基于当量积温对寒地水稻生长季低温冷害年的判定

基于水稻生物学性质,根据气温昼夜节律和水稻温强系数研究成果,从热量影响水稻发育的多种角度出发,设计当量积温、负当量积温、热量匹配累积指数三种水稻生长季热量表征指标,研究寒地水稻低温冷害的判识方法。采用21a滑动平均法,获得黑龙江省1971-2016年水稻生长季各热量指标的距平百分率,分析其对低温冷害的判识能力。结果表明：各热量指标距平百分率取值越低,对冷害的指示能力越高;利用加权隶属度模型构建三者综合距平百分率冷害判定模型,距平百分率＞-5%为无冷害,-10%＜距平百分率≤?5%为轻度冷害,-15%＜距平百分率≤-10%为中度冷害,距平百分率≤-15%为重度冷害;综合距平百分率能够判识水稻生长季的低温冷害,且能反映冷害程度,对典型冷害年的判识准确率达100%;黑龙江省冷害群发性特征非常明显,如1971、1972、1976、1981、1983、1992、2002和2009年典型冷害年,不仅冷害发生区域广,且冷害程度较重;1986、1987、1989、1993、1995和2003年为轻度或局地冷害年。     

新疆棉花低温冷害逐步回归预测模型

为及时采取防御措施和减轻低温冷害对新疆棉花生产的严重影响,利用1961-2005年逐日平均温度资料、棉花多年产量和发育期资料,计算了新疆主要棉区棉花的热量指数,确定了低温冷害的热量指数指标,可以较好地判断预报年新疆主要棉区的冷害发生情况及灾害程度.在此基础上以74类大气环流特征量为预测因子,从棉花的播种期开始到停止生长,逐月滚动建立了各个棉区热量指数的逐步回归模型.各月模型的预测准确率达到90%以上,能较好地预测该区棉花生长季内的热量状况;且可以看出,预报月前期的高纬度极涡环流系统的特征对新疆棉花生长的热量条件有着重要影响.从研究结果可知,通过运用滚动预报的方法,可以有效地提高预测棉花生长季内热量指数的准确率,从而更准确地预测冷害发生年,为棉花生产布局和及时采取防冻措施提供参考.     

黑龙江省水稻主栽品种热量指标鉴定及适宜种植区划

根据分期播种试验资料，利用最小二乘法计算了黑龙江省主栽水稻品种各生育期所需有效积温和生育期下限温度等热量指标；利用1971—2000年全省81站逐日气象资料，在50km×50km网格上内插得到水稻生育期活动积温和可能生育期日数的空间分布，与各主栽品种全生育期活动积温、生育期Et数的实测值对比，结合黑龙江省水稻低温冷害的分布特征，将黑龙江省水稻适宜栽培区初步划分为五类，得到各水稻主栽品种的适宜分布区域，结果可为充分利用当地气候资源、指导水稻生产提供参考。     

基于历史产量丰歉影响指数的黑龙江省水稻产量动态预报

水稻是黑龙江省主栽作物之一,开展水稻产量动态预报对黑龙江省粮食生产具有重要意义。利用黑龙江省水稻主产区产量资料、发育期资料、日最高气温、日最低气温、日降水量和日照时数等资料,根据历史年水稻产量丰歉气象影响指数,建立黑龙江省水稻产量丰歉趋势动态预报模型。另外,采用相关分析的方法,确定影响产量的关键气象因子,建立相应的产量预报模型,对产量丰歉趋势动态预报模型进行修订。通过对1997-2006年水稻产量进行动态预报,结果表明,5月31日、6月30日、7月31日和8月31日预报的水稻产量增减趋势的预报正确率平均为90%、70%、90%和80%,产量预报准确率为84%、90%、94%和93%,预报准确率较高,能够满足业务服务的需要。     

