气候变化背景下中国主要作物农业气象灾害时空分布特征[Ⅰ]:东北春玉米延迟型冷害

基于东北三省春玉米潜在种植区内65个气象站点1961-2010年逐日气象数据,以气象行业标准5-9月逐月平均气温之和与其多年平均值的距平作为春玉米冷害等级判断指标,分析东北三省春玉米生育期冷害发生概率的空间分布和年代际演变特征,并利用每月逐日平均气温与其多年平均值的距平值明确了春玉米生长时段内低温事件发生风险较大的月份。结果表明:(1)近50a(1961-2010年)东北三省春玉米冷害发生区域范围大小表现为重度轻度中度,其中轻度冷害的高发区位于吉林省西部,低发区位于辽宁省南部地区;中度冷害主要发生于黑龙江和吉林省部分地区,辽宁省发生较少;重度冷害高发区位于黑龙江省北部、东南部以及吉林省东部地区,发生频率在25%以上,低发区位于辽宁省中西部,发生频率低于5%。各等级冷害发生频率年际间总体呈下降趋势,近20a(1991-2010年),各等级冷害的发生范围明显缩小。(2)东北三省春玉米各等级冷害低温事件主要发生在5月和6月,生产实际中需关注5月和6月的温度变化及冷害发生。     

基于自然灾害风险理论的东北地区玉米干旱、冷害风险评价

为了分析干旱、冷害灾害对农作物生长的综合影响,全面评价其综合风险,该文利用东北地区35个农业气象站1961-2010年气象资料、1981-2010年玉米发育期资料、1961-2010年产量面积资料、近50 a东北三省的灾情资料以及近10 a东北三省各县的社会经济统计资料,以玉米出苗—抽雄、抽雄—成熟2个生长阶段发生的干旱及冷害为研究对象,基于水分亏缺指数和热量指数分别建立了干旱指标和冷害指标,对东北地区玉米干旱、冷害进行风险分析。建立了包括危险性、脆弱性、暴露性和防灾减灾能力4个方面的东北地区玉米干旱、冷害风险评价模型,指出危险性和防灾减灾能力是风险评价模型中最重要的两个影响因子。研究结果为,东北地区玉米干旱、冷害高风险值区位于黑龙江西南部和东北部,以及辽宁西部建平县一带,风险指标值在0.8以上;吉林西北部、东南部、辽宁东北部为次高值区,风险指标值在0.6~0.7之间;低值区位于辽宁中南部及辽东半岛,风险值在0.3左右。研究结果可为东北地区防灾减灾工作提供客观依据。     

内蒙古地区玉米低温冷害动态监测指标的建立

利用内蒙古主要玉米种植区36个站点1981-2010年的气象和玉米产量资料,10个农业气象观测站的发育期资料及玉米品比试验资料,分析了5种熟性玉米品种正常年份的热量需求,确定各品种主要发育期平均出现日期和标准活动积温下限.采用相对活动积温距平（TXJ）计算方法,统计了近30a各站主要发育期的TXJ,以TXJ负值和减产率的关联性为基础,确定各品种一般低温冷害和严重低温冷害的TXJ阈值监测指标. 36个站近30a的回代检验和24个典型年分析表明：冷害发生与减产的吻合率随生育进程呈增加的趋势,在吐丝-乳熟期最高,达到69％,乳熟-成熟期次之,为67.1％;晚熟品种吻合率高于偏早熟品种,严重冷害（76.6％）高于一般冷害（57.2％）;典型年判断准确率平均为95.8％,吐丝期以后达到100％;吐丝-乳熟期是冷害发生最敏感的时期.该指标综合反映了生长季各阶段低温累积效应和高温补偿效益,农学和生物学意义明确,可在内蒙古低温冷害监测业务中推广应用.     

