利用水分盈亏指数评估四川盆地玉米生育期干旱状况

干旱一直是制约四川盆地玉米生长发育和产量形成的主要因素。为评估四川盆地玉米生育期干旱状况,并为相关部门制定相应的防灾减灾措施提供科学依据,通过综合考虑降水量、同期作物需水量,利用基于水分亏缺原理的玉米干旱监测模型,对比分析典型年份干旱指数与相应干旱资料,确定了四川盆地玉米干旱等级指标,利用ArcGIS分析了近50a四川盆地玉米不同生育期、不同强度干旱发生频率的时空分布特征。结果表明：从不同生长阶段看,四川盆地玉米生育期干旱频率较高的时段主要为拔节-乳熟阶段,且发生面积最广。按空间分布特征把盆地划分为3大干旱区,其中大巴山以南、涪江及沱江流域在玉米全生育阶段出现干旱的频率最高,普遍都在50%以上。     

辽宁省玉米地水分盈亏时空分布特征及灌溉模式分区研究

根据不同区域农作物需水规律和水资源供需状况,对区域内干旱区域类型、水分盈亏特性与干旱发生频率等进行综合分析和科学区划,对于提高整个地区(流域)农作物水分利用效率和水资源高效利用具有重要意义。该文基于辽宁省27个气象站1955—2014年逐日气象数据和玉米生长发育资料,对辽宁省不同玉米种植区域玉米生育期的需水过程、需水量、灌溉需水量、水分盈亏指数(crop water surplus deficit index,CWSDI)、干旱发生频率等的时空分布特征进行深入研究,得到以下结论:辽宁省不同区域玉米逐月需水量均呈现单峰变化趋势,7月需水量最大,全省生育期总需水量在335~391 mm之间;不同水文年玉米需水亏缺量在0~220 mm之间;CWSDI和干旱发生频率在全省的空间分布规律类似,综合两指标的数值分布特征,将辽宁省玉米灌区划分为干旱区和易旱区2种类型,并结合不同水文年型玉米灌溉制度,将辽宁省玉米种植区划分为7种灌溉模式。该研究成果可以为辽宁省区域农业用水区划与管理提供理论依据。     

基于SPEI的广西甘蔗生育期干旱时空演变特征分析

干旱是影响甘蔗生产最严重的农业气象灾害之一,在气候变化背景下,甘蔗生育期干旱时空演变特征对于蔗糖生产的防灾减灾具有重要意义。该文以中国甘蔗主产区广西为研究区,利用1971-2017年气温和降水量数据,采用标准化降水蒸散指数SPEI(standardized precipitation evapotranspiration index)作为干旱指标,在充分验证其对干旱监测适用性的基础上,以甘蔗不同生育期为时间尺度,同时考虑研究区甘蔗播种期差异,分析广西甘蔗不同种植区各等级干旱时空演变特征及规律,结果发现:1)利用SPEI可以较客观的反映甘蔗生育期干旱。SPEI与甘蔗种植区典型干旱事件的时间、强度吻合度较高,甘蔗各生育期及全生育期SPEI与不同深度的土壤湿度多呈显著相关,多数通过了0.01水平的显著性水平检验。2)1971-2017年,甘蔗各个生育期多呈干旱化趋势。其中,分蘖期干旱化趋势最强,苗期次之,茎伸长期干旱化趋势最弱,工艺成熟期呈湿润化的变化趋势。3)甘蔗不同生育期干旱周期变化明显。在10～15 a时间尺度上,多有4～6个干-湿循环,5 a时间尺度下则有更多的干-湿循环交替,相较于分蘖期和工艺成熟期,茎伸长期、苗期周期变化更明显。4)甘蔗各个生育期干旱空间分布特征差异较大。甘蔗工艺成熟期干旱发生频率最高,分蘖期干旱最低,茎伸长期和苗期相当。甘蔗各个生育期均以轻旱为主,重旱和特旱发生频率较低,其中茎伸长期和工艺成熟期中旱频率明显高于其他生育期。对于甘蔗苗期和茎伸长期,桂北地区干旱发生频率高于其他地区,而对于分蘖期和工艺成熟期,桂中地区干旱发生频率较高。     

