基于作物生长模型的农业干旱灾害风险动态评估

在阐述干旱灾害风险基本概念的基础上,分析了农业干旱灾害风险动态评估的难点。通过作物生长模型——DNDC模型模拟作物逐日生长,得到最终的粮食产量。采用情景分析方法,对不同气象条件下的作物产量进行估计,进而计算作物粮食因旱损失,实现农业干旱灾害风险动态分析。研究选择辽宁省为研究区,以玉米作物为代表,空间分析单元为县级行政区,利用15年的序列数据进行粮食因旱损失评估,模型模拟辽宁省的总误差控制在15%左右。风险分析结果表明,辽宁省西北部地区干旱灾害风险高于其他地区,这也与辽宁省干旱实际情况相吻合。     

基于WOFOST模型的江苏冬小麦生长模拟

WOFOST模型是目前常用的作物模型之一。采用2015—2017年区域气象站点的气象数据、土壤数据、作物数据等,利用OAT方法进行模型参数敏感性分析,结合最小二乘法、"试错法"等,并借鉴前人研究结果,基于不同密度和氮肥处理水平,针对冬小麦发育参数出苗到开花积温(TSUM1)、开花到成熟积温(TSUM2)以及生长参数比叶面积(SLATB)、最大CO_2同化速率(AMAXTB)进行冬小麦参数调整,实现WOFOST模型本地化。结果表明:WOFOST模型模拟冬小麦LAI的R~2、RMSE、NRMSE分别为0.817 8、0.58、27.9%,模拟叶、茎、穗和地上部总生物量的R~2、RMSE、NRMSE分别为0.783 2～0.953 1、315.55～986.15 kg·hm~(-2)、10.1%～29.8%,模拟产量的R~2、RMSE、NRMSE分别为0.585 2、799.96kg·hm~(-2)、15.9%,与实测值均有较好的一致性。这一研究说明WOFOST模型能较好地模拟研究区域冬小麦的生长发育状况。     

作物生长模拟模型技术

综合评述了作物生长计算机模拟模型的结构、建模技术及有待探讨的技术问题．模拟模型一般包括数学模型和知识模型．数学模型技术的重点在生育期模型、干物质生产与分配模型及作物形态模型等方面;知识模型是应用人工智能知识工程的技术方法而建立的．人工智能技术将是今后作物模拟研究的一种主要手段．     

基于冠层光谱数据和作物生长模型结合的冬小麦变量施肥优化算法研究

本研究利用冬小麦起身期和拔节期冠层光谱数据,选用反映冬小麦长势信息的优化土壤调节植被指数OSAVI(Optimization of soil-adjusted vegetation index)与CERES-Wheat模型相结合进行变量施肥管理(变量区),对变量施肥模型进行验证并进行了优化,旨在为变量施肥提供理论依据。     

作物生长模拟模型研究进展

作物生长模拟模型是对作物生长发育过程及其与环境条件、栽培管理技术的动态关系进行的定量描述和预测,模型的研究有利于农业科学成就的综合集成,同时也是作物种植管理决策现代化的基础.为此,较系统阐述了作物生长模拟模型的定义、发展、特点及建模原理.分析了目前国内外取得的成果及存在的问题.在此基础上指出作物生长模拟模型研究应趋于微...     

浅析干旱对南阳市冬小麦生长的影响

干旱是影响南阳市粮食作物冬小麦主要的气象灾害之一。2010年秋冬至2011年春,南阳市冬小麦经受了秋冬春三季连旱,对其生长造成了很大的影响。做好土壤墒情监测、加强管理及积极实施人影作业是缓解旱情、降低灾害的重要措施。     

