利用累积湿润指数评估湖北棉花生育期内旱涝灾害特征

【目的】揭示湖北省棉花生育期内旱涝灾害特征,为棉田旱涝灾害防控工作提供依据。【方法】基于湖北省1961―2019年26个典型气象站点逐日气象资料计算了棉花生育期内旬累积湿润指数,以此分析棉花各生育期内旱涝变化特征,并揭示各生育期内旱涝强度与棉花气象产量的关联性。【结果】湖北省平均涝渍强度除棉花蕾期外,苗期、花铃期和吐絮期均呈下降趋势,平均干旱强度在除吐絮期外的其余生育期均呈下降趋势。平均涝渍强度在1965年苗期发生显著(p0.05)增强,在1965年和1985年吐絮期分别发生显著增强和减弱;平均干旱强度在1975年吐絮期发生1次显著的降低。湖北棉花旱涝灾害以涝为主,干旱次数较少且强度较低。棉花易在苗期和蕾期受涝,湖北省平均涝渍频率分别为58.42%和48.98%;易在花铃期和吐絮期受旱,湖北省平均干旱频率分别为10.59%和11.00%。涝渍频率整体呈西南部最高的特征,干旱频率整体呈现中北部高、西南部低的特征。棉花在花铃期最易因涝减产,且仅在该时期内气象产量与涝渍强度极显著(p0.01)相关;此外,涝害的减产作用大于干旱。荆门市、孝感市和黄石市蕾期为因涝减产的高风险地区/时段;黄冈市花铃期为因旱减产的高风险地区/时段。【结论】湖北省棉田旱涝防治工作以除涝为主,尤其需注意在蕾期和花铃期内及时灌溉和排水;各地区的旱涝防治工作因旱涝形式和发生时期而异。     

贵阳烟草生长期内旱涝急转特征分析

【目的】探究贵阳市烟草生长期内旱涝急转特征,为防旱抗涝提供依据。【方法】利用贵阳市1951—2017年烟草生长期内逐日降水资料,以及贵州省灌溉试验中心站修文灌溉试验基地土壤墒情数据,通过定义连续无有效降水时间与涝期累计有效降水量,全面分析了贵阳市烟草生长期旱涝急转特征。【结果】在烟草生长期内,完全有可能发生2次以上旱涝急转,但强度较低。在烟草伸根期,不发生旱涝急转;在烟草旺长期,以低强度的旱涝急转为主,旱涝急转强度和频率都有增加趋势;在烟草成熟期,旱涝急转强度波动较大,旱涝急转强度和频率都有增加趋势。【结论】采用土壤墒情数据验证,基于连续无有效降水时间和涝期累计有效降水量能准确描述烟草生育期内旱涝急转演变规律。     

太子河流域降水及旱涝时空演变特征分析

为研究太子河流域降水及旱涝演变特征,依据太子河流域19个雨量站1956-2006年逐日降雨资料,采用数理统计结合GIS空间分析技术,引入了降水距平百分率Pa、标准化降水指数SPI、长周期旱涝急转指数LDFAI等指标进行分析。结果表明,太子河流域降水量呈现非显著下降趋势,线性倾向率为-12.96 mm/(10 a),并且具有明显的空间差异性;太子河流域旱涝演变过程大致经历了4个阶段,20世纪90年代以来为干旱期,干旱发生的频率较高,多尺度SPI的综合应用能够较好地反映太子河流域旱涝演替过程;太子河流域旱涝急转现象频繁,典型年份旱涝急转强度具有明显的空间差异性。总体来说,涝转旱事件发生频率大于旱转涝事件发生频率,而旱涝急转事件主要发生在太子河流域下游区域,需重点关注旱转涝事件带来的影响。     

