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基于四种算法比较分析Venlo型玻璃温室气温季节预报模型

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中国农业气象 2024年第2期45卷 135-146页

作者：吴慧臻李东升杨再强张丰寅陈旸南京信息工程大学江苏省农业气象重点实验室南京210044 南京信息工程大学应用气象学院南京210044 南京信息工程大学龙山书院南京210044

利用2021年2月27日-2023年3月4日南京信息工程大学Venlo型玻璃温室内、外气象观测数据,基于多元回归(Multiple regression,MR)、BP人工神经网络(BP artificial neural networks,BPANN)、随机森林(Random forest,RF)和支持向量机(Support vector machine,SVM)构建温室内日平均气温、日最低气温和日最高气温的季节预报模型,并进行验证。结果表明:温室内日平均气温、日最低气温季节预报模型的拟合精度明显高于日最高气温季节预报模型;各模型对春、夏、秋季温室内气温的拟合精度高于冬季。对于日平均气温和日最低气温季节预报模型而言,4种算法构建的春、夏、秋季预报模型的拟合精度均较高,RF模型模拟效果更为稳定,其模拟值与实际观测值决定系数(R^(2))均值均在0.94以上,均方根误差(RMSE)、绝对误差(MAE)均值在1.5℃以内;对于日最高气温季节预报模型,RF模型对春、夏、秋季的拟合精度整体高于其他模型,R^(2)均值均在0.75以上。MR模型对冬季室内气温的拟合精度较好,更适用于预测冬季温室内气温。综合而言,选择RF模型预报春、夏、秋季的玻璃温室内气温,选择MR模型预报冬季玻璃温室内气温较为可行。

关键词： Venlo型玻璃温室温度季节预报模型神经网络随机森林支持向量机

生物炭配施硅肥对夜间增温稻田碳排放强度的影响

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农业环境科学学报 2024年第6期43卷 1421-1434页

作者：郭峻泓娄运生邢钰媛王坤刘健南京信息工程大学江苏省农业气象重点实验室南京210044 南京信息工程大学生态与应用气象学院南京210044 江苏省镇江市丹徒区气象局江苏镇江212000

为了研究生物炭配施硅肥对夜间增温稻田水稻产量及温室气体排放(CH_(4)和N_(2)O)的影响,2019—2020年连续两年进行田间模拟增温试验。采用3因素3水平正交试验设计:夜间增温设3水平,用铝箔反光膜夜间(19:00—6:00)覆盖水稻冠层模拟夜间增... 详细信息

为了研究生物炭配施硅肥对夜间增温稻田水稻产量及温室气体排放(CH_(4)和N_(2)O)的影响,2019—2020年连续两年进行田间模拟增温试验。采用3因素3水平正交试验设计:夜间增温设3水平,用铝箔反光膜夜间(19:00—6:00)覆盖水稻冠层模拟夜间增温,即W0(常温对照,不覆盖)、W1(覆盖5 mm铝箔膜)和W2(覆盖11 mm铝箔膜);生物炭用量设3水平,即B0(对照,0)、B1(7.5 t·hm^(-2))和B2(17.5 t·hm^(-2));硅肥种类设3水平,即Si0(对照,不施硅)、Si1(钢渣)和Si2(矿粉),Si1和Si2的用量(以SiO_(2)计)均为200 kg·hm^(-2)。结果表明:2019年5 cm和10 cm稻田土层夜间均温分别增加0.3~1.0℃和0.2~0.7℃;2020年水稻植株冠层和株高中部夜间均温分别增加0.1~0.2℃和0.2~0.3℃。稻田CH_(4)排放通量呈单峰型变化趋势,排放通量最大值和累积排放量出现于分蘖-拔节期;稻田N_(2)O排放通量呈多峰型变化趋势。夜间增温处理的CH_(4)和N_(2)O累积排放量低于常温对照,生物炭配施硅肥可一定程度抑制CH_(4)排放,但促进N_(2)O排放。CH_(4)对稻田总增温潜势的贡献起主导作用,占比大于84%。夜间增温明显降低水稻产量和温室气体累积排放量,生物炭可有效缓解夜间增温对水稻产量的不利影响,配施钢渣可降低总增温潜势和排放强度。综合考虑水稻产量和稻田减排,江苏沿江同类稻田水稻低碳生产应对气候变暖的技术措施为施用生物炭17.5 t·hm^(-2)并配施钢渣(以SiO_(2)计)200 kg·hm^(-2)。

