华北平原夏玉米干旱灾害的时空变化特征及危险性评估

气候变化背景下,农业气象灾害呈面积逐年扩大、发生频率增加的趋势,且旱灾较其他灾害对农业的影响范围更广、历时更长,为了科学应对夏玉米干旱,保障夏玉米高产稳产,利用1980—2019年华北平原43个站点的气象数据,基于水分亏缺指数作为干旱指标,采用频次和站次比阐明了夏玉米主要生育阶段干旱灾害变化规律;利用信息扩散理论和层次分析法评估了夏玉米干旱危险性。结果表明：(1)华北平原夏玉米干旱以轻旱为主,阶段性差异明显,抽雄—乳熟阶段受旱严重,40年间平均各站点发生28次干旱,干旱站次比平均值为69.5%。(2) 2010—2019年是夏玉米受旱影响加重阶段,呈现干旱连年发生、范围明显扩大的特征。(3)夏玉米干旱的危险性整体呈西高东低趋势,河南大部及河北南部是干旱危险性高值区和次高值区,面积占比分别为12.1%,23.4%。综上,华北平原夏玉米干旱有加重和扩散趋势,抽雄—乳熟阶段受旱可能性较大,河南大部及河北南部干旱危险性较高,需加强对干旱的预报、监测及风险防控工作。     

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(Ⅱ):西北主要粮食作物干旱

基于中国西北地区1961-2010年149个气象站点逐日气象资料及春小麦、春玉米和夏玉米生育期资料,采用作物水分亏缺指数(CWDI)为作物干旱指标,明确了研究区域内3种作物干旱的空间分布特征和时间演变规律。研究结果表明:(1)3种作物生长季内及各生育阶段,干旱发生频繁,尤以特旱和重旱发生范围广、频率高,轻旱和中旱多发生在研究区域东部,甘肃南部和陕西南部等个别地区干旱发生频率相对较小。(2)春小麦生长季内干旱发生站次比为79.1%,春玉米生长季内干旱发生站次比为84.5%,夏玉米干旱发生站次比为77.4%;夏玉米生长季内站次比波动较小,春小麦和春玉米波动较大。总体而言,研究时段内春小麦生长期干旱发生站次比呈减小趋势,降幅为每10a减少0.55个百分点,春玉米和夏玉米干旱站次比呈增加趋势,增幅分别为每10a增加0.24个百分点和0.20个百分点。(3)研究区域东部春小麦和春玉米各生育阶段干旱强度呈增加趋势,西部呈下降趋势;夏玉米干旱强度在陕西北部、宁夏和河西走廊呈增加趋势,其它地区多为降低趋势。     

近57年松嫩平原春玉米生育期干旱特征分析

春玉米生长发育及其产量受干旱影响很大,明晰不同生育期干旱特征对为保障春玉米安全和防旱减灾具有重要意义。基于松嫩平原及周边42个站点1960—2016年逐日气象资料和春玉米生育期资料,分别计算各生育期逐日相对湿润度,将其作为春玉米生育期干旱等级评价指标,并应用线性倾向估计法、Mann-Kendall法和相关分析法,分析了近57年松嫩平原春玉米全育期及各主要生育期干旱变化特征。结果表明:(1)松嫩平原春玉米全育期、并进期和生殖生长期呈干旱化趋势,营养生长期呈湿润化趋势。(2)干旱频率、强度和持续时间在全育期、并进期和生殖生长期呈增加趋势,在营养生长期呈下降趋势。并进期干旱在1990s最严重,其他生育期和全育期均在2000s最严重。各生育期干旱程度表现为营养生长期生殖生长期并进期。(3)全育期及各生育期多年平均干旱频率、强度和持续时间呈东北向西南递增的变化趋势,从东北向西南干旱加强。(4)松嫩平原春玉米生育期干旱变化特征对降水量、日照时数和相对湿度的变化最敏感。研究结果可为松嫩平原春玉米干旱预报及生产规划等提供参考。     

