气候变暖背景下河南省夏玉米花期高温灾害风险预估

为预估未来气候变暖背景下夏玉米花期高温灾害风险,根据河南省19个农业气象观测站夏玉米抽雄期常年观测资料和未来RCPs(representativeconcentrationpathways)气候变化情景数据,构建夏玉米花期高温风险评价指标,开展河南省夏玉米花期高温灾害时空特征及风险演变分析。其中RCPs气候情景数据包括基准气候条件(1951—2005年, RCP-rf)和未来(2006—2050年)RCP 4.5(中)、RCP 8.5(高)两种浓度路径数据。以抽雄普遍期及之后7d确定为夏玉米花期,并内插匹配气候情景格点数据。以花期最高气温≥32℃和≥35℃作为轻度和重度高温灾害发生阈值,根据轻、重度夏玉米花期高温发生频率和高温积害,建立风险评价指标并分级。结果表明, RCP-rf情景下全省夏玉米花期高温发生频率在20.5%～81.0%(≥32℃)和3.9%～51.9%(≥35℃)。与基准条件相比,≥32℃高温发生频率增加9.1%(RCP4.5)和11.0%(RCP8.5),≥35℃高温发生频率增加8.7%(RCP4.5)和8.3%(RCP8.5)。RCP-rf情景下全省夏玉米花期高温积害在48.5～200.9℃·d(≥32℃)和9.8～138.5℃·d(≥35℃)。与基准条件相比,≥32℃高温积害增加25.4℃·d (RCP 4.5)和25.6℃·d (RCP 8.5),≥35℃高温积害增加25.8℃·d (RCP 4.5)和31.4℃·d (RCP 8.5)。由综合风险分析可知, RCP-rf情景下夏玉米花期高温灾害高值风险区主要分布在新乡、郑州、许昌、漯河、周口及其以东以北的地区(商丘除外),约占夏玉米主栽区面积的30.1%;RCP4.5情景下高值风险区扩大至洛阳和南阳以东的大部分地区,约占夏玉米主栽区面积的63.4%; RCP 8.5情景下高值风险区面积进一步向西扩大,约占夏玉米主栽区面积的占76.3%。     

基于信息扩散理论分析华北平原夏玉米花期高温热害的风险概率

利用1980−2019年华北平原40个站点的气象数据,将夏玉米花期日最高气温≥35℃持续3d及以上作为高温指标,综合考虑频次和持续时间,制定轻度、中度、重度高温热害等级;利用灾害发生次数和站次比分析夏玉米花期高温热害的变化规律;基于信息扩散理论评估高温热害风险概率,为科学应对夏玉米花期高温热害,保障夏玉米的高产稳产提供依据。结果表明：（1）2010−2019年是华北平原夏玉米受花期高温热害影响加重的阶段,呈现连年发生、范围明显扩大的特征,河南省表现明显。（2）夏玉米花期高温热害高风险区主要为山东西部和河南省,山东西部以轻度热害为主,风险概率在10a一遇以上（≥10%）。河南省受灾范围广、频次高、程度重,重度高温热害的风险概率在10a一遇以上（≥10%）的面积占比为66%,5a一遇以上（≥20%）的面积占比为18%。     

气候变化背景下华北平原夏玉米花期高温热害特征及适宜播期分析

利用华北平原夏玉米种植区55个气象站点1981−2017年逐日地面观测资料,以日最高气温≥35℃持续3、4、5d,且相对湿度≤70%为一次轻、中、重度高温热害,从年代际尺度、年尺度、旬尺度分析37a来华北平原不同播期下夏玉米花期高温热害的时空变化特征;以开花期避开中度高温热害为标准,推算夏玉米花期规避高温的适宜播期。结果表明:6月上旬播种,夏玉米花期遭遇高温热害的频率最大,河南省南部的信阳、固始等地区遭遇高温热害频率超过20%;6月中旬播种,夏玉米花期遭受高温热害频率为9%~12%。2011年以来华北平原夏玉米花期高温热害加重,发生频率高于P1−P3时段(1981−2010年)。华北平原早熟玉米平均适宜播种期在6月15日−7月5日,中熟玉米平均适宜播种期在6月15−27日,晚熟玉米平均适宜播种期在6月15−20日。在各适宜播种期范围内,华北平原南部应适当晚播,北部则应适当早播。     

