1971—2016年河南省夏玉米生长季极端干旱时空特征

选用地表湿润指数，利用1971—2016年气象数据对河南省夏季极端干旱发生的时空特征进行了分析。结果表明：近46 a来，河南省夏季极端干旱发生频数在年均0.08～2.15月之间，总体上呈现微弱的下降趋势。6月和9月极端干旱发生次数高于7月和8月。1970s发生频数最多，2000s最少，2010s呈现回升的趋势。6月和9月极端干旱发生站次百分比明显高于7月和8月，且6、7月和9月的发生站次百分比在2010s也呈现回升趋势。各年代平均发生频数均以豫南地区最高，近46 a来极端干旱总次数呈现由南向北逐渐递减的分布特征，但6月份发生总次数高值区则主要分布在豫中和豫西地区。全省范围内极端干旱发生存在明显的4~8 a周期变化，2010s极端干旱发生频数和站次百分比均呈回升趋势，应引起夏玉米生产上的关注和重视。     

黄淮海地区夏玉米干旱等级划分

干旱是影响黄淮海地区夏玉米产量稳定性的主要农业气象灾害。建立夏玉米干旱灾害指标,开展夏玉米干旱灾害的监测及评估,对农业防灾减灾意义重大。该文根据夏玉米生长发育过程,选择土壤相对湿度和作物水分亏缺指数分别建立夏玉米不同生育阶段的干旱等级指标。首先在综合分析有关夏玉米土壤水分指标研究成果的基础上,确定了夏玉米各生育阶段不同干旱等级的土壤相对湿度指标。在此基础上,利用河南省农业气象观测站多年观测资料,建立水分亏缺指数与土壤相对湿度之间的关系模型,利用已确定的土壤相对湿度指标计算得出夏玉米不同生育阶段不同干旱等级的水分亏缺指数干旱指标。根据土壤相对湿度指标,夏玉米播种-出苗、出苗-拔节、拔节-抽雄、抽雄-乳熟和乳熟-成熟5个生育阶段发生轻旱的临界值分别为65%、60%、70%、75%和70%,发生重旱的临界值分别为45%、40%、50%、55%和50%,发生特旱的临界值分别为40%、35%、45%、50%和45%;而根据水分亏缺指数指标,5个生育阶段发生轻旱的水分亏缺指数的临界值分别为35%、40%、20%、10%和35%,发生重旱水分亏缺指数临界值分别为50%、65%、55%、45%和65%,发生特旱的临界值分别为55%、75%、65%、55%和75%。在黄淮海夏玉米区选择代表站点对确定的干旱等级指标进行了验证,土壤相对湿度和水分亏缺指数判定的干旱等级相同及相差一个等级的百分率变化在71%～91%,表明2套指标对干旱发生情况的判别具有较好的一致性;通过与历史典型干旱年份灾情对比,2套指标能够较好的判定出历史年份夏玉米生长季干旱发生情况,能够用于夏玉米干旱的监测、评估等方面的科研及业务服务中。     

应用ORYZA2000模型制定北京地区旱稻优化灌溉制度

通过优化灌溉提高水分利用效率,使有限的水资源发挥最大的效益,是推行节水农业的一个重要方面.在模型验证的基础上,利用ORYZA2000模型和多年气象资料,分析了北京地区不同降水年型条件下早稻产量和水分利用效率与灌溉定额之间的关系,在此基础上制定不同降水年型和产量水平的北京地区旱稻优化灌溉制度.结果表明:当灌溉定额达到一定水平后,最高产量趋于不变.干旱和平水年型条件下旱稻均有较大的增产潜力,灌溉定额为300～500 mm可增产约3000 kg/hm2;丰水年型灌溉定额为250 mm时可增产1000 kg/hm2.70%、80%和90%产量潜力3个产量水平的最优灌溉制度分别需要保持根层土壤相对含水率在67%、73%和83%左右,灌水定额不宜过高,以50～60 mm为宜.灌溉次数和灌溉定额随产量水平的提高而增加,并取决于实际的降水情况:干旱年型3个产量水平的灌溉次数为3～8次;平水年型为2～5次;丰水年型为1～5次.水分利用效率变化范围为0.92～1.28 g/kg,受各年型降水量影响灌溉水水分利用效率变化在1.61～7.76 g/kg之间,丰水年型的灌溉水水分利用效率高于平水年型和干旱年型.80%产量潜力水平时的水分利用效率最高,不同年型灌溉定额在98～239 mm之间,灌溉次数为2～5次.     

北京地区旱稻作物需水与降水的耦合分析

基于4a的田间试验资料，采用农田水分平衡法确定了旱稻出苗后各生育阶段的需水量；利用1971年-2000年北京地区逐日降水资料，计算了旱稻各生育阶段在不同降水保证率下的降水量，并选取25％、50％、75％和95％保证率作为典型的湿润年、平水年、干旱年和极枯水年，进行旱稻各生育阶段降水与作物需水的耦合度分析和补灌量估算。结果表明：旱稻出苗后总需水量平均为596.1 mm，需水强度平均为4.3 mm/d，需水强度峰值出现在孕穗-抽穗阶段。4种降水年型下旱稻出苗后降水和旱稻需水的耦合度分别为0.82、0.71、0.50和0.39，所需的补灌量分别为106.6、171.1、296.0和363.9 mm。     

