基于有效雨量亏缺的吉林省玉米各级干旱发生频率地域变化

吉林省玉米生长季少雨干旱严重影响高产稳产。为了减轻干旱灾害影响,需弄清玉米生长季干旱发生的气象指标及其发生频率,明确各地干旱的气候风险。本文研究基于玉米生长阶段有效雨量盈亏指标和1961—2019年吉林省47个气象站的逐日降水量等数据,分析各地玉米不同生长阶段发生轻、中、重、特旱的频率,以及发生连续干旱的频率。结果表明：吉林省玉米生长季干旱划分为前期（4月21日—6月10日）、中期（6月11日—7月31日）和后期（8月1日—9月20日）干旱,玉米生长前期有效雨量较需水量亏缺28%、40%、55%左右和62%以上,中、后期亏缺32%、46%、60%左右和67%以上依次发生轻、中、重和特旱,严重和特重干旱玉米单产损失10%和15%以上。吉林省玉米干旱发生较频繁,且地理差异较大,西部干旱频繁且严重,东南部干旱较少且偏轻。各地玉米生长前期干旱频率最大,其次是后期,中期干旱频率较小。西部前、中、后期干旱频率在80%、50%和65%左右,重、特旱多发,发生2个阶段以上连续干旱的频率为25%左右;中部和东北部前、中、后期干旱频率在50%、25%和35%左右,以中旱为主,连旱频率在10%左右;东南部前、中、后期干旱频率均值在25%、10%和15%左右,以轻旱为主,连旱频率小于5%。干旱发生与否取决于农田水分亏缺,主要取决于生长阶段有效雨量和需水量。     

云南小麦需水量及其降水亏缺率研究

为研究云南小麦生长期自然降水亏缺率时空分布，提供干旱灾害防御和节水灌溉技术支持，利用1972—2016年45年云南115个站气象数据，采用Penman-Monteith公式分析小麦需水量和降水亏缺率时空分布。结果表明：小麦全生育期降雨量年际变异大，需水量呈上升趋势，平均降水量为136.4 mm，平均需水量为290.9 mm。45年中有87%的年份在小麦全生育期自然降水不足，其中特重度缺水比例占21%年份。在拔节、孕穗需水关键期和抽穗开花需水临界期，降水亏缺率大，小麦处于特重度缺水状况。降水亏缺率空间分布显示，全省115个小麦种植县，有87.1%的降水亏缺率大于50%，降水亏缺率达到70%以上的占到35.3%。     

渭北旱原东部小麦干旱特征及其调控

为了弄清渭北旱原小麦生育期土壤干旱特征,采取相应的抗旱保水措施,根据渭北旱原东部合阳土壤水分实测资料,计算各项干旱特征值。结果表明：当地土壤水分干旱线为14.1%,小麦从3 月上旬到8 月上旬均处于干旱线以下。在干旱年份,土壤剖面大部分土层都为极大干旱等级,最小干旱程度为22.8%,导致小麦青干减产。小麦全生育期亏缺量203.0 mm,水分满足率只有61.9%;耗水量约300~340 mm,其中50%~65%来源于生育期间的降水。从试验可以看出,各年型的农田水分平衡值均为负值,说明本区小麦生育期的水分条件较差,据此提出深耕蓄水、夏闲期秸秆覆盖、机械化保护性耕作、合理施肥等水分调控措施。     

灌水量对制种玉米干物质积累及产量形状的影响

为了掌握制种玉米适宜灌水量,用不同灌水量处理,研究其生长状况及生理变化。结果表明：不同灌水量对玉米净同化率、干物质有明显影响,灌水多,净同化率大,干物质积累多;对叶面积、株高、产量的影响以灌水量为5250 m3/hm2的条件下叶面积大、株高生长快、高度最高,水分对产量的贡献率大,可获得较高产量。在干旱缺水地区玉米全生育期灌水量在5250 m3/hm2可作为当地适宜节水灌溉量。     