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。     

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%。     

基于农业干旱参考指数的西南地区玉米干旱时空变化分析

西南地区是中国玉米主要产区之一,干旱是该地区最主要的农业气象灾害,研究干旱时空分布特征及规律对西南地区玉米种植布局和防旱减灾有重大意义。该文收集西南地区玉米种植区60个代表气象站50a(1960年-2010年)的气象资料和玉米作物资料,选用基于土壤-植被-大气系统并以天为时间尺度的农业干旱参考指数(ARID)作为干旱指标,研究西南地区玉米生育期内干旱频率空间分布特征,并分析近50a干旱发生的年代际变化,验证ARID在西南地区的适用性。结果表明:1)近50a来西南地区发生的干旱具有显著的区域特征,高发区位于云南中北和东北部以及四川南部;其次为川东北的广元地区、川西南山地以及滇西北、滇南部的元江地区;少发区位于重庆大部、贵州北部等地区。2)阶段性干旱明显,受旱频率最高的时段为出苗至拔节期,受旱频率最低在抽雄至灌浆期,且随着发育进程,干旱有向东部转移的趋势。3)西南地区各分区玉米生长季内ARID变化差异较大,总体上来看干旱程度大多处于轻旱,个别区域处于中旱,或者在轻旱与中旱之间波动。4)ARID的年际变化特征表明:20世纪80年代受干旱影响最低,21世纪初受干旱影响最严重。     

1981-2010年重庆地区季节性干旱时空变化特征分析

根据重庆市34个气象观测站点的实测气象数据,选择标准化降水指数(SPI)为干旱指标,计算了1981-2010年各气象站点逐年逐月SPI值,统计30年间各站点的干旱情况,在此基础上从年、季两个尺度分析了重庆市各地区的干旱频率、干旱强度和干旱范围(干旱站次比),研究其干旱的时空变化特征.研究结果表明:(1)重庆市年尺度干旱发生频率呈西高东低的分布特点,干旱发生强度整体主要为中等强度,渝东北干旱强度最高,中西部和渝东南强度较低,干旱发生范围在30年间呈逐渐增大趋势,年际干旱站次比差异性大,基本与历史上的重大干旱年份相吻合;(2)季尺度冬旱频率最高,夏旱次之,春旱最低;夏旱强度最高,秋旱稍低,春旱强度最低.春、夏、冬旱的强度和频率空间分布较为相似.干旱演化在春、冬季呈下降趋势,夏、秋季呈上升趋势,说明对夏、秋干旱的防灾御灾工作需要进一步加强;(3)结合年、季尺度,从总体上看,干旱主要频发于渝东北和中西部,其强度也较大,渝东南干旱发生的频率和强度都较低.     

甘肃省冬小麦水分盈亏指数的改进及其应用

冬小麦是甘肃省主要粮食作物,水分是限制该省旱作冬小麦生产最主要的因素,降水时空分布不均造成冬小麦干旱常年发生,因此准确监测甘肃省冬小麦干旱及定量评估灾害损失可为决策部门制定农业防灾减灾措施及保障区域粮食安全提供科学依据。利用甘肃省1981—2014年3个农业气象观测站土壤水分和冬小麦生育状况观测资料,38个冬小麦种植县气象资料、产量资料及干旱灾情资料,考虑冬小麦休闲期土壤储水及生育期水分盈亏量修订了作物水分盈亏指数,修订后作物水分盈亏指数与土壤储水、冬小麦产量要素和产量损失相关性较高,能客观、准确、定量地反映干旱对甘肃冬小麦产量的影响;利用水分盈亏指数分别建立冬小麦产量要素和产量损失评估模型。结果表明:产量要素评估模型均通过0.01水平显著性检验,产量损失评估模型大部分通过0.05水平显著性检验。产量要素评估模型回代结果与冬小麦产量要素实测值间均通过0.01水平的F检验;产量损失评估模型验证结果表明,68.4%种植县通过0.05水平F检验,基本能准确评估全省大部分地方干旱对冬小麦产量造成的损失。修订后作物水分盈亏指数能客观反映甘肃省冬小麦干旱,建立的评估模型能准确评估干旱对冬小麦造成的损失,具有一定的应用价值。     