基于作物水分亏缺指数的河南省冬小麦干旱时空特征分析

以河南省1961—2014年14个站点的逐日气象数据以及冬小麦生育期数据为基础资料,以作物水分亏缺指数(CWDI)作为干旱指标,利用多种数理统计方法分析河南省冬小麦干旱时空分布特征。结果表明:河南省冬小麦干旱覆盖范围广,其CWDI指数存在准2～4年及准2～6年的周期变化;各干旱等级中,轻旱无突变发生,而中旱与重旱及以上分别在1973年和1965年发生了突变;轻旱的覆盖范围以3.25/10年的速率下降,中旱、重旱、特旱的覆盖范围则分别以2.52/10年、0.68/10年、0.47/10年的速率上升,以轻、中旱为主,重旱次之,特旱最少,其中,轻旱频率高发区集中在豫南及豫西南,中旱频率高值区以许昌、商丘、宝丰、卢氏等地为主,重、特旱主要发生在豫北一带;极重风险区分布为拔节-抽穗期全生育期乳熟-成熟期,重度风险区分布为全生育期拔节期-抽穗期乳熟-成熟期,中度风险区分布为乳熟-成熟期拔节-抽穗期全生育期。     

作物生长模拟模型的开发应用进展

论述了作物生长模拟模型的开发研究进展和模型的应用情况，并对作物生长模拟模型今后的研究提出了自己的见解。     

辽宁建昌作物生长季降水变化对农业干旱程度的影响

[目的]分析降水变化掌握干旱程度为农业生产提供气候依据。[方法]采用数理统计方法,进行对比、趋势分析降水变化对干旱程度的影响。[结果]建昌地区作物生长季降水量近50年减少108mm,并以夏季减少为主体。春秋两季干旱最严重频率为80%。与全国第2次农业资源普查时相比,作物生长季干旱频率增加26.6%,播种出苗阶段干旱频率减少13.6%,作物旺盛生长阶段干旱频率增加7.7%,成熟收获阶段干旱频率增加19.2%。[结论]目前建昌地区的气候朝着偏旱至半湿润半干旱方向发展。     

衡水地区冬小麦生长后期需水量变化特征

利用衡水市3个气象站1965-2012年的逐日气象数据,采用作物需水量模型以及相关统计方法,分析了近48年来衡水地区冬小麦灌浆期至成熟期需水量的变化特征。结果表明,1965-2012年衡水地区冬小麦生长后期需水量呈波动下降的趋势,趋势变化显著,近48年来下降了37.9 mm,人工灌水量的减少趋势快于需水量的变化,近48年来减少了62.4 mm;需水量存在时间序列上的突变现象,突变发生在1976年,1977年以后变化更加明显;在冬小麦后期需水量波动减少的过程中存在明显的7年变化周期;冬小麦后期生长需水量的变化与日照时数呈最大正相关,与相对湿度的变化呈最大负相关。     

基于灾损的安徽冬小麦干旱灾害风险评估

为了解干旱对冬小麦生长发育及产量形成产生的重要的影响,基于作物水分亏缺指数(CWDIa)、累积湿润度指数(Ma)、综合气象干旱指数(CI)以及降水距平百分率(Pa)开展对比分析及在安徽省冬麦区适应性研究,最终选取CWDIa作为干旱致灾危险性最优指标。根据冬小麦期望减产率划分干旱危险性强度等级,计算超越致灾临界值频次,结合承灾体脆弱度及暴露度构建风险评估模型,开展冬小麦干旱风险评估研究。结果表明:受地理位置、承灾体脆弱性等因素影响,不同干旱风险等级频率空间差异明显,总体上冬麦区中北部干旱高风险频率较高,而南部高风险频率较低。1999/2000年典型年干旱风险也呈北高南低分布,减产率分布与干旱风险基本一致。由此可见,所构建的干旱风险指标及评估模型适用于安徽省冬小麦干旱风险评估,研究结果对于提升区域灾害风险管理和决策水平提供参考,以减轻干旱灾害造成的损失。     

