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。     

遥感干旱监测模型研究及在湖南夏季高温干旱中的应用

利用MODIS数据的增强型植被指数和陆地表面温度数据,反演得到湖南省逐月的改进型增强植被指数和温度状态指数,并与临近气象台站的综合气象干旱指数进行相关性分析,选取适宜的权重因子建立干旱状态指数(DCI)遥感干旱监测模型,并对其划分了遥感干旱等级。将此模型应用到2013 年6—9 月湖南旱情的监测中,该模型能较好地反映全省旱情的时空演变特征以及旱情的演变情况。该模型一定程度上削弱了云层的影响,在湿润的南方地区的农作物长势监测、作物估产和灾损评估等方面具有重要的应用前景。     

2种干旱指标在柳州的应用对比分析

为了找到一种较适合柳州当地的干旱指标,以便更好地开展柳州干旱的研究工作,基于逐日降水资料和实际旱情资料,分别运用EDP指数和降水量距平百分率对柳州1961—2014 年各季节的干旱年份进行划分,并与实际旱情发生情况进行对比分析。结果表明：（1）用降水量距平百分率划分柳州的干旱频数和季节连旱频数均比用EDP指数划分结果偏多,但二者存在50%的重合率;（2）柳州各季节的EDP指数和降水量存在着较好的相关性,其时间和空间变化均具有较好的一致性,用二者分析柳州的干旱均具有一定的合理性;（3）降水量距平百分率划分的干旱年份比EDP指数划分的干旱年份与实际旱情发生重合率更高,相关性更好,相比较而言,用降水量距平百分率分析柳州的干旱更为科学合理。     

温度植被干旱指数(TVDI)在农业干旱监测中的应用

准确及时地监测作物干旱情况可为应对作物受灾减产提供策略,进而降低经济损失。研究基于重建的归一化植被指数(NDVI)和地表温度(LST)数据构建旱地作物生育期内LST-NDVI特征空间,计算温度植被干旱指数(TVDI),结合研究区实地观测数据对TVDI指数进行定量验证。结果表明,构建的NDVI-T_s特征空间散点图符合三角形关系,与前人研究结果相符;旱地作物不同生育阶段TVDI与土壤湿度均呈负相关性,表明TVDI具备反映研究区土壤湿润条件的能力;2017年黑龙江旱地作物生育期内各时段均有干旱状况发生,其中西部地区干旱发生频率和范围整体大于东部地区;TVDI与土壤相对湿度干旱等级判对率一致性达到90%以上。综上所述,基于MODIS数据构建的TVDI指数可以反映黑龙江省旱地作物干旱情况,研究可为作物生育期多时段干旱监测的业务化运行及为黑龙江省制定抗旱减灾策略提供科学参考依据。     

基于不同植被指数的VSWI在河南省春季干旱监测中的应用分析

干旱是一种常见的自然灾害,严重影响着我国的农业生产,而河南省的春旱发生最为频繁。因此,以河南省为研究区,在分析河南省春季归一化植被指数（NDVI）、增强型植被指数（EVI）以及修正土壤调节植被指数（MSAVI）变化规律的基础上,构建其相应的遥感植被供水指数（VSWI）,分析比较了这3种植被指数构建的VSWI在反映土壤干湿状况时的差异,讨论了VSWI_N、VSWI_E以及VSWI_M与长时间序列降水的相关性。结果表明：VSWI与河南春季土壤相对湿度具有一定的正相关关系,VSWI_E、VSWI_M较VSWI_N更适合监测表层水分变化信息,总体来说,VSWI_E效果最好,而且,通过比较春季降水距平百分率（PA）发现,2000年是近30年春季最旱的一年。因此,选择利用EVI构建的VSWI监测2000年河南省春季干旱的时空演变规律,利用EVI构建的VSWI_E总体上更适用于监测河南省的春季干旱。     

基于气象和遥感的黄淮海平原干旱监测

为了更全面、系统的对黄淮海平原进行干旱监测。本研究采用标准化降水蒸散指数(SPEI)以及温度植被干旱指数(TVDI)多角度分析了黄淮海平原的干旱时空变化。结果表明：1960—2016 年，黄淮海平原有微弱的干旱化趋势，其中有12 年发生年尺度干旱，且各地区干旱分布不均匀。黄淮海平原发生轻度干旱的频率最大，其次是中度干旱；2001—2016 年冬小麦主要生长期TVDI均趋于干旱化。不同生长期干旱等级与分布范围不同，2 月干旱发生强度大范围广，主要集中在研究区的北部和东部地区，3—5 月干旱强度减弱且面积减少，主要集中在河北省南部以及山东省的中东部地区。研究结果可对黄淮海平原的旱情进行监测和评价，并为农业生产，防旱避灾提供参考依据。     