基于作物水分亏缺指数分析北方旱作地区春玉米干旱时空变化

采用1961-2018年北方旱作区156个气象站日值气候数据和1991−2013年春玉米生育期资料,依据干燥度指数将北方旱作地区划分为4个亚区。基于作物水分亏缺指数（CWDI）,通过分析各亚区水分供需状况、CWDI年际变化、干旱站次比和频率,揭示了中国北方旱作区春玉米干旱时空变化特征。结果表明：（1）Ⅰ区（湿润地区）和Ⅱ区（半湿润地区）水分供需平衡,Ⅲ区（半干旱地区）和Ⅳ区（干旱地区）水分供需不平衡。Ⅰ区降水量均方差达到70mm,CWDI年际间变化幅度最大,20世纪70年代CWDI在播种−出苗期和出苗−拔节期均为剧烈波动期;Ⅱ区CWDI在20世纪80年代春玉米乳熟−成熟期波动幅度较大;Ⅲ区在抽雄−乳熟期CWDI以1.06个百分点10a⁻¹（P<0.05）速率增加,年际间干旱有扩大趋势;Ⅳ区年际间CWDI变化不大。（2）1961−2018年抽雄−乳熟期干旱站次比以2.58个百分点10a⁻¹（P<0.05）的速率显著递增,其中发生特旱的平均站次比为14.95%,其余4个生育阶段无显著变化。抽雄−乳熟期发生旱级最重且干旱范围有显著扩大趋势。（3）在空间分布上,干旱等级和频率均呈现明显的东西向分布。黑龙江东部和西南部、吉林辽宁西部（Ⅰ区和Ⅱ区）发生轻旱频率达到3a两遇以上;张承地区（Ⅲ区）在播种−出苗期中旱频率5a一遇以上;毛乌素沙地（Ⅳ区）在拔节−抽雄期特旱频率达到3a两遇,以特旱威胁拔节−抽雄期为主。     

基于SPEI的贵州省近60年干旱时空特征分析

基于贵州省19个气象站点1960—2013年实测气象资料,利用标准化降水蒸散指数(SPEI),通过计算各站历年逐月的SPEI指数值,统计近60年各站点出现的干旱过程,分析了贵州省历年、历年各季尺度上的干旱年际变化趋势、四季变化趋势和干旱频率,揭示了贵州省干旱发生的时空演变特征。研究结果表明:近60年来尤其是1990年以来贵州省干旱化趋势较为明显;在空间尺度上,贵州省在年和春、夏、秋、冬尺度上均有干旱发生,干旱频率较高的区域主要集中在遵义市东部地区、铜仁大部分地区、黔东南北部和习水、赤水地区;在年代际变化方面,贵州省以2009—2013年干旱最为严重,发生干旱高频区向东北部和西部转移。干旱事件的发生呈现明显的季节性和区域性,总体分布呈现从西南向东北递增的特点。     

四川省土地整治项目时空分异格局分析

从不同空间尺度分析特定时期土地整治项目的分布特征,可为制定下一阶段土地整治规划及优化空间布局提供决策参考。基于2011—2015年土地整治项目数据,以县域为评价单元,采用变异系数法、重心模型法和空间自相关模型法,探讨了四川省土地整治项目在不同空间尺度的分布特征,分析了重心转移和空间格局演变特征。研究表明:(1)从时间维度看,四川省土地整治项目总量呈下降趋势,项目绝对规模差异、相对规模差异逐步减小,呈现均衡化趋势。(2)不同空间尺度下土地整治项目具有不同特征。区域层面上,土地整治项目集中分布在盆地丘陵农用地整治区;市域层面上,项目主要集中在成都市和宜宾市,而甘孜藏族自治州、凉山彝族自治州和攀枝花市分布较少。(3)重心移动轨迹中所有重心点均落在盆地丘陵农用地整治区内,空间分布具有一定的地域均衡性。(4)土地整治项目在县域尺度分布存在较为显著的集聚性。高-高集聚区主要集中在盆地丘陵农用地整治区的东北部,低-低集聚区主要分布在川西北高山高原生态整治区。由于受项目区社会经济、人口、地形条件和政策的影响,四川省土地整治项目时空格局均衡性有待进一步提高。该研究明确了四川省土地整治规划重心在盆地丘陵农用地整治区,今后土地整治发展方向在于适时适度地开展川西南山地河谷农用地整治区、川西北高山高原生态整治区土地整治,有利于优化四川省土地空间开发利用格局。     