基于WOFOST模型的内蒙古河套灌区玉米低温冷害评价

利用内蒙古河套灌区玉米生长发育观测资料,结合已有研究成果,对WOFOST模型进行本地化及适应性检验;利用研究区内12站1961-2010年逐日气象资料,分区作物参数,模拟玉米生长发育过程,确定抽雄期延迟日数、灌浆指数为玉米低温冷害指标,贮存器官干物重波动百分率为减产情况评价指标,对历史低温冷害年及减产情况进行分析。结果表明：本地化的WOFOST模型在内蒙古河套灌区的应用效果较好,可以用于该地区玉米生长的模拟;WOFOST模型能够较好地模拟玉米发育程度对低温冷害的响应,以抽雄期延迟日数和灌浆指数为冷害指标评估的历史冷害发生状况基本符合实际情况,1961-2010年研究区12个站点共发生不同程度低温冷害260站次,其中重度冷害占37.3%,轻中度占62.7%,在发生严重冷害的年份中,84.7%的年份表现为减产的趋势。本文结论与传统方法相比,玉米低温冷害评价的生物学意义更加明确,本地化的WOFOST模型可以在河套灌区玉米低温冷害监测、评估等业务中应用。     

吉林省东部气象因子与玉米延迟型冷害的时空演变规律

基于1980—2014年吉林东部地区逐日气象数据和玉米种植资料,利用Mann-Kendall突变分析法、气候倾向率、偏最小二乘回归分析等方法,揭示了气候变化背景下冷害的时空演变规律,同时对影响冷害的气象因子进行探究。结果表明:(1)近35年热量条件有所改善,冷害呈现减少趋势。20世纪80年代,冷害受低温阴雨、早霜等天气影响表现为发生频率高、强度大,20世纪90年代气温升高,冷害发生频率降低,中期降水异常增加,冷害强度增大,21世纪气温大幅提高,冷害少有发生,但不排除区域极端低温的可能;(2)吉林东部地区气候整体变暖且初霜日推迟,降水量南多北少,日照时数东升西降。而冷害发生频率空间分布规律为随着生育期推进冷害高频区逐渐由中部山区向高纬度延伸,即高纬度、高海拔地区成为冷害的高发区;(3)玉米在出苗—抽雄期受低温影响较大,冷害年气温受各气象因子的影响大小为降水量>日照时数>初霜日,尤其高海拔山区多阴雨寡照天气,易发生冷害。     

基于GIS的内蒙古东部地区玉米低温冷害精细化风险区划

通过分析内蒙古东部地区的热量条件、热量条件变异性及低温冷害发生频率,得出低温冷害综合风险指数,运用逐步回归建立其与地理信息的空间推算模型,基于GIS和1∶5万地理信息数据,对玉米低温冷害风险进行空间展布并分区,得出内蒙古东部地区玉米低温冷害精细化风险区划图。结果表明,低温冷害高风险区位于纬度和海拔较高的呼伦贝尔市北部和西部地区;通辽市中南部、赤峰市东南部和兴安盟南部等海拔较低、地势相对平坦的地区低温冷害风险最低;低温冷害风险程度基本呈西北-东南向带状分布,受海拔高度及地形、地势等因素的影响,低温冷害风险分布又具有错落的局地性特点。研究结果有利于规避玉米低温冷害风险,发掘可利用气候资源,优化种植结构和布局,保障区域粮食安全。     

玉米的栽培和病虫害防治

玉米是一种常见的粮食作物,在我国广泛种植。对一些粮食生产大省而言,玉米是对其经济发展非常的重要,为了满足玉米种植的需要,必须推广病虫害防治技术以及玉米栽培种植技术。一般情况下,玉米的播种可以分成两种,分别是夏播和春播两种,但无论是进行夏播还是春播,对技术的要求都比较高,若是出现问题,很容易给玉米产量造成较大影响,这会影响我国的经济发展。笔者主要分析了玉米栽培及病虫害防治的相关技术,希望能够有效提高玉米的产量。     

东北水稻障碍型低温冷害变化特征及其与关键生育期温度的关系

利用东北地区153个气象站1961-2010年逐日气温资料,采用统计学方法分析水稻障碍型低温冷害的气候特征,并与孕穗期和抽穗-开花期温度进行相关分析。结果表明:东北大部水稻障碍型低温冷害事件呈减少趋势,且其区域性分布较明显,表现为吉林大部在水稻孕穗期、辽宁局部在抽穗期低温冷害呈增加趋势;近50a低温冷害发生站次年际波动较大,总体呈减少趋势,但2001-2010年冷害发生站次明显增多;障碍型低温冷害对发育期气温变化较敏感,二者呈显著负相关关系,温度每升高1℃,整个东北地区低温冷害发生站次减少35个;对冷害和发育期气温的年际、年代际变化特征进行分析发现,发育期气温升高导致低温冷害减少是年代际和年际变化共同影响的结果。     

