基于作物水分亏缺指数的黄淮海平原夏玉米全生育期干旱分布特征

黄淮海地区是夏玉米主产区,又是受旱最严重的地区之一,明确该区域干旱发生规律,采取相应防灾减灾措施对粮食保产具有重要意义。利用黄淮海地区1981−2015年76个气象站点数据,以作物水分亏缺指数（CWDI）作为干旱指标,根据《北方夏玉米干旱等级》标准对各区域进行干旱等级划分,并计算干旱发生频率和影响范围,通过ArcGIS实现站点数据的空间插值,分析该区域夏玉米干旱时空演变规律。结果表明：（1）1981−2015年夏玉米各生育期内CWDI总体表现为先下降后上升的趋势,播种−出苗期和抽雄−乳熟期干旱发生频率最高,2011−2015年夏玉米干旱有加重趋势,其中河北南部、河南北部及山东夏玉米生育期内CWDI值最高;（2）黄淮海地区夏玉米生长季以轻旱为主,其次是中旱,重旱和特旱发生频率较低,研究区域干旱发生频率北部高于南部,西部高于东部,河南、河北、山东大部、安徽和江苏受干旱影响较大。（3）播种−出苗期特旱站次比最高,其余生育阶段均为轻旱站次比最高。     

黄淮海地区夏玉米干旱风险评估与区划

黄淮海地区是我国最大的粮食产区和夏玉米的主产区,同时也是干旱灾害的频发区,因此加强黄淮海地区夏玉米干旱灾害风险评估与区划有着重要的现实和战略意义。利用黄淮海地区气象数据以及地形、土地利用类型等数据,基于自然灾害风险评估原理,运用信息扩散法、加权综合评价法和层次分析法,结合GIS技术对黄淮海地区夏玉米干旱灾害进行风险性评估与区划。结果表明:黄淮海地区夏玉米干旱危险性整体偏高,干旱频率均在64.36%以上,高危险性等级主要分布在河北省北部和安徽省北部;敏感性偏高,高敏感性等级占总面积的20.80%,集中分布于山东省沿海等地;易损性偏低,高、中易损性地区占总面积的22.4%,各省均有少量分布;干旱综合风险偏高,高、中综合风险地区占总面积的68.43%,整个黄淮海地区除安徽省东南部外其他地区风险性均较高。     

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。     

1961-2015年黄淮海平原夏玉米干旱识别及时空特征分析

利用黄淮海平原内气象数据、农业气象数据、夏玉米实际灾情资料,参考标准化降水指数SPI的计算公式,结合实际干旱灾情数据构建夏玉米干旱指数SPI10和SPI30,并分析黄淮海平原夏玉米生长季干旱的时空分布特征。结果表明：播种-抽雄期、抽雄-成熟期的旬尺度SPI10干旱阈值分别为-0.10和-0.35、月尺度SPI30干旱阈值分别为-0.60和-0.65,灾情验证结果显示时间尺度更小的SPI10在反映黄淮海平原夏玉米干旱特征方面效果更好。基于SPI10分析了黄淮海平原夏玉米干旱的时空分布特征,发现播种-抽雄期的平均干旱频率和干旱强度均明显高于抽雄-成熟期,并且干旱强度的时空分布特征均与干旱频率较为一致,一般表现为干旱频率越高的地区,累计干旱强度也越强;同时,75%的年份中播种-抽雄期的干旱范围大于抽雄-成熟期。综合以上结果,黄淮海平原夏玉米在营养生长阶段更容易受到水分缺失的影响,更易发生干旱胁迫。     

太行山山前平原夏玉米优化灌溉制度研究

5年田间试验研究不同气候年型下灌水次数、灌溉时间对夏玉米生育、产量和水分利用效率的影响结果表明 ,随生育期总耗水量的增加 ,夏玉米产量逐步提高 ,当耗水量增至一定程度时产量反而递减 ;而水分利用效率随耗水量的增加呈逐步递减趋势。并确定了夏玉米最优耗水量 ,建立了不同降水年型下夏玉米优化灌溉制度。     

黄淮海地区冬小麦,夏玉米生产力评价及其应用

本文采用FAO计算作物生产力的农业生态区域法,对某些参数据我国实际情况进行了修正,估算和评价了黄淮海地区冬小麦和夏玉米的光温和光温水生产力,并进行了土壤订正,大体估算了本地区其他主要作物的生产力和本地区土地的潜在人口支持能力,并完成了一套地区生产力评价的数据库和程序库。本文可为农业生产和主管部门以及国家土地管理部门提供依据。     