土壤干旱对冬小麦幼苗生理特性的影响

采用盆栽试验对不同土壤干旱条件下冬小麦幼苗生理特性进行了研究。结果表明,幼苗叶片叶绿素a、叶绿素b、叶绿素总量、光合速率、蒸腾速率、气孔导度、株高、叶面积、叶干重、茎干重、根干重、总生物量,均随土壤水分的减少而呈降低趋势;叶片水分利用效率和根冠比均呈增加趋势。通过回归分析发现,冬小麦幼苗叶片光合速率、蒸腾速率、气孔导度和WUE与土壤水分之间,均存在极显著线性关系。以上研究结果说明,土壤干旱对冬小麦幼苗光合特性、蒸腾特性、气孔导度、WUE及生长特征具有重要影响。     

河北省两熟产区冬小麦气象干旱风险分析

选取河北省山前平原区和黑龙港区的10个县1973-2007年气象资料,计算冬小麦光温生产潜力和气候生产潜力,用气候生产潜力偏离光温生产潜力的差值反映干旱状况。计算出干旱减产率及不同干旱等级在不同区域发生的风险概率,并与冬小麦前、中、后期的自然水分亏缺率进行相关分析。结果表明:河北省两熟产区冬小麦气候生产潜力低、干旱减产率高、冬小麦气象干旱风险高,且区域之间差异大,年际间波动明显。冬小麦中、后期自然水分亏缺率与干旱减产率的相关性极显著。     

Modeling leaf color dynamics of winter wheat in relation to growth stages and nitrogen rates

The objective of this work was to develop a model for simulating the leaf color dynamics of winter wheat in relation to crop growth stages and leaf positions under different nitrogen(N) rates. RGB(red, green and blue) data of each main stem leaf were collected throughout two crop growing seasons for two winter wheat cultivars under different N rates. A color model for simulating the leaf color dynamics of winter wheat was developed using the collected RGB values. The results indicated that leaf ...     

A simulation of winter wheat crop responses to irrigation management using CERES-Wheat model in the North China Plain

To improve efficiency in the use of water resources in water-limited environments such as the North China Plain(NCP), where winter wheat is a major and groundwater-consuming crop, the application of water-saving irrigation strategies must be considered as a method for the sustainable development of water resources. The initial objective of this study was to evaluate and validate the ability of the CERES-Wheat model simulation to predict the winter wheat grain yield, biomass yield and water use efficiency(WUE) responses to different irrigation management methods in the NCP. The results from evaluation and validation analyses were compared to observed data from 8 field experiments, and the results indicated that the model can accurately predict these parameters. The modified CERES-Wheat model was then used to simulate the development and growth of winter wheat under different irrigation treatments ranging from rainfed to four irrigation applications(full irrigation) using historical weather data from crop seasons over 33 years(1981–2014). The data were classified into three types according to seasonal precipitation: 100 mm, 100–140 mm, and 140 mm. Our results showed that the grain and biomass yield, harvest index(HI) and WUE responses to irrigation management were influenced by precipitation among years, whereby yield increased with higher precipitation. Scenario simulation analysis also showed that two irrigation applications of 75 mm each at the jointing stage and anthesis stage(T3) resulted in the highest grain yield and WUE among the irrigation treatments. Meanwhile, productivity in this treatment remained stable through different precipitation levels among years. One irrigation at the jointing stage(T1) improved grain yield compared to the rainfed treatment and resulted in yield values near those of T3, especially when precipitation was higher. These results indicate that T3 is the most suitable irrigation strategy under variable precipitation regimes for stable yield of winter wheat with maximum water savings in the NCP. The application of one irrigation at the jointing stage may also serve as an alternative irrigation strategy for further reducing irrigation for sustainable water resources management in this area.     

