华北是我国小麦和玉米重要的生产基地，气候变化及极端天气/气候事件给区域粮食生产带来诸多影响。考虑到我国粮食生产格局及气候变化趋势，阐明气候风险及其对华北粮食作物的影响，并采取适应技术对策，将成为保障国家粮食安全的重要举措。本书基于作者多年气候变化数据与农业相关科研工作积累，以华北为关注区域，从粮食生产、气候变化、作物响应、水资源利用综合角度，系统阐述了华北粮食作物生长季气候变化特征、作物对高CO2浓度及气象胁迫的响应机理、极端气候对作物产量的影响、灌溉对干旱的减损能力等内容。本书将华北农业生产的区域气候特征，作物植株对气象胁迫的响应、气候变化对作物产量的影响等内容多层级逐步深化，阐述了气候变化与作物生产能力的关联性，以期为区域气候资源高效利用、气象灾害防御减损、适应技术能力建设提供理论支持和适应对策选择。

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目录
第一章 华北农业概况及气候资源变化 1
第一节 华北农业生产现状 1
一、华北地理区位及气候状况 1
二、华北农业地位及种植制度 1
三、粮食高产稳产需求与限制因素 2
第二节 观测到的气候变化趋势 2
一、太阳辐射量变化特征 2
二、降水变化特征 3
三、温度变化特征 3
四、蒸散量变化特征 3
第三节 农业生产面临的主要气候灾害 4
一、干旱 4
二、高温 6
三、低温冷害 8
四、干热风 10
第四节 华北气候变化和气候灾害变化 11
一、气候变化趋势 11
二、气候灾害变化 11
参考文献 11
第二章 华北极端气候指数时空变化特征 13
第一节 极端气候指数及其研究方法 13
一、极端气候指数 13
二、基础资料来源 13
三、研究方法 14
第二节 极端气温指数时空分布 15
一、极端气温指数时序变化 15
二、极端气温指数空间分布 16
第三节 极端降水指数时空变化 18
一、极端降水指数时间变化特征 18
二、极端降水指数空间变化特征 19
第四节 极端气候指数变化与区域发展 20
一、极端气温指数的区域特征 20
二、极端降水指数的区域特征 21
三、极端气候与区域持续发展 21
参考文献 22
第三章 华北作物生长季气候变化 24
第一节 冬小麦生长季主要气象因子变化 24
一、气温变化 24
二、降水变化 25
三、日照时数 25
第二节 冬小麦生长季气象灾害 26
一、冬季冻害 26
二、倒春寒及春季霜冻 29
三、干旱及干热风 31
第三节 夏玉米生长季气象条件 32
一、生长季气候要素变化 32
二、夏玉米灾害性天气 34
第四节 夏玉米生长季气象灾害 35
一、极端高温 35
二、强降雨 36
三、阴雨寡照 36
参考文献 38
第四章 阶段性气象灾害胁迫对冬小麦的影响机理 39
第一节 冬小麦对阶段性低温的生理生化响应 39
一、试验品种选择 39
二、低温对光合生理的影响 39
三、低温下光合生化酶变化 40
第二节 冬小麦对干旱逆境的产量效应机理 42
一、水分胁迫对光合器官代谢酶活性的影响 42
二、水分胁迫对小麦光合电子传递的影响 43
第三节 灌浆期高温对小麦产量的影响机理 44
一、灌浆期高温对产量的影响 44
二、灌浆期高温对光合速率及物质形成的影响 45
三、灌浆期高温对逆境生化酶MDA和SOD积累的影响 47
四、POD和CAT活性对灌浆期高温的响应 49
第四节 灌浆期高温和干旱双重胁迫对小麦的影响 50
一、籽粒光合产物变化 50
二、小麦逆境生化酶变化 51
三、旗叶及茎鞘糖分积累变化 53