分枝期旱涝急转对大豆生长发育的影响

为揭示大豆旱涝急转条件下先期旱胁迫与后期涝胁迫的交互作用对其生长发育和产量造成的影响,开展了不同程度单一受涝和不同程度旱涝急转的对比试验.分析了不同处理下大豆株高、叶绿素含量的变化规律及产量减产规律,量化了旱涝相互作用间的效应,初步揭示了旱涝急转下的大豆减产规律.结果表明:旱涝急转对于大豆正常生长发育的胁迫作用和最终导致的减产要明显小于单涝组;前期轻度干旱对于后期涝胁迫对大豆正常生长造成的抑制有不同程度的缓解、补偿效应,且在一定受旱程度范围内基本呈现前期受旱时间越长,其后期补偿效应越大的规律;旱涝急转组相比单涝组产量有明显增加的原因,是因为前期适宜的轻度干旱对于大豆百粒重补偿了4.79％～20.00％、平均单株荚数补偿了4.28％～46.63％、单株实荚数补偿了9.72％～73.04％,同时结合株高和叶绿素含量的变化规律,说明短期轻旱增强了大豆对于外界水土环境的耐受性,缓解了后期涝渍对大豆生长发育造成的生理胁迫.研究成果可为探究旱涝急转致灾机理,制定合理的面向旱涝急转的减灾、防灾措施提供技术支撑.     

旱涝急转对水稻产量及其性状的影响

为了探究旱涝急转对水稻产量的影响,以"Ⅱ优898"为试材,采用正交试验研究了水稻分蘖期、拔节孕穗期和抽穗扬花期遭遇旱涝急转后的产量及性状规律和跨分蘖-拔节期旱涝急转与单一水分胁迫对作物产量影响的比较。结果表明:(1)单穴穗数主要受分蘖期旱涝急转影响,平均减少1.4穗;每穗粒数受到拔节期旱涝急转影响最大,平均降幅达34.2%;千粒重和成熟粒率主要受控于拔节孕穗和抽穗期的旱涝急转;3个生育期遭遇胁迫产量降幅均达到30%,减产顺序为拔节孕穗期分蘖期抽穗扬花期。(2)不同生育期遭遇旱涝急转时,产量及其性状主要受控因素和胁迫类型呈现更替变化规律。(3)旱涝急转条件下水稻产量及性状多高于某单一水分胁迫,验证了旱、涝补偿效应的存在。     

田间涝渍与棉花产量之间的关系

【目的】定量分析涝渍对棉花产量的影响。【方法】根据1999—2016年棉田5—8月涝渍监测资料,将田间涝渍分为4种情形:一次持续受渍过程、多次受渍过程、一次涝渍连续过程和多次涝渍过程。以地下水连续动态指标(SEW30)反映田间受渍程度,以降水引起的田间涝水深累积值(SFW)反映田间受涝程度,以田间积水期间地下水连续动态指标与地表水涝水深累积值之和(SFEW30)反映涝渍综合影响程度,研究了涝渍对棉花产量的影响。【结果】在棉花生育期内仅发生1次受渍过程,且地下水埋深小于30 cm的时间(Tg-30)为2～4 d,减产幅度在8%以内;多次受渍,且Tg-30介于10～20 d之间,减产幅度一般为10%～20%。在涝渍伴随发生条件下,花铃期受涝持续时间4～10 d,地下水埋设小于30 cm的持续时间为7～13 d,结果造成棉花减产25.8%～49.1%;无论苗期、现蕾期还是花铃期,半月内多次受涝、受渍,且受涝累计时间不少于5 d,棉花减产达35.0%～49.5%。此外,作物相对产量与SEW30、SFW、SFEW30极显著线性相关。【结论】多次受涝、受渍均造成棉花减产;相同持续时间的涝害和渍害,涝造成危害远大于渍害。     

武汉市水资源旱涝变化及其急转情况历史演变分析研究

本研究通过历史实测气象数据,结合水文统计方法、逐日干旱计算方法以及游程理论,对武汉市干旱洪涝事件进行提取,并重点分析武汉市历史气候演变以及旱涝急转变化情况.结果表明武汉市历史降水呈现整体上升、蒸发呈现下降趋势,枯水期存在蒸发大于降水的情况,湖泊水位在枯水期具有下降可能.且夏季的旱涝急转以及秋冬季节的涝旱急转均存在导致湖...     