冬小麦品种干旱诱导蛋白的研究

为了给干旱地区小麦育种工作提供理论依据，选用了8种抗旱性不同的冬小麦品种，对干旱诱导条件下小麦旗叶和子粒蛋白质在不同生长发育时期的变化情况进行了研究，并讨论蛋白质的变化与小麦品种抗旱性的关系。结果表明：（1）抗旱和抗旱高产品种在拔节期76.5kD和68.7kD两条带显著增强，不抗旱品种只有68.7kD一条带显著增强。拔节期这一特征可为旱地小麦品种选育提供理论参考。（2）在大田自然水分胁迫下，各品种多表现为蛋白质带增强，极少数出现新的蛋白质带；同一品种在不同生育时期干旱诱导蛋白种类有较大变化，分子量呈现以76.5kD蛋白带为中心先升后降的趋势。日本间的变化类似。     

不同肥力下生育后期干旱对冬小麦产量及水分利用效率的影响

采用防雨棚下池栽试验,研究了不同肥力下冬小麦生育后期水分亏缺对冬小麦产量及水分利用效率的影响.结果表明,冬小麦干物质积累量、千粒重、穗数、穗粒数、产量均随土壤肥力和含水量的提高而呈增加的趋势,且与全生育期充分灌溉相比,各干旱胁迫处理的干物质积累量、千粒重、穗数、穗粒数、产量的降幅均随土壤肥力的提高而减小,其中土壤水分含...     

气候变化对河北低平原冬小麦需水量及水分生态适应性的影响

在气候变化和水资源短缺背景下,河北低平原地区冬小麦生产面临着巨大挑战。本研究以沧州市吴桥县为例,分析该地区1981—2015年冬小麦生育期内各项气象因素变化特征,采用SIMETAW模型模拟冬小麦各生育期需水量变化,分析冬小麦各生育阶段的水分生态适应性,提出影响冬小麦各生育阶段需水量的重要气象因素。结果表明:近35年来,气温是冬小麦生育期内变化最为显著的气象因素,其中最低气温呈极显著上升趋势,增幅为0.41℃/10a,平均气温呈显著上升趋势,增温幅度为0.27℃/10a;其次是降雨量的变化,冬小麦生育期内降雨量历年来呈增加趋势,每10年增加6.06mm;其他气象因素均呈不显著上升趋势。在上述气候变化背景下,冬小麦生育期内需水量近35年总体呈上升趋势,其中1981—1998年需水量呈下降趋势,1998—2015年呈上升趋势;冬小麦3个生长阶段(播种~越冬、返青~拔节、孕穗~成熟)的需水量均为上升趋势,其中拔节~返青阶段需水量显著高于其他2个生育阶段,且水分生态适应性最差,降水耦合度多年平均仅为17.84%。影响冬小麦各生育阶段需水量的气象因素有所不同,其中影响冬小麦返青~拔节阶段需水量的主要因素包括空气相对湿度(-)、最高气温(+)、平均风速(+)、太阳辐射(+)、最低气温(+)。根据回归方程,预测吴桥县冬小麦生育期需水量在2020和2030年分别为466.7和472.6mm。本研究结果将为河北低平原地区冬小麦节水种植制度构建提供理论依据。     

Impacts of climate change on drought risk of winter wheat in the North China Plain

Drought is a major natural disaster causing crop yield losses, while its occurrence mechanism and spatiotemporal variations in a changing climate are still not clear. Based on a long-term climatic dataset(during 1958–2015) from weather stations in the North China Plain(NCP), the influencing mechanism of various climatic factors on drought risk of winter wheat was quantified by using sensitivity analysis, Mann-Kendall trend test and slope estimation. The results indicated that climatic factors have changed considerably over the past six decades in the growth season of winter wheat. As a result, winter wheat suffered from severe droughts(with 350 mm of water deficit during its growth season), particularly at the jointing–heading and heading–mature stages, which were critical to crop yield formation. There were large spatial and temporal variations in drought risk and climatic change factors at different growth stages of winter wheat. Despite precipitation playing a vital role in determining the spatiotemporal patterns of drought risk, high temperature and low humidity along with other climatic factors at key growth stages of winter wheat aggravated drought risk. Particularly, temperature at nearly 90% weather stations showed a notablely upward trend, which exacerbated water deficit and drought risk of winter wheat. Given the complexity and high uncertainty of climate change, these findings provide important information for adapting crop production to future climate change and accompanied droughts while ensuring food security and agricultural sustainability.