关键词：夜间增温生物炭硅肥水稻碳排放强度

施肥对不同时期遮阴小麦光合、产量和品质的影响

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农业环境科学学报 2024年第3期43卷 496-503页

作者：刘迎霞娄运生高安妮杜泽云南京信息工程大学江苏省农业气象重点实验室南京210044 广东省肇庆市气象局广东肇庆526000 南京信息工程大学生态与应用气象学院南京210044

为探究通过施肥能否减缓太阳辐射减弱对小麦生长发育及产量形成的不利影响,通过田间模拟试验,研究了不同生育期遮阴下施肥对冬小麦植株光合生理、产量和品质的影响。采用3因素3水平正交试验设计,遮阴设3水平,即不遮阴(S0,遮阴率0)、开花... 详细信息

为探究通过施肥能否减缓太阳辐射减弱对小麦生长发育及产量形成的不利影响,通过田间模拟试验,研究了不同生育期遮阴下施肥对冬小麦植株光合生理、产量和品质的影响。采用3因素3水平正交试验设计,遮阴设3水平,即不遮阴(S0,遮阴率0)、开花-成熟期遮阴(S1,平均遮阴率68%)、分蘖-成熟期遮阴(S2,平均遮阴率68%);复合肥(N-P_(2)O_(5)-K_(2)O)施用量设3水平,即100 kg·hm^(-2)(F1)、200 kg·hm^(-2)(F2)和300 kg·hm^(-2)(F3);硅肥施用量(以SiO_(2)计)设3水平,即0(R0)、200 kg·hm^(-2)(R1)和400 kg·hm^(-2)(R2)。结果表明:S1提高冬小麦开花-灌浆期旗叶净光合速率(Pn),S1和S2降低开花-灌浆期气孔导度(Gs)和灌浆期蒸腾速率(Tr),提高胞间CO_(2)浓度(Ci);S1和S2降低千粒质量、结实率、产量,减少籽粒直链淀粉含量和总淀粉含量,提高籽粒蛋白质含量。F1、F2分别提高开花期Pn、Gs、Tr和灌浆期Pn、Gs、Tr;F3提高籽粒千粒质量、结实率、产量、直链淀粉含量和总淀粉含量。施硅提高冬小麦灌浆期旗叶Pn,R1提高千粒质量、结实率和产量,降低籽粒直链淀粉含量、总淀粉含量和蛋白质含量。研究认为,尽管开花-成熟期遮阴提高冬小麦开花-灌浆期旗叶Pn,但抑制小麦灌浆期叶片蒸腾作用,影响产量形成,而施复合肥300 kg·hm^(-2)配施硅肥200 kg·hm^(-2)可促进冬小麦光合和蒸腾作用,提高产量和改善品质,缓解遮阴带来的不利影响。

关键词：遮阴施复合肥施硅肥冬小麦光合作用产量品质

黄淮海平原植被日光诱导叶绿素荧光对骤旱的响应

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农业机械学报 2024年

作者：陈治仲陈上缐子仪周聪肖薇南京信息工程大学江苏省农业气象重点实验室南京信息工程大学气象灾害预报预警与评估协同创新中心

为探明黄淮海平原骤旱的时空分布及其对植被光合作用的影响，基于ERA5气候再分析资料和SMCI1.0土壤湿度数据集，分析了黄淮海地区2001–2020年气候要素时空变化特征，识别了骤旱事件并研究其演变规律和主要气象影响因子，对比星载日光... 详细信息

