基于CERES-Maize模型的玉米水分关键期干旱指数天气保险：以陕西长武为例一

水分关键期干旱是影响玉米生长和产量的主要限制因子,构建此时期玉米干旱损失模型,研究干旱指数天气保险,对于合理设计天气指数保险和解决目前传统农业保险的困境,转移农业气象灾害风险具有重要意义。针对作物特定阶段单因子气象灾害影响难以剥离的问题,本研究在西北农林科技大学旱作农业长武试验站进行了连续3a的雨养玉米观测试验,利用田间试验数据(玉米生长发育数据、气象数据、土壤数据和田间管理数据)对CERES-Maize模型进行参数校正和验证,模拟玉米水分关键期(6月21日-8月31日)干旱对生长和产量的影响,构建干旱损失模型;依据长武1990-2019年的气象数据,利用EasyFit软件筛选出玉米水分关键期干旱指数最优分布模型,模拟干旱发生概率;结合干旱损失模型,利用纯费率精算方法厘定玉米水分关键期干旱指数保险费率;采用投影寻踪的统计方法,设计干旱指数保险赔付方案。结果表明,CERES-Maize模型校正和验证的平均绝对相对误差ARE和相对均方根误差RRMSE都小于10%,符合作物模型模拟精度的要求;模拟的干旱指数(DI)与玉米减产率(y,%)间呈显著的线性函数关系,即y=-0.55DI+107.17;Log-logistic模型对干旱指数分布的拟合精度最高,Anderson-Darling(AD)检验值仅为0.20,轻旱、中旱、重旱和特旱发生的概率分别为9.75%、5.90%、3.71%和3.50%。基于Log-logistic模型厘定的玉米水分关键期干旱指数保险费率为5.6%。在玉米生长水分关键期,干旱指数保险的起赔点为DI=185,DI≤185时,进行分级赔付。     

冬小麦干旱的下垫面孕灾环境研究——以淮河流域为例

基于1961—2019年淮河流域140个气象站点的日尺度降水数据和2000—2016年的月尺度的地表温度(LST)、归一化植被指数(NDVI)数据,利用表征气象干旱的标准化降水指数(SPI)挑选确定冬小麦不同生长期的典型干旱年份;利用表征农业干旱温度植被干旱指数(TVDI),借助Landsat-8数据提取淮河流域冬小麦...     

黑龙港流域夏玉米生育期降水、需水和干旱时空分布特征

黑龙港流域地下水超采导致水分极度匮乏,提高降水利用效率成为该区夏玉米生产的关键。该文利用黑龙港流域18个地面气象观测站1966—2015年逐日气象数据,对玉米全生育期及各生育阶段的有效降水量、需水量、作物水分亏缺指数、干旱发生频率的时空分布特征等进行了分析。结果表明,夏玉米全生育期有效降水量292.89～361.56 mm,呈"东北高、西南低"的趋势;需水量362.82～444.04 mm,呈"南部高,北部低"的趋势;近50年总有效降水量和需水量均呈下降趋势,且需水量的变化与平均日照时数、平均风速呈高度正相关;全区干旱发生频率为48.30%,其中南部超33.3%,中部及北部超66.6%;黑龙港中部和北部在成粒和灌浆阶段出现干旱的几率较大,南部在成粒阶段出现干旱的几率较大。该研究为黑龙港夏玉米降水资源的高效利用提供了理论依据。     

施氮水平对不同干旱程度夏玉米生长的影响

在田间小区遮雨条件下,采用有交互作用的双因素试验方法,设置了连续干旱0～32 d等7个水分处理及N 0、140、280 kg/hm2 等3个氮肥处理,研究施氮水平对不同干旱程度夏玉米生长的影响。结果表明,轻度干旱条件下,随着施氮量的增加,夏玉米的株高、叶长、叶宽、茎粗等形态指标,生物量和产量都增加;中度干旱时,适量施用氮肥,夏玉米的形态指标、生物量及产量均高于不施氮肥和大量施用氮肥;严重干旱时,随着施氮量的增加,夏玉米的形态指标、生物量和产量都呈逐渐下降趋势。本试验结果说明,施氮水平对不同干旱程度夏玉米生长有不同影响,应根据干旱程度选择合理的施氮量,以减小干旱带来的损失。     

猪场废水灌溉对夏玉米生长及水分利用效率的影响

为了缓解农业水资源紧缺的状况,通过小区灌溉试验,研究了不同水平的氮肥与不同灌溉量、不同灌溉次数的猪场废水配施条件下夏玉米主要生长指标的变化,探讨了水肥耦合对夏玉米产量和水分利用效率的影响,建立了夏玉米产量的水肥耦合模型,以期为制定合理的猪场废水灌溉制度提供理论依据。结果表明:相同施肥水平时,株高、叶面积指数表现为养殖废水高灌>低灌>对照处理,拔节期差异达到显著水平,收获后养殖废水高灌处理的产量和淀粉含量也显著高于低灌和对照处理。相同养殖废水灌溉条件下,不同施肥处理的株高、叶面积指数以及产量差异不显著。低灌处理水分利用效率要显著高于高灌处理;综合产量、水分利用效率等指标来看,猪场废水高灌(900 m3/hm2)、低水平施肥(30 kg/hm2)处理不仅节约肥料,而且能够保障产量。     