不同水分处理对春玉米水分动态和株高的影响

旨在研究区域农田春玉米干旱灾害形成的过程特征和阶段阈值。在典型干旱区武威,设置不同的控水处理,用对比分析方法研究同一品种在不同处理下的耗水规律。结果表明,玉米前期耗水强度小,中期逐渐变大,后期又减少。播种、出苗期土壤水分总贮水量最大;拔节期土壤水分总贮水量显著减少;抽雄期耗水以植株蒸腾为主,随着降水量的增加,土壤水分总贮水量均有不同程度的增加;乳熟期高温天气较多,土壤蒸发和植株蒸腾加剧,土壤水分总贮水量为全生育期最小;长期干旱胁迫使土壤极度干旱,上下层土壤重量含水率几乎趋于一致。干旱胁迫对株高的影响没有对水分的影响剧烈,干旱胁迫对拔节期玉米植株的生长影响最大,抽雄吐丝期次之,苗期影响最小。     

轮耕对小麦–玉米两熟农田耕层构造及作物产量与品质的影响

为了解不同轮耕模式对小麦-玉米两熟制耕层构造、作物产量和品质的影响,从2009年小麦季开始至2012年玉米生长季结束连续3个种植周期设置小麦季免耕、深松或翻耕+玉米季免耕或深松的6种耕作模式组合,研究其对农田土壤孔隙度和水分含量、作物产量、以及籽粒蛋白质含量、油分含量和容重的影响。结果表明,与免耕相比,玉米季深松大幅度提高0~40 cm土壤的周年总孔隙度,小麦季深松或翻耕改善了土壤孔隙状况。小麦季耕作和玉米季耕作的交互效应是各层次土壤毛管孔隙度的决定因素,而玉米季耕作的独立效应是土壤各层次非毛管孔隙度的决定因素。小麦季深松和翻耕促进小麦生育后期对土壤水分的吸收,深松较翻耕和免耕处理的小麦产量显著升高。玉米季深松比免耕提高了玉米在灌浆阶段对水分的吸收,有利于提高玉米产量,同时对后茬小麦有积极作用。从全年产量与品质看,6种耕作模式组合中,全年两季深松效果最佳,其次是小麦季深松+玉米季免耕,这两种轮耕模式均适合在华北平原推广应用。     

吉林省春玉米生产潜力及其敏感性分析

基于“作物生长动态统计”模型计算吉林省春玉米光合生产潜力、光温生产潜力和气候生产潜力,运用敏感系数法计算并分析了生产潜力对全生育期平均气温和降水的敏感性。结果表明：春玉米光合生产潜力和光温生产潜力在吉林省由西向东呈递减趋势,中部的气候生产潜力最大,为17 266kg/hm ²,西部和东部分别为10 787、16 983kg/hm ²;西部、中部和东部生产潜力气温影响率分别为20.1%、19.5%和30.9%;生产潜力降水影响率分别为50.9%、17.6%和3.2%;西部和中部的气温敏感系数均值分别为1.77和1.99,西部最大为3.63;西部的降水敏感系数均值最大,为1.6,东部则形成了低值区。     

干旱胁迫对土壤水分动态及玉米水分利用效率影响研究

为研究干旱胁迫效应下土壤的水分动态及玉米水分利用效率,设置干旱胁迫处理和正常灌水处理2种模式,比较不同处理下土壤的水分特征、耗水规律和水分利用效率。结果表明：作物进入拔节期以后,干旱胁迫效应明显,土壤水分开始显著低于正常灌水处理;灌溉后的作物耗水量显著高于干旱胁迫处理,灌溉是影响研究区域玉米生长水分条件的主要因素,玉米进入生殖生长阶段后灌水较不灌水处理的日耗水量增长幅度达到了1.4~7.0倍;干旱胁迫对玉米产量造成严重影响,产量下降54.6%,但是水分利用效率较正常灌水处理高27.3%。     