西南区域水稻关键生育期界限温度起始期的预测研究

保证作物安全生产是种植制度的根本要求,也是作物稳产、高产的基础。本文基于西南水稻种植区317个气象台站1961-2015年的日平均气温和最高气温资料,分析了近55年来该区域不同保证率下水稻安全播种期、水稻开花期高温热害和低温冷害的最早发生期,并建立了西南区域水稻各关键生育期界限温度起始期预测模型。预测结果表明：80%~95%保证率下,云南南部的水稻育秧安全播种期最早,平均在2月20日左右;云南北部、四川攀西南部和盆地中部、重庆大部和贵州部分地区在3月10日-4月10日;而其余大部地区在4月10日-5月20日。80%~95%保证率下中稻开花期高温热害主要发生在四川盆地、重庆、贵州北部和东南部,大部地区最早出现在7月15日-8月20日。80%~95%保证率下再生稻或晚稻开花期低温冷害最早出现在云南和贵州大部、四川攀西地区,平均在6月20日-7月15日;四川盆地西部、贵州东北部平均为8月1-20日;其余大部地区在8月20日-9月20日。基于纬度、经度和海拔高度建立的西南区域水稻各关键生育期界限温度起始期预测模型,简单实用,可为西南水稻安全生产、防灾减灾等提供理论依据。     

天津棉花气候适宜度变化特征及其产量动态预报

通过参数修订建立了适合天津地区的棉花各生育期温、光、水气候适宜度评价模型,计算了历年天津棉花3种气候因子的适宜度指数,在分析其变化规律的基础上,建立了可以在棉花不同生育期进行的产量动态预报模型。结果表明,1964-2009年天津地区棉花生育期的气温适宜度指数呈上升趋势,增幅为0.016/10a;日照适宜度指数呈下降趋势,降幅为0.025/10a;降水适宜度指数的线性变化趋势不显著,但具有明显的阶段性特点。利用1995-2009年资料回归分析建立的产量动态预报模型,除播种期外,其它4个生育期(苗期、现蕾期、花铃期和吐絮期)模型均通过0.05水平的显著性检验;对模型进行历史资料回代表明,2000年以后准确率较高,87.5%的年份回代准确率在80%以上,各生育期平均准确率均在88%以上;利用模型对2010、2011年棉花产量进行动态预报验证,准确率均在95.5%以上,表明模型预报效果较好,能够满足业务服务需要。     

基于高分辨格点数据东北水稻延迟型冷害风险评估及保险费率厘定

利用5km×5km空间分辨率3h时间分辨率的气象格点数据集,研究东北地区水稻延迟型冷害风险及其保险费率的厘定。基于东北地区1981-2010年5-9月平均温度的格点数据集和99个气象站的站点观测数据,以相关系数和均方根误差评价格点气象数据在东北地区的可用性。以日平均气温稳定通过10℃和18℃的日数作为获取水稻气候安全种植区域的指标,在水稻气候安全种植范围内,分析东北地区水稻延迟型冷害的空间分布特征,确定保险费率。结果表明,东北地区1981-2010年5-9月平均温度气象站点观测数据与格点数据的相关系数高,均方根误差小,表明格点数据在东北地区可用。水稻气候安全种植区域占东北的56.5%,主要分布在辽宁省、吉林省中西部、黑龙江省西南部和东北部、蒙东西部及东部与辽宁和吉林省接壤的区域。在水稻气候安全种植区内,水稻延迟型冷害发生频率呈南低北高,中间低东西高的分布特征,且重度延迟型冷害发生频率最高。低温冷害风险指数空间分布与之相似,内蒙古西部和东北部、黑龙江北部和吉林西部局部地区是风险指数的高值区。东北地区1981-2010年水稻延迟型冷害的天气指数保险费率在空间分布上与东北地区低温冷害风险指数...     

黑龙江水稻孕穗期障碍型冷害及其对产量的影响

以连续3d以上日均气温≤18℃为指标判定障碍型冷害,利用黑龙江省稻作区1961—2006年每年7月中-下旬逐日平均气温和水稻产量资料,采用气候统计方法分析水稻孕穗期障碍型冷害的发生特征,在此基础上利用多元线性回归方法分析水稻实际单产与孕穗期障碍型冷害期间平均温度和低温持续时间的关系。结果表明：1961—2006年,黑龙江省稻作区水稻孕穗期障碍型冷害呈现不规律的时间变化特征,共有17a发生,发生范围大、持续时间长、平均气温低的年份有1964、1971、1990和2006年,20世纪80年代发生最多,为7a,20世纪90年代发生最少,为1a。研究期间,孕穗期障碍型冷害的发生频率在地域上呈现由北向南、由东向西减少的趋势,北部最多,西部最少;在同一冷害年内,孕穗期障碍型冷害的发生具有明显的区域差异,冷害的发生程度在区域上表现为东部重于西部,北部重于南部。水稻实际单产与孕穗期障碍型冷害期间平均温度和低温持续时间具有极显著的相关关系（P〈0．01）,孕穗期障碍型冷害期间平均温度每下降1℃,水稻单产降低1234．177kg／hm^2,孕穗期障碍型冷害持续时间每延长1d,水稻单产下降104．208kg／hm^2。     