微污染水灌溉对土壤-作物系统Cd动态的影响及小麦敏感期分析

为了探讨重金属在土壤-作物系统中的动态平衡以及作物对重金属吸收的敏感期,通过田间小区试验进行不同浓度Cd微污染水灌溉,分析Cd在土壤-作物系统中的含量及其随生育期变化的情况。结果表明：与清水相比,含Cd微污染水灌溉显著性增加冬小麦表层0~10 cm土壤Cd含量,冬小麦地上部分带走量远小于灌溉输入量,影响土壤Cd平衡;灌浆期是冬小麦吸收Cd的敏感期,不适宜微污染水灌溉;含Cd微污染水灌溉降低冬小麦籽粒的饱满度,显著降低冬小麦的产量。总之,含Cd微污染水灌溉尤其在灌浆期显著性影响土壤-作物系统Cd平衡。     

节水农业背景条件分析

综述了气候、地形、水文过程和土壤水分状况在节水农业研究与应用中的作用。干旱指标法被广泛采用以分析干旱情况，但它不能很好地反映季节性干旱；地形对节水农业的影响主要是通过影响降水和水土流失情况来影响水资源利用率和节水配置；对水文过程的分析从流域尺度出发主要采用TOPMODEL、SWAT、MODFLOPW、FEFLOW、MIKE－SHE等模型，从局地尺度出发主要采用TOPMODEL、WEPP等模型，从农田尺度出发，研究主要集中在农田蒸发、蒸散和作物水分生产函数方面；土壤水分状况受土壤类型、土壤性质、土地利用方式、地表覆盖物、气候因素、以及人为作用的影响，利用这些因素对土壤水影响的规律培育“土壤水库”和对作物进行非充分灌溉或者调亏灌溉能够有效地节约灌溉用水。     

洪洞县农业干旱灾害风险评价与区划研究

干旱是人类面临的主要自然灾害之一,笔者结合降水距平公式对洪洞县1980—2010年冬小麦的干旱情况进行了详细的划分,深入探讨了不同阶段冬小麦干旱的时间和空间特征,并总结了一定的规律。此外,对洪洞县的所有站点,运用人类生存环境风险评价法,结合GIS软件对冬小麦干旱灾害风险指数DDRI进行研究与区划。结果表明：（1）洪洞县一般干旱和强干旱的发生频率均表现为20世纪80年代最高,21世纪初次之,20世纪90年代最低;（2）洪洞县冬小麦干旱灾害高风险区主要集中在万安镇和曲亭镇,这2个乡镇是洪洞县防御冬小麦干旱的重点区域,低风险和轻微风险主要分布在北部地区及中南部地区。     

基于大型称重式蒸渗仪研究北疆滴灌麦田蒸散量

基于大型称重式蒸渗仪研究了北疆地区滴灌冬小麦不同时段(生育阶段、日、时)的农田水分蒸散特征,分析了气温、相对湿度、风速等因子对农田水分蒸散的影响及产量和蒸散的关系,旨在为北疆地区滴灌冬小麦的灌溉制度制定提供理论依据。3个灌水处理分别为全生育期灌溉375、600和750 mm。结果表明,在滴灌冬小麦全生育期内日蒸散量为抽穗–乳熟>拔节–抽穗>乳熟–成熟>返青–拔节>播种–越冬>越冬–返青;在一天中,滴灌冬小麦农田水分蒸散主要发生在8:00–20:00,夜间20:00–8:00蒸散量较小且比较稳定,时蒸散量随天气变化而改变。滴灌条件下,冬小麦的棵间蒸发量占农田水分蒸散的25.2%~28.3%。棵间蒸发与土壤含水率和叶面积指数具有良好的二元二次模拟关系,拟合系数为0.98。综合产量和水分利用效率,滴灌冬小麦的蒸散量为600~650 mm。本研究对合理制定滴灌冬小麦的灌溉制度具有重要的参考价值。     

基于Sentinel多源数据的晋南农田地表土壤水分反演

通过遥感数据反演农田地表土壤水分,对农作物干旱、长势监测及估产有重要指导作用。以山西省闻喜县冬小麦种植区为研究区,利用水云模型去除植被影响,建立土壤直接后向散射系数与土壤含水量的关系,反演闻喜县2018年3月19日冬小麦种植区土壤水分。结果表明：协同Sentinel-1微波和Sentinel-2光学影像数据能够去除植被影响提高土壤水分反演精度,VV极化决定系数R²提高0.0914,均方根误差RMSE减少0.0895%。闻喜县中部河谷平原以及东南和西北部的台地土壤处于轻度干旱状态,西南部丘陵和东部山地土壤处于中度干旱状态。反演的土壤水分空间分布结果与地形起伏、灌溉条件和地力等级有较好的空间一致性,地形起伏低、灌溉条件良好的农田土壤水分含量高。     