淮北平原夏玉米花期高温热害综合气候指标研究

夏玉米花期高温热害气候指标及其分级标准,是灾害监测预警和田间调查与评估等工作的基础。为研究确定夏玉米花期高温热害气候指标,本文选取决定高温热害致灾程度的4个关键致灾气象因子:极端最高气温、日最高气温≥35℃的日数和日最高气温高于35℃的积害量及其期间的平均最小相对湿度,采用主成分分析法,构建1个高温热害综合气候指数(D)。通过聚类分析法,结合典型高温热害年减产率的修正和2013年定点跟踪调查夏玉米田块的减产率、秃尖率和植株受害症状等资料的验证,确定了高温热害的综合气候指数(D)不同等级及其阈值。结果表明,夏玉米花期高温热害可分为轻、中、重、特重4个等级,对应阈值分别为0.11D≤0.21、0.21D≤0.45、0.45D≤0.72、D0.72。综合气候指数(D)和高温热害减产率显著正相关,相关系数为0.967 1。花期高温热害主要危害雌雄穗,受害程度与秃尖率、籽粒与茎秆比等密切相关,相关系数分别为0.819 8和?0.872 7。淮北平原夏玉米花期高温热害综合发生频率约1.7年一遇,其中以中度与重度等级高温热害发生频率相对较高,分别高于15%与20%。在全球气候变暖的背景下,在品种选育、布局和栽培管理上,应选择抗高温的优良品种,或在高温热害发生期间,采取人工辅助授粉或喷洒药剂等措施减轻影响与危害。     

海河平原夏玉米主要生育期发生高温干旱并发事件的气候 学分析

利用海河平原27个气象站1960−2019年逐日最高气温、降水数据,采用标准化降水指数识别干旱,百分位法确定高温阈值,利用Cramér-von Mises（CvM）突变检验、累积分布函数（CDFs）等方法分析夏玉米全生育期及各主要生育期（播种−拔节、拔节−开花、开花−成熟）不同阈值水平下的高温干旱并发事件长期演变特征及空间分布情况。结果表明：（1）夏玉米各主要生育期不同阈值水平的高温干旱并发事件发生范围均无长期变化趋势,在20世纪90年代存在显著突变,突变后发生范围明显大于突变前,特别是开花−成熟期并发事件发生范围最大且突变后增大最多;对于不同阈值水平,高温阈值下并发干旱事件的发生范围增大最明显。（2）夏玉米各生育期并发事件发生频率均为研究区西北部较高,并向东南部减少,发生频率较高的北部地区自突变后增加幅度也最大。海河平原近60a夏玉米主要生育期高温干旱并发事件在20世纪90年代存在显著突变,自突变后,并发事件发生范围及各站点发生频率均明显增多,开花−成熟期高阈值水平下并发事件增多尤为突出。     

黄淮海北部地区夏玉米稳产高产的播期优选

全球气候变暖背景下，农业气象灾害的加剧已经严重威胁农业稳产高产。科学地调整播期是农业生产趋利避害的主要措施。该研究分析了黄淮海北部地区主栽夏玉米品种郑单958和登海605不同播期（6月5日、6月10日、6月15日、6月20日和6月25日）下生育期气候资源、主要农业气象灾害及产量的变化特征。结果表明：1）随播期推迟，夏玉米生育期内总活动积温和总辐射呈减少趋势，花期降水逐渐增多；降水分布受播期和年型的影响变化显著。2）播期6月15日时主要农业气象灾害（花期高温热害和花期连阴雨）发生频率最低。3）夏玉米产量在播期6月10日和15日时较高，且与花后≥15 ℃活动积温呈显著的二次相关关系（P<0.05）。试验结果表明，6月15日是黄淮海北部地区夏玉米的适宜播期。研究结果为作物应对气候变化的播期调整提供了方法借鉴，也为黄淮海北部地区夏玉米稳产高产提供了播期依据。     