清代沱江流域旱涝灾害与气候变化分析

为深入探析气候异常事件背景下的沱江流域旱涝灾害响应规律,重建了清代沱江流域旱涝灾害时间序列,并对其相关资料进行数理统计、突变检验、功率谱周期分析、ADF及Granger因果检验等分析,探究了清代沱江流域旱涝灾害发生规律及其气候驱动力因子。结果显示：清代沱江流域发生208次旱涝灾害事件,平均每1.29年就会发生一次旱涝灾害。洪灾多于旱灾,持续性洪灾旱灾事件共计21次,灾情总体较为严重,旱涝灾害交错频发,且年内还有旱涝并存现象。1800-1910年沱江流域旱涝集中呈链状分布。清代中期灾害数达到了最高峰,特大型灾害集中在清代中后期。1863年是沱江流域旱涝灾害的重要突变点,之后灾害明显增多。清代旱涝灾害与年均太阳黑子数呈显著相关,连续性灾害事件在太阳黑子极值年前后多发。旱涝灾害变化周期约2.5 a,与ENSO循环有较强同步性。在ENSO事件年时,沱江流域出现旱涝灾害的次数明显增大。滞后期为1 a时,太阳黑子活动、ENSO事件是沱江流域旱涝变化的主要气候诱因。研究成果既填补了沱江流域在气候变化下旱涝灾害机制的研究空白,又丰富对长江流域旱涝灾害时空分布格局与规律认知。为加强科学利用水资源和防灾减...     

涝渍胁迫对棉花形态与产量的影响

为揭示棉花对涝渍胁迫的响应规律,于2008—2011年在武汉大学校园灌溉排水试验场开展了测坑试验研究,分析了涝渍胁迫不同形式(涝渍单一和涝渍综合)及不同生育期(蕾期、花铃期和吐絮期)对棉花形态(叶面积指数、茎粗和株高)和产量(籽棉和干物质)的影响,建立了"涝渍胁迫-形态特征-产量水平"结构方程模型,比较分析了各因子间的作用效果。结果表明:在形态响应方面,单渍胁迫即使历时更长,对棉花形态生长的影响仍小于单涝胁迫,而涝渍综合胁迫的抑制作用最大;蕾期和花铃期内遭遇涝渍综合胁迫均会显著(p0.05)抑制棉花形态生长,而吐絮期内抑制作用很小;叶面积生长受涝渍胁迫的抑制作用最大,其余依次是茎粗和株高。在产量响应方面,单涝胁迫的减产作用大于单渍胁迫,与涝渍综合胁迫基本相同;花铃期内棉花遭受涝渍综合胁迫会导致显著减产,蕾期次之,而吐絮期内减产作用较小;籽棉产量受涝渍胁迫的减产作用比干物质产量大。涝渍胁迫对棉花产量的作用效果大于形态;在所选的涝渍胁迫单一和综合指标中,以涝渍时间单一指标(受涝期间累积地表受淹深度和累积超标地下水位SWFDH、受渍期间地下累积超标地下水位SEW30)最适合描述涝渍胁迫对棉花形态及产量的影响。     

湖北省降雨和洪涝特征时空变化规律分析

为揭示降水变化波动与区域旱涝灾害特性间的关系,采用降水集中指数(PCI)、降水异常指数(RAI)、标准化降水指数(SPI)、降水集中度(PCD)、降水集中期(PCP)和夏季长周期旱涝急转指数(LDFAI)等表征降水特性和旱涝急转特征的多个指标对湖北省区域内旱涝急转特性和降水时空变化特征进行了研究,并对其旱涝发生规律和年代际变化进行了系统探讨.研究结果表明:区域降水具有季节性,主要表现为PCI值一般介于11~19,个别年份大于20,RAI值高低值分别发生在7月份和12月份左右;受气候变化等因素影响,省内和不同分区内近年SPI呈现波动和上升趋势,旱涝灾害发生具有持续性;全省及各区PCI,PCD值偏大,PCP值越大即雨季出现越早,则越容易发生洪涝灾害,指示洪涝灾害风险不断增加,尤其鄂西南最为突出;全省年代际变化特征明显,全省按旱涝急转频率及强度各年代际结果依次为1960s,2010s,1970s,2000s,1990s,1980s, 同时与夏季降水百分率结果表现一致.文中所得的研究成果对了解区域旱涝灾害变化特性和防治自然灾害具有重要的理论借鉴和实践参考意义.     

