华北棉区棉花需水量时空变化研究

为分析气候变化背景下华北地区棉花需水量和水分生态适宜性时空变化特点,本研究利用华北棉区47个气象站点逐日气象数据,通过SIMETAW模型分析1986—2015年棉花生育期需水量(ETc)、有效降雨量(Pej)和灌溉需水量(ETaw)及变化趋势。结果表明:近30年来,棉花生育期需水量和灌溉需水量呈减小趋势,生育期有效降雨量呈增加趋势;6—8月棉花需水量最大,不同站点月均需水量在80~160mm;7月和8月是棉花灌溉需水量最小的月份,华北棉区平均灌溉需水量接近零,灌溉需水量最大的月份是6月,多年平均灌溉需水量为56.50mm;华北棉区地下水超采区与非超采区灌溉需水量分别为144.41和70.41mm,降水量的不同是造成这种差异的主要原因;华北棉区棉花生育期多年平均需水量、有效降雨量和灌溉需水量分别为560.19、467.32和98.75mm,棉花一年一熟制的灌溉需水量小于传统的冬小麦-夏玉米模式,而经济收益大于春玉米一年一熟制,在华北地区超采区适当增加棉花的种植面积,有利于缓解华北地区水资源缺乏的现状。     

鲁中地区夏玉米水分盈亏及灌溉需水量的时空变化特征

利用1980—2014年鲁中地区气象资料和夏玉米生育期资料,采用Penman-Monteith模型和单作物系数计算夏玉米各生育阶段需水量,利用美国农业土壤保持局推荐方法计算有效降水量、水分盈亏系数(CWSDI)和灌溉需水量,分不同生育期进行时空变化分析探讨。结果表明:近35年来,鲁中地区夏玉米全生育期和各生育期需水量均随时间变化呈减少趋势,拔节—抽雄期是需水量最大的阶段,随时间变化减少幅度最大,全生育期需水量主要空间变化规律一致,减少强度中心在中北部地区。全生育期和各生育期有效降水随时间变化呈增加趋势,2003年是突变增加的开始年份,全生育期增加强度中心在南部山区,拔节—抽雄期增加强度中心在中部平原。全生育期CWSDI随时间变化呈增加趋势,拔节—抽雄期增加幅度最大,自南向北递减。为满足夏玉米需水要求,全生育期平均灌溉需水量228 mm,拔节—抽雄期是灌溉需水量最大的阶段,随时间变化呈减少的趋势,减少强度中心在中部地区。研究结果可为鲁中地区夏玉米干旱监测评估、适时灌溉和提高水分利用效率提供数据支撑。     

冀中南多样化种植模式的适水效应分析

为优化冀中南作物种植结构,本研究以河北省典型地下水漏斗区邢台市为例,基于作物需水SIMETAW模型系统量化1965—2018年冬小麦、春棉花、春玉米、夏谷子、夏大豆和春绿豆等10种主要农作物的生育期需水量与灌溉需水量,针对当地不同降水年型和水资源条件以及不同作物的生育期、生长发育特点和前后茬作物的农学特性等构建11种不同的种植模式,分析不同种植模式需水及降水耦合度等参数。结果表明:1)各作物年均生育期需水量表现为春棉花(515.2mm)冬小麦(466.6mm)春玉米(424.9mm)春油葵(420.0mm)春甘薯(362.1mm)春马铃薯(354.2mm)夏大豆(313.9mm)夏玉米(298.7mm)春绿豆(288.1mm)夏谷子(217.5mm)。2)各作物年均生育期灌溉需水量表现为冬播作物春播作物夏播作物。冬小麦年均生育期灌溉需水量最大,为329.2mm;夏谷子最低,为82.8mm。3)传统麦玉一年两熟制周年需水量最大(753.4～780.3mm),相比之下,多样化轮作模式的生育期需水量可显著降低15%～34%,生育期灌溉需水量明显降低9%～32%。春玉米-冬小麦-夏玉米、春玉米-冬小麦-夏谷子、春甘薯-冬小麦-夏玉米和春甘薯-冬小麦-夏谷子等两年三熟制在丰水年、平水年和枯水年下的生育期需水量、灌溉需水量和周年需水量均较低。春绿豆-夏谷子一年两熟模式的年均生育期需水量最低,为504.4mm,年均生育期灌溉需水量为286.8mm。因此,在保证粮食安全的前提下,为减缓河北省地下水位持续下降的趋势,发展适水种植模式是节水农业的重要途径之一。     

