山西省春玉米生育期干旱特征分析

应用山西省15个气象站点1981-2011年春玉米生育期内逐日气温、降水量资料分别计算不同生育期的相对湿润度指数、降水与作物需水的耦合度,以相对湿润度指数（M）作为春玉米干旱等级评价指标,分析近31a山西省春玉米不同生育期干旱变化特征。结果表明：（1）近31a来,山西春玉米各生育期中,以出苗-拔节期干旱发生频率最高,达86.95%,干旱发生等级以中等以上为主,降水与作物需水的耦合度最小,仅0.41,该生育期缺水最严重;播种-出苗期干旱发生频率达82.47%,干旱发生等级以中等以上为主,北部和中部地区降水与作物需水耦合度分别为0.45和0.41,南部地区降水能满足玉米需水要求;拔节-抽雄期降水与作物需水耦合度为0.69,干旱发生频率为51.51%,干旱发生等级以轻旱为主;抽雄-乳熟期和乳熟-成熟期干旱发生频率较低,为32.58%～43.33%,以轻旱为主,降水与作物需水耦合度在0.95以上,降水基本能满足春玉米的需水要求。(2)从北部至南部,山西春玉米各生育期干旱发生频率基本呈递减趋势,降水与春玉米需水耦合度呈递增趋势。全省播种-出苗期中等以上干旱占各级干旱发生频率的比重均为最高,北部、中部和南部地区分别达86.73%、79.43%和72.88%。     

春玉米干物质积累和产量对播期调控下水热变化的响应

为探究春玉米(Zea mays L.)干物质积累和产量对播期调控下水热变化的响应,在河北科技师范学院试验基地,于2017—2020 年进行了4年的播期试验,以京农科728和MC812为材料,分析了播期(5月1日、5月10日、5月20日、5月30日)引起的春玉米干物质积累量、产量构成因素、产量以及水分利用率的变化。结果表明,受温度与降水影响,春玉米干物质积累量在生育前、中期随播期的推迟而下降,而灌浆后期至成熟期以5月30日播种春玉米干物质积累量最多。春玉米干物质积累动态符合Logistic模型,5月30日播种春玉米干物质积累的总持续时间和快增期持续时间均最长。有效穗数、穗粗、轴粗、穗行数和出籽率不受温度与降水的影响,但穗粒数、千粒重、穗长、行粒数受其影响显著,各指标随播期延迟先下降再上升,并以5月20日播种的春玉米最低。产量与千粒重呈显著正相关,5月30日播种的春玉米产量最高。另外,随播期的推迟,总耗水量减少,水分利用效率提高。综上可知,合理安排播期,重视降雨对春玉米生长发育及产量形成的影响,是冀东地区春玉米获得高产的重要措施。本研究为冀东地区春玉米播期选择提供了理论依据和技术支持。     

贵州西部春薯主要生育期降水分布及其影响分析

以贵州西部六枝的郎节坝试验区、钟山的大地试验区、水城的前进试验区和盘县的坡上试验区共4个不同海拔马铃薯种植区连续6a(2006-2011年)春薯大田全生育期(播种期-收获期)的逐日降水量观测资料,以及威芋3号逐年平均产量资料为基础,利用降水与产量积分回归方法,研究春薯大田全生育期降水量变化及其对产量的影响。结果表明,贵州西部山区降水存在时空分布不均状况,总体呈随着海拔升高而增多的趋势;导致春薯产量不稳定的主要因素是降水在春薯大田各生育期分配不均以及春薯全生育期降水过少(降水量少于600mm)。不同区域春薯生长发育过程中的最佳补充灌溉时期不同:研究区东部的郎节坝试验区应在出苗期、分枝期和现蕾期补充灌溉,北部的大地试验区应在播种期、出苗期、现蕾期和开花始期补充灌溉,而同样位于北部的前进试验区仅需在开花始期补充灌溉,位于中部的坡上试验区应在开花盛期补充灌溉。研究结果对于确定贵州西部春薯生育期的最佳补充灌溉时期,优化春薯生产模式,提高贵州山区春薯产量具有积极意义。     