基于APSIM的华北平原不同种植模式下主要温室气体排放效应评估

使用APSIM作物模型,模拟1981−2014年华北平原夏玉米、冬小麦−夏玉米、冬小麦−夏玉米−早播玉米1（提前10d）、冬小麦−夏玉米−早播玉米2（提前20d）四种种植模式下土壤有机碳（SOC）变化、土壤氧化亚氮（N₂O）排放、土壤温室气体排放和产量的变化。结果表明：四种种植模式中,1981−2014年华北平原夏玉米种植模式下土壤N₂O排放量最小（514.81kg·hm⁻²）、土壤主要温室气体平均排放量最少（0.30MgCO_2-eq·hm⁻²）;冬小麦−夏玉米−早播玉米1（提前10d）种植模式下土壤有机碳平均变化量最少,为120.78kg·hm⁻²;冬小麦−夏玉米−早播玉米2（提前20d）种植模式的土壤主要温室气体平均排放量次之,为0.76MgCO_2-eq·hm⁻²;四种种植模式中,冬小麦−夏玉米种植模式的平均产量最高,为23405.47kg·hm⁻²;夏玉米种植模式下土壤主要温室气体排放效应最好（GHG=0.02 MgCO_2-eq·hm⁻²）,冬小麦−夏玉米−早播玉米2（提前20d）种植模式次之（GHG=0.04 MgCO_2-eq·hm⁻²）;在保证产量的前提下,考虑粮食安全、资源节约和环境友好各方面,冬小麦−夏玉米−早播玉米2（提前20d）两年三熟种植模式是华北平原较为理想的种植制度。     

基于作物水分亏缺指数的黄淮海平原夏玉米全生育期干旱分布特征

黄淮海地区是夏玉米主产区,又是受旱最严重的地区之一,明确该区域干旱发生规律,采取相应防灾减灾措施对粮食保产具有重要意义。利用黄淮海地区1981−2015年76个气象站点数据,以作物水分亏缺指数（CWDI）作为干旱指标,根据《北方夏玉米干旱等级》标准对各区域进行干旱等级划分,并计算干旱发生频率和影响范围,通过ArcGIS实现站点数据的空间插值,分析该区域夏玉米干旱时空演变规律。结果表明：（1）1981−2015年夏玉米各生育期内CWDI总体表现为先下降后上升的趋势,播种−出苗期和抽雄−乳熟期干旱发生频率最高,2011−2015年夏玉米干旱有加重趋势,其中河北南部、河南北部及山东夏玉米生育期内CWDI值最高;（2）黄淮海地区夏玉米生长季以轻旱为主,其次是中旱,重旱和特旱发生频率较低,研究区域干旱发生频率北部高于南部,西部高于东部,河南、河北、山东大部、安徽和江苏受干旱影响较大。（3）播种−出苗期特旱站次比最高,其余生育阶段均为轻旱站次比最高。     