黄淮海农作区玉米需水量时空变化特征比较研究

鉴于作物需水量变化趋势对制定灌溉策略与区域水资源配置的重要作用,依据黄淮海农作区50个标准气象站点50年逐日气象数据资料,基于SIMETAW模型,分析了黄淮海各农作亚区夏玉米、春玉米生育期需水量、灌溉需要量的时空变化趋势,主要气象因予时间变化趋势以及需水量与气象因子的相关性。结果表明：1）该地区夏玉米、春玉米生育期需水量平均值分别为321．70和456．70mm且近50年均呈下降趋势,两者降水耦合度分别为0．78、0．72;2）与夏玉米生育期灌溉需要量相比,春玉米生育期灌溉需要量地区差异大且下降更显著,但两者在豫西丘陵山地旱坡地一熟水浇地二熟区均呈上升趋势;3）夏玉米,春玉米需水量下降受太阳辐射、温度、平均风速、平均相对湿度、降水的综合影响,其中最主要气候原因为太阳辐射、温度;平均风速、降水量与之呈显著负相关,其他各因素为显著正相关。     

河南省葡萄需水量的时空变化趋势及影响因素分析

基于河南省1960—2015年的17个基本气象站点的气象资料,采用FAO推荐的Penman-Monteith公式和作物系数法计算了河南省葡萄需水量;并利用线性趋势分析法和Mann-Kendall非参数检验法,对葡萄生育期需水量和不同月份需水量的年际变化趋势进行了分析。同时,也对其与气象因子的相关性进行了探讨。结果表明,1960—2015年,河南省葡萄生育期平均需水量为451.71 mm。56 a来,除4月份葡萄需水量呈不显著的上升趋势外,其他月份的需水量均呈下降趋势,尤其是6月、7月和8月的需水量均呈显著下降趋势。葡萄生育期需水量的空间分布特征为自西北向东南逐渐降低,豫西葡萄生育期平均需水量最高,为460.82 mm,豫南葡萄生育期平均需水量最低,为438.15 mm。对影响河南省葡萄生育期需水量的气象因子进行相关性分析表明,日照时数和平均风速与葡萄生育期需水量有极显著正相关性,平均相对湿度与生育期需水量呈极显著负相关性。     

宁夏地区春玉米灌溉需水量特征研究

【目的】提高宁夏地区春玉米的灌溉效率,优化农业资源配置。【方法】依据宁夏地区11个站点1960-2019年的气象资料,确定宁夏地区年际及春玉米生育期不同水文年型的有效降雨量;然后,利用ET₀ Calculator软件计算参考作物腾发量,并结合作物系数法计算作物需水量,求得宁夏地区年际及不同水文年型下春玉米各生育期的作物需水量、灌溉需水量、耦合度和水分盈亏指数。【结果】1960-2019年间,宁夏地区年有效降雨量波动较大(158.5~424.2 mm),北部引黄灌区、中部干旱带和南部山区春玉米生育期有效降雨量分别为123.9,205.4和334.4 mm。宁夏全区春玉米生育期需水量为482.0~690.7 mm,其中南部山区和中部干旱带春玉米需水量有降低趋势,而北部引黄灌区有增大趋势。北部引黄灌区、中部干旱带和南部山区春玉米灌溉需水量分别为566.8,413.0和147.6 mm;在枯水年、平水年和丰水年宁夏全区春玉米灌溉需水量分别为448.5,378.9和317.0 mm。南部山区降雨对作物需水量的满足程度最高,耦合度为0.70,是北部引黄灌区的3.89倍。【结论】宁夏南部山区应以集雨技术为基础发展雨养玉米种植;北部引黄灌区和中部干旱带需要大力发展节水灌溉,其中在北部引黄灌区春玉米大喇叭口期、抽雄期和乳熟期需要分别补灌87.2,79.6和275.6 mm,在中部干旱带需要分别补灌65.7,62.4和212.8 mm。     

四川省近55年降雨时空分布特征分析

该文利用四川省及其相邻5省(市)1961—2015年的降雨数据,全面地对四川省降雨时空分布特征进行了分析,结果表明:四川省年均降雨量与春、夏、秋、冬四季降雨量的空间分布特征总体上大致相似,均呈东南向西北逐渐降低趋势,但在降雨量高、低值地域分布上,四季存在着明显的季节转移现象,极高值区域尤为显著;多年平均降雨量为920.8mm,近55年降雨量呈微上升趋势,增加速率1.69mm/10a,年均降雨量动态变化周期约为5~6a,年代际变化主要呈"降-增-降-增"趋势;多年月平均降雨量为83.2mm,各年代内月平均降雨量呈现出20世纪70年代21世纪前10年20世纪60年代20世纪90年代20世纪80年代20世纪2011—2015年多年平均,多年平均和各年代的年内降雨主要集中在5—10月,均在7月出现降雨量峰值。     

河南省夏玉米生长季农业气候资源变化分析

为充分合理利用气候资源,评估气候变化对玉米生长的可能影响,利用河南省118个气象站1961-2008年气象观测资料,对夏玉米生育期内光、温、水气候资源的年际变化趋势及变化幅度的空间分布差异进行了分析。结果表明:河南省光能资源空间分布由北向南逐渐减少,年际间下降趋势显著,平均每10a太阳辐射减少50.2MJ/m2,日照时数减少37.6h。热量条件稍有改善,播种开始日期显著提前,平均每10a提前2d;可生长日数显著增加,平均每10a增加2.85d;适宜生长日数变化趋势不明显,但年际间波动增大;近50a夏玉米生育期大部分地区积温总体表现为减少趋势,但20世纪80年代中期后以增加趋势为主,空间分布上豫西、豫西南减少显著,平均每10a减少20℃.d以上。降水年际间波动较大,呈不明显的增加趋势。总体来看,光照资源减少,热量条件年际间波动性增大,降水时空分配更加不均,增加了多种灾害发生的可能性,加大了玉米生产的气候风险。应通过筛选品种、调整播期、改进生产措施等途径趋利避害,保障玉米高产稳产。     