1961－2010年四川盆地玉米有效降水和需水量的变化特征

作物有效降水量和需水量是科学确定灌溉时期与灌溉量的重要依据。该研究基于1961－2010年四川盆地104个气象台站的地面气象资料和1981－2010年17个农业气象观测站的玉米生育期资料,采用联合国粮食及农业组织（FAO）推荐的参考作物蒸散量和降水量的比率法计算了研究区域内玉米全生育期及不同生育阶段的有效降水量,采用参考作物蒸散量法结合单作物系数法计算了相应时段的需水量,并探讨了玉米不同生育阶段缺水量和水分盈亏指数的变化。结果表明：近50年来,除乳熟到成熟期外,玉米全生育期及播种到乳熟期的有效降水量总体呈下降趋势;全生育期和各生育阶段的需水量均呈减少趋势;除播种到拔节期外,全生育期和拔节到成熟期的缺水量以下降趋势为主。比较各区域典型地区玉米水分盈亏状况,盆地北部玉米水分亏缺程度最严重,而盆地西部最轻;比较玉米各个生育阶段的水分满足情况,播种到拔节阶段水分亏缺程度最严重。研究可为四川盆地玉米种植区的农业用水以及合理灌溉提供科学依据。     

近60年东北地区春玉米旱涝趋势演变研究

区域作物旱涝趋势的演变是区域应对气候变化、制定防灾减灾决策的理论依据,是保证我国粮食安全的基础。本文以东北地区为研究区,依据春玉米的生长特征将其划分为14个分区,利用研究区1958—2017年78个站点的逐日气象数据,计算春玉米生育期内的累积水分盈亏指数(CWSDI?),并将其划分为8个旱涝等级,结合M-K趋势检验和突变检验法及GIS空间分析技术,揭示了东北地区春玉米生长期旱涝趋势的时空演变规律。结果表明:在春玉米生育期内,播种—抽穗期的3个生育阶段, CWSDI?值大体呈上升趋势,抽穗—成熟期CWSDI?值呈下降趋势,其中乳熟—成熟阶段的下降趋势最重,但无明显区域性。研究区内春玉米干旱的发生频率远高于洪涝的发生频率,干旱自20世纪90年代逐渐加重,洪涝情况无明显变化趋势;拔节—抽穗阶段和乳熟—成熟阶段分别是旱涝灾害最轻和最重的阶段,春玉米各生育阶段各旱涝等级的发生频率大体上是特旱轻旱其余旱涝等级;吉林省西部和辽宁省西部的中旱及重旱频率高于其他地区,特旱主要集中在研究区西部,轻涝集中在黑龙江省中、南部,吉林省东部和辽宁省东部,研究区内几乎不发生中、重涝。应在春玉米的生育初期和后期注意旱涝灾害的预防,研究区西部的旱情较重应重点防范,做到适时有效灌溉。研究结果可为区域预测农业旱涝灾害、优化水资源配置提供决策依据。     

中国北部冬麦区小麦生育期对生育阶段积温变化的响应

利用1993-2013年中国北部冬麦区19个农业气象观测站的冬小麦生育期及气象资料,研究了冬小麦各生育阶段积温和生育期的时空变异特征。通过皮尔逊相关性分析等方法,探究冬小麦各生育阶段积温变化对生育期的影响。结果表明：（1）播种-出苗、返青-拔节阶段≥0℃积温和越冬期负积温的值呈东高西低的空间分布,拔节-抽穗、抽穗-乳熟、乳熟-成熟和播种-成熟阶段≥0℃积温为东南低西北高,而出苗-越冬开始阶段≥0℃积温则呈东南高西北低的分布;拔节-抽穗和乳熟-成熟阶段≥0℃积温均在21%的站点上显著减少,返青-拔节、抽穗-乳熟和播种-成熟阶段≥0℃积温及越冬期负积温分别在26%、37%、21%和42%的站点上显著增加,而播种-出苗和出苗-越冬开始阶段≥0℃积温的变化较小;（2）播种和出苗期呈东部晚西部早的空间分布,抽穗、乳熟和成熟期则相反;越冬开始期呈东南晚西北早的分布,返青期则相反;拔节早的站点主要位于麦区东部。播种、出苗、返青、拔节、乳熟和成熟期分别在21%、16%、37%、26%、42%和21%站点显著推迟且多位于麦区东部,而越冬开始期和抽穗期仅在5%站点变化显著;（3）相关分析表明,各生育阶段≥0℃积温（或越冬期负积温）与多个生育期的相关性显著,生育阶段积温的变化可能直接或间接影响了冬小麦的生长发育。越冬期负积温与返青、拔节、抽穗、乳熟和成熟期相关性最大,且与冬后多个生育期呈现一致的时空变异特征,其时空变异性可能是造成冬小麦冬后生育期在时空上存在差异的原因。     