黄淮海地区夏玉米株型结构特征分析

利用抛物线法对夏玉米株型结构进行了计算机模拟，结果表明该方法可以较为准确地模拟出夏玉米株型结构特征，其要求确定的参数较少因而使用非常方便。利用抛物线法对黄淮海地区3种典型品种的夏玉米群体株型结构特征进行了全面系统的测定分析，给出了平展型沈丹7号、一般型掖单13号以及竖立型掖单4号不同生育期的叶面积密度分布函数，并对比了3个品种的叶倾角倾斜指数随生育期的变化特点，从而为黄淮海地区夏玉米农业气候资源数值模拟提供了最基本的重要模型参数，同时也为农学领域内玉米耕作栽培及育种提供了一定的理论依据。     

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。     

土壤干旱条件下锰肥对夏玉米光合特性的影响

在盆栽条件下进行了土壤干旱时夏玉米施用微量元素锰的试验。通过测定拔节期玉米叶片气孔导度(Cs)、细胞间隙CO2浓度(Ci)、蒸腾速率(Tr)、光合速率(Pn)和水分利用效率(WUR)等指标,探讨了干旱胁迫下外源锰对夏玉米光合特性的影响。结果表明,施用锰肥能降低光合作用的气孔限制和非气孔限制,显著提高夏玉米光合能力。锰肥对夏玉米光合作用的影响在土壤干旱时尤为显著。土壤干旱情况下,锰肥可使玉米叶片Cs增加58.11%,Pn和WUR分别增加42.07%和50.00%,从而减轻了土壤干旱对玉米光合作用的抑制。     

干旱对夏玉米碳素同化、运转与分配的影响研究

试验研究全生育期干旱对夏玉米光合特性及C素同化、运转及分配的影响结果表明,水分胁迫对夏玉米各生育期C素代谢的自身规律影响较小,主要是改变C素同化、运转、分配的绝对量和分配率。水分胁迫下夏玉米干物质及其各器官干物质累积速率降低,总量减少,且不同器官干物质转移率、转移量及其对雌穗重的贡献发生改变,叶面积系数、叶绿素含量和光合速率减少,分配、转移到生殖器官的同化物减少。充分供水处理具有最大的干物质累积量和正常的C素代谢,合理的水分供应促进玉米植株生育前期总生物量的积累以及生育后期干物质从营养体向籽粒的转移,成熟期营养器官中的非结构性碳水化合物滞留少,向籽粒中的运转彻底,可获得较高籽粒产量。     

红壤施氮对玉米水分胁迫指数的影响

为了探讨干旱条件下红壤水氮管理措施,在田间遮雨小区设置连续0～32 d不灌水的7个干旱水平和N 0、140、280 kg/hm23个施氮水平的试验,研究了氮肥对夏玉米作物水分胁迫指数(Crop water stress index,CWSI)的影响。结果表明,CWSI可以指示红壤干旱时玉米水分胁迫状况,但增施氮肥后,CWSI与产量的关系发生了偏移。在CWSI低于0.20时,增施氮肥对CWSI无明显影响;在CWSI大于0.20时,增施氮肥使玉米产量下降,高量氮肥还使CWSI上升,作物受旱加剧。说明增施氮肥对CWSI的影响因玉米干旱胁迫程度和施氮量而异。     

基于SWAT模型的清江流域中上游旱灾监测

为解决地形复杂区域因无法及时获取数据而影响旱灾监测的问题,该研究以湖北省清江流域中上游为例,基于具有较强物理机制的分布式水文模型(soil and water assessment tool,SWAT),建立作物水分亏缺指数进行农业旱情监测,其中,利用该流域的土地覆被、土壤、地形、气象以及2003-2005年和2007-2010年水文观测数据构建了流域SWAT模型,模拟作物水分亏缺指数的有关参量,包括潜在蒸散量和降水量。研究结果表明:1)SWAT模型模拟的潜在蒸散量与气象数据计算得到的潜在蒸散量拟合相关度达到97%以上;2)与标准化降水指数监测结果进行对比,基于SWAT模型建立的作物水分亏缺指数能够从机理方面客观反映监测区域作物生长期的受旱程度,有效实现了流域尺度的旱灾监测,克服了复杂地形区利用少数气象站点建立气象干旱指标评价旱情的局限性。该研究可为复杂地形区旱灾评估提供可行途径。     