不同水分处理下液膜覆盖对夏玉米生长及产量的影响

针对塑料地膜对农业生产造成的严重污染问题,运用对照处理方法,探讨了液体地膜覆盖对夏玉米生长发育及产量等方面的影响。结果表明,液膜覆盖使夏玉米株高和茎粗均比对照偏大,其中,低水分处理下差异最为显著。夏玉米叶面积指数低水分处理时液膜覆盖在生育前期较对照偏大,生育后期偏小;而中、高水分下液膜覆盖叶面积指数在整个生育期内均比对照偏大。液膜覆盖使夏玉米光合速率和蒸腾速率显著增大,有利于光合产物的形成。低水分处理下液膜覆盖增产效果最好,增产率达到56.97%,产投比为1.695,高水分下液膜覆盖增产效果最差,增产率仅为15.57%,液膜覆盖产投比小于对照。研究认为,夏玉米液膜覆盖能有效抵抗干旱逆境从而达到节水增产的显著效果。     

施氮水平对红壤区夏玉米水分胁迫指数下基线的影响

在南方红壤区,分阴、晴两种天气条件,分别模拟不同施氮水平(0、120和240kg·hm-2)的夏玉米水分胁迫指数( CWSI)下基线方程.结果表明,阴天时由于空气饱和差集中于1～1.25kPa,不适合模拟玉米CWSI下基线,而在晴天时,尽管空气饱和差在1 ～3kPa范围内变化,但是模拟建立的CWSI下基线回归检验效果极显著(P＜0.01);晴天条件下,在相同空气饱和差变动范围内,有氮素供给的夏玉米冠气温差低于不施氮的,而且随着施氮量的增多,冠气温差逐渐降低,从而导致不同施氮水平处理夏玉米CWSI下基线各不相同.试验结果表明,在南方红壤区亚热带季风气候条件下,可以在晴天时建立作物CWSI下基线;并且在使用CWSI时,要根据作物施肥水平建立相应的CWSI下基线.     

黄土塬区夏玉米物质生产及水分利用对品种间作竞争的响应

品种间作竞争具有优化作物个体形态特征和生物量分配的生态效应。综合干旱环境、密度和降雨年际变化影响下的品种间作生物量分配机制研究,可为旱区作物增产增效栽培提供理论依据。试验于2011年(降雨量645.0 mm,湿润年份)和2012年(降雨量497.1 mm,干旱年份)调查了两个玉米品种(‘郑单958’和‘沈单16号’)、两种密度(4.5万株?hm-2和7.5万株?hm-2)隔行间作处理下,地上部生物量和地下部根系形态特征,并分析了品种间作下生物量分配策略、根系竞争机制与产量、水分利用效率的关系。结果显示:1)干旱显著降低玉米根系表面积(SA),低密度间作下‘沈单16号’扬花期SA显著降低而‘郑单958’显著增加,高密度间作‘郑单958’的SA显著下降25.3%,间作下根系对于水资源的竞争随种植密度的增加而加剧;两个种植密度和两个不同降雨年份,间作系统0~20 cm土层根长密度(RLD)显著增加,增加种植密度和雨水亏缺,刺激根系向深层土壤生长,导致30~40 cm土层RLD的增加,且‘郑单958’的RLD增加幅度远高于‘沈单16号’。2)间作竞争下生物量积累具有品种差异,‘郑单958’集中在营养生长期,而‘沈单16号’集中在生殖生长期;且随种植密度的增加,间作栽培下单株生物量显著降低。3)群体收获指数(HI)在高密度间作下,两个不同降雨年份出现平均6.0%的增加幅,雨水充足促进群体HI的提升;根冠比因降雨和种植密度而变,雨水充足、低密度间作下根冠比较大,干旱和高密度下资源竞争造成‘郑单958’根冠比显著下降。4)干旱年份玉米品种间作增产优势显著,高、低密度间作增产率分别为10.3%和21.4%,水分利用效率(WUE)分别增加28.2%和42.0%;且‘郑单958’增产和增效能力分别较‘沈单16号’高17.6%和50.0%。综上所述,品种间作栽培下‘郑单958’具有更合理的地上部生物量分配和响应机制,其根系通过减少冗余生长,降低资源消耗来应对土壤干旱,高效的根系自我调节能力和生物量分配机制在间作系统产量形成和WUE提升中起到了关键作用。     

不同揭膜时期和施氮量对陕西关中地区夏玉米生理生长、产量及水分利用效率的影响

为了探明陕西省关中地区覆膜玉米生理生长、产量及水分利用效率同步提高的最佳揭膜时期和施氮量，制定合理的栽培措施，本试验以关中地区覆膜夏玉米为研究对象，设置3个揭膜时期（拔节抽雄期揭膜、抽雄期揭膜、全生育期覆膜）和3个施氮量（N 0、120、240 kg/hm2），研究了揭膜和氮肥互作对玉米生理生长、产量和水分利用效率的影响。结果表明，揭膜和施氮量均显著影响玉米生理生长、产量和水分利用效率，但两者的互作效应不显著。在3 个施氮水平下，与全生育期覆膜处理相比，抽雄期揭膜可通过改善根际土壤气热条件，提高根系活力，从而增加夏玉米株高、叶面积和地上部干物质量，提高了叶片净光合速率，降低了叶片丙二醛含量，获得较优的穗部性状和较高的籽粒产量及水分利用效率，而拔节抽雄期揭膜处理与全生育期覆膜处理之间无明显差异。当揭膜时期相同时，施氮处理的夏玉米生理生长、产量及水分利用效率等指标均优于不施氮处理，而高氮和低氮处理间无显著差异，但随着施氮量的增加，叶片净光合速率、籽粒产量和水分利用效率呈现减少趋势，叶片丙二醛含量呈现增加趋势。综合考虑产量、水氮高效利用、环境等综合效应，在本试验条件下，陕西关中地区覆膜玉米的适宜揭膜时期为抽雄期、适宜的施氮量为N120 kg/hm2，其籽粒产量和水分利用效率分别为11362 kg/hm2和34 kg/(hm2mm)。