刘英, 等. 气象要素对陇东塬区春玉米灌浆速度影响分析[J]. 中国农学通报, 2022, 38(5):94-98.
为了研究气象要素对陇东塬区春玉米灌浆速度的影响,利用2018—2020年全国农业气象试验站西峰试验点玉米分期播种作物资料及气象资料,分析气象因素与玉米灌浆的关系。结果表明：灌浆速度与灌浆天数变化呈二次曲线,开花始期后第24天开始到第46天是百粒重增长最快时间段,开花后第38天灌浆速度达到高峰;影响灌浆速度的主要气象因子有平均气温、最高气温、最低气温、气温日较差及日照时数、空气湿度和降水量;温度和日照的影响呈现正效应,湿度和降水影响呈现负效应;应根据当年的气候年型综合来确定玉米适宜播种期,使玉米百粒重快速增长期与庆阳高温少雨时段重合,避开多雨寡照天气的影响,从而通过调整播期来减轻或避免灾害造成损失,达到玉米稳产、高产的目的。
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刘英, 周忠文, 昔小丽, 等. 陇东塬区冬小麦生长量对气候变化的响应[J]. 中国农学通报, 2014, 30(27):169-174.
为了研究气候变化对冬小麦的影响，利用陇东塬区1995—2013年连续19年冬小麦生长量资料及气候因子资料，采用气候倾向率、相关分析等方法，分析气候变化与冬小麦生长量的生理因果关系。结果表明，19 年来冬小麦生育期内日平均气温上升，气候倾向率为0.552℃/10 a；有效积温增加，气候倾向率为126.1℃/10 a；降水总量上升，气候倾向率为7.619 mm/10 a；日照时数减少，气候倾向率为-42.256 h/10 a。19 年来，陇东塬区冬小麦植物干重、生长率、叶面积、千粒重及气候产量均增加。各气候要素对生长量的影响在各发育期不同，营养生长期降水对冬小麦的生长起决定作用，随着生长发育进程，降水的影响逐渐减弱，积温、日照时数的影响逐渐增强，小麦气候产量与生育期内平均气温呈负相关，与降水量、有效积温和日照时数呈正相关。
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本研究采用英国Hadley中心的区域气候情景PRECIS (Providing Regional Climate for Impacts Study)，结合校正的CERES-Wheat 模型，对21世纪70年代（2070s）气候变化情景下我国小麦的产量变化进行了研究。结果表明，在PRECIS预测的2070s气候变化条件下，我国雨养小麦和灌溉小麦的平均单产较基准年（1961－1990平均值）约减少20%，其中雨养小麦的减产幅度略高于灌溉小麦，春小麦或春性较强的冬小麦减产明显，减产的区域主要集中在东北春麦区和西南冬麦区。
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