基于气候适宜度指数预报玉米产量时旬权重系数的确定方法

利用吉林省1980-2016年春玉米作物资料、50个气象站的逐日气象资料,构建春玉米生长季各旬的气候适宜度模型。分别采用绝对值法、归一化法和相关系数法确定各旬气候适宜度权重系数,进而计算4月上旬-预报日前一旬的气候适宜度指数,分析不同方法得到的气候适宜度指数与春玉米产量气象影响指数的相关性,并进行回归分析,建立产量动态预报模型,对吉林省春玉米单产进行预报。结果表明：三种方法研究的权重系数之间存在一定差异,但总体上随生育期的变化趋势基本一致。利用1981-2012年资料回归分析建立的产量丰歉预报模型多数通过0.05水平的有效性检验,各预报模型历史拟合平均准确率均在85.0%以上,归一化均方根误差NRMSE均小于17.0%,丰歉趋势预报准确率普遍在60.0%～80.0%,三种方法差异不明显。利用模型对2013-2016年春玉米单产进行外推预报,各预报时间准确率存在波动,但绝对值法、归一化法和相关系数法所有预报时间的平均准确率分别为93.5%、90.8%、87.2%,预报结果准确率的标准差分别为32.6、69.4、116.1。且绝对值法各预报时间平均准确率均在85.0%以上。可见绝对值法预报结果的准确率和稳定性均较高,可以满足业务服务需要。     

基于障碍型冷害损失评估模型推算东北水稻无障碍型冷害终日

利用东北地区35个气象站1981-2012年逐日气象资料和水稻生育期数据,借助水稻障碍型冷害损失评估模型,模拟不同耐寒性粳稻幼穗分化期后逐日空壳率的变化,并以空壳率在80%保证率下不超过生理空壳率(7.62%)的终日作为无障碍型冷害终日(NSCI)。结果显示,东北地区粳稻NSCI大体呈纬向分布规律,随纬度增加而提前;黑龙江省耐寒性较弱、耐寒性较强和耐寒性强3种类型水稻的NSCI分别为7月14、17和22日,吉林省分别为7月18、21和25日,辽宁省分别为7月28日、8月4日和8月10日;近30a东北地区水稻NSCI年际波动较大,1981-2000年,NSCI没有明显变化趋势,以年际波动为主;2001-2012年,部分地区NSCI呈现显著延迟的趋势;NSCI前后30d及实际抽穗期前后30d低温冷害发生次数和强度的对比分析表明,参考模型推算的NSCI安排水稻生产,可以有效减轻水稻孕穗-灌浆结实期低温冷害的影响,说明由模型推算的不同耐寒性水稻安全齐穗期对保障东北水稻安全生产具有一定的参考价值。     

基于遥感的东北地区水稻延迟型冷害动态监测

水稻延迟型冷害大范围准确的同步跟踪监测,可为提高稻米品质和产量提供帮助。在明确东北地区水稻种植区域和水稻低温冷害年的基础上,基于MODIS MOD13A2数据产品划分了东北地区水稻各发育普遍期植被指数判识指标的参考范围,构建了基于地理信息的水稻发育期模型,在此基础上制作了水稻静态发育期空间分布图,并以2009年5月24日和8月7日为例开展了东北地区水稻延迟型冷害动态监测的应用研究。结果表明:东北三省发生较大范围水稻延迟型冷害的年份有2002年、2003年、2008年和2009年,其中黑龙江省是水稻延迟型冷害的重灾区;EVI在水稻发育期判识中较NDVI更具优势;利用经度、纬度和海拔高度与日序的相关关系构建水稻发育期模型,推算无观测地区的发育期具有一定的可行性;在同一时间东北三省各地的水稻发育期分布推算结果的基础上,实现了2009年5月24日和8月7日东北地区水稻延迟型冷害动态监测,所得监测结果与2009年农业气象观测记录在时间和空间上有很好的一致性,监测结果正确。     

