基于作物生长模型的农业干旱灾害风险动态评估

在阐述干旱灾害风险基本概念的基础上,分析了农业干旱灾害风险动态评估的难点。通过作物生长模型——DNDC模型模拟作物逐日生长,得到最终的粮食产量。采用情景分析方法,对不同气象条件下的作物产量进行估计,进而计算作物粮食因旱损失,实现农业干旱灾害风险动态分析。研究选择辽宁省为研究区,以玉米作物为代表,空间分析单元为县级行政区,利用15年的序列数据进行粮食因旱损失评估,模型模拟辽宁省的总误差控制在15%左右。风险分析结果表明,辽宁省西北部地区干旱灾害风险高于其他地区,这也与辽宁省干旱实际情况相吻合。     

基于WOFOST模型的辽宁省春玉米干旱灾损风险评估

利用锦州农业气象试验站的作物生长发育和土壤实测数据对WOFOST模型水分胁迫模块进行了调参，适用性验证表明，WOFOST模型适用于辽宁省春玉米生长发育和产量的模拟，辽宁省春玉米受干旱的影响可以利用WOFOST模型较敏感地反映出来。利用调参后的WOFOST模型模拟了全生育期及出苗~拔节、拔节~抽雄、抽雄~乳熟和乳熟~成熟各阶段发生轻、中、重旱情景对辽宁省春玉米产量的影响，并根据模拟结果确定了不同干旱风险等级下辽宁省东、中、西部玉米生产的灾损范围。结果表明：不同生育期发生干旱对产量的影响不同，总体上，抽雄~乳熟期发生干旱的影响最大，其次是拔节~抽雄期，而出苗~拔节期和乳熟~成熟期发生干旱对产量的影响较小，全省春玉米在抽雄~乳熟期发生重旱的减产风险达30%~70%；在相同干旱水平下，不同区域受影响程度也不同，在全生育期及各生育阶段发生轻、中、重旱情景下，干旱导致的减产率总体上表现为由东部向西部地区逐渐加重的趋势，在全生育期重旱情景下，辽宁省东部的春玉米减产率为40%~75%，中部为60%~90%，西部达65%~95%。     

甘肃省河东地区春玉米干旱演变特征及灾损风险区划

甘肃河东地区为全省春玉米主要种植区,同时也是易发生干旱的地区,基于FAO推荐的Penman-Montith模型以及其提供的作物系数计算了甘肃省河东地区春玉米作物水分亏缺距平指数(CWDI_a),采用甘肃省河东地区54个气象站1961—2017年逐日气象数据以及河东各县(区)春玉米多年产量资料,从干旱的年际变化趋势、干旱空间分布特征以及春玉米干旱灾损风险区划三方面对近57年来河东地区春玉米各生育期干旱演变特征及其灾损风险区划进行了分析。结果表明:受降水的影响,河东地区春玉米生长期各旬需水量、CWDI_a值均呈先增大后减少的趋势,全区CWDI_a值15,表明该区虽为雨养农业区但仍需通过灌溉补给保证作物生长期所需水分。生长季内春玉米水分亏缺的变化幅度:抽雄～开花期拔节期乳熟～成熟期出苗～七叶期。出苗～七叶期水分亏缺程度由南向北呈递减趋势,其他三期水分亏缺程度由南向北呈递增趋势。河东地区春玉米干旱风险具有明显的区域性和差异性,低风险区主要在陇东南部地区,陇南中部、北部、南部地区,甘南高原东北部地区;中风险区主要在陇东中部地区,陇南东南部地区,陇西黄土高原中部地区;较高风险区主要在环县,渭北地区;高风险区主要在黄河以南地区至靖远-榆中区。总体来看,河东春玉米干旱灾损风险区由南向北呈纬向分布,且受积温影响,海拔高于2 500 m的高山区不适于种植春玉米。     

中国北方春玉米干旱灾害风险评估

开展农业干旱灾害风险评估是实施干旱灾害风险管理、减轻旱灾损失和影响的必要途径,如何揭示成险因子变化及其相互作用是开展风险评估的关键。本文以中国北方春玉米为研究对象,利用我国北方各地春玉米产量和气象数据,以及地形、土地利用和土壤有效灌溉面积等数据,基于自然灾害风险评估原理,构建北方春玉米干旱灾害危险性指数,在地理信息系统(GIS)平台下结合春玉米种植的暴露度和其他影响抗灾能力因子对中国北方春玉米干旱灾害进行风险评估区划。结果表明,春玉米干旱较高或高风险地区主要位于内蒙古中部、宁夏、甘肃、辽宁西部和新疆部分地区,风险指标值在0.73以上;春玉米干旱较低或低风险地区主要位于黑龙江西南部、吉林中部、辽宁北部、河北南部和陕西中部等地区,风险指标值在0.72以下。该研究有助于深化认识风险评估中成险因子相互作用,研究结果对指导北方春玉米干旱灾害风险管理具有科学意义。     