1971─2012年长江中下游地区水稻洪涝时空分布特征

【目的】为长江中下游地区地区性防涝排涝部署提供依据。【方法】基于1971─2012年长江中下游地区426个气象站点逐日降水资料,通过分析洪涝发生频率、洪涝强度和洪涝发生站次比,研究了长江中下游地区年度洪涝灾害时空分布特征和覆盖水稻关键生育期洪涝灾害时空演变特征。【结果】研究区中度、重度洪涝发生频率所占比最大,中度洪涝发生频率主要集中在湖北、湖南、江西、浙江;重度洪涝发生频率集中在湖南、江西、浙江;特涝发生频率集中在安徽北部与江苏。同时,1971─2012年间研究区域洪涝发生影响范围总体年际尺度变化不明显,洪涝强度20世纪90年代最强,但整体有降低趋势。从研究区水稻物候期来看,影响范围最广强度最大集中发生在7─8月,早稻与一季稻分别处于灌浆成熟期与拔节孕穗期。【结论】在研究区域加强农业气象监测密度,重点可在研究区内(安徽北部、江苏、湖南、江西、浙江)早稻进入灌浆期与一季稻拔节孕穗期前期进行水利设施建设,依靠研究区地势特点与农田生态自身环境稳定性,预防和排除水稻洪涝灾害。     

亏缺灌溉对南疆棉花生长和水分利用的影响

针对南疆地区水资源短缺、作物水分利用效率低等问题,以棉花为试验材料进行田间小区试验,在棉花现蕾期、开花期以及结铃期分别设置3个亏缺灌溉水平(W₁:50%ET_c,W₂:65%ET_c,W₃:80%ET_c,ET_c为作物蒸发蒸腾量),以全生育期100%ET_c灌溉处理为对照(CK),研究膜下滴灌条件下,不同生育期亏缺灌溉对棉花生长、产量、氮素吸收和水分利用效率的影响.结果表明:现蕾期亏水对棉花株高、叶面积指数、地上干物质生长、氮素吸收和产量有不同程度的抑制效应,但复水后补偿效应显著,其中轻度亏水(W₃)在籽棉产量减少3.48%的条件下,WUE高达1.57 kg/m³,显著高于CK的1.48 kg/m³;开花期亏水,棉花的各项生长指标均有显著降低,复水后补偿效应不显著,不利于棉花生长发育;结铃期亏水对棉花地上干物质累积、氮素吸收和产量均有显著的抑制效应,但在W₂和W₃水平下,WUE均达1.51 kg/m³.综合考虑在保证棉花产量的同时达到节水增产的目的,可在棉花蕾期进行80%ET_c灌水,其他生育阶段实施充分灌溉,来控制营养生长,促进生殖生长,获得更高的水分利用效率.     

水分管理对镉轻度污染农田水稻镉积累的影响

【目的】研究镉轻度污染农田水稻适宜的水分管理模式。【方法】采用盆栽试验,分别设置水稻全生育期湿润灌溉(CK)、全生育期淹水(T1)、拔节期(T2)、孕穗期(T3)、抽穗扬花期(T4)、灌浆乳熟期(T5)、蜡熟期(T6)开始淹水7个处理,对水稻不同器官镉积累差异以及土壤氧化还原电位、根际土壤溶液水溶性镉质量分数变化进行研究。【结果】土壤氧化还原电位与水溶性Cd呈极显著正相关(p<0.01),淹水后土壤的氧化还原电位(Eh)显著降低,土壤还原性增强,淹水时间越长氧化还原电位越低,其中T1处理最低可降至-159.78mV,淹水后根际土壤溶液中水溶性Cd也迅速下降,T3处理下降最多,为75.0%。不同水分管理模式下水稻糙米含镉量均未超过食品安全国家标准规定的限量值(GB2762—2017)。与CK相比,T1处理降低稻米含镉量达76.9%,而水稻产量明显下降,减产19.2%;T6处理明显抑制镉从水稻根系向地上部分转移,增加根系镉质量占比15.2%;T6处理降低水稻茎秆的镉积累,降低茎秆镉质量占比13.0%;淹水通过抑制镉从水稻叶片向谷物的转移来降低稻米镉积累,与CK相比,T5处理叶片镉质量占比增加5.0%,T3处理谷物镉质量占比降低4.3%。【结论】综合考虑水稻产量、稻米含镉量和田间农事操作习惯,镉轻度污染稻田推荐的水分调控方式为抽穗扬花期淹水至收获前1周。     