基于CERES-Maize模型的吉林西部玉米干旱脆弱性评价与区划

自然灾害风险(risk)是灾害损失的可能性,主要取决于致灾因子、脆弱性、暴露性以及防灾减灾能力4个因素。脆弱性(vulnerability)衡量承灾体遭受损害的程度,是灾损估算和风险评估的重要环节,是致灾因子与灾情联系的桥梁。在全面收集研究区气象、土壤、土地类型、田间管理数据等资料的基础上,基于自然灾害风险和气候变化领域对脆弱性的定义,在考虑到扰动、敏感性和适应能力的基础上建立干旱脆弱性评价模型。以吉林省西部的玉米干旱灾害作为研究对象,选取2004年、2006年和2007年3个典型干旱年,运用CERES-Maize模型逐日逐网格对玉米的生长过程进行模拟,并且计算出不同生育期干旱脆弱性;对相应年份的玉米因旱减产率与不同生育期脆弱性的相关分析表明,二者存在指数相关性,并且每个生育期都通过了?=0.05的F检验,说明利用上述模型对玉米干旱脆弱性的评价与区划是合理的;从相关系数的大小中可以看出,玉米因旱减产损失与抽雄—乳熟期和拔节—抽雄期脆弱性相关性较大,其次是乳熟—成熟期和出苗—拔节期。将不同生育期玉米干旱脆弱性指数划分为4个等级,借助GIS技术绘制了玉米干旱脆弱性区划图。结果表明:吉林省西部玉米干旱脆弱性较强的区域主要集中在白城、洮南、镇赉等地区,玉米干旱脆弱性较弱的区域主要集中在松原、扶余等地区。运用此模型可以评价和预测玉米不同生育期干旱脆弱性以及因干旱造成的玉米产量损失,本研究结果可以为研究区农业干旱灾害风险评估以及防灾减灾提供一定的依据。     

南方耐旱玉米种质资源筛选和鉴定指标研究

南方7～8月份的季节性干旱严重威胁着春玉米孕穗至扬花期和秋玉米苗期的生长,影响产量.为了筛选适应南方季节性干旱气候特性的种质资源,本文针对南方的气候特性,在玉米苗期(4叶期)采用反复干旱称重控水和孕穗至扬花期采用反复干旱等量浇水的方法进行干旱处理,比较和分析了12个玉米自交系的耐旱性和与耐旱性有关的主要指标.结果表明,12个玉米自交系中,苗期和孕穗至扬花期最耐早的自交系为"178",苗期耐旱性最敏感的材料为"齐319",孕穗至扬花期最敏感的是"S4080".苗期筛选对干旱敏感的材料时,反复干旱称重控水的处理时间以7d为宜;筛选耐旱材料时,处理时间以12d为宜.幼苗成活率可作为耐旱筛选的评价指标,光合作用速率可作为玉米苗期耐旱材料筛选的快捷方便指标,处理前后相对电导率、脯氨酸和可溶性糖含量的变化可作为玉米苗期耐旱材料的生理筛选指标.     

1956—2010年辽西地区玉米气候适宜度时空分布特征

以玉米气候适宜度模型及辽西地区4市8站近50 a(1956—2010年)逐日气象数据为基础,利用空间插值、经验正交函数分析方法(EOF)和小波变换分析方法对玉米全生育期及各主要生育时期气候适宜度的时间变化和空间分布特征进行分析,研究气候变化过程中辽西地区农业气候资源对玉米生长的适宜程度的变化特征。结果表明：1)近50 a,辽西地区玉米全生育期的降水、日照及综合气候适宜度呈逐年下降趋势,除开花期综合气候适宜度呈上升趋势外,播种、出苗、成熟期综合气候适宜度均呈下降趋势;2)在空间分布上,辽西玉米全生育期的温度适宜度、日照适宜度,播种、成熟期的综合气候适宜度分别表现出由南向北、由西向东、由西向东南和东北、由东北向西南递增,而出苗期综合气候适宜度表现为由西北向东南和东北递减;全生育期的降水适宜度、综合气候适宜度和开花期的综合气候适宜度由北向南均呈现“低－高－低－高”的带状分布特征,播种、出苗和开花期限制因素分别为降水、日照和日照;3)EOF 分析发现,辽西地区玉米全生育期综合气候适宜度距平百分率在空间上表现为西南向东北微幅递减;在时间上,小波分析发现辽西玉米综合气候适宜距平百分率第1特征向量的时间系数存在14~30 a、8~14 a、3~7 a 的3类尺度的震荡周期。     