基于降水距平的黄淮平原夏玉米干旱评估指标研究

以降水和产量资料为基础,研究确定了夏玉米干旱评估指标。首先对历史产量序列进行处理,利用三次多项式拟合趋势产量,分离相对气象产量;分析不同生育阶段降水距平和相对气象产量的相关关系,结果表明,玉米出苗~抽雄期降水距平与相对气象产量呈显著的正相关;通过统计分析,建立了它们之间的回归方程,并结合农业干旱划分标准,确定了夏玉米生长季不同等级的农业气象干旱指标,即降水负距平<20%、20%~50%、50%~80%、>80%时,分别出现轻旱、中旱、重旱和严重干旱,产量分别减少<10%、10%~20%、20%~30%、>30%。     

江苏省苏北地区季节性干旱特征及动态风险评价研究

利用江苏省统计年鉴提供的气象资料,通过标准化降水指数(SPI)计算苏北地区近25 a(1989—2013年)的季节干旱指标,分析江苏省苏北地区五市的季节性干旱时空特征和发生规律,并对其进行动态干旱风险评价。基于危险性、脆弱性、暴露性和防灾减灾能力这四个影响因子构建相应干旱风险评价指标体系,选取适合苏北五市的气象、水文、地理、社会经济方面相关二级指标,组合运用熵权法和CRITIC法确定各指标综合权重,通过加权综合评价法对苏北五市进行动态旱灾风险评价。结果表明:苏北地区干旱时间特征存在明显的季节性差异,发生干旱多为轻旱和中旱,且多发生于春夏秋三季,盐城市冬季发生中旱和重旱相对较频繁;干旱强度变化趋势和干旱频率趋势大体一致,五市发生春旱的频数和强度总体都呈增加趋势,而秋季情况略有好转。近年来,苏北地区五市的旱灾风险具有一定的稳定性,风险排名依次为:淮安连云港宿迁徐州盐城,其中,防灾减灾能力对于干旱风险的动态变化体现出较强相关性。     

甘肃旱作区玉米近40年干旱影响评估

运用1971-2010年甘肃旱作玉米主产区降水资料及产量资料,分析了40年干旱时空变化特征,建立了干旱影响玉米产量的风险评估指数,对玉米不同时期不同等级干旱风险进行了分析评估.结果表明:春旱以陇东黄土高原及陇西黄土高原的定西出现频率最高,均在0.35次/年以上;徽成盆地及两江流域出现频率最少,为0.18次/年;初夏旱出现频次最高的地区为环县,为0.35次/年,最少为西峰、成县及秦安;伏旱出现频率最高地区为环县及麦积,最低为定西一带;秋旱出现频率最高为陇东黄土高原平凉一带,最低为陇南地区.各地干旱均以轻旱为主,其次为中旱.40年中,上世纪90年代干旱出现频次最多,80年代最少.进入21世纪,秋旱发生频次明显减少,春旱则有相对增多的趋势.玉米全生育期陇南地区受旱灾影响风险最小,种植保险率最高;其次为陇西黄土高原;陇东黄土高原种植保险程度最低,干旱影响最大.     

气象干旱变化特征及其对粮食产量的影响 ——以甘肃武威市为例

干旱是甘肃武威市致灾最严重灾害天气。利用甘肃武威市1960—2019年降水资料和1970—2019年粮食产量资料,运用统计学方法分析了武威市气象干旱和粮食产量的变化特征以及干旱与粮食产量的关系。结果表明：（1）春旱、春末夏初旱、伏旱频数的空间变化比较一致,均为北部荒漠区多于绿洲平原区,绿洲平原区多于南部山区。（2）春旱、夏初旱和伏旱年代频数变化不一致,春旱凉州、民勤呈增加趋势,古浪、天祝及全市呈减少趋势;夏初旱凉州、古浪无变化,民勤、天祝及全市呈减少趋势;伏旱凉州无变化,民勤、古浪呈减少趋势,天祝及全市呈增加趋势;随干旱等级的加重各类干旱频数总体上呈增加趋势。（3）粮食产量（小麦、玉米和总粮食）随年和年代呈显著增加趋势,气象产量的年变化没有明显的规律性,波动性较大;气象产量年代变化呈先增加后减少再增加趋势。气象产量与各类干旱年代频数基本表现为负相关,气象产量与夏初旱频数的相关性水平显著,与其他干旱相关性均不显著。     

