安徽省冬小麦发育期农业干旱发生风险分析

客观准确的干旱风险评估是各级政府进行生产布局、制定防灾与减灾决策的依据.利用安徽省78个气象台站1971-2006年逐日气象要素观测资料,以累积湿润指数为干旱指标分析了各地冬小麦发育期内干旱发生的风险度以及对产量的影响.结果表明:从地区分布看,冬小麦发育期内干旱发生风险自南向北逐渐增大,淮北大部处于重度风险以上,江淮大部基本无风险;从冬小麦发育阶段看,以灌浆-成熟期的旱灾风险最大,拔节-抽穗期次之,返青-分蘖期最小;从年际变化看,虽然各区旱灾风险的变化趋势不同,但2000年后均明显增大,近年来的加重趋势值得关注.冬小麦产量损失与干旱发生时段密切相关,小麦拔节-灌浆期发生干旱时减产最重;同时旱灾的持续时间越长、强度越大,损失越重.     

华北冬小麦干旱产量损失评估方法

根据气候相似、农业生产水平相近的原则将华北分成15个亚区,利用1970-2010年华北逐日气温和降水资料计算逐日综合气象干旱指数（CI指数）,采用线性内插法将相邻土壤墒情观测资料处理成逐日数据,通过对比逐日CI指数与土壤墒情资料,分区域和发育阶段对冬小麦发生干旱时的CI指数评判标准进行订正,并基于该指标建立冬小麦干旱累积标准指数,同时结合冬小麦单产资料,构建冬小麦干旱产量损失评估模型。结果表明,冬小麦生育期内CI指数与对应的土壤墒情变化趋势基本一致;各亚区修订后的冬小麦干旱指标均与直接用CI指数判别干旱的指标存在较大差异,且不同亚区冬小麦干旱指标不一致,其中豫西、鲁北、鲁东南、京津、豫中东干旱指标较小,鲁中、冀东北、冀中、冀南干旱指标较大;华北15个亚区冬小麦干旱产量损失评估模型均通过0.05水平的F检验,冬小麦干旱累积标准指数与干旱产量损失具有显著的相关性,其中京津、晋中、晋南、鲁中、鲁东南、豫西等亚区的模型历史评估结果与对应的干旱产量损失相关性显著。模型能较准确地评估冬小麦发生干旱时的产量损失,具有一定的应用和深入研究价值。     

1961—2010年气候变化对西南冬小麦潜在和 雨养产量影响的模拟分析

利用农业气象试验站作物资料及土壤资料,评价 APSIM-Wheat 模型在西南地区的适应性,应用该模型分析该地区1961—2010年冬小麦潜在和雨养产量的时空变化特征,通过逐步回归分析揭示小麦生长季主要气象因子对潜在产量和雨养产量的影响及相对贡献率。研究结果表明： APSIM 模型对该区5个常用小麦品种的模拟效果较好,模拟与实测生育期的均方根误差(RMSE)在7.0 d 以内,地上部分生物量和产量模拟值与实测值的归一化均方根误差(NRMSE)均低于25%,模型在西南地区具有较好的适应性。1961—2010年研究区域36%的站点冬小麦生长季总辐射显著降低,其中北部、东南部和南部中区最显著;68%的站点生长季≥0℃有效积温显著增加,西部增温显著;30%的站点生长季平均气温日较差显著减小,南部中区最显著;全区生长季总降水大面积减少但不显著,减少区主要位于最南端和东南部。模拟的冬小麦潜在产量在65%的站点呈显著减产趋势,南部中区和北部变化最明显;雨养产量在25%的站点显著降低,北部地区较明显,全区减产趋势较弱。减产显著的站点中,生长季辐射降低、温度升高、气温日较差减小对潜在产量降低的贡献率分别为45%、36%和2%,对雨养产量降低的贡献率分别为36%、39%和－8%,而降水减少对雨养产量降低的贡献率为7%。西南冬小麦生长季辐射降低、温度升高及降水减少共同导致了冬小麦潜在和雨养产量的显著下降,而气温日较差的降低对冬小麦潜在和雨养产量的影响分别表现为负作用和正作用,整体上辐射和温度的影响程度最大。     