基于作物水分亏缺指数分析北方旱作地区春玉米干旱时空变化

采用1961-2018年北方旱作区156个气象站日值气候数据和1991−2013年春玉米生育期资料,依据干燥度指数将北方旱作地区划分为4个亚区。基于作物水分亏缺指数（CWDI）,通过分析各亚区水分供需状况、CWDI年际变化、干旱站次比和频率,揭示了中国北方旱作区春玉米干旱时空变化特征。结果表明：（1）Ⅰ区（湿润地区）和Ⅱ区（半湿润地区）水分供需平衡,Ⅲ区（半干旱地区）和Ⅳ区（干旱地区）水分供需不平衡。Ⅰ区降水量均方差达到70mm,CWDI年际间变化幅度最大,20世纪70年代CWDI在播种−出苗期和出苗−拔节期均为剧烈波动期;Ⅱ区CWDI在20世纪80年代春玉米乳熟−成熟期波动幅度较大;Ⅲ区在抽雄−乳熟期CWDI以1.06个百分点10a⁻¹（P<0.05）速率增加,年际间干旱有扩大趋势;Ⅳ区年际间CWDI变化不大。（2）1961−2018年抽雄−乳熟期干旱站次比以2.58个百分点10a⁻¹（P<0.05）的速率显著递增,其中发生特旱的平均站次比为14.95%,其余4个生育阶段无显著变化。抽雄−乳熟期发生旱级最重且干旱范围有显著扩大趋势。（3）在空间分布上,干旱等级和频率均呈现明显的东西向分布。黑龙江东部和西南部、吉林辽宁西部（Ⅰ区和Ⅱ区）发生轻旱频率达到3a两遇以上;张承地区（Ⅲ区）在播种−出苗期中旱频率5a一遇以上;毛乌素沙地（Ⅳ区）在拔节−抽雄期特旱频率达到3a两遇,以特旱威胁拔节−抽雄期为主。     

早稻乳熟初期高温热害气象指标试验研究

以杂交稻品种淦鑫203为试验材料,于乳熟初期在人工气候箱中进行日最高气温34~39℃高温控制试验,以同期自然温度为对照,采用主成分分析和聚类分析法,对各组材料结实率、秕谷率、千粒重和单株产量4个与早稻乳熟初期高温热害密切相关的因子进行分析,以探讨早稻乳熟初期高温热害气象等级指标。结果表明,早稻乳熟初期高温热害气象指标可分为轻、中、重3个等级,日最高气温达35℃持续5d或36℃持续4d或37℃持续3~4d或≥38℃持续3d,为轻度高温热害;日最高气温达35℃持续6~8d或36~37℃持续5d或≥38℃持续4~5d,为中度高温热害;日最高气温达35℃持续8d以上或≥36℃持续6d及以上,为重度高温热害。本文建立的高温热害指标不仅考虑了高温强度和持续时间,且综合考虑了它们之间的相互配置,每个灾害等级均有各自的临界日最高气温和对应的持续时间,对高温热害的识别性更敏感。研究结果可为早稻高温热害监测预警、风险评估及区划等提供科学依据。     

东北春玉米郑单958籽粒灌浆过程的模拟

利用白城国家一级农试站2011-2013年春玉米田间试验观测数据,基于Richards方程建立和验证东北春玉米籽粒灌浆模型,并进行籽粒灌浆特性分析。结果表明：分别以相对开花后天数、相对活动积温和相对≥10℃有效积温为自变量,相对百粒重为因变量建立的籽粒灌浆过程普适模型(模型I、模型II和模型III)均通过了0.01水平的显著性检验（R2>0.98）。模型回代后模拟值与实测值的评价指标NSE（Nash-Sutcliffe指数）和RSR（均方根误差与标准差的比值）值均表现为“很好”的效果。模拟值与实测值散点均在1︰1线?10%范围内。模型I显示,东北春玉米籽粒灌浆活跃期为46d,整个灌浆过程平均速率为0.84g·d-1;籽粒灌浆速率在开花后32d达到最大,为1.23g·d-1,此时玉米百粒重为15.17g;灌浆中期对百粒重的贡献率最大,为65.60%,前期和后期贡献率分别为10.50%和23.90%。模型II和模型III显示,籽粒灌浆活跃期活动积温和≥10℃有效积温分别为1043.5℃·d和679.1℃·d;灌浆速率在开花后活动积温和≥10℃有效积温分别为782.8℃·d和473.3℃·d时达到最大值;中期灌浆贡献率为67.68%。3个模型均显示,中期灌浆贡献率较大,前期和后期相对较小,说明春玉米籽粒干物质积累主要在灌浆中期完成。     