陇东主要农作物旱灾综合评估指数的多时间尺度分析

综合考虑水分亏缺量,持续时间、作物水分敏感度等几个因素,建立陇东农业旱灾综合评估指数.应用小波分析方法,进一步分析该区冬小麦、玉米等主要作物生育期不同时段旱灾指数的多时间尺度特征,在此基础上对该区农业旱灾的演变趋势做了初步的探讨和评估.     

不同降水年型下大气CO2浓度和温度对旱地春小麦产量的响应模拟

为量化不同降水年型CO₂浓度升高、增温对旱地春小麦(Triticum aestivum L.)产量的影响,本研究基于甘肃省陇中地区气象数据、土壤数据和管理数据驱动APSIM模型,设置不同CO₂浓度和温度增量变化来模拟甘肃陇中未来气候情景,分析气候变化情景对春小麦产量稳定性和可持续性的影响,评估不同气候处理对应的产量风险。结果表明：APSIM模型模拟的干旱年和湿润年小麦产量的归一化均方根误差NRMSE小于13%,一致性指标D大于0.85,平水年产量的归一化均方根误差NRMSE大于20%,一致性指标D小于0.8,表明APSIM模型对干旱年和湿润年春小麦产量模拟的精确性高于平水年春小麦产量的模拟。CO₂浓度和温度对春小麦产量均具有显著影响,且温度对小麦产量的变化具有主导影响。在增温和CO₂浓度共同升高条件下,降水效应表现为湿润年>平水年>干旱年,二者协同所导致的产量减产效应表现为平水年>干旱年>湿润年。对比不同降水年型产量的变异系数和可持续性指数发现,干旱年增温2.5～3℃小麦产量...     

东北地区玉米气候适宜评价指标的确定与验证

为科学、定量地评价气象条件对玉米生长发育及产量形成的影响,以东北地区为例,利用模糊数学原理,在考虑了玉米生物学特性的基础上,结合农业气象业务服务指标,构建了东北区温度、水分、日照适宜度模型,采用几何平均法计算了玉米气候适宜度。考虑到不同发育期气候条件对玉米产量形成影响程度的客观差异,运用相关系数法设定玉米生育期内各旬对产量的权重,采用加权平均法构建了玉米播种至任意时段的气候适宜指数。利用各时段历史气候适宜指数最大值、平均值、最小值,确定了不同等级的气候适宜评价指标。基于该指标将1993—2011年玉米全生育期气候适宜指数划分为气候适宜、较适宜、较不适宜和不适宜4个等级,并将该指标进行验证。检验结果表明:东北地区玉米气候适宜等级与生育期内气象条件的优劣具有很好的一致性,播种~拔节、播种~乳熟、播种~成熟3个阶段的气候适宜等级与产量增减幅度的相关性十分显著(P≤0.05),且越接近成熟期,相关性越明显;气候适宜等级能够较准确地反映出玉米生育期内气象条件的优劣变化及逐年、典型灾害年产量的实际情况。     

干旱对太行山山前平原雨养农田产量影响的模拟研究

以多时间尺度标准化降水蒸散指数（SPEI）作为干旱指标，利用APSIM模型（农业生产系统模拟模型）模拟太行山山前平原雨养旱作农田冬小麦-夏玉米近30 a产量变化，分析干旱对作物产量的影响。结果显示：APSIM模型对模拟雨养条件下作物产量具有良好的适用性，玉米产量年际波动较大、变异系数为51.2%，易受降雨因素影响;小麦产量波动相对较为稳定，变异系数为26.4%。干旱指数与作物产量极显著相关（P<0.01），其中小麦产量与SPEI-3-Apr相关系数达0.79，玉米产量与SPEI-3-Sep相关系数达0.88，适宜干湿状态在0～2之间；所建立的回归方程分别可以解释61.8%的小麦产量变异和87.7%的玉米产量变异。研究表明，SPEI-3-Apr、SPEI-3-Sep可分别作为该地区雨养农田小麦、玉米产量的估计指标。     