吉兰泰及周边地区蒸散发的时空变化规律

【目的】探索吉兰泰及周边地区蒸散发的时空变化规律。【方法】以吉兰泰为对象,利用MODIS数据通过SEBAL模型估算了研究区2017年植被生长季5—10月的日蒸散发,并分析了蒸散发与环境因子的相关性。【结果】①生长季日平均蒸散量整体趋势呈单峰型分布趋势,日均蒸散量最大值在7月(3.98 mm),最小值在10月(1.11 mm);②在空间分布上,研究区东南部蒸散发最高,东北部蒸散发最低;不同土地利用类型中蒸散发值由大到小分别为林地、耕地、草地、戈壁、沙漠;各土地利用类型蒸散发量的时间动态表现一致,呈生长期>生长初期>生长后期;③归一化植被指数、高程与蒸散发正相关,风速以及地表温度与蒸散发负相关。【结论】SEBAL模型估算的蒸散发与P-M作物系数法的蒸散发进行对比,相对误差在允许范围之内,表明SEBAL模型对本研究区蒸散发的估算是可靠的。研究区靠近山地的蒸散发大于荒漠区的蒸散发。在植被生长季中生长初期的蒸散发受温度和风速影响最大,生长期和生长后期的蒸散发受地表温度和高程影响最大。     

不同生育期旱涝交替胁迫对水稻产量及构成的影响

以农田水位作为水稻旱涝交替胁迫调控指标,在蒸渗测坑进行了水稻分蘖期、拔节孕穗期、抽穗开花期、乳熟期旱涝交替胁迫试验,研究了不同生育阶段旱涝交替胁迫条件下水稻生长、产量及构成要素的变化.结果表明4个主要生育期旱涝交替胁迫均会对水稻产量造成影响,抽穗开花期影响最大(减产14.67%和20.16%).分蘖期、拔节孕穗期旱涝交替胁迫会降低有效穗数(降低了5.76%~8.94%);拔节孕穗期、抽穗开花期旱涝交替胁迫会对每穗粒数产生抑制(降低了6.07%~9.57%).抽穗开花期、乳熟期胁迫会影响结实率,其中抽穗开花期影响最大(减少了5.89%和7.24%).乳熟期胁迫会使千粒质量降低(降低了3.81%和5.70%).多个生育期连续旱涝交替胁迫会产生叠加效应,严重影响水稻产量,在日常种植中应尽量避免.     

基于粒子群优化小波神经网络模型的春玉米生育阶段干旱预测

【目的】为更好地开展区域性作物生长季气候干旱预测,指导春玉米高效节水补灌生产。【方法】采用皮尔逊相关系数方法选取了与干旱指数最相关的因子,利用阜新市阜蒙县1965—2019年逐日气象数据,探索建立了粒子群算法优化的小波神经网络模型(PSO-WNN),将春玉米不同生育阶段的水分亏缺指数结果进行对比验证模型精度,并利用模型模拟预测未来5 a干旱发生情况。【结果】通过模型验证,春玉米5个生育阶段(播种—出苗阶段、出苗—拔节阶段、拔节—抽雄阶段、抽雄—乳熟阶段、乳熟—成熟阶段)的均方根误差(RMSE)分别为0.0419、0.0174、0.0481、0.0297、0.0421,决定系数R2分别为0.8402、0.9853、0.8990、0.9575、0.9177,且预测结果与实际干旱等级相符。【结论】文中构建的模型适用于阜新地区春玉米干旱预测,未来5 a该地区春玉米在播种—出苗阶段可能无旱或轻旱,出苗-拔节阶段可能发生中旱甚至特旱,生育后期干旱程度逐渐减弱,拔节—抽雄和抽雄—乳熟两个阶段出现轻旱概率较高,乳熟—成熟阶段出现干旱的概率较低,程度较小,表明未来几年该地区春玉米生产应该更多关注出苗—拔节阶段的旱情。     

