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。     

1980-2009年藏西北地区水分盈亏量的变化特征

为了解藏西北地区气候干湿状况,采用研究区近30年来的气象观测资料和彭曼公式,分析了藏西北气候水分盈亏量的时空分布特征和变化趋势。结果表明：藏西北地区水分盈亏量总体表现为水分亏缺的分布特征,无论年水分亏缺量,还是季节水分亏缺量,其分布均由西向东逐渐减少;近30年来藏西北地区年和不同季节水分亏缺量基本呈减少趋势,表明水分亏缺有缓和的趋势;夏季水分亏缺量减幅最大,春季次之,秋季减幅最小;年、夏季和冬季水分盈亏量存在显著突变规律;水分盈亏量与平均气温、平均风速、日照时数基本呈负相关,与相对湿度、降水量呈正相关;降水量增加,日照时数、风速减少可能是导致水分亏缺量减少的主要气象因子。     

淮河流域冬小麦生育期水热资源时空变化及其影响

研究淮河流域冬小麦不同生长阶段水热资源时空变化特征及其影响,为该区冬小麦生产趋利避害、稳产高产提供科学依据。利用淮河流域106个气象站点1971—2010年逐日气象资料,采用Mann-Kendall趋势检验法、线性倾向率方法、变异系数法分析了冬小麦不同生育阶段热量条件、水分条件的空间分布和时间变化特征。结果表明：淮河流域冬小麦生长期间热量条件分布不均,不同生育阶段平均气温和≥0℃积温均随时间显著增加,其中营养生长阶段增温最显著。热量条件的增加会使冬小麦生育期缩短,干物质积累减少,进而影响产量,同时冬季气温的增加有利于病虫越冬、繁殖,使冬小麦遭受病虫害的危害加重。冬小麦全生育期除沿淮西南部外,其他地区降水量均不足,其中北部地区降水量亏缺在200 mm以上;各生育阶段以并进生长阶段水分亏缺最大。40年来降水量无显著变化趋势,而北部部分地区需水量显著减少,有利于缓解降水不足对冬小麦生长的影响,沿淮大部和中东部需水量增加,导致发生干旱的风险增加;同时降水量的年际变化有增大趋势,发生旱涝灾害的风险加大,给冬小麦产量造成一定程度的损失。     

1961—2010年宁夏灌区主要作物需水量时空分布特征

明确气候变化背景下作物需水量的时空分布特征是水资源高效利用和作物合理布局的重要依据。基于宁夏引黄灌区13个气象台站的气象数据及作物生育期数据,利用FAO推荐的彭曼公式和订正的作物系数,计算了1961—2010年宁夏灌区主要作物（春小麦、玉米、水稻、冬小麦）全生育期及不同发育阶段有效降水量及需水量,分析了其时空分布特征,并计算了各作物不同发育阶段灌溉需水量及需水强度。结果表明：1961—2010年宁夏灌区秋粮作物（水稻、玉米）全生育期有效降水量是夏粮作物（春/冬小麦）的2倍,1961—2010年宁夏灌区水稻、玉米生育期有效降水量为降低趋势,春小麦、冬小麦为增加趋势。高值区分布在石炭井、灵武和中宁,北部的石嘴山各站为低值区。宁夏灌区作物需水量从大到小依次为水稻、玉米、冬小麦、春小麦,灌溉需水量在不同发育期的分布和需水量的分布相似,北部的石嘴山各站及中宁为高值区。1961—2010年宁夏灌区4种作物全生育期及不同发育阶段需水量也呈显著增加趋势。所有作物需水强度均在拔节（返青）后开始明显增加,春小麦、冬小麦需水强度开花—乳熟阶段最大,玉米需水强度拔节—开花阶段、开花—乳熟阶段最大,水稻拔节后需水强度一直较大,乳熟—成熟阶段达最大。     

基于水分亏缺指数的贵州省水稻干旱特征分析

为探究贵州省水稻生长期的干旱特征,以作物水分亏缺指数作为干旱研究指标,结合协同克里金插值法及趋势分析等方法,利用贵州省31个气象站点逐日气象数据,分析贵州省水稻种植区水稻各生育时期的降水-需水变化特征及不同等级干旱的频率分布特征。研究表明：水稻生长期的降水量呈“东增西减”特征分布,各生长期累积降水量为移栽-分蘖期>抽穗-成熟期>播种-秧苗期>拔节-孕穗期,播种-秧苗期降水呈减少趋势,可能会加剧干旱灾害的发生;各生长期累积需水量为抽穗-成熟期>移栽-分蘖期>拔节-孕穗期>播种-秧苗期,播种-秧苗期水稻需水量小于同时期降水量,在播种-秧苗期各等级干旱发生的频率较低,铜仁地区及黔东南地区的东部在拔节-孕穗期和抽穗-成熟期是重旱及特旱的高频发生区。     