内蒙古黄土高原秸秆还田对玉米农田土壤水热状况及产量的影响

内蒙古清水河县地处黄土高原的边缘地带,沟壑纵横,是典型的北方干旱缺水地区。为明确秸秆翻耕还田对该区域玉米农田土壤蓄水保墒效果及产量形成特性的影响,通过连续2年的田间小区试验,探究0kg/hm ²（CK）、3 000kg/hm ²（SF1）、6 000kg/hm ²（SF2）和12 000kg/hm ²（SF3）4种秸秆还田量下玉米农田全生育期地温、土壤水分、植株生长发育、水分利用效率和产量的变化规律。结果表明：秸秆还田促进了玉米叶面积指数提高和地上部生物量的积累,2018年,SF2处理叶面积指数和地上部干物质积累量较CK分别提高13.17%和10.70%;玉米全生育期0~30cm土层土壤温度、0~80cm土层土壤含水率、生育期贮水量和农田耗水量、水分利用效率和产量均表现为SF2>SF3>SF1>CK;2018年,SF1、SF2和SF3产量分别较CK提高了8.5%、11.4%和9.3%。秸秆翻耕还田措施能够显著改善玉米农田土壤水热状况、促进植株生长、提升子粒产量和水分利用效率,其中6 000kg/hm ²还田处理效果最好,可作为节水保墒栽培模式在内蒙古黄土高原推广应用。     

内蒙古西部地区自然灾害对玉米产量影响及气象因子分析

为明确内蒙古自治区玉米产量受灾害性天气影响情况,根据内蒙古自治区2005—2017年自然灾害情况、玉米播种面积、单产和总产情况,分析气象灾害影响和减产情况。结果表明：旱灾造成的内蒙古受灾面积占到70%以上,灾害发生频率最多、产生影响最大,且旱灾导致2009年玉米单产水平为近年最低。分析内蒙古自治区西部地区4个地市的23个气象站点气候条件,玉米生长季5—9月期间,气温、降水和风速等信息各站点差别不大,降水主要集中在7月和8月,呼和浩特市风速较低。比较各地市减产概率,巴彦淖尔市降水偏少,灾年平均减产率较高,受气候波动的影响较大,但是灌溉比例高,玉米单产变异系数最低,产量稳定性较好。呼和浩特市灾年平均减产率最高,玉米单产变异系数也最高,产量波动较大,稳定性较差。从玉米种质资源收集利用入手,提高育成玉米品种抗逆性能,是降低自然灾害和气象风险的有效手段。     

2001—2012年河南省夏玉米产量变化及生长季气象因子分析

为明确近年来河南省夏玉米产量变化及其与生长季（6—9月）灾害性天气发生规律的关系,统计了2001—2012年河南省农作物受灾面积,夏玉米总产、单产和种植面积,同时利用河南省不同纬度18个台站2001—2013年地面气候资料日值数据,分析了夏玉米生长季6—9月不同气象因子变化规律。结果表明,河南省近年来主要的灾害性天气为干旱、渍涝和风灾;玉米总产的增加主要在于近年来玉米种植面积的增加,单产水平一直处于5550 kg/hm²;玉米生长期,特别是灌浆期（8月）遭受阴雨寡照（低温）、高温干旱是造成玉米单产降低的主要原因之一;倒伏导致减产主要是在玉米灌浆中后期（8—9月）遇到大风灾害性天气。加强在玉米抵御自然灾害性天气能力方面的研究,是提高玉米单产和全面提升玉米生产能力的重要举措。     

湖南水稻干旱评估方法研究

为了探讨双季早稻、双季晚稻、一季稻干旱影响定量评估方法,统计各熟制水稻各生育期综合气象干旱指数、水分亏缺指数与水稻受旱率、成灾率、单位面积粮食减产量的相关,分析各熟制水稻干旱影响敏感期;基于相关系数,定量计算综合气象干旱指数、水分亏缺指数组合成综合评估指标所占的权重,组建各熟制水稻旱情综合评估指标;基于各熟制水稻旱情综合评估指标,结合抗旱能力,通过多元回归建立各熟制水稻受旱率、成灾率、单位粮食减产量评估模型。结果表明：（1）湖南季节性干旱特征明显,对于双季晚稻,各生育期干旱出现频率基本接近,干旱影响期为返青分蘖期和幼穗形成期;双季早稻、一季稻各生育期干旱出现频率差异较大,以水稻生长后期干旱出现频率高,而水稻干旱影响敏感期也在水稻生长后期。（2）双季早稻干旱灾害评估模型历史同级拟合率平均为77.6%,级差一级以下的拟合率为91.1%;双季晚稻同级拟合率为70.9%,级差一级以下的拟合率为83.0%;一季稻同级拟合率为61.8%,级差一级以下的拟合率为84.5%。基于降水、需水、可供水等因子建立水稻干旱灾害评估模型,物理意义清楚,准确率较高,可为水稻干旱影响定量评估提供技术支持。     