四、籽粒糖分积累变化 55
参考文献 58
第五章 阶段性气象胁迫对玉米的影响机理 59
第一节 拔节期干旱对玉米的影响 59
一、拔节期干旱对产量的影响 59
二、拔节期干旱对光合作用的影响 60
第二节 大喇叭口期干旱对玉米的影响 60
一、大喇叭口期干旱对产量的影响 60
二、大喇叭口期干旱对干物质积累的影响 61
第三节 灌浆期干旱对玉米的影响 62
一、灌浆期干旱对产量构成的影响 62
二、灌浆期干旱对光合速率的影响 63
三、灌浆期干旱对叶片光合的影响机理 63
四、灌浆期干旱对糖分代谢的影响机理 64
第四节 夏玉米低温影响籽粒灌浆的机制 67
一、玉米授粉后低温对籽粒产量的影响 67
二、玉米授粉后低温对叶片光合速率的影响 67
三、玉米授粉后低温对糖分代谢的影响机理 68
第五节 夏玉米后期低温影响籽粒灌浆的机制 71
一、阴雨寡照危害夏玉米产量变化特征 72
二、渍涝危害夏玉米产量变化特征 73
三、极端降水危害夏玉米产量变化特征 73
参考文献 74
第六章 作物对高CO2浓度的响应机理 76
第一节 高CO2浓度环境设置及试验方法 76
一、OTC和FACE设施系统 76
二、试验设计 77
三、测定项目和指标 78
第二节 开顶式气室OTC试验研究 79
一、大气CO2浓度升高和干旱对小麦的影响 79
二、大气CO2浓度升高和干旱对大豆的影响 81
第三节 FACE系统试验研究 83
一、CO2浓度升高的温室效应 83
二、CO2浓度升高对冬小麦发育进程的影响 84
三、CO2浓度升高对冬小麦籽粒产量的影响 85
四、冬小麦品种在高CO2浓度条件下的增产机制 86
第四节 CO2浓度升高的生理生化响应机制 87
一、CO2浓度升高对冬小麦叶绿素荧光参数的影响 87
二、CO2浓度升高对冬小麦水势的影响 89
三、CO2浓度升高对冬小麦籽粒灌浆速率的影响 91
四、冬小麦各光合器官对产量的相对贡献 93
第五节 冬小麦对高CO2浓度的综合响应 94
一、作物不同设置CO2浓度升高环境响应对比 94
二、OTC设置下CO2和水分互作对作物的影响 95
三、FACE设置下高CO2浓度与水肥互作关系 95
四、FACE设置下CO2高应答品种特征 96
参考文献 97
第七章 未来气候变化特征及农业气候风险 98
第一节 未来气候变化与农业灾害风险 98
一、未来气温和降水变化 98
二、农业气候风险特征 99
第二节 华北未来气候干旱变化趋势 100
一、数据来源和方法 100
二、干湿变化特征 100
三、干旱特征变化趋势 101
第三节 未来作物关键生育期干旱特征 102
一、资料来源和方法 102
二、RCP45情景阶段性干旱特征 103
三、RCP85情景阶段性干旱特征 104
第四节 未来干旱情景下小麦减产风险 105
一、RCP45情景下干旱减产率的年际变化 105
二、RCP85情景下干旱减产率的年际变化 107
三、干旱减产率的累积概率 108
第五节 不同气候变化的减产风险及应对 110
一、阶段干旱对冬小麦产量影响风险 110
二、不同区域冬小麦未来气候风险影响差异 112
参考文献 113
第八章 未来气候变化对冬小麦产量影响的模拟 114
第一节 数据资料与模型方法 114
一、田间管理资料 114
二、气象资料 115
三、CERES作物模型 115
第二节 模型遗传参数验证及模拟设计 119
一、模拟设计 119
二、模型遗传参数验证 121
第三节 未来冬小麦生长季内气候要素与生育期的变化 122
一、气候要素的变化 122
二、生育期的变化 123