山东省干旱时空分布特征及其与ENSO的相关性

基于山东省15个气象台站1964—2010年的逐月降水和平均气温资料,采用标准化降水蒸散指数(SPEI)定量分析了山东省不同时间尺度干旱发生频率,利用Mann-Kendall非参数检验法和Arcgis软件,对近50年山东省干旱的时空变化趋势进行分析。为了研究厄尔尼诺/南方涛动(ENSO)对山东省干旱的影响,运用连续小波(CWT)、交叉小波变换(XWT)和小波相干谱(WTC)分析SPEI与ENSO指数(多变量ENSO指数,MEI)的相关关系和周期特征。结果表明:多时间尺度的SPEI值可以较好地反映山东省的干旱情况;不同时间尺度的SPEI值随时间变化的敏感性存在明显差异,时间尺度越小,变化幅度越大。近50年山东地区呈现明显的增暖趋势,其中东部增温最为显著,降水减少和温度升高使山东气候趋于"暖干化",加剧山东省干旱程度。空间变化趋势上,山东省年SPEI和山东省年降水的空间分布具有一致性,总体有西部变湿润、东部变干的趋势。在干旱发生时间尺度上,月尺度干旱发生频率高于年尺度干旱发生频率,四季中春、秋季干旱最为严重。春旱和秋旱以鲁西和鲁西北平原发生频率最高,各地区之间差异明显。ENSO暖事件时,山东易旱;ENSO冷事件时,干旱减少。SPEI存在1~2.5 a尺度的年际振荡周期特征,呈现了与MEI指数相似的变化特征。高能量区,SPEI和MEI存在5~6 a的共振周期,SPEI较MEI提前1~2个月;低能量区,SPEI与MEI存在3~3.8 a呈负相位的共振周期。     

夏玉米不同生育阶段干湿变化的补偿效应研究

通过玉米单阶段和双阶段干旱及复水处理的小区试验研究证明，补偿效应是作物生长发育中存在的一种生存本能，其表现有产量、生长和生理等方面，苗期旱后的拔节期复水存在生长超补偿效应和较大产量补偿效应，其生理补偿效应可持续到抽雄期；抽雄期干旱的产量和水分利用效率明显降低，苗期、拔节期连续干旱则产量最低。     

玉米不同生育阶段养分效应评价方法研究

了解作物养分效应机制是提高作物养分利用效率的重要基础。本文以玉米品种"农华101"为试验材料, 进行不同播期、密度、肥料试验, 记录了生育时期的日均温, 并对玉米不同生育时期叶片及其他器官中氮、磷、钾元素含量进行了测定, 然后基于改进后的BLUP方法, 在考虑植株干物质日均积累量与自身效应、环境效应关系的基础上, 引入群体效应和温度效应, 探讨并建立了玉米不同生育阶段养分效应评价方法。在此基础上, 进一步对养分效应评价效果进行分析。结果表明: 干物质日均积累量理论值与实际值的相关性r值为0.72~0.99; 各生育阶段配对t检验的α值均大于0.05, 各生育阶段的干物质日均积累量的理论值和实测值差异均不显著(P>0.05)。研究结果表明, 用建立的玉米不同生育阶段的养分效应评价方法得到的各养分特征效应值存在较大差异, 其中: 三叶期到拔节期各养分效应值为0~0.58, 拔节期到大口期为 0.43~2.57, 大口期到吐丝期为 0.45~4.58, 吐丝期到成熟期为 0.86~4.71。综上, 利用改进后的BLUP法提出的养分效应评价方法对玉米各阶段养分效应的评价结果具有一定的指导意义, 该方法可作为玉米养分效应评价的参考手段。     

2000—2016年四川省耕地种植指数时空变化及其自然潜力分析

种植指数是反映耕地利用强度的基础性指标,明确其空间格局、时间演变是合理制定农业决策的基础。本文以四川省2000-2016年MODIS-NDVI长时间序列数据为数据源,通过提取耕地NDVI时序曲线峰值频数,进而提取四川省2000-2016年耕地种植指数,分析其时空格局及演变,并结合积温-降水模型对区域耕地潜力种植指数分布进行了分析,为明确四川省耕地种植指数时空特征及演变和引导耕地合理集约利用提供科学依据。结果显示：研究时段内,一年1熟一直是四川省主要的熟制制度,其面积占耕地面积比达78.05%,主要分布在川西北高原区、川东北和川南的低山丘陵区以及攀西河谷区;一年2熟/3熟制主要分布在成都市及其周边地区,空间分布上呈现由成都市及其周边地区向四周下降的态势。可提升潜力种植指数（PMCI_p）方面,省内89.7%的耕地仍具有较高的可提升潜力;成都市及其周边地区可提升潜力较低（PMCI_p<50%）,且实际种植指数年际变化剧烈（标准差>60%）;川东北和川南地区可提升潜力种植指数在50%以上,面积占耕地面积比达65.6%,是未来耕地种植潜力挖掘的理想区域;川西北高原区、攀西河谷区和川东北大巴山中山区为过度耕作的主要分布区（PMCI_p<0）,面积占耕地面积10.3%,是未来农业生态退耕的重点区域。本文结合农作物节律性,利用长时间序列的遥感数据反演,实现对区域耕地种植指数的动态监测,并分析区域耕地种植指数的潜力及可提升潜力的空间格局,为区域农业政策制定提供有益参考。