气候变化背景下播期对东北三省春玉米产量的影响

为探究气候变化背景下东北三省(黑龙江省、吉林省和辽宁省)春玉米适宜播期的变化程度,本文以东北三省春玉米潜在种植区为研究区域,基于1981—2015年气象资料,1981—2012年农业气象观测站玉米生育期、产量资料以及土壤资料,分气侯区对农业生产系统模型(APSIM)进行调参和验证,建立适用于东北三省10个不同气候区的模型相关参数,在各气候区利用调参验证后的APSIM-Maize模型设置不同播期,模拟各年代不同播期下春玉米潜在产量和气候生产潜力,综合高产和稳产性指标,明确了不同区域各年代不同条件下适宜播期范围。研究结果表明,APSIM模型对于东北三省7个春玉米品种开花和成熟两个关键生育期以及产量模拟结果与实测结果具有较好的一致性,表明APSIM模型能够较好地模拟研究区域春玉米生育期和产量。充分灌溉条件下,研究区域内适宜播期范围从4月16日至5月19日,空间上呈纬向分布南早北迟的特征; 20世纪90年代和21世纪00年代玉米适宜播期较20世纪80年代有提前趋势,其中20世纪90年代提前趋势更明显;第1、第3、第5、第7和第9气候区雨养条件下较充分灌溉条件下适宜播期有推迟趋势,推迟天数为3～6 d。雨养条件下各年代不同气候区理论上的适宜播期较目前生产中实际播期下的产量提高2.84%～9.96%。以上结果为进行未来气候变化对东北三省春玉米影响及其适宜播期等研究提供了技术支撑。     

宽窄行种植对东北风沙土区玉米水分利用及产量的影响

为了研究宽窄行种植模式对东北风沙土区玉米水分利用和产量的影响,通过2010年和2012年在吉林省梨树县田间实测的降水资料、土壤水分、生物量、叶面积指数和产量,分析了宽窄行种植对玉米水分利用和生长发育及产量的影响。结果表明,在当地常用种植密度(6万株hm-2)下,在玉米拔节期和抽雄吐丝期的日耗水强度分别显著高于等行距种植14%和27%,而在灌浆~成熟期显著低于等行距种植24%。宽窄行种植显著提高了玉米苗期地上部生物量,但对其它生育期的生物量,各生育期叶面积指数、全生育期耗水量,产量和水分利用效率都无显著影响。由于降雨年型的不同,2012年相比2010年具有较高的生物量、叶面积指数产量和水分利用效率。因此,在本试验种植密度等条件下,与等行距种植模式相比,宽窄行种植模式没有显著提高玉米产量和水分利用效率。     

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。     

品种和播期对华北春玉米产量及水分利用效率的影响

华北平原冬小麦夏玉米一年两作种植制度主要受水资源的约束,发展休耕轮作是实现该区域农业可持续发展的途径之一。春玉米高效生产是提升休耕轮作产能的关键因素,如何利用品种特性进行播期调整以适应区域生产特点提高产量是该区春玉米生产中面临的主要问题。为此,于2016年5—9月在中国科学院南皮生态农业试验站以5个玉米品种(‘华农887’、‘胡新338’、‘郑单958’、‘华农866’和‘联创1号’)为材料,比较分析了3个播期(5月1日、5月15日和5月30日)下春玉米生育时期、产量及产量要素、耗水和水分利用效率的变化情况,并结合气象因子分析探讨了春玉米产量及其构成要素与环境因子的关系。结果表明:随着播期推迟,不同春玉米品种的生育期总天数均呈显著减少趋势(P0.05),生育期总天数的减少主要是播种到抽雄天数减少所致。不同春玉米品种的生育期总天数也存在较大差异,在各播期处理下均相差5~7 d。在产量方面,5月1日和5月15日播种的5个玉米品种间平均产量没有显著差异,5月30日播种的平均产量显著高于前2个播期,其产量提升主要是百粒重增加所致。随着播期的推迟,春玉米的耗水量变化不大,水分利用效率呈增加趋势,这主要与降水的分布有关。通过气象因子分析,不同播期下百粒重与抽雄前后的积温和降水呈显著相关(P0.05)。综合产量、耗水和水分利用效率分析,在该区域推荐5月30日左右为春玉米的适宜播种日期,‘华农866’和‘华农887’是适宜该区生产的潜力品种。     