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。     

基于WOFOST作物模型的玉米区域干旱影响评估技术

为探讨作物区域干旱影响评估技术,拓展农业气象灾害区域影响评估方法,基于WOFOST作物模型,以西南玉米干旱为研究对象,对发育期、光合生产等模块进行了改进与提高,利用西南地区8个代表性站点的玉米田间观测数据和同期逐日气象数据对模型进行了适宜性检验,在此基础上,选择西南地区历年典型干旱年份,模拟分析了玉米的产量变化趋势,并与实际减产率作了对比分析。结果表明:改进后,玉米生育期模拟值与实测值归一化均方根误差(NRMSE)由原来的3.25%~6.95%降低到1.48%~3.07%,R~2由原来的0.57~0.79提高到0.63~0.99,平均模拟精度由原来的74.12%提高到78.9%。玉米产量模拟值与实测值NRMSE范围由原来的7.88%~11.99%降低到3.07%~6.79%,R2由原来的0.52~0.93提高到0.77~0.98,平均模拟精度由原来的75.7%提高到80.95%。对1987年、1992年及2006年西南地区关键生育期典型干旱年份产量模拟平均精度分别是69.8%、78.1%与75.9%。结合上述分析可得出模型对发育期与产量的模拟精度都有不同程度地提高,模型对西南玉米主产区干旱影响评估有很好的反应,对干旱分布范围与分布规律的模拟值与实际情况基本接近,表明该方法可为区域干旱影响评估提供一种更为科学的评估技术。     

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。     

不同冬季作物对稻田蚯蚓及蚯蚓粪产量的影响

基于大田调查,结合2017—2020年的降雨量及积温数据,研究了稻田种植不同冬季作物(T1,冬闲; T2,冬种紫云英; T3,冬种油菜)对威廉环毛蚓(Pheretima guillelmi)产量及蚯蚓粪产量的影响,以期为稻田蚯蚓增效提供理论及技术支撑。结果表明:蚯蚓产量、蚯蚓粪产量及冬季作物产量在不同年度间的波动幅度均较大,不同年度间的蚯蚓产量变异系数(CV)与冬季作物产量CV值极显著(P0.01)正相关; 2018—2019年10—12月的持续降雨及12—2月的低温导致冬季作物及蚯蚓产量大幅下降。蚯蚓产量、蚯蚓粪产量与土壤有机质含量显著正相关(P0.05),与冬季作物产量均呈极显著正相关(P0.01)。冬闲、冬种紫云英和冬种油菜的蚯蚓密度分别为8.4～12.8条·m-2、11.2～30.8条·m-2和20.4～49.1条·m-2,蚯蚓平均密度分别为10.8条·m-2、20.7条·m-2和36.3条·m-2;蚯蚓产量分别为290～428 kg·hm~(-2)、368～1054 kg·hm~(-2)和763～1845 kg·hm~(-2),蚯蚓平均产量分别为373 kg·hm~(-2)、695 kg·hm~(-2)和1364 kg·hm~(-2);蚯蚓粪产量分别为1921～3126 kg·hm~(-2)、3023～10 116 kg·hm~(-2)和6034～18 958 kg·hm~(-2),蚯蚓粪平均产量分别为2652 kg·hm~(-2)、6438 kg·hm~(-2)和12 545 kg·hm~(-2);平均值均表现为油菜紫云英冬闲。粪蚓比伴随冬季作物产量的增加而增加,平均为8.8。油菜不同产量水平间的蚯蚓产量及蚯蚓粪产量的变幅均小于紫云英。综上,蚯蚓产量及蚯蚓粪产量受年际间气候干扰较大,冬季作物高产田块的土壤有机质含量较高,有利于提高蚯蚓产量、蚯蚓粪产量及其产量稳定性,且冬种油菜的效果更好。     

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。     

北方地区不同等级干旱对春玉米产量影响

北方地区是中国主要的玉米种植区,在中国玉米总产和播种面积中占有较大比例,同时也是中国易发生干旱的地区,北方地区干旱常态化严重制约着该地区玉米的稳定发展。该文基于北方地区14个省(市、自治区)217个气象台站1961-2010年的逐日气象数据以及作物、土壤和田间管理资料,依据春玉米生长季内降水量并以100 mm为间隔将全区划分为6个区域(Ⅰ~Ⅵ),选取作物水分亏缺指数为农业干旱指标,基于验证后的农业生产系统模型(agricultural production systems simulator,APSIM),明确了各生育阶段不同等级干旱对春玉米产量的影响。研究结果表明,北方地区干旱造成春玉米减产率在空间上呈由西向东下降趋势,降水的空间分布直接导致了灾损程度在各区的差异,其中西部灌溉绿洲农业区雨养种植春玉米干旱风险非常大,需大力发展节水灌溉,而东部雨养农业区自然降水已基本满足春玉米生长发育需要,干旱对春玉米产量影响较小,在模拟过程中很难准确的反映出旱级对产量造成的差异影响。春玉米在拔节—抽雄阶段发生干旱会对产量造成比较严重的影响,该阶段4个等级干旱造成春玉米减产率的四分位区间分别为特旱(20.1%~33.6%)、重旱(12.0%~20.3%)、中旱(6.3%~15.2%)、轻旱(4.7%~11.6%)。     