气候变化背景下房县干旱的响应

在气候变化背景下,利用房县50a(1961-2010年)的降水和气温资料,计算干旱指数,并用其来探讨房县干旱的变化情况及其对农业生产的影响。结果表明:作物生长季和冬前生长季的干旱指数变化呈上升趋势,且这种变化趋势的主要原因是温度变化呈上升趋势,降水变化呈减少趋势。夏季的干旱指数变化呈减小趋势,且这种变化趋势的主要原因是温度变化呈下降趋势,降水变化呈增加趋势。干旱及其变化对房县的粮食作物总产、小麦和水稻产量有一定的影响。研究结果可为农业应对气候变化的不利影响提供科学依据。     

甘肃省冬小麦水分盈亏指数的改进及其应用

冬小麦是甘肃省主要粮食作物,水分是限制该省旱作冬小麦生产最主要的因素,降水时空分布不均造成冬小麦干旱常年发生,因此准确监测甘肃省冬小麦干旱及定量评估灾害损失可为决策部门制定农业防灾减灾措施及保障区域粮食安全提供科学依据。利用甘肃省1981—2014年3个农业气象观测站土壤水分和冬小麦生育状况观测资料,38个冬小麦种植县气象资料、产量资料及干旱灾情资料,考虑冬小麦休闲期土壤储水及生育期水分盈亏量修订了作物水分盈亏指数,修订后作物水分盈亏指数与土壤储水、冬小麦产量要素和产量损失相关性较高,能客观、准确、定量地反映干旱对甘肃冬小麦产量的影响;利用水分盈亏指数分别建立冬小麦产量要素和产量损失评估模型。结果表明:产量要素评估模型均通过0.01水平显著性检验,产量损失评估模型大部分通过0.05水平显著性检验。产量要素评估模型回代结果与冬小麦产量要素实测值间均通过0.01水平的F检验;产量损失评估模型验证结果表明,68.4%种植县通过0.05水平F检验,基本能准确评估全省大部分地方干旱对冬小麦产量造成的损失。修订后作物水分盈亏指数能客观反映甘肃省冬小麦干旱,建立的评估模型能准确评估干旱对冬小麦造成的损失,具有一定的应用价值。     

豫北冬小麦、夏玉米多年需灌水次数及典型 生育期需灌水分析

研究气候变化情景下豫北地区农业需灌水次数的变化情况,可为当地灌溉以及保证农业可持续发展提供参考。本文分析处理近63 a(1951—2013年)气象数据和新乡七里营站点土壤数据,结合作物生长参数,利用降水、灌溉、作物蒸散发与土壤水分之间变化关系,建立干旱灌水指数模型。此模型中干旱灌水指数(DII)分布在[-1,1]之间,小于0时即干旱需灌水。在现有冬小麦-夏玉米种植制度下,利用干旱灌水指数模型计算多年需干旱灌水指数,并进一步得到灌水次数。选择冬小麦生长季分别为湿润(1985—1986年)、正常(2004—2005年)、干旱(1983—1984年)的3个典型实际代表年度,夏玉米生长季分别为湿润(2003年)、正常(1993年)、干旱(2009年)的3个典型实际代表年,计算了不同代表年冬小麦、夏玉米作物需水情况。进一步计算得到了冬小麦、夏玉米在典型湿润、正常、干旱3个不同代表年的干旱灌水指数,并进行了有无灌水的干旱情况分析。结果表明:近63 a冬小麦-夏玉米系统每年需灌水2~7次不等,平均需灌水5.1次。冬小麦和夏玉米湿润、正常、干旱3个代表年蒸散发量(ETC)分别为489.4 mm、551.4 mm、481.7 mm和466.1 mm、477.8 mm、529.3 mm。在无灌水条件下典型代表年内,冬小麦、夏玉米都会遭遇不同程度干旱,典型湿润、正常、干旱代表年冬小麦分别灌水2次、3次、4次,夏玉米分别需灌水1次、2次、3次后,基本可以消除干旱对其正常生长影响。综上,通过干旱灌水指数来量化需灌溉次数是可行的。气候变化情景下,近10年(2003—2013年)需灌水频次变化大,年际间干旱事件频发,更好的科学灌溉管理可减少干旱对作物的影响。     