基于冠层温度的夏玉米水分胁迫指数模型的试验研究

探讨并建立了适合于中国华北地区夏玉米水分状况监测的作物水分胁迫指数(CWSI)模型。通过不同的田间试验处理和观测,得到了适合夏玉米的CWSI经验模型中的经验关系,且表现明显。该研究建立了不同生育阶段的经验模型,经过初步的检验和分析,认为这一模型是合理的,可以应用于田间的基于冠层温度信息的夏玉米水分状况监测。     

不同水分状况下施氮对夏玉米水分利用效率的影响

通过盆栽试验采用五因素五水平通用旋转组合设计(1/2实施)方案,研究了不同水分状况下氮肥的用量和施用时期对夏玉米水分利用效率的影响。结果表明,施氮对夏玉米水分利用效率的影响大于土壤含水量,但子粒产量和生物产量水分利用率(WUE子粒和WUE生物)对施氮时期的要求不尽相同,苗期和灌浆期施氮对WUE子粒的影响较显著,而苗期和拔节期施氮对WUE生物的影响则更显著。从单因素效应看,并非施氮量和土壤含水量越高越好。水氮高效配合的关键期是拔节期,且存在阈值反应,其阈值是N0.2g/kg,土壤含水量为21%。低于阈值水平,水氮交互作用不明显,高于阈值水平,水氮互作效应显著。     

基于冠层温度的夏玉米水分胁迫理论模型的初步研究

该文探讨并建立了适合于中国华北平原夏玉米的作物水分胁迫指数(CWSI)模型。通过对夏玉米的冠层最小阻力、零平面位移和粗糙度进行分生育阶段取值,得到了适合于夏玉米的水分胁迫指数模型。     

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。     

沟灌夏玉米棵间土壤蒸发规律的试验研究

棵间土壤蒸发是农田土壤耗水的重要组成部分。该文采用两种规格的微型棵间蒸发皿(Micro-Lysimeter)分别测定沟灌夏玉米田沟、垄土面蒸发量,并对沟灌条件下夏玉米棵间土壤蒸发与作物蒸腾变化规律进行了试验研究,分析了相对棵间土壤蒸发强度与土壤含水率的关系以及棵间土壤蒸发强度与作物叶面积指数的关系。结果表明,沟灌条件下夏玉米棵间土壤蒸发量占全生育总耗水量的33.06%～34.35%,棵间土壤相对蒸发强度与表层土壤含水率和作物叶面积指数之间均呈现良好的指数函数关系,灌溉或降雨后2～3 d内土壤蒸发强度较大,受大气蒸发力影响明显。因此,在不影响作物蒸腾的条件下减少表层土壤的湿润面积和湿润次数是减少棵间土壤蒸发、提高作物水分利用效率的主要技术途径与措施。     

北方褐土区土壤硝态氮运移动态及合理施肥调控

通过设计不同纯氮（N）施入水平（分别为0、150、300、600、900和1200 kg/hm^2共6个处理）,重点研究了北方褐土区夏玉米大田土壤硝态氮（NO3^--N）运移动态,并讨论了夏玉米N肥的经济环保施用量及其相关机制。试验结果表明,土壤-作物系统内土壤NO3^--N垂直方向上的运移有向上、向下两个方向。不同生育时期土壤NO3^--N运移特征不同,拔节期以前,0-40 cm土层随N肥用量的增加,土壤NO3^--N含量快速增加,40 cm以下深度土壤NO3^--N含量变化不明显,随植株的生长和根系的壮大,0-100 cm土层内的NO3^--N整体运移活跃。土壤有自动调节NO3^--N含量的功能,各土层NO3^--N含量均存在一个最低点,其中耕层为3.1 mg/kg附近;玉米旺盛生长期各土层内土壤NO3^--N饱和值在20.33 mg/kg附近,施肥量过多,NO3^--N向下运移,造成资源浪费和对土壤环境质量的威胁。北方褐土区夏玉米最高纯N施用量应控制在600 kg/hm^2以内,300 kg/hm^2（纯N）是最为环保、经济的施肥量。