豫北冬小麦、夏玉米多年需灌水次数及典型 生育期需灌水分析

研究气候变化情景下豫北地区农业需灌水次数的变化情况,可为当地灌溉以及保证农业可持续发展提供参考。本文分析处理近63 a(1951—2013年)气象数据和新乡七里营站点土壤数据,结合作物生长参数,利用降水、灌溉、作物蒸散发与土壤水分之间变化关系,建立干旱灌水指数模型。此模型中干旱灌水指数(DII)分布在[-1,1]之间,小于0时即干旱需灌水。在现有冬小麦-夏玉米种植制度下,利用干旱灌水指数模型计算多年需干旱灌水指数,并进一步得到灌水次数。选择冬小麦生长季分别为湿润(1985—1986年)、正常(2004—2005年)、干旱(1983—1984年)的3个典型实际代表年度,夏玉米生长季分别为湿润(2003年)、正常(1993年)、干旱(2009年)的3个典型实际代表年,计算了不同代表年冬小麦、夏玉米作物需水情况。进一步计算得到了冬小麦、夏玉米在典型湿润、正常、干旱3个不同代表年的干旱灌水指数,并进行了有无灌水的干旱情况分析。结果表明:近63 a冬小麦-夏玉米系统每年需灌水2~7次不等,平均需灌水5.1次。冬小麦和夏玉米湿润、正常、干旱3个代表年蒸散发量(ETC)分别为489.4 mm、551.4 mm、481.7 mm和466.1 mm、477.8 mm、529.3 mm。在无灌水条件下典型代表年内,冬小麦、夏玉米都会遭遇不同程度干旱,典型湿润、正常、干旱代表年冬小麦分别灌水2次、3次、4次,夏玉米分别需灌水1次、2次、3次后,基本可以消除干旱对其正常生长影响。综上,通过干旱灌水指数来量化需灌溉次数是可行的。气候变化情景下,近10年(2003—2013年)需灌水频次变化大,年际间干旱事件频发,更好的科学灌溉管理可减少干旱对作物的影响。     

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。     

环渤海低平原农田多水源高效利用机理和技术研究

淡水资源严重匮乏是影响环渤海低平原粮食生产可持续发展的重要限制因素。本文针对该区粮食生产中水分利用效率低、提升潜力巨大,同时该区浅层微咸水资源和降水资源较丰富的现状,以中国科学院南皮生态农业试验站最近3年试验研究结果为基础,综述了在挖掘咸水利用潜力、提高雨水和灌溉水利用效率方面研究工作进展。针对冬小麦夏玉米一年两作种植,研究结果显示品种间产量和水分利用效率(WUE)差异显著,最高和最低品种差异达20%左右,通过选用节水高产品种可显著提升产量和WUE;冬小麦通过拔节期灌溉关键水,在促进地上部生物量积累同时,显著促进地下根系生长,使冬小麦充分利用土壤储水,实现限水灌溉下稳产高效;夏玉米通过缩小行距增大株距的缩行匀播,可提升夏玉米苗期单株作物根系所占土壤体积空间,增加水分养分对作物的有效性,提高夏玉米成苗率和苗期所截获辐射量,比常规种植产量提高10%左右;冬小麦在拔节期利用含盐量不大于4 g×L~(-1)的浅层微咸水替代淡水灌溉,产量与淡水灌溉相同;浅层微咸水替代淡水灌溉并配套土壤有机质提升技术和利用夏季降水淋盐,可实现微咸水灌溉下周年土壤盐分平衡。通过上述措施实施,实现以咸补淡、以淡调盐、多水源互补高效利用,在不影响作物产量条件下可节约深层淡水资源,促进区域灌溉农业可持续发展。     

吉林春大豆生育期变化及其对气候变暖的响应

基于1981−2014年吉林省4个代表站大豆生育期观测资料和同期气象观测资料,运用数理统计方法,分析大豆关键生育期的时间变化趋势及其与气候变暖的关系,并建立当地大豆生长发育速率对气温变化的响应模型。结果表明：大豆生长发育时空变化明显,平均而言,大豆播种和成熟日期分别为5月4日和9月24日,全生育期143d,需≥10℃活动积温2640.8℃?d,吉林省东部地区大豆主要发育期偏晚,生育期内平均气温与活动积温均偏低。吉林大豆主产区在20世纪90年代气温出现突变,大豆生长季气温明显升高（P＜0.01）,5−9月气温平均增长速率为0.34℃•10a⁻¹,大豆出苗−成熟期气温平均增长速率为0.43℃•10a⁻¹。34a间,大豆播种期、出苗期和三叶期显著推迟（P＜0.05）,成熟期无明显变化,营养生长期对气候变暖的响应更为显著,大豆生育期逐渐缩短（P＜0.01）。大豆生长发育速率与平均气温均呈极显著正相关（P＜0.01）,随着气候变暖,大豆生长速度加快,总体上,全生育期内平均气温每升高1℃,大豆生长发育速率增加2.8%,生育期缩短约5.4d。     