基于SPEI_KC的华北平原小麦玉米周年干旱特征分析

华北平原是中国重要的冬小麦和夏玉米（麦玉）生产基地，同时也是水资源紧缺的区域，农业生产极易受到干旱的影响。该研究在标准化降水蒸散指数（Standardized Precipitation Evapotranspiration Index，SPEI）的基础上，引进作物系数（Kc）改进SPEI指数，并基于改进后的SPEI_KC指数从作物生长季尺度、关键生育期尺度以及麦玉周年尺度分析1961-2017年华北平原冬小麦-夏玉米周年干旱的时空分布和变化特征。结果表明：1）SPEI_Kc指数在华北平原麦玉周年干旱评估中的适用性优于SPEI_TW指数（采用Thornthwaite公式计算的SPEI指数）和SPEI_PM指数（采用Penma-Monteith公式计算的SPEI指数）：在（实际）有旱（指数）评估为有旱情况下，SPEI_Kc指数在代表气象站点的平均准确率为76.13%，较SPEI_TW指数、SPEI_PM指数均有提高；在无旱评估为无旱情况下，SPEI_KC指数准确率为85.67%，较SPEI_TW指数、SPEI_PM指数分别均有提高。2）小麦关键生育期和小麦生长季的空间分布均呈轻旱在河北北部较高，重旱在研究区中部较高分布，玉米关键生育期和玉米生长季干旱频率的空间分布均呈中旱在河北北部较高，重旱在山东西部较高分布。总体来说，研究区的东南部干旱频率小于西北部，山东半岛地区和河北中部旱情较轻，河南省干旱严重。3）年代际干旱程度总体呈略微减小的趋势，具体表现为大部分研究尺度的轻旱发生频率增加，所有研究尺度的中旱和重旱发生频率减小；小麦关键生育期、小麦生长季以及玉米生长季的干旱频率减小，玉米关键生育期和麦玉周年尺度干旱频率增加。研究结果能够为正确认识气候变化背景下该地区干旱分布和变化，进而采取合理措施应对气候变化提供理论依据。     

近30年黄淮海平原干旱对冬小麦产量的潜在影响模拟

为了探明黄淮海平原冬小麦需水关键生育阶段干旱对产量的潜在影响,该文基于黄淮海平原6个农业亚区典型站点的1981—2009年气象数据及田间观测资料,使用作物模型DSSAT模拟探讨了近30 a冬小麦关键生育阶段潜在干旱对产量的影响,并分析了各典型站点干旱减产的概率分布以及典型丰水和缺水年土壤水分的变化规律与产量的关系。研究结果表明:DSSAT模型的区域模拟误差在可接受的范围内(模拟的冬小麦开花期、成熟期和产量的相对均方根误差分别为2.0%、2.5%和12.4%),调试的区域品种3H能够代表黄淮海平原冬小麦品种进行区域模拟。黄淮海平原冬小麦需水关键生育阶段潜在干旱减产率在1980s均呈现出明显减轻的趋势。冬小麦拔节—抽穗期的潜在干旱减产率由南向北逐渐加重,黄淮海农作区天津(Ⅰ区)、石家庄(Ⅱ区)和莘县(Ⅲ区)的减产率超过了40%,临沂(Ⅳ区)、商丘(Ⅴ区)与寿县(Ⅵ区)分别为38%、27%和13%,干旱减产的区域差异主要是由各地气候因素的差异所导致。另外,黄淮海平原冬小麦同一水平的干旱减产率,在拔节—抽穗期发生的概率要远大于灌浆期的概率,北部地区冬小麦在拔节—抽穗期同一水平的潜在干旱减产率要明显高于南部地区,而在灌浆期的概率差别不明显。该研究可为黄淮海平原冬小麦实际生产过程中的抗旱管理与合理灌溉提供理论依据。     