气候变化对河南省夏玉米主栽品种发育期的影响模拟

为模拟气候变化对夏玉米发育期影响,本文将河南省划分为4个夏玉米主栽区,分区进行主栽品种遗传参数调试验证,确定各区域品种平均遗传参数。将未来气候变化情景(A2和B2)下,2020s、2050s和2080s各时段的温度和降水增量加上基准值,模拟未来气候变化对河南省夏玉米发育期的影响。模型调参验证结果表明：各区域品种遗传参数存在一定差异,豫西地区当前种植品种播种-开花所需积温高于其它地区,而豫北和豫东当前种植品种开花-成熟所需积温高于其它地区;各区开花期调参和验证误差RMSE为2～4d,相对误差NRMSE均小于10%;各区域成熟期调参误差RMSE均小于4d,验证误差RMSE为3～7d,除豫西区外,各区域调参及验证期间的成熟期相对误差NRMSE均小于10%。表明CERES-Maize模型对河南省各区域夏玉米发育期模拟精度均较高。未来气候变化影响模拟结果表明：A2和B2情景下,夏玉米营养生长期平均缩短4.7d和3.1d,全生育期平均缩短12.9d和8.6d。夏玉米生育期缩短日数与各时段增温幅度趋势一致,全省4个区域中豫西区生育期日数缩短最多。     

工厂化集中育秧模式下荆州市双季早稻低温冷害风险分析

利用荆州市6个国家气象站1981-2014年早稻生育期和日平均气温观测资料,统计传统露地育秧(TS)情况下早稻的生育期和积温,设定比传统方式提前10d播种于温室集中育秧(CS-10)和提前20d播种于温室集中育秧(CS-20)两种育秧模式,推算出相应的生育期,利用日平均气温观测资料和weibull分布模型,统计分析当地采用这两种育秧模式时早稻关键生育期冷积温(指早稻某生育期内冷害临界温度指标与日平均气温差值的累积值)变化及概率密度分布,比较分析3种育秧模式下早稻遭遇低温冷害的风险。结果表明,相较于TS模式,提前10d集中育秧时,移栽-分蘖始期、幼穗分化始期、抽穗开花始期、灌浆结实始期和收获始期分别提前14d、10d、8d、11d和7d;提前20d集中育秧时,各生育期则分别提前24d、15d、11d、17d、10d。其中,轻度冷害发生概率在发育前期(移栽-分蘖期、幼穗分化期)逐渐下降,发育后期(抽穗开花期、灌浆结实期)逐渐增加,而中度以上冷害的发生概率在发育前期增幅较大,其中提前10d集中育秧时,移栽-分蘖期和孕穗分化期的冷害概率分别为14.7%、49.7%;提前20d集中育秧时,冷害概率分别可达57.1%、71.7%,是传统育秧模式的数倍。因此,为降低冷害风险、保障早稻稳产,荆州市早稻集中育秧模式的适宜播种期应不早于3月25日,即比传统育秧模式提前7d左右。     

不同量的包膜控释尿素与普通尿素配施在夏玉米上的应用研究

通过田间试验,研究了释放期为60 d的包膜控释尿素（PCU60）不同用量与普通尿素（U）配合基施对夏玉米产量、氮肥利用率、氮素积累量及经济效益的影响; 并比较PCU60氮素在田间及25℃静水的溶出特征。结果表明: 在施氮量相等的条件下,不同用量PCU60与普通尿素配合基施与习惯施肥相比夏玉米产量显著提高,氮素总积累量、子粒氮素积累量明显增加,氮肥利用率提高5.86%11.39%,净收入增加1303.21715.2 Yuan/hm2; 其中以PCU60氮素占总施氮量30%的经济效益最高。PCU60在田间与在25℃静水中的氮素溶出特征吻合较好; 与普通氮素配合基施氮素释放符合夏玉米的吸氮规律。     