主要作物新品种抗旱性鉴定指标的研究与应用

针对我国北方干旱缺水,水资源日趋匮乏的特点,研究了农作物高产品种抗旱性鉴定方法、评价指标,编制了我国第一个有关农作物品种抗旱性鉴定的地方标准,完善了农作物品种的育种程序。河北省在全国率先开展了小麦和玉米等农作物新品种在参加区域试验的同时进行抗旱性鉴定试验。抗旱指数成为我国小麦和旱稻等作物的抗旱性鉴定指标和标准。     

淮北地区小麦播期干旱发生规律及其影响与对策研究

为了摸清淮北地区小麦播期干旱发生规律、影响程度,提出应对策略,依据小麦播期干旱的降水指标、小麦干旱灾害等级指标统计分析了宿州各地的干旱等级。通过采用多年滑动平均法等,研究淮北地区小麦播期干旱发生的频率、基本规律及分布状况。结果表明,淮北地区2/3以上的年份会出现小麦播期干旱,其中重旱至严重干旱中北部旱情重于南部;进入21世纪以来,旱情加重显著;小麦适播期干旱比短期干旱时段重,且自北向南增加的趋势明显;无论是短期干旱、中期干旱,还是秋冬连旱,2001年以来加重的趋势都较为突出。通过研究得知,造成小麦播期干旱的根本原因是降水偏少,能够形成旱灾的重旱及严重干旱平均5年一遇;针对2010-2011年秋冬连旱及对小麦生长发育的影响,分析了播期干旱对小麦各生育期的影响程度,长时间干旱时,严重影响后期产量的形成,平均减产20%以上。提出了精耕细作,科学利用底墒是防御干旱失墒的最好办法,入冬前适时灌溉,有利于小麦分蘖及根系发育,形成壮苗安全越冬,为小麦多成穗打下良好的基础。     

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。     

山东省烟台市近年降水资源变化对农业的影响

为了研究烟台市降水资源变化特征及其对农业的影响,选取烟台市10个地面观测站降水资料,采用滑动平均法和线性倾向率等方法,对其年际动态变化和年内分配、旱涝状况等进行分析,分析了山东省烟台市1961-2008年的降水量变化特征,总结了烟台市降水变化规律;利用对比分析法,研究了烟台市降水资源变化对农业的影响。结果表明：烟台市在近48年降水变化中,降水量总体呈下降趋势;越冬作物小麦生育期降水量呈减少趋势,且该时期的平均降水量比小麦实际平均耗水量少221 mm,远远不能满足小麦生理需水要求;秋作物玉米生育期降水量有明显减少的趋势,作物生育期降水能够满足玉米生育期耗水量,但夏季降水量相对变率增大,出现旱涝灾害的机会增大,影响农作物的可持续发展。     

基于TOPSIS黄淮海平原井灌区冬小麦调亏灌溉的多目标优化

为探寻黄淮海平原井灌区冬小麦适宜的调亏灌溉控制指标,通过3季（2015-2017年）不同灌水下限与灌水定额（30、60、90、120和180mm）2因素组合试验,研究调亏灌溉对冬小麦产量及作物水分利用效率的影响。灌水下限分别为：轻旱（LD）,冬小麦苗期至返青期、拔节期、抽穗期和灌浆成熟期田间持水量分别为田间持水量（field capacity,FC）的50%、55%、60%和50%;中旱（MD）,冬小麦苗期至返青期、拔节期、抽穗期和灌浆成熟期田间持水量分别为田间持水量的40%、50%、55%和45%。研究结果表明,随灌水定额的增加,产量呈先增加后下降趋势,水分利用效率呈下降趋势。90mm灌水定额下,随灌水下限的增加,冬小麦产量呈增加趋势。基于CRITIC赋权的TOPSIS法构建冬小麦综合效益多目标优化模型获得的结果与产量和作物水分利用效率分析法获得的结论具有一致性,均表明LD60处理最优。综合考虑,为实现本地区冬小麦稳产与水资源高效利用的双重目标,冬小麦适宜采用轻旱胁迫下灌水定额为60mm的调亏灌溉控制指标。本结论可为黄淮海平原井灌区冬小麦的管理提供科学依据。