京郊不同生态区玉米雨养旱作生产降雨保证率分析

通过分析北京不同生态区50年间降水年型的分布及玉米生长发育不同时期的降水量与耗水量,解析京郊玉米雨养旱作生产的降水保证率,测查北部山区和平原地区选用的不同熟期玉米品种在各时期需水与供水盈亏差额,确定两个生态区现行雨养玉米生产降水亏缺期,为制定玉米生产抗旱应急预案提供参考。     

安徽省淮北平原夏玉米主要生育时期旱涝指标与影响评估

为给淮北平原夏玉米高产稳产和防灾减灾以及保险理赔等工作提供参考依据。利用1961—2010年安徽省淮北平原夏玉米生育期间降水资料,采用积分回归分析方法确定了逐旬降水量对夏玉米的增产或减产效应及其影响的关键时段,同时采取降水概率≤20%与≥80%分位数法设计了夏玉米不同生育时段及其全生育期间旱与涝的气候指标,统计分析了夏玉米旱与涝灾的区域分布和灾损率及其风险分布特征。结果表明：淮北平原夏玉米生育期间逐旬降水量的负效应多于正效应,抽雄—乳熟期间降水对夏玉米产量影响显著,期间发生旱或涝灾的减产率分别为12.6%和16.3%。淮北平原夏玉米播种—出苗、苗期—拔节、拔节—抽雄、抽雄—成熟和全生育期旱灾与涝灾的气候指标分别是各自时段内的降水总量≤17.0、≤50.0、≤95.0、≤110.0、≤370.0 mm和≥95.0、≥235.0、≥265.0、≥280.0、≥740.0 mm。淮北平原夏玉米生育期间涝灾多于旱灾,且旱灾与涝灾风险分别呈经向和纬向分布,全生育期旱灾与涝灾的气象相对减产率分别为-22.4%和-28.9%,其他生育时段旱与涝灾的气象相对减产率在-8%~-16%之间。     

1961—2013年青海湖南部地区降水变化特征分析

为了全面认识青海湖流域气候变化时空特征,深化了解近几十年青藏高原地区气候显著变化背景,青海湖南部地区降水量时间分布与量级变化的特征,弥补对青海湖流域及其周边区域气候变化动态过程认识不足的现状,针对该区域降水量变化问题展开研究。主要利用1961—2013年青海湖南部地区5个气象站逐日及月降水量历史资料,通过线性回归、滑动平均法,分析了青海湖南部地区近53年季、年降水量变化特征及不同降水等级降水日数,并用Mann-Kendall检验降水突变特征。结果表明：青海湖南部地区年降水总体呈微弱增加趋势,增长率为4.42 mm/10 a,主要来自于春、夏、冬季降水量增加的贡献。青海湖南部地区降水除秋季减小趋势外,春、夏、冬季降水均呈增加趋势,夏季降水增加较为明显,降水量的四季变幅表现为夏季>秋季>春季>冬季。夏半年雨量和雨强呈增大趋势,且小雨雨日减小,中雨雨日和雨量增加;而冬半年小雪雪日减小,小雪强度增大。不同量级降水中,中雨雨日与雨量增多、小雨雨日、雨量与雨强均有减少。降水突变检验表明,青海湖南部地区年平均降水出现2次突变,分别为1976年和2004年,1976年突变前后年平均降水相差158.4 mm,由多雨期转为少雨期;而2004年突变则表现为从少雨期到多雨期,突变前后年平均值相差95.5 mm。     

西藏“一江两河”流域油菜需水关键期降水的变化特征

摸清西藏“一江两河”油菜关键生育期降水的气候变化特征,为本区域科学、合理化灌溉提供参考。基于西藏“一江两河”流域9个站1981—2014年逐旬降水量资料,采用算术平均、线性趋势等统计方法,对流域油菜需水关键期的降水特征及趋势变化进行了分析。研究表明：流域油菜蕾苔期和开花期的降水变率较大,多数年份自然降水不能满足作物需水,水分亏缺严重。近34 年油菜蕾苔期的降水除江孜表现为减少趋势外,其他各站均呈一致的增加趋势,平均每10 年增加0.5~8.6 mm;开花期降水各站均表现出增加趋势,增幅为2.9~10.9 mm/10 a;全生育期的降水量各站以3.9~32.4 mm/10 a 的速率呈增加趋势。区域降水增加,水分亏缺量减少,有利于油菜的生长发育。     

