甘肃省春玉米干旱灾损评估指标研究

利用甘肃省春玉米主要种植区5个典型代表站,1985-2007年4-9月逐日降水量、CI指数、玉米单严和发育阶段的需水量等资料,尝试构建以CI和水分适宜度(降水量/需水量比值)为参数的定量评估指标即DI指数,利用其与相对气象产量的关系划分干旱指标等级,得到甘肃省春玉米干旱灾损评估的新方法.实证分析结果表明,从代表站的春玉米生长季(4月11日-9月30日)DI指数的逐年变化看,靖远、永昌变化最小且数值最低,榆中次之,西峰和武都变化最大且数值最高;从拔节-吐丝期DI指数的逐年变化看,西峰和武都波动最明显且数值最大,靖远和榆中波动最小且数值最低,所得评估结果与研究区实况较一致.而且DI指数与以往笼统的干旱指标相比,数据资料相对易获取,计算简单,既具有气象学意义,又具有生物学意义,可用于研究不同地区具体作物的干旱灾损评估.     

基于农业干旱参考指数的西南地区玉米干旱时空变化分析

西南地区是中国玉米主要产区之一,干旱是该地区最主要的农业气象灾害,研究干旱时空分布特征及规律对西南地区玉米种植布局和防旱减灾有重大意义。该文收集西南地区玉米种植区60个代表气象站50a(1960年-2010年)的气象资料和玉米作物资料,选用基于土壤-植被-大气系统并以天为时间尺度的农业干旱参考指数(ARID)作为干旱指标,研究西南地区玉米生育期内干旱频率空间分布特征,并分析近50a干旱发生的年代际变化,验证ARID在西南地区的适用性。结果表明:1)近50a来西南地区发生的干旱具有显著的区域特征,高发区位于云南中北和东北部以及四川南部;其次为川东北的广元地区、川西南山地以及滇西北、滇南部的元江地区;少发区位于重庆大部、贵州北部等地区。2)阶段性干旱明显,受旱频率最高的时段为出苗至拔节期,受旱频率最低在抽雄至灌浆期,且随着发育进程,干旱有向东部转移的趋势。3)西南地区各分区玉米生长季内ARID变化差异较大,总体上来看干旱程度大多处于轻旱,个别区域处于中旱,或者在轻旱与中旱之间波动。4)ARID的年际变化特征表明:20世纪80年代受干旱影响最低,21世纪初受干旱影响最严重。     

基于WOFOST模型的玉米干旱损失评估:以北京为例

以北京市山区春玉米和平原区夏玉米产量作为研究对象,利用气候资料和统计资料驱动,就WOFOST模型对北京地区玉米产量模拟的适用性进行评估,并基于模型开展北京地区玉米干旱灾害损失评估研究。结果表明:(1)山区春玉米和平原区夏玉米的产量模拟值与统计年鉴统计值的符合度指数均达0.9以上,模拟结果平均误差小于10%,说明WOFOST模型在北京地区春玉米和夏玉米的产量模拟方面具备较强的适用性;(2)在本文定义的干旱指数体系下,初夏旱对春玉米的产量影响较大,其中初夏轻旱导致春玉米减产率达15.91%,初夏重旱使春玉米减产率达22.99%;春旱和伏旱对春玉米、初夏旱和伏旱对夏玉米产量影响均较小,减产率均在10%以下。研究结果可为北京地区玉米生产和抗旱减灾提供科学依据。     

基于游程理论和Copula函数的干旱特征分析及应用

干旱是一种复杂的自然灾害现象,理解和掌握干旱事件的发生发展状况对防治其危害具有重要意义。选用1960—2015年间陕北黄土高原9个地面气象观测站的月降水数据集,基于游程理论从标准化降水指数中提取出干旱事件的历时和强度,采用拟合优度最高的Copula函数对干旱特征变量进行拟合,分析干旱特征变量的联合累计概率和干旱事件的联合重现期,并基于30 a时间间隔的滑动窗口分析联合重现期变化曲线,最后将研究结果运用到陕北地区1995—2010年间干旱实际受灾面积中,进一步分析干旱事件联合重现期与农作物旱灾损失之间的联系。结果表明:1)1960—2015年间陕北黄土高原出现的最低干旱事件频次为94次,最高103次,榆林东部和延安的北部是主要的干旱灾害频发区,延安的东南部和铜川干旱事件发生频次相对较小;2)干旱历时和干旱强度具有较强的相关性,随着干旱历时和干旱强度的不断增大,二者的联合累计概率和联合重现期也不断增大;3)研究区内不同站点的相同历时不同强度和相同强度不同历时的联合重现期变化曲线变化趋势不尽相同;4)陕北地区农作物实际受旱灾面积与干旱历时和强度密切相关,不同类型干旱事件联合重现期的拟合能够反映该区域实际干旱受灾情况,根据游程理论提取出干旱事件的干旱特征与实际干旱特征较为接近的情况下,理论重现期与实际重现期的误差范围仅在0.1~0.3 a之间。研究可为旱作农业生态管理提供依据。     