基于气象模型分析东北三省近50年水稻孕穗期障碍型低温冷害时空变化特征

采用水稻生长发育和产量形成气象影响模式计算出的东北三省1961-2010年水稻空壳率作为判定障碍型冷害的基础资料,利用累积距平曲线和小波分析等方法分析近50a东北三省水稻孕穗期障碍型冷害空间分布特征及时间变化规律,以期为预测水稻孕穗期障碍型冷害提供依据。结果表明,东北三省水稻孕穗期障碍型冷害主要发生在吉林东北部和黑龙江东南部。吉林冷害的阶段性变化表现为1972年以前多发,1973-1981年少发,1982-1985年转入多发,1986-2001年少发,2002年开始转入一个新的多发阶段;黑龙江省冷害的阶段性变化与吉林省较相似;辽宁省冷害的阶段性变化不明显。黑龙江和吉林的冷害分别存在24a、16a和24a、8a左右的准周期变化,辽宁无显著的准周期。进入21世纪后,东北三省水稻孕穗期障碍型冷害明显增多。综合各时间尺度周期外推结果,黑龙江和吉林水稻孕穗期障碍型冷害目前的多发趋势将维持到2016年前后,辽宁的趋势不明显。     

2018年夏季气象条件对农业生产的影响

2018年夏季全国平均气温为1961年以来最高;降水呈“南少北多”分布,全国降水较常年同期偏多7.0%。夏收时段多晴好天气,收获进度较常年偏快;夏播期间除5月下旬江淮江汉一季稻栽插因降雨受阻、6月上中旬皖鲁晋局部因干旱播种推迟外,其余地区夏播顺利进行。作物生长时段主要农区热量充足,东北地区未出现低温冷害,加之日照充足,墒情基本适宜,农业干旱发生范围小,光温水匹配较好,总体利于作物生长发育和产量形成。主要不利条件有：中东部地区高温持续时间长、部分地区高温偏强;高温热害和干旱影响玉米和水稻授粉、灌浆。夏季登陆台风偏多,但平均强度较弱,利于缓解内陆高温和干旱,仅个别台风带来强风雨天气,引发局地洪涝导致农业受灾较重。     

气候变化背景下播期对东北三省春玉米产量的影响

为探究气候变化背景下东北三省(黑龙江省、吉林省和辽宁省)春玉米适宜播期的变化程度,本文以东北三省春玉米潜在种植区为研究区域,基于1981—2015年气象资料,1981—2012年农业气象观测站玉米生育期、产量资料以及土壤资料,分气侯区对农业生产系统模型(APSIM)进行调参和验证,建立适用于东北三省10个不同气候区的模型相关参数,在各气候区利用调参验证后的APSIM-Maize模型设置不同播期,模拟各年代不同播期下春玉米潜在产量和气候生产潜力,综合高产和稳产性指标,明确了不同区域各年代不同条件下适宜播期范围。研究结果表明,APSIM模型对于东北三省7个春玉米品种开花和成熟两个关键生育期以及产量模拟结果与实测结果具有较好的一致性,表明APSIM模型能够较好地模拟研究区域春玉米生育期和产量。充分灌溉条件下,研究区域内适宜播期范围从4月16日至5月19日,空间上呈纬向分布南早北迟的特征; 20世纪90年代和21世纪00年代玉米适宜播期较20世纪80年代有提前趋势,其中20世纪90年代提前趋势更明显;第1、第3、第5、第7和第9气候区雨养条件下较充分灌溉条件下适宜播期有推迟趋势,推迟天数为3～6 d。雨养条件下各年代不同气候区理论上的适宜播期较目前生产中实际播期下的产量提高2.84%～9.96%。以上结果为进行未来气候变化对东北三省春玉米影响及其适宜播期等研究提供了技术支撑。     