1979—2014年汾河流域干旱时空特征

为全面分析近年来汾河流域的干旱特征,有效应对干旱风险,笔者采用汾河流域35个气象站1979—2014年的逐月降水数据,以标准化降水指数SPI为干旱评测指标,并采用Mann-Kendall检验等统计方法,获取流域在时间和空间尺度上的干旱分布特征。结果表明：36年来,流域年干旱强度和干旱范围呈减小趋势,四季的干旱强度减弱,夏、秋、冬季干旱范围减小;四季中冬季旱情最多且范围最广,夏季区域性干旱最多,秋冬春季发生连旱的可能性最高;多年平均下,干旱主要分布在流域北部,夏季南部干旱也分布较多,春、秋季局地干旱发生频率最高。SPI指数较好地反映了汾河流域近36年干旱的时空变化特征。     

中国小麦面积种植结构时空动态变化分析

区域尺度小麦种植面积格局分析是农作物种植结构调整的主要依据。该文基于以往8个年份的31个省（市、自治区）小麦种植面积统计数据，系统分析了小麦种植面积空间分布规律及动态变化特征，以及产量与面积空间分布格局的关系。8个年份小麦种植面积变化趋势线斜率为-0.37，总体呈下降趋势。将小麦种植面积分为中东部小麦集中种植区、北部小麦次种植区和南部小麦次种植区3个区域，8个年份种植面积平均值占比分别为70.09%、13.47%（不包括黑龙江省）和12.61%，呈增加、减少与减少的趋势，变异系数分别为0.06、0.22和0.25。上述研究结果表明，中东部区域小麦面积具有更高的种植稳定性且向区域集中的趋势较为明显，而北部区域小麦种植面积的减少是造成全国小麦种植面积减少的主要原因。各省单产与种植面积占比的相关关系在99%水平上达到了显著相关，单产优势也是种植区集中较为重要的原因。中东部区域小麦种植面积的稳定是中国小麦种植面积稳定的保证；虽然北部、南部区域小麦种植面积比例相对较低，但遏制其面积降低的态势，并努力提升该区域的种植面积有利于中国小麦种植面积的稳定。     

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%。     

天津市武清区冬小麦各生育期灌溉需水量分析

为了量化武清区冬小麦各生育期灌溉指标,利用天津市武清区2009-2016年气象监测资料,1988-2016年农业气象观测资料,采用美国农业部土壤保持局推荐方法计算了有效降水量,应用FAO推荐的Penman-Monteith方法,并引进土壤修正系数,计算了武清区冬小麦8个生育阶段需水量及灌溉需水量。结果表明：近8年天津市武清区有效降水呈现降低趋势,冬小麦在播种至成熟阶段,水分亏缺较为严重,各生育阶段灌溉需水量具有明显差异。其中,返青至拔节期及开花至乳熟期需水量最多,灌溉量分别为56.48mm及53.71mm。其次是分蘖至越冬期、拔节至抽穗期,灌溉量分别为37.96mm、31.27mm。为满足冬小麦生产用水,冬小麦全生育期需水量为251.94-328.00mm,灌溉需水量为189.65-292.53mm。武清区冬小麦需水量及灌溉量在时间上具有隔年增加趋势,但在空间上差异不明显。     

1976—2017年青海湖东北部地区极端降水事件变化特征分析

为进一步了解高寒牧区气候变化,依据1976—2017年青海湖东北部海晏站逐日降水资料,采用百分位法确定冬、夏半年极端降雨（雪）阈值并统计极端降水事件,运用线性趋势、R/S和小波分析法分析极端降水事件变化特征、未来演变趋势及周期。结果表明：青海湖东北部地区冬、夏半年极端降水日数和极端降水量呈不显著增加趋势;冬半年极端降水强度和日最大降水量不显著增加,而夏半年不显著减小;极端降水对年降水的贡献率均以不同的速率增加,其中夏半年的极端降水对年降水的影响较大;冬半年降水日数不显著减小,而降水量显著增加,表明冬半年发生短时强降水的几率增大,夏半年的降水日数和降水量增加不明显;未来,冬半年极端降水日数增加趋势将发生转变,极端降水量与之前的变化趋势无关将继续呈现震荡性,其他各要素将持续前期的变化趋势;冬（夏）半年极端降水日数和降水量分别存在明显的周期变化特征。高寒牧区的极端降水研究对于预防短时强降水带来的雪灾、洪涝事件的发生意义重大。     