为探明黄淮海平原骤旱的时空分布及其对植被光合作用的影响，基于ERA5气候再分析资料和SMCI1.0土壤湿度数据集，分析了黄淮海地区2001–2020年气候要素时空变化特征，识别了骤旱事件并研究其演变规律和主要气象影响因子，对比星载日光诱导叶绿素荧光（Solar-induced chlorophyll fluorescence，SIF）、标准化差异植被指数（Normalized difference vegetation index，NDVI）以及增强植被指数（Enhanced vegetation index，EVI）对骤旱的响应，探究了不同类型植被光合作用对骤旱的敏感性。结果表明：黄淮海地区2001–2020年整体呈暖湿化趋势，北部地区增温明显。黄淮海北部和东南部地区骤旱频发，大部分地区发生超过20次骤旱，累计受旱时长超过90候，且骤旱多发生于秋季。黄淮海地区年骤旱次数和累计骤旱时长整体呈上升趋势，增加速率分别为0.6次/(10a)和2.2候/(10a)，且呈上升趋势的格点主要位于骤旱频发区。研究区骤旱次数与气温（显著正相关）、风速（负相关）以及降水量（负相关）的相关性较高。相较于NDVI和EVI，SIF随土壤水分的变化更加同步，适用于骤旱监测。黄淮海地区灌木植被SIF对骤旱最敏感，但存在较大的不确定性，农田、森林和草地等植被类型光合作用对骤旱的响应逐渐降低，但不同植被SIF与骤旱次数的最大相关系数均较为接近。

关键词：日光诱导叶绿素荧光骤旱时空变化光合作用黄淮海平原

施肥对不同时期遮阴小麦光合、产量和品质影响

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农业环境科学学报 2024年

作者：刘迎霞娄运生高安妮杜泽云广东省肇庆市气象局南京信息工程大学生态与应用气象学院南京信息工程大学江苏省农业气象重点实验室

为探究通过施肥能否减缓太阳辐射减弱对小麦生长发育及产量形成的不利影响，通过田间模拟试验，研究了不同生育期遮阴下施肥对冬小麦植株光合生理、产量和品质的影响。采用3因素3水平正交试验设计，遮阴设3水平，即不遮阴(S0，遮阴率0)... 详细信息

为探究通过施肥能否减缓太阳辐射减弱对小麦生长发育及产量形成的不利影响，通过田间模拟试验，研究了不同生育期遮阴下施肥对冬小麦植株光合生理、产量和品质的影响。采用3因素3水平正交试验设计，遮阴设3水平，即不遮阴(S0，遮阴率0)、开花-成熟期遮阴(S1，平均遮阴率68%)、分蘖-成熟期遮阴(S2，平均遮阴率68%)；复合肥施用量(N-P2O5-K2O)设3水平，即 100 kg·hm-2(F1)、200 kg·hm-2(F2)和300 kg·hm-2(F3)；硅肥施用量(以SiO2计)设3水平，即 0(R0)、200 kg·hm-2(R1)和 400 kg·hm-2(R2)。结果表明：(1)S1提高冬小麦开花-灌浆期旗叶净光合速率(Pn)，S1和S2降低开花-灌浆期气孔导度(Gs)和灌浆期蒸腾速率(Tr)，提高胞间CO2浓度(Ci)；S1和S2降低千粒质量、结实率、产量，减少籽粒直链淀粉含量和总淀粉含量，提高籽粒蛋白质含量。(2)F1、F2分别提高开花期Pn、Gs、Tr和灌浆期Pn、Gs、Tr；F3提高籽粒千粒质量、结实率、产量、直链淀粉含量和总淀粉含量。(3)施硅提高冬小麦灌浆期旗叶Pn，R1提高千粒质量、结实率和产量，降低籽粒直链淀粉含量、总淀粉含量和蛋白质含量。研究认为，尽管开花-成熟期遮阴提高冬小麦开花-灌浆期旗叶Pn，但抑制小麦灌浆期叶片蒸腾作用，影响产量形成，而施复合肥300 kg·hm-2配施硅肥200 kg·hm-2可促进冬小麦光合和蒸腾作用，提高产量和改善品质，缓解遮阴带来的不利影响。

关键词：遮阴施复合肥施硅肥冬小麦光合作用产量品质

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碳氮添加对淹水农田黑土温室气体排放的影响

核农学报 2024年第1期38卷 200-207页

作者：郎漫许力文朱恺文张佳音郁雯洁李平南京信息工程大学江苏省农业气象重点实验室江苏南京210044 南京信息工程大学应用气象学院江苏南京210044 南京信息工程大学长望学院江苏南京210044

为探究外源碳氮添加对农田土壤温室气体排放的影响,以农田黑土为对象,在25℃和淹水条件下开展室内培养试验,研究外源碳(葡萄糖和乙酸)和氮(硫酸铵)添加对温室气体排放的影响。结果表明,淹水条件碳氮配施显著降低了土壤硝态氮含量,以氮... 详细信息