黄土塬区春玉米氮肥-水分-产量关系研究

土壤水分是制约我国西北干旱半干旱地区农业发展的重要因素,探寻科学合理的氮肥—水分—产量关系,对于促进区域农业持续发展有重要的理论与实践意义。在陕西省长武县的中国科学院长武黄土高原农业生态试验站进行氮肥递减试验,在传统施氮250 kg/hm~2(N6)的基础上,依次递减20%,设置CK、N1、N2、N3、N4、N5、N6 7个处理。结果表明:(1)春玉米生育期土壤耗水量随氮肥施用量的增加而增加,土壤水分亏缺主要发生在80 cm以下土层,且水分亏缺程度随施氮量增加而加重。(2)春玉米产量和水分利用率均随氮肥用量的增加呈现二次抛物线趋势变化。春玉米传统施氮量(N6,250 kg/hm~2)已严重过量,减氮20%(N5,施氮量200 kg/hm~2)可以取得较高的产量和水分利用率。2年N5籽粒产量较N6分别增加9.6%和5.8%,水分利用率提高14.5%和9.1%。因此,建议把减氮20%(N5,即200 kg/hm~2施氮量)作为试验区推荐施氮量。     

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。     

我国五大粮食主产区农业干旱态势综合研究

受气候变化影响,我国干旱灾害加剧,威胁国家粮食安全。对农业干旱态势进行综合评价分析,有助于清楚地掌握我国农业受旱程度的空间分布及区域差异。为评价我国五大粮食主产区农业干旱综合态势,本文提出了"作物干旱综合指数"概念及其计算方法。根据全国1982—2011年的日值气象数据及主要农作物分布数据,首先计算了不同作物水分敏感期的作物干燥度,进而采用面积加权综合法计算作物干旱综合指数,分别分析了各粮食主产区的作物受旱情况和综合农业干旱态势。结果表明:三江平原和松嫩平原农业干旱综合态势较为严峻,且三江平原的春小麦以及松嫩平原春小麦、玉米、水稻的受旱程度均不容忽视。黄淮海平原农业干旱态势为5区中最严重,特别是冬小麦旱情最重,一季稻及玉米以轻度和中度旱情为主。长江中游及江淮地区农业干旱综合态势以轻度干旱为主,冬小麦、早稻和晚稻种植区均呈现不同程度旱情,以中度及其以下为主,晚稻受旱较为明显。四川盆地农业综合旱情为5区中最轻,各作物中一季稻和玉米旱情较轻,而冬小麦种植区旱情相对比较严重。     

气候波动对海伦市粮食产量影响的风险分析

粮食生产具有不确定性特征,气候波动是影响粮食产量年际变化的主要因素之一。本研究采用风险分析方法,基于海伦市22个乡镇1978～2007年大豆和玉米产量的统计资料,以相对气象产量作为农作物受气候波动影响程度的指标,采用非参数信息扩散方法中正态扩散模型,对各乡镇大豆和玉米产量不同减产程度出现的概率进行了计算,进而获得各乡镇大豆、玉米单产受气候波动影响的风险度。在此基础上,基于海伦市气象站逐日降雨量和气温资料,按照气候干燥度将所有年份分为偏干旱年份、正常年份和偏湿润年份,分别计算不同水热耦合年份下各乡镇粮食产量受气候波动影响的风险程度。结果表明,大豆和玉米极端减产年出现的概率高于极端高产年;北部大豆减产风险小于南部,玉米在总体上呈现出和大豆减产概率空间分布相反的趋势;在不同水热耦合年份中,海伦市旱田农作物生产风险具有空间差异性,其中大豆生产风险空间分布与河网相关性较玉米高。     

Evaluation of bread wheat (Triticum aestivum L.) genotypes for yield and related traits under drought stress conditions