陇南春旱指数与冬小麦产量关系及预测研究

干旱是影响陇南冬小麦产量最主要的灾害性因素。从冬小麦生长关键时段所对应的农业气象条件入手，制定出陇南春旱指数，并分析其年际变化及对冬小麦产量影响的规律，最后由均生函数预测模型预测春旱指数，相应预测出冬小麦的产量，经1999、2000年两年试报，趋势准确。     

1961-2010年陕甘宁农区干旱变化规律及其对小麦潜在产量的影响

干旱作为一种典型的气象灾害事件,对人类生产生活带来了极大影响。近几十年来,随着气候变化不断加剧,干旱的变化规律及对作物生长影响的变化趋势已成为气候变化影响研究的重要组成部分。该文选择中国陕甘宁农区为研究区,利用帕默尔干旱指数(Palmer drought severity index,PDSI)分析了1961-2010年干旱强度及频率的变化趋势,并研究了不同月份干旱的变化趋势;在此基础上,依托EPIC(environmental policy integrated climate)模型分别模拟了冬小麦、春小麦在雨养和充足灌溉条件下的作物生长过程,通过两种模拟情景的差异研究降水亏缺所导致干旱对作物潜在产量影响的变化趋势。研究发现:1961-2010年,中国陕甘宁农区年均PDSI呈现明显的下降趋势,并且年内重度干旱月份数(PDSI-3.0)出现了明显的增长趋势,干旱发生频率上升,强度增强。尤其在4、5、7月,由于降水量明显下降,PDSI的下降趋势最为明显。相比而言,冬小麦种植区PDSI的变化幅度较大。通过分析EPIC模拟结果发现,近50 a,研究区大部分站点干旱导致的作物减产量均出现不同程度的上升,并且空间分布格局与PDSI变化趋势分布相同,研究区中部地区作物产量的减产幅度明显大于其他地区。     

春季干旱对旱地冬小麦生产的影响及施肥和灌溉的应对效果——以2003年和2009年山西垣曲县冬小麦生产的调查和试验观察为例

旱灾多发是气候变化中农业生产面临的日益严重的挑战。而干旱半干旱区农业对旱灾表现出明显的脆弱性。本文收集了2009年和2003年山西省垣曲县农业生产调查资料和山西省农业科学院在该县的肥料试验示范地小麦生产试验资料,统计分析了2009年干旱下小麦产量与正常气候年（2003年）对比的变化,表明气候变化下小麦生长期干旱导致大田小麦减产超过30％,并田块间产量变率由正常气候年的10％左右提高到22％-42％。在雨养旱地,施肥技术试验示范地减产幅度在6％以下;干旱年水浇地的增产效果达到48％-64％,而施肥技术的增产效果达到30％-44％。而水浇地优化施肥示范地产量甚至比正常气候年产量提高36％～77％。肥水协调技术大幅度减缓了干旱下产量损失,同时大大降低了田块间产量变率,达到有效抵御干旱对小麦产量的影响。因此,发展优化施肥及肥水协调技术在应对气候变化的影响中具有显著的减缓潜力,而水资源的有效供应可能成为北方气候变化下干旱对旱地作物生产的主要挑战。     

干旱条件下APSIM模型修正及华北冬小麦产量模拟效果

干旱是影响华北地区冬小麦产量的主要农业气象灾害之一,作物生长模型是评估干旱对作物产量影响主要方法之一,但作物生长模型对极端天气气候条件下（如干旱）作物产量模拟效果仍存在不确定性。为提高作物模型在干旱条件下对作物产量模拟的精准性,该研究利用调参验证后的农业生产系统模型（agricultural production systems simulator,APSIM）,通过查阅与华北地区冬小麦相关的186篇大田试验文献获得1 876对观测数据,以作物水分亏缺指数为干旱指标,评估APSIM模型在冬小麦拔节-开花和开花-成熟阶段干旱对产量影响的模拟效果,提出APSIM在拔节-开花和开花-成熟阶段干旱对小麦产量影响的修正系数。基于历史气候条件、SSP245和SSP585未来气候情景资料,分析了冬小麦拔节-开花和开花-成熟阶段干旱时空分布特征,并采用修正系数校正后的APSIM模型评估华北地区冬小麦拔节-开花和开花-成熟阶段不同等级干旱对其产量的影响。结果表明,APSIM模型低估了拔节-开花阶段干旱对冬小麦产量影响程度,轻旱、中旱和重旱校正系数分别为0.85、0.91和0.85;APSIM模型可准确模...     