第四节 未来气候变化对冬小麦产量的影响 124
一、气候要素变化的影响 124
二、CO2的肥效作用 125
第五节 气候要素影响的综合比较分析 126
一、升温对冬小麦产量的负效应 126
二、辐射和降水增加对产量的正效应 127
三、CO2浓度增高的生理影响 128
参考文献 129
第九章 冬小麦灌溉对干旱的减损能力及抗逆增产技术 131
第一节 灌溉减损能力评估方法 131
一、灌溉措施的设计 131
二、播期和灌溉期的确定 132
三、减产率、补偿能力和灌溉水产量提升效率计算方法 133
第二节 不同灌溉措施的补偿能力 133
一、干旱对冬小麦产量的潜在影响 133
二、春季单次灌溉产量效应比较 134
三、不同2水组合灌溉效果比较 135
四、生育期灌溉3 水的产量效应 137
第三节 冬小麦抗逆增产技术途径及机理 139
一、冬小麦窄行匀播适应技术及增产机理 139
二、pH缓冲液处理可提高小麦的抗旱性 144
三、节水灌溉技术对抗逆的作用 148
四、冬小麦综合抗逆高产栽培调控模式 151
参考文献 152
第十章 华北冬小麦—夏玉米抗逆减损生产系统 154
第一节 作物适应气候变化的抗逆品种遴选 154
一、冬小麦抗逆品种的筛选 154
二、冬小麦适宜贮墒旱作品种的筛选 155
三、夏玉米耐密植品种的筛选 156
第二节 冬小麦逆境产量效应及响应机制 157
一、极端高温危害冬小麦生产力、产量数量特征 157
二、干热风危害冬小麦生产力、产量数量特征 158
三、不同品种冬小麦对逆境的响应 159
第三节 冬小麦—夏玉米周年抗逆栽培 159
一、冬小麦—夏玉米两晚匀播增产技术 159
二、冬小麦—夏玉米气候变暖适应能力 160
第四节 冬小麦—夏玉米周年抗旱节水高产高效栽培技术 161
一、冬小麦—夏玉米轮作适应气候灾害的栽培技术 161
二、冬小麦“晚、密、撒”节水高效栽培技术 162
三、冬小麦—夏玉米贮墒旱作高效栽培技术 163
参考文献 164
第十一章 气候变化对水资源的影响及适应能力 166
第一节 不同气候变化情景下水资源量变化趋势 166
一、华北代表性小流域径流量预估 166
二、未来华北地区水资源量变化趋势 168
三、不同排放情景下华北平原农业灌溉可用水量预估 169
第二节 升温15℃和2℃时华北平原水资源特征 171
一、升温年份确定 171
二、代表性小流域径流特征 172
三、水资源分布特征 173
第三节 华北平原不同情景下干旱变化趋势 176
一、华北平原干湿变化特征 176
二、华北地区干旱特征变化趋势 177
第四节 华北平原不同情景下干旱事件及对农业的影响 178
一、不同情景下干旱事件预估 178
二、最强干旱事件风险时空分布特征 179
三、不同背景下干旱对华北平原农业用地的影响 181
参考文献 182
第十二章 华北地区农业对气候灾害的适应能力 184
第一节 数据资料及评估方法 184
一、资料来源 184
二、评估方法 184
第二节 华北地区农业气候资源格局及变化特征 188
一、气候资源分布及格局变化特征 188
二、华北平原参考作物蒸散量和气象要素敏感性 189
三、作物降水亏缺量和气象要素相关分析 190
第三节 华北农业对气候灾害的适应能力 190
一、冬小麦对潜在干旱的暴露度 190
二、冬小麦对潜在干旱的敏感性 191
三、冬小麦对潜在干旱的适应能力 192
第四节 华北地区农业气候灾害的脆弱性 193
一、干旱脆弱性区域格局 193
二、华北地区综合脆弱性 194
参考文献 194