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。     

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。     

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。     

贵州高原夏秋麦与冬播麦生育特性的比较

研究结果表明，由于高温对小麦春性品种生育的促进作用，夏秋麦比冬播麦分蘖少，秆矮叶面积小，干物质积累少，生育期短，产量低。单位面积穗数不足是夏秋麦高产的主要限制因子。多数年份夏秋麦穗粒数和千粒重比冬播麦低，气候生态因素是决定二者大小的主要环境因子。     

1956—2010年辽西地区玉米气候适宜度时空分布特征

以玉米气候适宜度模型及辽西地区4市8站近50 a(1956—2010年)逐日气象数据为基础,利用空间插值、经验正交函数分析方法(EOF)和小波变换分析方法对玉米全生育期及各主要生育时期气候适宜度的时间变化和空间分布特征进行分析,研究气候变化过程中辽西地区农业气候资源对玉米生长的适宜程度的变化特征。结果表明：1)近50 a,辽西地区玉米全生育期的降水、日照及综合气候适宜度呈逐年下降趋势,除开花期综合气候适宜度呈上升趋势外,播种、出苗、成熟期综合气候适宜度均呈下降趋势;2)在空间分布上,辽西玉米全生育期的温度适宜度、日照适宜度,播种、成熟期的综合气候适宜度分别表现出由南向北、由西向东、由西向东南和东北、由东北向西南递增,而出苗期综合气候适宜度表现为由西北向东南和东北递减;全生育期的降水适宜度、综合气候适宜度和开花期的综合气候适宜度由北向南均呈现“低－高－低－高”的带状分布特征,播种、出苗和开花期限制因素分别为降水、日照和日照;3)EOF 分析发现,辽西地区玉米全生育期综合气候适宜度距平百分率在空间上表现为西南向东北微幅递减;在时间上,小波分析发现辽西玉米综合气候适宜距平百分率第1特征向量的时间系数存在14~30 a、8~14 a、3~7 a 的3类尺度的震荡周期。     

玉米生育期空间插值方法比较

采用合适的空间插值方法可以估计全国主产区玉米生育期的空间分布情况,从而指导不同地区的种植生产。该文通过比较反距离加权法、径向基函数法、克里格法等插值方法的异同,以调查县夏播玉米5个阶段的生育期为数据源,对黄淮海夏播玉米区生育期的数据进行空间插值处理,并使用交叉验证对表面精度进行分析。结果表明：播种期、出苗期和成熟期的最适合插值方法为径向基函数法,其均方根预测误差分别为5.077、5.320、5.243 d,拔节期和抽雄期的最佳插值方法为反距离加权法,其均方根预测误差分别为7.826、6.403 d;播种期和出苗期由西南至东北逐渐延后,其余阶段生育期以东南至西北为中轴线向两侧逐渐延后。     

CottonXL模型模拟研究延迟型低温冷害对棉花纤维品质的影响

为了明确不同程度、不同时段低温对棉花纤维品质的影响,该研究利用棉花延迟型低温冷害指标和灾情资料,筛选出1961－2018年间不同程度延迟型低温冷害的典型年份,在实现棉花功能结构模型CottonXL模型本地化应用的基础上,利用CottonXL模型模拟不同程度冷害对纤维品质的影响。结果表明：CottonXL模型能够较准确地模拟延迟型冷害对棉花纤维品质的影响,不同热量条件下纤维长度、纤维比强度、马克隆值模拟结果与实测值间的RMSE分别为0.7 mm、0.9 cN/tex、0.1。冷害对棉花纤维马克隆值影响最大、纤维比强度次之,对纤维长度影响最小。随冷害程度的加重纤维长度较长、纤维比强度较大且马克隆值适中的棉铃数量显著减少（P＜0.01）,纤维品质整体下降。发生轻度、中度和重度冷害时,纤维长度分别下降0.8、1.4和1.5 mm,纤维比强度分别降低3.9、4.5和5.1 cN/tex,马克隆值分别降低1.0、1.2和1.4。同等程度延迟型低温冷害情况下,夏秋季低温冷害对纤维品质的影响大于春季低温冷害。轻度夏秋季型低温冷害对纤维品质的影响较中度春季型低温冷害更大。