气候变化背景下中国主要作物农业气象灾害时空分布特征[Ⅰ]:东北春玉米延迟型冷害

基于东北三省春玉米潜在种植区内65个气象站点1961-2010年逐日气象数据,以气象行业标准5-9月逐月平均气温之和与其多年平均值的距平作为春玉米冷害等级判断指标,分析东北三省春玉米生育期冷害发生概率的空间分布和年代际演变特征,并利用每月逐日平均气温与其多年平均值的距平值明确了春玉米生长时段内低温事件发生风险较大的月份。结果表明:(1)近50a(1961-2010年)东北三省春玉米冷害发生区域范围大小表现为重度轻度中度,其中轻度冷害的高发区位于吉林省西部,低发区位于辽宁省南部地区;中度冷害主要发生于黑龙江和吉林省部分地区,辽宁省发生较少;重度冷害高发区位于黑龙江省北部、东南部以及吉林省东部地区,发生频率在25%以上,低发区位于辽宁省中西部,发生频率低于5%。各等级冷害发生频率年际间总体呈下降趋势,近20a(1991-2010年),各等级冷害的发生范围明显缩小。(2)东北三省春玉米各等级冷害低温事件主要发生在5月和6月,生产实际中需关注5月和6月的温度变化及冷害发生。     

基于DNDC模型的川中丘陵区不同轮作制度下稻田CO_2排放研究

利用IKONOS高分辨率（1m）卫星遥感图,选定代表川中丘陵区特征的四川省金堂县为研究区域,选取冬水田-水稻田（PF）、油菜-水稻田（RR）和小麦-水稻田（RW）3种主要轮作制度下353块稻田为研究对象,于2005年5月-2006年5月对作物田间管理、作物产出、土壤理化性状及施肥情况,以及水质与气象等基础资料进行调查、测定和统计分析,利用DNDC模型模拟川中丘陵区不同轮作制度下稻田CO2排放情况。结果表明：PF、RR和RW 3种轮作制度下CO2年总排放量分别为：4102、7512和8111kg.hm-2,且RW和RR均显著高于PF,但3种轮作制度下单季作物的CO2排放量差异不大,RR处理的单季作物的CO2排放量最小,其年总作物产量居中,RW处理产量最高。PF水稻生长期和休闲期CO2排放通量分别为25.48和3.36kg.hm-2.d-1,水稻生长期是休闲期的7.58倍;RR和RW在水稻生长期CO2排放通量平均为23.32和25.21kg.hm-2.d-1,低于PF水稻生长期CO2排放通量,但差异未达到显著水平,而RR和RW非水稻生长期的CO2排放通量分别为19.34和20.96kg.hm-2.d-1,分别为PF休闲期的5.76和6.24倍。根际呼吸是土壤呼吸的主要部分,整个生长期PF、RR、RW的根呼吸贡献率平均为59.14%～62.96%。     

基于SVDI的吉林省中西部干旱识别及干旱危险性分析

[目的]在农作物生育期期间对吉林省中西部地区进行干旱的识别和量化,进行干旱危险性分析,为该地区农作物防旱减灾工作的展开提供参考。[方法]利用2005—2014年5—8月旬气象站数据和MODIS的NDVI 10d合成产品,采用空间植被干旱指数(SVDI)研究典型年吉林省中西部干旱时空分布特征,并结合农业干旱减产及粮食产量分析其适用性,进一步利用逐旬SVDI概率密度分布计算旬时间尺度的干旱危险性及月时间尺度的干旱危险性分布。[结果](1)与VCI指数相比,在作物生长前期和后期农业干旱减产和产量波动与SVDI呈现出更高的相关系数;(2)2005—2014年吉林省中西部重旱面积波动较为明显,重旱区域呈现出向中部和西南部地区转移的趋势;(3)吉林省中西部地区内5月上旬、下旬,6和8月下旬干旱发生概率较高;8月上旬和6月下旬干旱危险性较大;通榆县5—8月间干旱危险性较高。[结论]利用SVDI指数进行干旱的识别和量化是可行的,且在吉林省中西部作物生育期不同阶段干旱有明显的区域性。     