东北春玉米全生育期气候适宜度评价

适宜的气候要素是保障东北春玉米健康生长和高产稳产的基本条件。依据温、光、水气候要素对春玉米生长的影响,分别构建温度、日照和降水适宜度模型,引入有效降水提高模型精度,再基于有效降水和实际降水将三种气候要素耦合建立综合气候适宜度模型Ⅰ和模型Ⅱ,并利用1994—2013年有效气象、物候数据和2003—2010年像元尺度大田玉米生长状况时序遥感监测信息对海伦和泰来两个典型东北农业台站进行模型测试检验,将最适用模型应用于东北三省玉米典型种植区以估算2008与2009年25个站点不同生育期各气候要素适宜度。检验结果表明,“基于有效降水的模型Ⅰ”所估算的全生育期综合气候适宜度与NDVI、EVI的相关系数(0.58、0.29)均优于“基于实际降水的模型Ⅱ”(0.52、0.18),融合有效降水信息的模型Ⅰ更能有效捕获气候要素对春玉米生长胁迫现象。应用结果显示,模型Ⅰ估算的2008和2009年东北春玉米全生育期综合气候适宜度分别为0.67和0.56,与该地区2008年春玉米实际产量高于2009年表现一致;两年间东北三省春玉米各气候要素适宜度总体表现为温度>日照>有效降水;辽宁与吉林的温度、有效...     

利用播期研究气候条件对黑龙江春玉米产量性状的影响

不同播期致使作物所处的气候条件不同,进而影响作物的生长发育和产量。本文以哲单37(特早熟,生育期113 d)、先玉335(中早熟,118 d)、郑单958(中熟,120 d)等3个玉米品种为试验材料,于2012年到2014年在黑龙江林甸县进行了为期三年分期播种试验,分析了玉米产量相关性状与各个生育阶段气象因子的关系。结果显示:分期播种对3个玉米品种均有影响,其中对早熟品种影响最大。播期主要通过影响玉米百粒重、穗长和秃尖引起产量的变化,贡献最大的因素是百粒重,总效应为0.847,其次是穗长,总效应为0.840,秃尖为负效应,总效应为-0.213。产量性状与气候条件相关性分析发现,玉米产量与抽雄~成熟期的日均温度、降雨呈显著正相关。因此在黑龙江第二积温带播种中早熟和中熟玉米品种(先玉335和郑单958)适当早播可增加抽雄~成熟期的日均温度,增加积温以达到增产的效果;晚播有利于避开早春易发生的干旱、冷害等自然灾害。采用偏最小二乘路径模型PLS-PM处理分析结果显示,播期对产量性状有较大的直接作用(0.763),同时通过影响各生育期的气候和土壤条件间接影响产量。综上所述,在黑龙江西部地区影响玉米产量最关键的气象因子是抽雄~成熟期的温度和降雨,此时适量的灌溉更有利于增加产量。     

基于RAIGA的PPC模型评价调亏灌溉对东北春玉米生长和产量的影响

为了研究调亏灌溉对东北春玉米生长和产量的综合影响,在移动式遮雨棚下,以东北春玉米为试验材料,采用测筒栽培试验方法,分析了玉米在苗期、拔节期、抽雄期中度调亏灌溉处理后对玉米干物质重、耗水量的影响,并采用实码加速免疫遗传算法进行投影寻踪建模,综合评价灌水方案优劣,结果表明：苗期亏水使玉米具有较强的适应干旱的能力,苗期可中度亏水,即控制土壤水分到田间持水量的50％～60％,且苗期调亏的方案经模型评价要优于其它方案。     

近30 a来黑龙江省气候变化及其对玉米产量的影响

基于全球气候变化,以黑龙江省为例,在收集1980-2009年气象站点农业气象资料的基础上,运用线性倾向率方法,分析了近30 a来黑龙江省玉米生长季和3个主要生育阶段的气候变化特征;在此基础上分析了玉米气象产量与不同生育阶段气候要素的相关性。结果表明：平均、最高和最低温度指标从时间变化来看,在各个生育阶段都表现为升高趋势,从空间变化来看,温度升高趋势基本表现为从东到西的增加趋势;日照时数和参考作物蒸散量的变化从时间上来看,除在播种-苗期表现为减少趋势外,在其他生育阶段都表现为增加趋势;从空间上来看,其变化幅度在各个生育阶段基本上表现为从西南向东北递增的趋势;降水量时间上主要表现为减少趋势,空间变化趋势则不明显。相关分析表明：穗期和花粒期的最低温度与玉米的气象产量呈正相关关系,花粒期的最高温度与玉米的气象产量呈负相关关系。