基于作物水分亏缺指数的春玉米季节性干旱时空特征分析

季节性干旱是影响湖南春玉米生产最突出的气象灾害,分析其时空分布特征和发生的规律,可为湖南春玉米生产的发展和合理布局提供技术支持。该文基于湖南省96个气象站点1961－2007年地面气象观测资料,采用FAO于1998年推荐的Penman-Monteith 方法计算了参考作物蒸散量、玉米的作物需水量。考虑盈余降水对水分亏缺指数的影响,修正了的水分亏缺指数计算方法,并依据玉米的水分亏缺指数,分析了季节性干旱发生频率的时空特征。并选取不同区域典型站点分析了水分亏缺指数年代际变化特征。结果表明,湖南春玉米生长季节内干旱呈现明显的季节性和空间区域分布特征：干旱频率较高的时段主要在玉米抽雄－吐丝阶段及其后的生育阶段,且随生育期后移干旱频率明显增加,以轻旱程度为主。空间分布特征是以湘中南的衡阳及周边一带干旱频率最高,其次为湘东、湘北一带次高,湘西等地春玉米干旱频率低。各年代之间比较,以20世纪80年代干旱较严重,90年代干旱相对较轻。     

基于SPI判定的东北春玉米生长季干旱对产量的影响

为了研究东北地区干旱对春玉米产量变化的影响机制,选用标准化降水指数(standardizedprecipitationindex,SPI)作为干旱的判断标准,利用东北地区春玉米历史产量资料构建相对气象产量残差(standardized yield residuals series,SYRS),结合春玉米干旱受灾率,分析了东北地区春玉米全生育期干旱和产量变化特征,以及干旱对春玉米产量影响的变化规律。结果表明:1)年际间降水量的波动导致东北地区玉米单产不稳定,辽宁和内蒙古东部受旱的程度及年数均远高于黑龙江和吉林,玉米成灾率和生长季降水距平百分率呈现明显负相关。2)20世纪80至90年代中期出现干旱的年份较少;而从90年代后期至2015年干旱年变多。3)2000年之前,黑龙江、吉林和内蒙古东部3省区相对气象产量残差SYRS从负值向正值波动提升,在90年代中后期达到历史最高,进入2010年以后,SYRS普遍处于正常水平;辽宁省SYRS呈现年际间波动大的特征。4)东北四省区SPI6与SYRS满足向下的抛物线趋势,当降水量处于正常略偏多的情形下,东北4省区产量能达到高产的水平;当SPI6处于干旱或者过湿的情况下,将处于低产量水平。     

中国东北春玉米区干旱时空分布特征及其对产量的影响

为了研究东北地区春玉米不同生育阶段干旱时空分布规律及其对产量的影响,基于研究区域1961—2012年69个气象站点逐日气象资料和春玉米生育时期及产量资料,采用Penman-Monteit法计算潜在蒸散量,在此基础上利用农业干旱指标标准化降水蒸散指数(SPEIPM)划分干旱等级-最后利用干旱等级权重及发生概率评分等级计算每个站点的干旱危险指数(DHI);利用Mann-Kendall检验法计算5个生育阶段的SPEI变化趋势,利用回归分析进行SPEI与玉米气候产量的关系分析。结果表明,吉林省西部和辽宁省西部在玉米生长季内始终为干旱高风险区,吉林省东部和辽宁省东部则为干旱低风险区,黑龙江省东部干旱风险随生育进程增大;近52 a玉米苗期干旱强度和范围有减小趋势,而生育后期在增加;1991—2012年辽宁省西部玉米气候产量与SPEIPM3-7(5—7月份的SPEIPM)以及吉林省西部、吉林省东部和松嫩平原气候产量与SPEIPM3-8(6—8月份的SPEIPM)的关系达极显著(P0.01),吉林省中部气候产量与SPEIPM3-8(6—8月份的SPEIPM)关系达显著水平(P0.05)。春旱严重地区如松嫩平原、吉林省西部、辽宁省西部和南部的干旱强度和范围正在减小,而东北干旱程度在玉米生育后期整体呈增强趋势,其中东部最明显。在降水充沛的吉林省东部,气候产量与干旱指数的回归方程对称轴在0附近,表明正常降水情况下即能保证高产和稳产。降水较少的地区如辽宁省西部和吉林省西部等地,回归方程对称轴在1附近,提高玉米产量需增加灌溉和提高水分利用效率。     