不同施肥模式对菜—稻轮作农田土壤磷素径流损失与表观平衡的影响

采用田间小区定位试验(2015—2016年)研究了自然降雨条件下农户习惯性施肥(T1)、减量施肥(T2)及优化施肥(T3)不同施肥模式对太湖流域菜—稻轮作农田土壤磷素径流流失特征和磷素表观平衡的影响。结果表明:菜—轮作农田地表径流排水主要分布于强降雨(梅雨季、台风季)集中的水稻生长季,与降雨量呈显著线性正相关关系。磷素径流流失也集中在水稻季,各处理条件下,其流失量占周年流失总量的比例达74.75%~81.46%。农户习惯性施肥模式(T1)处理条件下,蔬菜季径流总磷平均浓度(0.55mg/L)显著高于水稻季(0.29mg/L),但磷素径流流失量(0.49kg/hm^2)却显著低于水稻季(2.13kg/hm^2)。减量施肥(T2)和优化施肥(T3)模式处理可显著降低蔬菜季、水稻季径流磷素浓度和菜—稻周年磷素径流流失量。较T1处理,T2和T3处理显著降低菜—稻周年TP径流流失量分别达22.48%和45.66%。菜—稻轮作农田土壤磷素盈余量呈现显著的施肥模式差异和季节差异,周年盈余量高达260.90kg/hm^2,且主要集中在蔬菜生长季(70.63%)。较T1处理,T2、T3处理显著降低周年磷素盈余量达38.47%~64.87%(P<0.05)。同时,虽然蔬菜产量在T2、T3处理下均显著下降,但较T2处理,T3处理对蔬菜、水稻及周年产量均无显著影响。可见,菜—稻轮作种植模式下,蔬菜季施用适量生物炭,稻季不施磷具有磷素减排、维持作物稳产和磷素表观平衡的协同效应。     

种植绿肥与稻秸协同还田对单季稻田土壤有机碳库和酶活性的影响

种植绿肥和秸秆还田是稻田土壤培肥的重要措施。研究江汉平原单季稻田冬闲期种植绿肥及稻秸不同利用模式对土壤有机碳库和土壤酶活性的影响,为合理利用秸秆和土地资源提供科学依据。该研究基于3 a田间定位试验,以稻秸不还田不种绿肥(CK1)和不施肥空白(CK0)为对照,分析了冬闲期稻秸全量覆盖单独还田(RSM)、稻秸原位焚烧还田(RSB)、单种绿肥(GM)以及稻秸全量覆盖与种植绿肥协同还田利用(RSM+GM)等处理模式下土壤有机碳各组分含量、碳库管理指数、酶活性的变化及其与水稻产量的关系。结果表明:与CK1和CK0相比,RSB处理3 a后显著降低了土壤稳态有机碳含量,对土壤总有机碳、活性有机碳含量以及碳库管理指数均无显著影响;而GM、RSM及RSM+GM处理3a后显著提高了土壤活性有机碳含量、碳库指数、碳库活度、碳库活度指数和碳库管理指数,尤其是RSM和RSM+GM处理还可显著提高土壤总有机碳含量,且多数指标均以RSM+GM处理增幅为最大,其次是RSM处理。与CK1相比,RSB处理3a后显著提高了过氧化氢酶和蔗糖酶活性,但对土壤脲酶活性无显著影响;而RSM、GM及RSM+GM处理模式3 a后均可显著增加土壤过氧化氢酶、脲酶和蔗糖酶活性,其中RSM+GM处理模式在1 a后即可显著提高土壤脲酶活性,2 a后显著提高土壤过氧化氢酶和蔗糖酶活性,3 a后土壤过氧化氢酶和蔗糖酶活性增幅均是最大。相比于CK1,RSM和RSB处理模式3 a的稻谷增产效果均不显著,而GM和RSM+GM处理模式连续3 a显著提高了稻谷产量,增幅分别为6.88%～11.67%和6.00%～13.40%。相关性分析表明,土壤总有机碳、活性有机碳、碳库管理指数、土壤酶活性与水稻产量之间均呈极显著正相关关系。综上,在江汉平原单季稻作条件下,冬闲期稻秸全量覆盖还田或种植绿肥均可改善土壤肥力,增加作物产量,但前者更有助于土壤有机碳积累,后者更利于作物产量提升。为了兼顾秸秆资源利用、土壤质量改善和作物增产稳产,稻田冬闲期稻秸全量覆盖与种植绿肥协同还田利用模式是一种较好的选择。     

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。