利用最大熵法(MaxEnt)模拟中国冬小麦分布区的年代际动态变化

从冬小麦地理分布的生理机制、生长特性和熟制出发,基于气候因子对冬小麦种植区分布的贡献,从区域尺度和年尺度收集了影响冬小麦种植分布的气候因子,并利用最大熵方法(MaxEnt)模拟和筛选了影响冬小麦分布的最佳气候因子组合即春化温度(0～7℃)持续的天数、最冷月平均温度、潜在蒸散量和年降水量,构建了冬小麦种植分布-气候关系模型,分析了1961-2010年中国冬小麦种植区及高适宜区的变化.结果表明,冬小麦可种植区的最冷月平均温度范围为-12～15℃,冬小麦的存在概率随着0～7℃持续天数的增加而增加,年降水量过低将严重影响冬小麦种植区分布的存在概率,年降水量低于200mm的地区不存在冬小麦分布.研究结果还表明,1961-2010年中国冬小麦种植区呈北移西扩趋势,高适宜区发生北移,从而增加了中国北方高寒地区的冬小麦可种植面积,同时有效提高了中国北方地区的气候资源利用率,可增加冬小麦产量.研究结果可为准确预测现在和未来气候条件下中国冬小麦的分布情况,科学合理地应对气候变化提供依据.     

气候变化背景下安徽省冬小麦气候生产潜力和胁迫风险研究

从气候的资源和灾害双重属性出发,构建了冬小麦气候生产潜力和胁迫风险评价指标,以安徽省为例分析了二者对气候变化的响应特征,综合气候对高产和稳产的影响进行研究区冬小麦种植气候适宜性区划。结果表明:采用逐级订正法结合作物生长动态参数估算安徽省冬小麦气候生产潜力多年平均为12 391kg?hm-2,以沿淮和江淮之间最高;1961—2015年淮北和沿淮东部地区为显著上升趋势,而淮河以南地区则以下降为主。通过考虑在冬小麦生长发育过程中气候条件偏离最适区间而导致的胁迫影响,建立了高温、低温、雨涝、干旱4种气候胁迫的评估指标,并基于气候胁迫的超越概率形成了冬小麦气候风险评价方法。气候变暖使研究区冬小麦高温胁迫显著上升,低温胁迫显著下降,水分胁迫无显著的变化趋势。安徽省冬小麦的气候风险呈现中间低,两头高的分布特征,以沿淮和江淮之间风险最低,淮北北部和江南南部风险较高;淮北地区主要以干旱和低温贡献为主,而淮河以南地区则以雨涝风险为主。融合气候生产潜力和气候胁迫风险形成冬小麦的气候适宜性区划,其空间格局呈南北低、中间高的特征,种植分布格局与气候适宜性的空间匹配程度较高,但有一定的优化调整空间。     

华北平原不同等级干旱对冬小麦产量的影响

华北平原是中国重要的粮食生产基地,其中冬小麦播种面积和产量均居中国首位,在国家粮食安全中具有重要作用,干旱是影响该区域冬小麦产量的最主要农业气象灾害。该研究基于华北平原44个气象站点1981—2017年的逐日气象数据以及作物、土壤和田间管理资料,以作物水分亏缺指数为农业干旱指标,基于调参验证后的农业生产系统模型(Agricultural Production Systems Simulater,APSIM),评估了冬小麦生长发育中后期各生育阶段不同等级干旱对冬小麦单产和总产的影响。结果表明,冬小麦拔节-开花和开花-成熟阶段干旱造成冬小麦减产率空间上均呈北高南低的分布特征,且开花-成熟阶段干旱引起的减产率(26.8%)高于拔节-开花阶段干旱引起的减产率(19.1%),区域间比较均表现为干旱对京津冀地区冬小麦单产影响最大,对河南省冬小麦单产影响最小;随着干旱等级的加重减产率增大,开花-成熟阶段轻旱、中旱和重旱的减产率分别为16.5%、32.8%和44.9%,拔节-开花阶段轻旱、中旱和重旱的减产率分别为10.3%、18.8%和28.6%。结合冬小麦实际播种面积得到各生育阶段干旱对总产的影响,区域间比较均表现为干旱对山东省冬小麦总产影响最大,对河南省冬小麦总产影响最小。     