几种作物不同生育阶段对持续受渍的敏感性研究

以减产幅度作为作物各生育阶段对持续受渍的敏感性评价指标 ,进行了棉花、大豆、油菜 3种作物不同生育阶段持续受渍试验。初步研究表明 ,持续受渍对作物产量影响最大的时段棉花在蕾玲期 (减产 2 9.98%～ 31 .2 9% ) ,大豆在初花期和花荚期 (减产 31 .1 9%～ 34 .4 9% ) ,油菜在花期 (减产 39.5 9% )。需要指出的是 ,棉花的吐絮初期、大豆的结荚期、油菜的苔期和花果期等排水管理也不容忽视 ,这些阶段较长时间持续受渍也会引起较为严重的减产 ,减产幅度达 1 8.38%～ 2 8.6 2 %。     

基于作物水分亏缺指数的云南省夏玉米不同生育期干旱时空特征分析

【目的】研究云南省夏玉米不同生育期干旱变化规律,为该区夏玉米合理布局和防御生育期内阶段性干旱提供科学依据。【方法】利用云南省1960—2014年32个典型气象站点逐日气象资料,计算夏玉米生育期逐旬作物水分亏缺指数(crop water deficit index,CWDI),采用线性趋势和M-K检验分析了云南省不同地区夏玉米干旱的时空变化特征,并探究了CWDI与夏玉米产量的关系。【结果】①云南省夏玉米初始生长期、快速生长期、生长中期、生长后期和全生育期平均干旱站次比分别为50.30%、12.36%、5.88%、6.00%和10.35%。②1960—2014年夏玉米初始生长期干旱站次比和CWDI均呈减小趋势,快速生长期、生长中期、生长后期和全生育期则均呈上升趋势,且快速生长期和生长中期干旱面积和强度上升幅度相对较大,上升趋势主要集中在滇西南。③云南省夏玉米各生育阶段不同等级干旱发生频率整体上表现出中部高四周低的分布特征,其中滇中干旱频率最高,滇西南最低;云南省夏玉米各生长阶段干旱强度上升幅度较大区域主要集中在滇西南和滇东北,上升幅度较小区域主要集中在滇中中西部和滇西北。④云南省夏玉米生长中期水分供需状况对夏玉米产量影响较大。【结论】一定幅度的干旱强度上升,有利于云南省西部夏玉米增产,尤其是滇西南地区;但会导致中东部夏玉米减产,尤其是滇东北。     

水分胁迫对寒地水稻光合速率、气孔限制值及WUE的影响

【目的】研究不同生育阶段水分胁迫对水稻叶片光合速率的影响以及水分胁迫条件下水稻叶片光合速率变化对气孔限制值的响应规律,明确不同生育阶段水分胁迫对水稻光合特性和水分利用的综合影响,探寻水稻不同生育阶段适宜的水分管理模式。【方法】采用盆栽实验,以常规淹水灌溉模式土壤水分条件作为对照,在水稻分蘖、拔节、抽穗和乳熟期分别设置轻旱、中旱、重旱3种水平的水分胁迫,共12种处理,每个生育阶段设置正常供水作为对照,并对水稻叶片光合参数进行了测定。【结果】正常供水的水稻由于光合"午睡"现象的影响,光合速率日变化曲线为"M"型。处于低谷时间段的轻度、中度水分胁迫会减轻"午睡",使该时间段的光合速率高于CK,其余时间段随着水分胁迫程度增加,水稻叶片的光合速率逐渐降低;重度水分胁迫使光合速率在各个生育阶段处于较低水平。分蘖期、抽穗期、乳熟期进行轻度水分胁迫显著增加了气孔限制值和水分利用效率;而重度水分胁迫使抽穗、乳熟期的气孔限制值显著降低,对水分利用效率影响不显著。【结论】水稻单生育阶段轻度的水分胁迫可以有效减轻"午睡"现象,从而使"午睡"时的叶片光合速率高于正常供水,并保证了水分的高效利用。