天水市近50年干旱灾害变化特征及对夏、秋粮影响风险评估

干旱是影响天水市地区粮食生产的主要气象灾害。运用1961-2010年天水市7县（区）气象站降水资料及2001-2010年冬小麦、玉米播种面积及产量资料,建立了干旱影响粮食产量的风险评估指数,并对不同冬小麦、玉米在不同季节受不同等级干旱的影响风险进行了分析。结果表明,轻旱出现的频率为7.09次/年,中旱频率为2.52次/年,重旱出现频率为0.50次/年,特旱出现频率0.25次/年。各等级干旱春季出现频率较高,其次为初夏和伏期,初秋出现频率较低。轻、重、特旱渭北地区出现频率较高,中旱藉、渭河谷出现频率较高。冬小麦轻旱、中旱风险指数较高,重旱、特旱风险指数较低;玉米轻旱风险指数较高,其次为中旱,重、特旱对玉米产量影响风险较小。冬小麦在春季受干旱威胁的风险较大,玉米在初秋受干旱威胁的风险较大。渭北地区冬小麦全生育期受干旱威胁风险较大,藉、渭河谷地区及秦安、清水玉米全生育期受干旱威胁风险较大。冬小麦干旱风险指数大于玉米,秋粮生产气候优势大于夏粮。     

近60年河北省冬小麦干旱风险时空规律

干旱是造成作物减产的主要自然灾害,开展作物干旱成因机制和时空特征研究,对于稳定区域粮食生产有重要意义。本研究基于河北省内18个国家标准气象站点1958—2016年的长时间序列观测资料,采用水分亏缺指数(CWDI)作为干旱评价指标,分析了近60年来河北省冬小麦的干旱风险时空格局;通过CWDI对不同气象因子的敏感性分析,进一步探究了冬小麦干旱的成因机制。研究表明,冬小麦生育期需水量和干旱风险呈先增后减再增加的特征,在拔节–抽穗阶段的干旱风险最高,其次是抽穗-成熟阶段。冬小麦全生育期间干旱等级以重旱和特旱为主,特别在其产量形成的关键生长中后期,河北省东南部黑龙港地区面临较高的旱灾风险。冬小麦干旱受降水、气温、湿度等多种因素的影响,其中影响最大的是降水;气温是影响冬小麦生育后期干旱程度的关键因子,伴随近几十年气候变化冬小麦生长期内温度明显升高,将增加冬小麦生长期的耗水量和灌溉需求。本研究揭示了气候变化影响下河北省冬小麦干旱风险的时空演变规律,识别出了干旱灾害的高风险区和关键生育期阶段,可为优化冬小麦灌溉管理和农田防灾减灾提供参考依据。     