为探究外源碳氮添加对农田土壤温室气体排放的影响,以农田黑土为对象,在25℃和淹水条件下开展室内培养试验,研究外源碳(葡萄糖和乙酸)和氮(硫酸铵)添加对温室气体排放的影响。结果表明,淹水条件碳氮配施显著降低了土壤硝态氮含量,以氮肥配施葡萄糖处理效果更明显。与不施肥的对照处理相比,单施氮肥处理对CO_(2)排放速率无显著影响;与单施氮肥处理相比,碳氮配施显著提高了CO_(2)的排放速率,氮肥配施葡萄糖处理和氮肥配施乙酸处理的CO_(2)累积排放量分别为单施氮肥处理的3.93和2.44倍。与不施肥的对照处理相比,单施氮肥显著增加了N_(2)O排放速率,其累积排放量是对照处理的3.60倍;与单施氮肥处理相比,氮肥配施葡萄糖处理仅在第1天对N_(2)O排放速率有显著促进效果,培养期间N_(2)O累积排放量与单施氮肥处理无显著差异;氮肥配施乙酸处理对N_(2)O排放速率的促进效果持续了5 d,其N_(2)O累积排放量是单施氮肥处理的3.58倍。与不施肥的对照处理相比,单施氮肥处理对CH4排放速率无显著影响;与单施氮肥处理相比,碳氮配施显著促进了培养后期CH4的排放速率和累积排放量,但氮肥配施葡萄糖和氮肥配施乙酸处理之间无显著差异。上述结果表明,在短期淹水条件下,葡萄糖和乙酸的存在可能会促进农田黑土温室气体排放。本研究结果可为黑土温室气体排放评估提供理论依据。

关键词：葡萄糖乙酸淹水温室气体

1960—2019年中国水稻气候生长期水热资源变化趋势及其归因分析

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浙江农业学报 2024年

作者：徐金勤邱新法朱平肖潇江苏省农业气象重点实验室(南京信息工程大学) 广东省气象服务中心南京信息工程大学生态与应用气象学院武汉区域气候中心

基于界限温度法确定水稻气候生长期指标，对比分析了1960—2019年间我国6个水稻种植的主要农业区(东北平原区、黄淮海平原区、四川盆地及周边地区、长江中下游地区、云贵高原区和华南区)的水稻气候生长期及期间水热资源的变化特征，定... 详细信息

基于界限温度法确定水稻气候生长期指标，对比分析了1960—2019年间我国6个水稻种植的主要农业区(东北平原区、黄淮海平原区、四川盆地及周边地区、长江中下游地区、云贵高原区和华南区)的水稻气候生长期及期间水热资源的变化特征，定量评价了主要气候因子对于水稻气候生长期间积温和湿润指数变化的具体贡献。结果表明：1960—2019年间，研究区内水稻适播期均显著(P农业区内，水稻气候生长期间积温的显著增加均由水稻气候生长期间持续日数的增加主导。除黄淮海平原区内水稻气候生长期间湿润指数的降低由降水量减少主导外，其他农业区内水稻气候生长期间湿润指数的降低均由潜在蒸散量的显著增加主导。未来，应当重视水稻气候生长期间持续日数和潜在蒸散量显著增加对水稻生产的影响。

关键词：气候变暖水稻气候生长期水热资源变化

外源镉和温度变化对不同品种水稻抽穗期光合特性的影响

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土壤 2024年第1期56卷 120-127页

作者：李仁英胡宗荟刘煜椿卢炳浩吴思佳翟伊然徐向华南京信息工程大学生态与应用气象学院农业资源与环境系南京210044 江苏省农业气象重点实验室南京210044

探讨外源镉(Cd)和温度变化对水稻抽穗期光合特性的影响,为水稻生长过程中应对稻田土壤重金属污染和气候变暖的复合作用提供理论依据。通过添加外源Cd (0和2 mg/kg土)和模拟温度(白天/夜晚分别为30℃/25℃(CK)、33℃/28℃(T1)、36℃/31℃... 详细信息