ABSTRACT

Drought is a major factor threatening crop production worldwide. Developing wheat varieties that are adapted to drought prone environments is a sustainable strategy to improve wheat production and productivity. The aim of this study was to evaluate and select bread wheat genotypes for yield and yield components, and for stability under drought stress and non-stress conditions. One hundred and twenty genotypes were evaluated at five test sites in the 2018/19 cropping season using a 10 x 12 alpha lattice design with two replicates. The level of drought stress was imposed using different sowing dates (early planting representing non-stressed, while late planting as drought stressed conditions) following the onset of the main rain at each site. Grain yield and yield components were recorded, and drought indices were calculated for each genotype. Among the drought tolerance indices, GMP, MP, HM, STI and YI were found to be the most suitable for predicting drought tolerance because they had significant and positive correlations with yield under drought stress and non-stress conditions. Rank sum analysis identified the most drought tolerant genotypes as ‘YS-34', ‘YS-85' and ‘YS-82’. The selected wheat genotypes are useful genetic resources for future drought tolerance breeding programmes in Ethiopia or similar agro-ecologies.     

1961－2010年陕甘宁农区干旱变化规律及其对小麦潜在产量的影响

干旱作为一种典型的气象灾害事件,对人类生产生活带来了极大影响。近几十年来,随着气候变化不断加剧,干旱的变化规律及对作物生长影响的变化趋势已成为气候变化影响研究的重要组成部分。该文选择中国陕甘宁农区为研究区,利用帕默尔干旱指数（palmer drought severity index, PDSI）分析了1961－2010年干旱强度及频率的变化趋势,并研究了不同月份干旱的变化趋势;在此基础上,依托EPIC（environmental policy integrated climate）模型分别模拟了冬小麦、春小麦在雨养和充足灌溉条件下的作物生长过程,通过两种模拟情景的差异研究降水亏缺所导致干旱对作物潜在产量影响的变化趋势。研究发现：1961－2010年,中国陕甘宁农区年均PDSI呈现明显的下降趋势,并且年内重度干旱月份数（PDSI相似文献   

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。     

基于连续无有效降水日数指标的中国南方作物干旱时空特征

利用中国南方15个省(市、区)气象台站1959-2009年逐日降水资料,以连续无有效降水日数(Dnp)为干旱指标,完善了指标中有效降水临界值和干旱分级标准,利用改进后的连续无有效降水日数干旱指标计算了南方地区春播夏收作物、春播秋收作物、夏播秋收作物、越冬作物近50a的干旱指数,得到干旱频率和干旱持续天数的空间分布特征,并分析其年际变化;同时引入逐日干旱频率,研究作物生育期内逐日干旱动态变化。研究结果表明:春播夏收作物在西南地区西部和淮北地区常发生春旱;春播秋收作物在长江中下游地区多发夏秋旱,在华南东北部多发秋旱,在西南地区东部伏旱明显;夏播秋收作物在长江中下游地区秋旱多发、华南东部秋旱高发;越冬作物在西南地区西部秋冬春旱高发且持续时间长,江北和华南地区也多秋旱和春旱。从年际变化趋势看,春播秋收作物干旱范围略有增大,夏播秋收作物干旱范围显著增大、强度略有增强,越冬作物干旱范围呈较明显增大;其他各作物干旱范围和强度呈不同程度减少、减弱的趋势。     

基于模式识别的半干旱区雨养春小麦干旱发生状况判别

为准确判断作物生长发育过程中农业干旱的发生状况,并预估作物产量,该研究以半干旱区1986-2011年生育期气象和产量资料为基础,分析雨养春小麦产量形成所受因素,以产量变动状况作为春小麦干旱和正常年景的判断标准。采用模式识别法,迭代求解建立可预测春小麦年景的线性分类方程,对半干旱雨养区农业干旱的发生状况进行判定。研究结果表明:半干旱雨养区春小麦产量形成受诸多因素影响。若不剔除其他因素的影响,仅以气象要素为基础无法建立判别方程,从而难以定量判断春小麦生育期农业干旱的发生状况。但在剔除播前50 cm层次土壤相对含水率大于55%的年份后,以主要生育期平均温度和降水量能够建立判别方程预测春小麦年景,从而可以对春小麦生长发育过程中的农业干旱发生状况进行定量分析。同时,5月份降水量对春小麦生长发育具有非常重要的作用,在播前50 cm层次土壤相对含水率小于55%时,只用5月份降水量一个气象要素即可较为准确地模拟估测春小麦产出。该研究可为干旱致害机理的进一步深入探讨提供参考依据。