保水剂施用方式对河套灌区土壤水热条件及玉米生长的影响

为了鉴别保水剂不同施用方式对土壤水分、土壤温度和玉米生长的影响,在内蒙古河套灌区以不施保水剂为对照,开展了沟施、混施、撒施、穴施的田间试验。结果表明,不同施用方式提高了土壤水分,特别是在干旱的抽雄吐丝期、灌浆期具有显著作用。幼苗期、三叶期不同施用方式的土壤温度上升缓慢,抑制了玉米幼苗的生长。拔节期到收获期不同施用方式促进了玉米生长,延长了玉米生长期,提高了玉米产量及生物量,提高了水分利用效率、水分产出率和灌溉水产出率。不同施用方式中,沟施的效果相对较好,撒施较差。研究表明,河套灌区玉米生产中施用保水剂应以沟施为主。     

辽宁主要粮食作物生长季需水与降水耦合度分析

以辽宁省1957−2017年逐日气象数据和研究区作物系数为基础，基于SIMETAW模型计算和分析辽宁主要粮食作物（春玉米、大豆和水稻）需水规律和降水对作物需水的满足程度，以揭示气候变化对该区域粮食作物需水的影响，探究自然降水对主要粮食作物需水的满足程度及其时空变化特征。结果表明：辽宁春玉米、大豆和水稻全生长季需水量多年平均值分别为511.8mm、509.4mm和605.1mm，均呈不显著下降趋势。春玉米和大豆全生长季需水与降水耦合度多年平均值分别为0.821和0.814，即降水分别满足了82.1%和81.4%的需水量，亏缺的17.9%和18.6%仍需播前灌溉或补灌，尤其在西部地区耦合度大于0.8的保证率仅为28.2%和21.1%。水稻全生长季耦合度为0.464，耦合度大于0.4的保证率全省仅为69.1%，西部地区保证率低至36.8%。辽宁4个分区中，3种作物均在东部地区耦合度最大，中部、南部和西部次之。3种作物各生长阶段耦合度呈现生长中期最高，快速生长期次之，初期和成熟期普遍最低。春玉米和大豆生长初期需水与降水耦合度近年来显著上升，3种作物成熟期耦合度则呈显著下降趋势。辽宁省主要粮食作物均需注意春旱和秋旱的发生，及时补充灌溉。在目前降水条件下，辽宁省最适宜种植春玉米，尤其水资源匮乏的西部地区，根据实际情况可适当扩大春玉米种植规模。大豆最适宜在辽宁东部和中部地区种植，水稻在东部和南部地区种植最为适宜。     

东北地区玉米春季渍害指标构建及时空分布特征

为厘清东北地区玉米春季渍害的评价指标及变化特征,该研究利用东北地区164个气象站点1981-2020年逐日气象资料和历史灾情资料,采用相关分析和逐步回归方法,分析玉米春季播种-出苗期降水和温度对渍害等级的影响效应,建立当量降水量和当量温度,在此基础上构建渍害等级指标,探讨东北地区玉米春季渍害的时空分布特征。结果表明：1）玉米春季渍害指标验证基本一致率达82%,能较好地反映东北地区玉米播种-出苗期渍害的实际受灾情况。2）1981-2020年东北地区玉米播种-出苗期渍害的发生存在明显空间差异,高发区集中在辽宁省东部、吉林省东南部以及黑龙江省三江平原地区,渍害频率最高可达45%,轻度渍害发生范围明显扩大;玉米不同程度渍害发生频率存在差异,表现为轻度>中度>重度。3）玉米渍害发生频率总体呈上升趋势,但上升趋势不显著,其中2001年、2002年、2004年为显著突变年。研究结果能够为揭示气候变化背景下东北地区玉米春季渍害灾变机制和时空演变规律提供理论依据。