探讨外源镉(Cd)和温度变化对水稻抽穗期光合特性的影响,为水稻生长过程中应对稻田土壤重金属污染和气候变暖的复合作用提供理论依据。通过添加外源Cd (0和2 mg/kg土)和模拟温度(白天/夜晚分别为30℃/25℃(CK)、33℃/28℃(T1)、36℃/31℃(T2)),研究外源Cd和温度变化对不同品种水稻(武运粳30号和新两优6号)抽穗期光合参数、荧光参数及其生物量的影响。结果表明,单一Cd处理显著降低了新两优6号的SPAD值,而单一增温处理则显著降低了武运粳30号的SPAD值(P<0.05)。虽然外源Cd和温度的复合作用未显著影响武运粳30号和新两优6号的净光合速率(Pn),但Cd处理显著降低了两品种的Pn,而增温处理则显著影响了新两优6号的Pn;大部分Cd和温度处理下,新两优6号的SPAD值和Pn大于武运粳30号。Cd处理和增温处理均影响了水稻叶绿素诱导动力学曲线的形状,O、K、J和I点的荧光因处理的不同而具有一定差异。Cd处理和增温处理对水稻Fv/Fm和比活度参数的影响与水稻品种有关,Cd处理未显著影响运粳30号和新两优6号的Fv/Fm值,而增温处理则显著减少了武运粳30号的Fv/Fm值;新两优6号的比活度参数ABS/RC、DIo/RC、TRo/RC、ET0/RC在Cd处理下显著降低,而武运粳30号的比活度参数在增温处理下则显著增加(P<0.05)。Cd处理显著降低了新两优6号的茎叶生物量,而增温处理则显著降低了武运粳30号茎叶生物量,然而两者的复合作用对水稻茎叶和根生物量的影响因品种不用而具有差异,新两优6号的茎叶和根干物质量在大部分处理下大于武运粳30号。综上可知,Cd和增温处理通过影响水稻的光合参数和荧光参数,从而影响水稻的生物量,但影响程度因品种不同而具有差异,其中,武运粳30号对Cd具有较强的抗性而新两优6号对增温有较强的抗性。因此,在实际的田间管理中,应选择合适的水稻品种,以应对土壤Cd污染和温度升高对水稻生长的影响。

关键词：温度镉水稻光合参数荧光参数

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花期低温对草莓叶片光合及气孔特性的影响

中国农业气象 2024年第5期45卷 525-536页

作者：张涵奇杨再强罗靖张丰寅南京信息工程大学气象灾害预报预警与评估协同创新中心南京210044 江苏省农业气象重点实验室南京210044

以四季草莓品种‘赛娃’(Fragaria ananassa cv.Selva)为试材,于2022年在南京信息工程大学Venlo型温室及人工气候室内设计环境控制试验。试验设置昼温/夜温15℃/5℃(T1)、20℃/10℃(T2)两个低温水平,低温持续天数设置3d、6d和9d,以25℃... 详细信息

以四季草莓品种‘赛娃’(Fragaria ananassa cv.Selva)为试材,于2022年在南京信息工程大学Venlo型温室及人工气候室内设计环境控制试验。试验设置昼温/夜温15℃/5℃(T1)、20℃/10℃(T2)两个低温水平,低温持续天数设置3d、6d和9d,以25℃/15℃温室环境下生长的植株为对照(CK),系统测定叶片光合参数和气孔指标。结果表明:(1)花期低温明显抑制草莓植株叶片的光合能力,随着胁迫程度的加强,草莓花期叶片的最大净光合速率(Pnmax)、光饱和点(LSP)、气孔导度(Gs)和蒸腾速率(Tr)均呈降低趋势;光补偿点(LCP)、暗呼吸速率(Rd)、胞间CO_(2)浓度(Ci)、气孔限制值(Ls)和水分利用效率(WUE)均呈升高趋势,引起光合速率降低的主要原因是气孔限制。(2)低温使得草莓花期叶片叶绿素a、叶绿素b、叶绿素总量(a+b)及类胡萝卜素含量降低,随低温胁迫时间增加,光合色素含量略微回升,但仍显著低于CK。(3)低温胁迫对叶片气孔特性的影响尤为显著,气孔长度、气孔宽度、气孔开度、气孔周长、气孔面积和气孔开张比均随温度降低及胁迫时间增加显著减小,气孔密度有减小趋势但差异不显著。试验结果显示花期低温可降低草莓花期叶片气孔尺寸和叶绿素含量,抑制叶片光合能力。

关键词：草莓低温冷害光合作用叶绿素气孔