不同生育时期干旱对夏玉米耗水及水分利用效率的影响

为了探求土壤水分变化对河南地区夏玉米耗水特性及水分利用效率的影响,通过两年测坑试验,选择土壤含水率作为灌水下限控制指标对比分析了水分胁迫条件下夏玉米不同生育阶段的耗水量、耗水强度、产量及其构成因素和水分利用效率的变化。结果显示,两季夏玉米的穗长和穗粗的处理间极差分别为2.86 cm和0.46 cm,灌浆期严重亏水不利于其果穗发育;夏玉米的穗行数基本不受土壤水分影响,其穗长、穗粗、穗粒数和百粒重随水分胁迫程度的加剧呈下降趋势,其中各重旱处理的果穗总是最短最细,其百粒重、穗粒数和籽粒产量也总是最低。夏玉米的产量与耗水量间呈良好的二次函数关系,当耗水量为538.9 mm时产量可达到最高。各生育阶段内不同程度的水分亏缺都会使夏玉米的总耗水量降低,其中轻旱处理的阶段耗水量和日耗水强度较对照处理均小幅降低,WUE则有所增加,各中旱处理的水分利用效率总是最大。     

时空交替间隔灌溉对夏玉米田水分和产量形成的影响

为了给夏玉米有效灌溉提供科学依据,研究了夏玉米不同生育时期和不同根区实施交替补灌对农田蒸散、夏玉米产量形成以及水分利用效率的影响,共设9个处理：拔节期和抽穗期充分供水（ T1N1）、拔节期充分供水＋抽穗期中度水分亏缺（T1N2）、拔节期充分供水＋抽穗期重度水分亏缺（T1N3）、拔节期中度水分亏缺＋抽穗期充分供水（T2N1）、拔节期中度水分亏缺＋抽穗期中度水分亏缺（T2N2）、拔节期中度水分亏缺＋抽穗期重度水分亏缺（T2N3）、拔节期重度水分亏缺＋抽穗期充分供水（T3N1）、拔节期重度水分亏缺＋抽穗期中度水分亏缺（T3N2）、拔节期重度水分亏缺＋抽穗期重度水分亏缺（ T3 N3）。结果表明：各处理在全生育期内的棵间土壤蒸发量变化趋势均呈脉冲状,且各生育阶段棵间土壤蒸发量占阶段蒸散量比例在播种-灌浆-成熟阶段均表现出先降后升的趋势。整个生育期间棵间土壤蒸发量（E）/总蒸散量（ET）为34．89％～52．19％,并随着水分亏缺程度加剧而降低。产量表现为T1N2＞T2N1＞T1 N3＞T2 N2＞T2 N3＞T1 N1＞T3 N1＞T3 N2＞T3 N3,其中T1 N2处理产量极显著高于其他处理。 T1 N2处理的作物水分利用效率最高（27．08 kg/（hm2· mm））,分别比 T3N1、T3N2、T3N3和 T1N1处理高12．78％,16．90％,19．79％,26.92％,拔节期和抽穗期均为高水分的T1 N1处理最低,其他处理随着总补灌量的减少逐渐下降。在黄淮海夏玉米区,采用时空交替灌溉方式：拔节期充分补灌（田间持水量的80％）和抽穗期补灌量适度减少（田间持水量的65％）,有利于夏玉米产量和土壤水分高效利用的同步提升。     