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。     

中国西南地区干旱对玉米产量影响评估方法

为研究干旱对西南地区玉米产量的影响,该文根据气候相似、发育期相近、农业生产水平相当的原则将西南地区玉米种植区分成6个亚区,利用1961-2010年西南地区63个代表站点逐日气象资料,计算逐旬水分盈亏指数,建立逐旬干湿指数,并基于旬干湿指数建立玉米干旱累积指数,同时结合玉米单产资料,构建玉米干旱产量损失评估模型。结果表明,玉米生育期内旬干湿指数与该旬的土壤湿度相关性较好;西南6个亚区玉米干旱产量损失评估模型均通过0.05水平的F检验,通过代表站、西南干旱年玉米干旱累积指数与干旱产量损失间的统计分析,两者之间具有显著的相关性,检验水平F均在0.05以上。模型能较准确地评估玉米发生干旱时的产量损失,具有一定的应用和深入研究价值。     

修正帕默尔干旱指数在农业干旱监测中的应用

为了提高对农业干旱监测的准确性和时效性,本文通过分析帕默尔干旱指数原理,结合农业干旱发生的特征,在计算土壤水分的过程中引入了作物系数和胁迫系数,同时修正农业干旱的持续时间,缩短计算干旱的时间步长,并利用山东省23个站点1961—2007年的逐日气象资料建立用于农业干旱监测的逐句帕默尔干旱指数。与农业干旱发生的实际情况对比表明,修正后的旬帕默尔干旱指数能准确地反映土壤水分变化,提高了对短期干湿变化的敏感度,整个旱情变化过程比较符合实际情况,对监测农业干旱具有实际意义。     

夏秋季节性干旱对南方春玉米主要农艺性状的影响研究

试验研究了我国南方地区夏、秋季节性干旱条件下春玉米主要农艺性状的变化,结果表明,夏、秋季节性干旱使玉米线性灌浆期、叶面积稳定期及生育期缩短,秃顶增加,穗粒数减少,千粒重降低,产量下降,其中对晚熟品种影响较大,中熟品种次之,早熟品种较小,且不同品种减产幅度不同。根据其影响的大小可选出抗旱能力较强的春玉米品种。     

基于自然灾害系统理论的辽宁省玉米干旱风险分析

为了减轻旱灾对辽宁地区玉米生产的影响,该文通过对辽宁省23个气象站点46 a气象数据和气象站点所在县玉米产量、种植面积的分析,用实际干旱发生频率、农业气象干旱发生频率、玉米生产相对暴露率和单产水平等4个因素构建了辽宁地区玉米干旱风险指数,用社会科学统计程序(statistical program for social sciences)和地理信息系统(geographic information system)对辽宁地区玉米干旱进行了风险分析和风险区划。结果表明,辽宁省有30%的站点处于玉米干旱较高或高风险区,主要分布于辽西山地丘陵和辽南沿海地区;玉米干旱中等风险区主要分布在辽西走廊和辽中平原及渤海湾附近地区;玉米干旱低风险区主要分布在辽东山地丘陵地带。经检验50%以上站点的干旱风险指数与玉米相对气象产量显著相关。所构建的辽宁地区玉米干旱风险指数能客观地反应干旱对玉米生产的影响。该研究为玉米避灾和减灾管理提供科学依据。     

春旱背景下春玉米苗情对产量的影响及减产评估模式

为建立基于苗情的玉米春旱指标和春旱减产即时定量评估模式,2010－2011年春季在中国东北玉米主产区开展玉米分期播种-土壤水分控制试验。每年设3个播期和4个水分胁迫处理,用雨棚和人工灌水控制土壤水分,观测土壤湿度、玉米出苗期、保苗率、7叶前后的株高、叶龄、生物量和单产。采用回归方法分析玉米产量对出苗期、保苗率及幼苗长势的响应,建立春旱评估模式。 结果表明,在春旱背景下,玉米产量与出苗期、出苗率、苗期株高、叶龄和生物量相关性显著。出苗期延迟导致产量下降,出苗期每推迟1d,玉米单产下降2.9%;出苗率下降10%,玉米减产9.2%;株高、叶龄和植株干质量每下降10%,玉米单产依次下降13.4%、11.1%和5.5%。用出苗期、保苗率、叶龄和株高等苗情要素建立玉米春旱损失评估模式,可以定量评估（或预测）春旱对玉米产量的影响,模式检验和实际应用表明评估误差在6.5%左右。该研究提供多个评估模式,便于根据不同时间和不同观测要素选择适当的模式开展玉米春旱减产的即时定量评估,为制定减灾对策和开展玉米春旱损失保险业务提供科学依据。     