黄淮海地区不同播期夏玉米籽粒脱水过程和产量形成的比较

以“浚单29”夏玉米为试验材料,于2014年和2015年在山东泰安农业气象试验站进行3个播期的播种试验,3个播期分别为6月5日（M−10处理）、6月15日（M处理）和6月25日（M+10处理）,分析播期对夏玉米生育阶段、籽粒脱水过程和干物质积累以及产量的影响。结果表明：随着播期的推迟,夏玉米全生育期持续时间缩短,其中抽雄−成熟期的变化幅度最大,M−10处理较M和M+10处理缩短了7～10d。提前播期（M−10）下,夏玉米的籽粒含水率、籽粒干物重均高于晚播,生理成熟前早播的夏玉米比晚播处理脱水慢,而生理成熟后早播的夏玉米比晚播脱水快。不同播期使夏玉米处于不同的气象条件下,显著影响了产量及产量构成因素。与当地常年正常播期（6月15日）相比,播期提前（M−10处理）增加夏玉米百粒重和收获指数,减少秃尖比;与晚播（6月25日）相比,提前播期下夏玉米穗粒数显著提高4.5%（2014年）和7.8%（2015年）,百粒重显著提高12.3%（2014年）和16.8%（2015年）,秃尖比显著降低21.4%（2014年）和12.5%（2015年）,可见,播期越晚,产量越低。因此,夏玉米“浚单29”在黄淮海地区可以适当早播,而播种过迟容易导致生育期延后,易遭遇低温,严重影响产量。     

黄淮海地区夏玉米干旱风险评估与区划

黄淮海地区是我国最大的粮食产区和夏玉米的主产区,同时也是干旱灾害的频发区,因此加强黄淮海地区夏玉米干旱灾害风险评估与区划有着重要的现实和战略意义。利用黄淮海地区气象数据以及地形、土地利用类型等数据,基于自然灾害风险评估原理,运用信息扩散法、加权综合评价法和层次分析法,结合GIS技术对黄淮海地区夏玉米干旱灾害进行风险性评估与区划。结果表明:黄淮海地区夏玉米干旱危险性整体偏高,干旱频率均在64.36%以上,高危险性等级主要分布在河北省北部和安徽省北部;敏感性偏高,高敏感性等级占总面积的20.80%,集中分布于山东省沿海等地;易损性偏低,高、中易损性地区占总面积的22.4%,各省均有少量分布;干旱综合风险偏高,高、中综合风险地区占总面积的68.43%,整个黄淮海地区除安徽省东南部外其他地区风险性均较高。     

播期对川中丘区玉米干物质积累与产量的影响

以川中丘区主推玉米品种‘正红505’和‘成单30’为材料,15 d为间隔,从3月26日至5月25日设置5个播期,研究播期对川中丘区玉米干物质积累与产量的影响,以期为本区域玉米的适期播种提供理论依据。结果表明,随播期推迟,玉米的生育期尤其是播种到吐丝期缩短,吐丝后干物质积累量及其对产量的贡献减少,收获指数降低;早播有利于增加花后干物质积累,晚播的产量形成需要更多地调运花前积累的光合产物;‘正红505’的产量随播期推迟而降低,‘成单30’的产量随播期推迟先略升高后降低,早夏播(5月10日播种)与春播(4月10日)玉米产量差异不显著,但夏播(5月25日播种)与‘正红505’一样因生育期缩短、干物质积累减少、收获指数降低而较春播显著减产;早春播‘正红505’产量较‘成单30’高,夏播‘成单30’产量高于‘正红505’,表明‘成单30’耐夏播能力较‘正红505’强。播期对‘正红505’干物质积累和产量及其构成因素的影响程度较‘成单30’大,生产上更应注意适期播种。该地区春播适宜的播期相对较宽,生产上应解决耕作制度与机械化生产的矛盾;夏播应注重耐夏播品种的选择,并争取在5月中上旬完成播种。