基于ORYZA2000模型的华北地区旱稻干旱风险评估

针对华北地区旱稻产量年际不稳定的问题,利用作物生长模拟技术与数理统计相结合的方法,对华北地区气候背景下旱稻生长季内干旱风险进行了定量评估。以模型模拟的雨养条件下实际蒸散量相对于潜在条件下的蒸散量(即需水量)的亏缺率(即水分亏缺指数),以雨养条件下产量相对于潜在产量的损失率(即灾损指数)作为产量灾损强度评价指标,从受旱程度以及产量损失两个角度构建干旱风险评估模型,进行干旱风险评估。结果表明,华北地区旱稻全生育期水分亏缺指数在0.35~0.45之间,其中出苗~穗分化阶段指数值在各生育阶段中最高。干旱灾损指数变化在0.24~0.50之间,其中河北的西北部、山东北部及河南的南部较高。就干旱强度风险及灾损风险而言,空间分布趋势基本一致,风险指数低的地区主要分布在河北北部、山东南部等地区,河北中南部、河南大部等地风险指数较高;就综合风险指数而言,高值区主要分布在河南的西部和南部、山东北部以及河北中部的部分地区,低值区主要分布在北京、天津、河北北部、山东大部以及河南北部的大部分地区。总体上看,华北大部地区旱稻干旱综合风险较低,但在农业生产实际中仍不能忽视高风险区的干旱应对及防御。     

基于APSIM模型的灌溉降低冬小麦产量风险研究

华北平原是我国冬小麦主产区,干旱是影响该地区冬小麦产量稳定的最主要的灾害之一。进行产量风险评估以及如何通过灌溉降低干旱产量风险对于该地区冬小麦稳产高产具有重要的现实意义。该文利用澳大利亚的APSIM农业生产系统模拟模型,以华北平原北京和山东禹城为例,分析了不同降水年型条件下冬小麦的产量风险;通过不同灌溉方案的设计和模拟,分析了不同的灌溉方案在各种年型条件下对降低冬小麦产量风险的作用。结果表明：北京和禹城地区冬小麦生育期内绝大部分年份降水不能满足作物的需水,严重缺水年型出现的频率均在30%左右,两地该年型的平均产量仅为2 445和2 466 kg/hm2,产量风险较高。灌溉对于降低产量风险具有明显的作用,但需根据不同的缺水年型选择适宜的灌溉方案。在兼顾冬小麦稳产高产和提高水分利用效率的前提下,严重和中度缺水年型进行3次补充灌溉,分别为底墒水、拔节水和开花水,而在轻度缺水年型条件下,底墒水和拔节水两次灌溉即可大大降低干旱带来的产量风险,灌水定额为50～70 mm,且随缺水程度的降低和灌溉次数的增加,可以适当减小灌水定额。     

气候变暖对信阳地区水稻生育期的影响

利用1961-2008年信阳气象站气象资料和1981-2007年信阳农业气象试验站水稻生育期观测资料,分析了气候变暖对信阳地区水稻生育期的影响。结果表明:信阳地区近48a年平均气温整体呈上升趋势,但具有明显的阶段特征,1981年之前温度总体呈降低趋势,而1981年之后(含1981年)温度呈显著上升趋势;水稻生长季内4-5月变暖趋势最为显著,平均温度、最高温度和最低温度均显著上升,其它时段变暖趋势不明显。4-5月温度的显著升高使水稻播种和移栽日期呈显著提前的变化趋势;另一方面,由于生长季中后期温度变化不明显,水稻抽穗和成熟日期无显著变化,造成水稻移栽-抽穗期显著延长。播种期和移栽期提前,有利于水稻早生快发,培育适龄壮秧,移栽-抽穗期延长可相应延长水稻穗分化时间,有利于大穗的形成和产量的提高。     

基于适应性调整的豫南地区水稻生产对未来气候变化的响应

选取河南信阳市9个取样点和单季稻早、中、晚熟3个代表性品种开展气候变化影响的评价研究。根据政府间气候变化委员会(IPCC)排放情景特别报告(SRES)中的A2、B2情景并结合区域气候模式(PRECIS),生成信阳市9个取样点基准时段(1961-1990年)和未来时段(2021-2050年)的逐日气象资料。利用ORYZA-V3模型,在考虑未来CO_2的直接增益效应情况下,模拟分析了未来气候变化对水稻生产的影响。在此基础上,模拟分析了未来不同情景下水稻生产可能的适应性调整方案,最后得出研究区域的水稻生产经过适应性调整后的产量、稳产性以及豫南地区水稻总产的变化。结果显示,未来气候变化中,若不进行适应性调整,在不考虑CO_2直接增益效应情况下,信阳地区在A2情景下的模拟产量较基准阶段减产14.1%,B2情景下减产8.6%。通过品种、播期的调整,并同时考虑CO_2的肥效作用,A2和B2情景下将分别增产17.2%和15.7%。适应性调整后豫南地区的总产在A2和B2情景下较基准阶段将分别增产14.8%和13.2%。因此,在未来气候变化的评价研究中,将作物生产的适应性调整考虑在内,不仅更为科学合理,也更为乐观。     

利用ORYZA2000模型分析北京地区旱稻产量潜力及需水特征

在模型验证的基础上，利用ORYZA2000模型分析表明，北京地区旱稻产量潜力30年平均为8 573 kg hm^-2，变化范围为6 747~11 278 kg hm^-2，年际间变异系数为16.3%。而雨养产量的多年平均值为4 084 kg hm^-2，变化范围223~8 018 kg hm^-2，年际间的变异系数高达51.1%。产量潜力与雨养产量之差表明北京地区旱稻尚有一定的增产潜力。旱稻全生育期需水量的多年平均值为713 mm，年际间变异为8.5%。其中，出苗—穗分化阶段由于持续时间长，需水量最大，占全生育期的49.7%。全生育期的平均需水强度为5.3 mm d^-1，需水强度最大的时期为穗分化—开花阶段，平均为5.5 mm d^-1。北京地区生育期内的降水量不能完全满足旱稻的需水要求，50%的年份水分亏缺量在250 mm以上，水分亏缺量多年平均值为226 mm，年际间变异较大，变异系数高达81.4%。