The effect of drought on the root growth of winter wheat and on its water uptake from a deep loam

Abstract. Avalon winter wheat was grown on deep silty clay loam soil (Hook series) under a fixed shelter at Rothamsted with either full drought or irrigation from the end of March to July, 1982. During this time the irrigated crop used 295 mm of irrigation water plus 45 mm of stored soil water, while the droughted crop extracted 223 mm of water from the soil. The roots penetrated to at least 1.8m and water was extracted from 2 m depth.
Even with a fully developed root system the crops could transpire at the full rate of atmospheric demand only when the near-surface soil was well supplied with water. However, the draughted crop extracted enough water from the loamy sub-soil to maintain a reduced transpiration flow for a further nine weeks after the near-surface water was depleted. Thus crop growth was maintained with a loss at final harvest of only 10% in total dry weight and even less in grain yield.
A summary of other results confirm that yield losses due to drought have been reported only for light soils, except in the exceptional year of 1976, and that drought is not normally an important factor affecting yields of winter wheat in the UK.     

气候变化对中国农业生产的影响

未来气候变化下中国农业的稳定事关中国的长远持续发展,国内外气候变化研究界和农业气象研究界对气候变化对中国农业生产的影响的评估未有一致的认识。本文从农业科学角度讨论了气候变化对中国农业生产涉及的气象资源、土地资源、农业生物环境和生态系统的影响,并从作物生长和经济产量形成的角度讨论和分析了气候变化对中国种植业、养殖业不同产业行业的影响,气候变化中一些趋势性变化因不同作物和不同区域而异,例如温度和CO2浓度变化对农业生产的影响因不同作物和不同时相而异,反之,极端性气候／天气事件对农业不同行业的生产都显得危害很大,而气候变化中区域性干旱将成为我国未来农业生产愈来愈严重的挑战。气候变化对中国农业生产的影响甚为复杂,一些气候变化因子的实际影响还存在很大不确定性。当前,定量评价气候变化对中国农业生产的影响还存在困难。     

近30年吴桥县冬小麦生育期水分亏缺变化趋势分析

为了给地处黑龙港地区的河北省吴桥县制定冬小麦稳产灌溉制度提供理论依据,本文利用1981—2013年吴桥县的气象数据和SIMETAW模型,分析了冬小麦全生育期及播种—返青期、返青—拔节期、拔节—开花期、开花—成熟期4个生育阶段的降水量、需水量、耗水强度及水分亏缺指数(CWDI)的变化趋势;同时利用5年滑动平均法将分析年份冬小麦实际产量分为趋势产量和气象产量,计算了不同降雨年型下冬小麦减产率的变异系数。结果表明,近30年河北省吴桥县冬小麦生育时期的水分亏缺指数和需水量均呈现轻微的上升趋势;冬小麦发生干旱的概率为93.75%,其中,中旱和重旱发生概率为65.52%。冬小麦生育时期的平均日降雨量呈现从冬小麦生育中期向后期转移的趋势,日耗水强度表现为从生育后期向生育中期移动的趋势,这是导致返青—拔节期和拔节—开花期水分亏缺指数较大的重要原因。冬小麦减产率的变异系数的绝对值在缺水年最大,为154.241;在丰水年最小,为1.999;正常年份为24.776。因此,冬小麦拔节—开花期的及时灌溉对于保障冬小麦的稳产增产具有重要作用。建议在缺水年份调整冬小麦的水分管理制度,在冬小麦拔节初期一次性充分灌溉或在拔节初期和中后期分次进行少量灌溉。