为揭示黑土区季节性积雪—季节性冻土—粮食生产的联动关系,以春小麦为研究对象,采用积雪控制试验,设置积雪覆盖和无积雪覆盖两个处理,通过测定春小麦产量以及季节性冻土冻融期的0～100 cm土壤温度和土壤水分动态变化过程,探究季节性冻土冻融过程(冻融形成发育、土壤水热状况)在调控春小麦产量对积雪覆盖响应方面的潜在作用。结果发现:季节性冻土融化阶段的春小麦播种—出苗期10 cm土壤水分、出苗—四叶期20 cm土壤水分以及冻融期10 cm土壤冻融循环频率等土壤水分和土壤冻融循环频率参数是影响黑土区春小麦产量的主要因子,表现为黑土区春小麦产量随土壤融化阶段的播种—出苗期10 cm土壤水分、融化期10 cm土壤冻融循环频率增加而显著提高(P<0.05),而随土壤融化阶段的出苗—四叶期20 cm土壤水分、冻结期10 cm土壤冻融循环频率增加而显著降低(P<0.05)。枯水年份,上述季节性冻土的土壤水分和土壤冻融循环频率参数对积雪覆盖响应不敏感,因此,枯水年黑土区春小麦产量对积雪覆盖无显著响应。研究结果为东北黑土区应对全球气候变化、维持粮食安全生产提供科学依据。

为了分析新疆最北部阿勒泰市冻土深度的气候变化特征,及对春小麦生育期的影响,利用阿勒泰市冬季最大冻土资料,分析冻土深度的年际和月变化特征,并分析冻土深度对春小麦生育期的影响效应。结果表明:近52年来,阿勒泰市冬季冻土深度的变化呈现出逐年减小的趋势,其减小速率为2.84 cm/10 a;冬季最大冻土深度以2—3月最大;春小麦全发育期天数的变化是呈减少趋势的,减少率为3.97 d/10 a;最大冻土深度对生育期的影响效应(除全生育期外)均为负值,即b均小于0,即生育期随冻土深度的减小(增加)而提前(推迟);阿勒泰市冬季最大冻土深度对春小麦的全生育期的影响是正值,推迟率为3.01d/10cm。

为了分析祁连山冻土深度对春小麦发育期的影响,利用祁连山区11个站春季冻土深度及张掖和武威站春小麦发育期资料,采用回归分析、相关性检验、F检验等方法,分析了冻土深度的时空变化特征以及春季冻土深度对祁连山区春小麦发育期的东西部影响差异。结果表明:冻土深度最大出现在祁连站,以此为中心,向低海拔区域呈逐渐减小趋势;春季冻土深度随时间变化呈现明显的减小趋势,减小主要出现在1985年以后,1961—1984年变化幅度较小,这与春季明显的增温时段基本同步。春季冻土深度对祁连山东部代表站点武威春小麦的发育期影响效果显著,先后影响到了春小麦的播种、出苗、三叶、拔节、孕穗、抽穗以及成熟,冻土深度增加,则发育期延迟,延迟速率为0.5～2.4天/10cm;然而,春季冻土深度对西部代表站点张掖春小麦的影响并不显著,只对出苗和三叶产生一定的影响。

利用甘肃河西分布较为均匀的11个站点冬季平均冻土资料,分析冻土的年际变化特征,并分析了冻土深度对春小麦生育期的影响效应。结果表明:近45年来,甘肃河西冬季冻土深度的变化呈现出波动中逐年减小的趋势,其减小速率为5.5 cm/10a;甘肃河西西部、中部和东部的春小麦生育期均有提前趋势,中部提前趋势最为明显;冬季冻土深度与东部和西部春小麦生育期相关性显著,与中部的酒泉站春小麦生育期相关性较差,仅与出苗和三叶期相关性较好;春小麦生育期随冻土深度的增加而推迟,西部的敦煌推迟速率为1.8～2.4 d/10cm,中部的酒泉推迟速率为1.9～2.1 d/10cm,东部的武威推迟速率为1.3～3.0 d/10cm,变化范围较大。