近35年湖北省低丘平原区玉米需水量及旱涝时空变化

利用湖北省低丘平原区8个长期基准气象台站35年(1980—2014)气象资料,对湖北省不同区域春玉米、夏玉米及秋玉米的需水量、旱涝发生频率及其年际变化趋势进行了分析。结果表明玉米各生育阶段需水量区域间差异较小,而不同种植季玉米间差异较大。秋玉米需水量显著低于春玉米和夏玉米,春玉米需水量与夏玉米相近,且三季玉米的需水量随年份呈显著下降趋势,尤其是以鄂中地区需水量下降最多,平均达-18.62 mm(10a)~(–1)。鄂北、鄂中及鄂东南区域三季玉米播种-拔节阶段均以发生涝灾为主,其中重涝发生频率较高;鄂北及鄂中地区三季玉米拔节-完熟期主要以发生轻度干旱为主,尤其是灌浆期间旱灾发生频率较高;在鄂东南春玉米与夏玉米拔节-吐丝期间涝灾发生频率要高于旱灾,灌浆期间三季玉米均以旱灾较多,尤其是夏玉米与秋玉米旱灾要重于春玉米。各地区三季玉米不同生育时期旱涝年际变化趋势不显著。从降低旱涝胁迫风险考虑,建议鄂北地区主要发展夏玉米、鄂中及鄂东南地区主要发展春玉米,适当控制秋玉米面积;三季玉米拔节前均要注意防涝,拔节后注意防旱。     

邢台地区夏玉米生产气候脆弱性分析

为明确邢台地区夏玉米产量波动的气象要素变化规律和玉米生产潜力发挥的限制因子,利用邢台地区17个气象站1971—2006年气象资料和1983—2006年夏玉米单产数据,对夏玉米生产潜力做出估算,以直线滑动平均法分离气象产量,进行了气象要素和气象产量间的通径分析,结果表明：邢台地区夏玉米光合生产潜力为24818kg/hm^2,光温生产潜力为20437kg/hm^2,光温水生产潜力为11723kg/hm^2,分别是现实生产力的3.6倍、2.9倍、1.7倍,水分条件是限制生产潜力发挥的主要因素;夏玉米趋势产量年际间变化较为平稳,气象产量年际间变化幅度较大,农业生产表现出气候脆弱性,生育期总降水量及总日照时数是年际间气象产量波动的主要因素,生育期总降水量与气象产量呈显著正相关,直接通径系数为0.363,气象产量与生育期总日照时数呈显著负相关,其直接通径系数为-0.385;生育期内以旬为时间序列气象因子中,气象产量与6月上旬日照时数、7月下旬平均气温、7月中旬降水量具有显著相关性。综合分析表明,邢台地区夏玉米生产的气候脆弱性与该地区降水量的年际间波动相关,发育关键期光温条件对夏玉米生产也具有重要的影响。     

石羊河流域气候变化对春玉米发育及水分利用效率的影响

为了用好有限的水资源,提高农业用水的有效性。以石羊河流域春玉米生长发育、水分利用效率和气象观测资料为基础,分析气候变化对春玉米生长发育和水分利用效率的影响。结果表明：石羊河流域气温年际变化呈显著上升趋势,气温变化线性拟合倾向率为0.383℃/10年,作物生长季4—10月呈现气温明显升高、气候变暖趋势。降水量除秋季呈减少趋势外,年降水、作物生长季和其他季节降水均呈缓慢波动增加趋势,作物生长季降水对年降水量增加的贡献最大。受气候变暖影响春玉米三叶期、拔节期、开花期每10年提前2~3天,乳熟期、成熟期每10年推后1~2天。而春季营养生长期每10年缩短2~3天,秋季生殖生长期每10年延长2~3天。由于气温显著升高,春玉米水分利用率呈上升趋势;气温对春玉米水分利用效率的影响为正效应,气温每提高1℃,春玉米水分利用效率提高0.46~0.57 kg/(hm²·mm)。而降水量与灌溉区春玉米水分利用效率呈负相关,降水量每减少1 mm,水分利用效率可提高0.19~ 0.78 kg/(hm²·mm)。随着日照时数的波动增加,春玉米的水分利用效率呈明显增加趋势,对水分利用效率影响为正效应,日照时数每增加10 h,春玉米水分利用效率提高0.2~0.6 kg/(hm²·mm)。     

陕西省冬小麦干热风分布特征及预测研究

为了全面掌握陕西冬小麦种植区干热风灾害的基本特征,依据干热风气象灾害指标,利用1981—2010年近30年的气象资料,统计分析了陕北南部及秦岭以北的冬小麦主要种植区,共44个县区干热风的年际变化规律和空间分布特点,应用GIS技术研制了干热风区划图,并以富平县为例利用灾变预测方法预测未来重干热风的发生年份。结果表明,陕西冬小麦干热风自20世纪90年代中期开始有加重趋势,且年发生次数趋于稳定,主要发生区域在关中东部,陕北南部和关中中部次之,关中西部最少。