基于SIF的东北春玉米干旱动态阈值构建

为实现对春玉米全生育期干旱的动态监测,消除分段式干旱灾害阈值在跨越发育期的灾情监测中的跳跃性,该研究构建了东北春玉米全生育期干旱动态阈值,实现了对玉米全生育期灾情的连续性监测。该研究以东北地区春玉米为研究对象,基于时间序列日光诱导叶绿素荧光（solar-induced chlorophyll fluorescence,SIF）数据,结合2000—2020年东北地区春玉米实际干旱灾情资料,采用多项式、高斯拟合法构建东北春玉米不同干旱等级曲线,得到最优拟合模型,以相邻干旱等级拟合曲线的平均值作为玉米全生育期各干旱等级动态临界阈值,并用独立样本和典型干旱事件验证动态临界阈值。结果表明,高斯拟合模型在描述东北春玉米不同干旱等级时间序列叶绿素荧光指数值时较多项式拟合效果更佳;该研究构建的东北春玉米不同干旱等级动态阈值能较好地反映东北地区春玉米干旱情况,干旱等级识别结果与实际灾情等级基本符合的占91.03%,其中完全符合的占82.76%,验证精度较高;基于典型干旱事件的时空验证结果也表明该干旱等级动态阈值能较好地反映东北地区春玉米干旱时空演变特征和干旱灾情的发生发展动态。     

气候变化下干旱对中国玉米产量的影响

了解干旱的时空变化特征及其对农业生产的影响对于维护农业可持续发展具有重要意义。该研究以中国五大主要玉米种植区中241个地级行政单元作为研究对象,采用AquaCrop作物模型分别对rcp2.6、rcp4.5、rcp8.5,3种代表性浓度路径情景中玉米在不同灌溉条件下的受到的水分胁迫及相应产量进行模拟,在此基础上通过建立回归模型评估干旱强度对玉米产量损失的影响。结果表明,1）未来中国的干旱强度分布及玉米产量损失在空间上均呈现由西北至东南递减的趋势;2）未来时期全国大部分地区干旱水平相比于历史时期有所上升;3）玉米干旱损失率随干旱指数的变化特征符合Logistic曲线,回归结果的R2为0.96。4）未来北方春播玉米区和黄淮海夏播玉米区的玉米产量对干旱强度反应最敏感,应当引起格外重视。     

轮耕对渭北旱塬春玉米田土壤理化性状和产量的影响

为了揭示不同轮耕处理对渭北旱塬春玉米田土壤理化性状及春玉米产量的影响,于2008—2010年在陕西合阳设置了免耕深松免耕(NT/ST/NT)、深松翻耕深松(ST/CT/ST)、翻耕免耕翻耕(CT/NT/CT)、免耕免耕免耕(NT/NT/NT)、深松深松深松(ST/ST/ST)和翻耕翻耕翻耕(CT/CT/CT)6种轮耕模式,测定和分析了各轮耕处理下土壤容重、土壤养分与玉米产量差异。结果表明:(1)各轮耕处理降低了土壤容重,提高了土壤孔隙度,增加了田间持水量,且以NT/ST/NT处理效果最佳;与对照CT/CT/CT相比,NT/ST/NT处理0～20cm和20～40 cm土层土壤容重分别降低11.43%和9.79%,土壤孔隙度分别增加11.05%和9.87%。(2)NT/ST/NT处理对耕层0～20 cm土层土壤有机质和全氮含量影响显著(P<0.05),0～60 cm土层土壤有机质平均含量最高(10.36 g.kg 1),土壤全氮含量平均值比试验开始前和对照CT/CT/CT分别提高10.65%和4.31%;各耕作处理对0～20 cm土层土壤全氮和碱解氮含量影响较大,而对20～40 cm土层土壤有效磷和速效钾含量影响较大,保护性轮耕处理对土壤培肥效应显著(P<0.05)高于传统翻耕处理。(3)NT/ST/NT、ST/CT/ST、CT/NT/CT、NT/NT/NT和ST/ST/ST处理产量比对照CT/CT/CT处理分别增产22.42%、16.33%、3.77%、9.91%和14.18%(P<0.05),以NT/ST/NT处理春玉米增产率最高。