长江中游不同玉稻种植模式产量及资源利用效率的比较研究

发展长江中游玉米生产是解决本区域玉米产需矛盾的根本途径。近年来随着长江中游玉米的快速发展,该地区出现了春玉米–晚稻、双季玉米和早稻–秋玉米等新型的一年两熟制种植模式,为探明其适应性和实用性,2013—2014年在湖北省武穴市设置了传统种植的双季稻(对照)、春玉米–晚稻、双季玉米和早稻–秋玉米共4种两熟制种植模式,分析比较其周年产量及光、温、水资源利用效率和经济效益。结果表明,春玉米–晚稻和双季玉米周年产量显著高于早稻–秋玉米和双季稻。与双季稻相比,春玉米–晚稻周年产量、光能生产效率、光能利用率、积温生产效率、水分利用率及经济效益分别提高18.3%、14.1%、23.4%、16.4%、37.2%和44.3%,双季玉米分别提高了13.5%、8.1%、26.1%、11.4%、88.8%和37.8%。春玉米其产量、积温生产效率、水分利用率及经济效益两年平均比早稻分别高出30.6%、29.5%、57.2%和96.1%,而秋玉米和晚稻之间产量无显著差异。不同玉稻模式周年产量差异主要源于第一季春玉米和早稻产量的差异。可见,春玉米–晚稻和双季玉米是适宜在长江中游推广的两熟制种植模式。     

辽西雨养玉米农田土壤水分变化特征及其模拟

土壤含水量是作物生长发育的关键影响因子之一,确定土壤含水量变化及预测土壤含水量变化趋势,对于雨养农业更加有效地保墒、提高作物水分利用效率和增强抗旱防灾能力有着重要的现实意义。利用2008-2011年锦州玉米生长季逢三逢八土壤湿度观测数据,日气温降水数据和2008年玉米生长发育期数据资料,结合CERES-MAIZE土壤水分模块,分析了雨养玉米农田土壤水分时空变化特征和模拟了土壤水分时空变化特征。结果表明：生长季降水并不能反映土壤水分条件的好坏,生长季中雨以下的降水量和降水频次与土壤水分条件的好坏较好的一致性;土壤水分随土层深度而增加,0-40cm土壤含水量平均值和最低值分别是田间持水量的69%-82%和49%-64%;玉米根系生物量与生长时间呈二次曲线关系,所建根系生物量模型解释率达89.7%;耦合根系生物量模型和叶面积指数模型的CERES-MAIZE中的土壤水分模块能够较好的模拟雨养玉米生态系统土壤水分的时空变化特征。     

山西中北部春玉米生长季土壤水分动态及对产量的影响

为了掌握土壤水分与玉米生长发育内在关系,提高土壤水分利用率,统筹调配水资源和防灾减灾提供理论依据,利用1994—2010年山西省忻州市忻府区农业气象观测站春玉米生长季0~50 cm土壤水分和玉米产量观测资料,分析了玉米生长季土壤水分变化规律及对玉米产量的影响。结果表明：春玉米生长季土壤水分年际变化振荡明显,呈多波动变化,与年降水量相关显著;一年中土壤水分变化分为水分消耗期、水分补给期和水分平稳期3个阶段;土壤水分的垂直变化明显,在20~30 cm层含水量最大,0~20 cm为多变层,20~50 cm为缓变层,雨季土壤水分变化较干季复杂;玉米拔节—乳熟期土壤贮水量与气候产量呈正相关,抽雄期是需水临界期,此时0~50 cm土壤贮水量每增加10 mm,产量增加200~250 kg/hm²。     

淮河流域夏玉米生育阶段需水量及农业干旱时空特征

基于淮河流域110个气象站点1961—2015年日尺度气象资料,利用Penman-Monteith (P-M)公式和作物系数法,分析夏玉米各生育阶段需水量时空变化特征,以作物水分亏缺指数(Crop Water Deficit Index, CWDI)为农业干旱评价指标,揭示夏玉米生育期干旱时空演变规律,并利用四大类33种分布函数拟合水分亏缺指数序列,建立最优概率分布模型,估算淮河流域夏玉米各生育阶段干旱发生概率。结果表明:1)近55年来,夏玉米生育期需水量均呈明显下降趋势,空间分布均大致呈现流域中北部较高而西南部和东南部较低的特征;2)夏玉米各生育阶段水分亏缺指数无明显趋势变化,除拔节—抽雄期外,其余生育阶段流域整体上均呈现水分亏缺状态,且流域北部相对于南部水分亏缺严重;3)夏玉米生育期中,播种—出苗期和抽雄—乳熟期干旱发生概率最大,除播种—出苗期特旱发生概率在30%～50%之间,各生育阶段不同等级干旱概率均大致在20%以内。