贵州水稻有效降水量和需水量特征分析

为了分析贵州水稻生育期内有效降水量和需水量等水资源的变化特征,研究基于贵州80个气象站点1961—2015年的逐日气象资料,采用美国农业部(USDA)土壤保持局推荐的有效降水量和联合国粮食及农业组织(FAO)推荐的参考作物蒸散量计算方法,计算贵州水稻不同生育期内的有效降水量和需水量,并分析水稻不同生育阶段缺水量和灌溉需求指数的变化特征。结果表明:1961—2015年,贵州水稻全生育期有效降水量为324 mm,呈递减趋势,其中,移栽—抽穗期是有效降水量最大的阶段,呈递增趋势,其他生育期有效降水量均为递减趋势;水稻全生育期需水量为737 mm,呈递减趋势,其中,移栽—抽穗期、抽穗—灌浆期需水量呈递减趋势,其他生育期需水量呈递增趋势;水稻全生育期多年平均缺水量为413 mm,呈递增趋势,其中,移栽—抽穗期缺水量呈递减趋势,其他生育期呈递增趋势。全生育期作物水分盈亏指数为0.56,其中,抽穗—灌浆期对灌溉依赖程度最高。     

山东省降雨时空分布特征研究

利用山东省22个及河南省4个气象观测站点1961—2011年的逐年降雨资料,创建泰森多边形降雨分布模型,并借助多项式拟合曲线法和反距离加权插值法等分析方法,对山东省降雨时空分布特征进行深入研究。结果表明:近50年来,山东省降雨量在空间上呈显著的梯度变化,从东南部向西北部逐渐递减;并具备一定的年代、年际变化特征,总体呈现出先减少后增加的趋势。     

气候变化背景下周口市冬小麦农业气候资源时空变化特征

选取周口市10个气象站点1961—2015年的逐日气象资料和霜观测资料,应用气候线性倾向率法、相关分析法和MannKendall突变检验法,分析周口市冬小麦生育期内主要农业气候资源的时空变化趋势和特征。结果表明:研究区域近54年冬小麦生育期内≥0℃积温显著增加,20世纪90年代以来增加趋势更加显著,1993年为突变年;生育期内降水量年际和年代际波动明显,空间上从南至北递减;参考作物蒸散量有明显减少趋势,年际和年代际波动比较剧烈,空间上呈东西递减趋势;生育期内日照时数有明显减少趋势,21世纪初以来减少趋势更为显著,突变年为2005年,空间上东多西少;初霜冻日期呈推迟趋势,终霜冻日期呈提前趋势,导致霜期缩短,且三者的年际波动明显。     

河北低平原适水粮饲模式构建及综合效益评价

为推进“粮改饲”进程与发展节水农业,构建适水型种植制度,本研究以水资源短缺的河北沧州为研究对象,聚焦饲草作物和粮食作物,首先利用作物需水模型SIMETAW系统量化1961—2020年沧州地区6种主要饲草作物（夏播高粱、青贮玉米、饲用燕麦、饲用谷子、粮食作物冬小麦和夏玉米）的需水量及灌溉需水量,对比分析各作物需水量的时间变化规律及作物间差异,评估作物需水量的主要气象影响因素;后采用ROTAT模型建立了5种多样化粮-饲及饲-饲轮作制度,基于Entropy-TOPSIS对不同轮作模式的等价产量、生物量、经济效益、蛋白产出、生育期及周年需水量与降水耦合度进行综合评价。结果表明：1）这6种作物的年均生育期需水量表现为冬小麦 （463.5 mm）>夏玉米（366.2 mm）>夏播高粱（354.6 mm）>饲用燕麦（351.7 mm）>青贮玉米（341.8 mm）>饲用谷子（322.4 mm）。2）各作物年均生育期灌溉量表现为冬小麦>饲用燕麦>谷子、夏玉米、夏播高粱。青贮玉米生育期灌溉需水量最低为106.7 mm。3）近60年来各作物需水量呈下降趋势,主要由太阳辐射、风速的下降导致。4）相比传统麦玉模式,饲用燕麦基的一年两熟模式生育期需水量降低14.9%~18.8%、灌溉需水量降低15.1%~19.2%。5）饲用燕麦基的饲草模式（饲用燕麦-青贮玉米（0.73）、饲用燕麦-饲用谷子（0.63）、饲用燕麦-夏播高粱（0.54））的综合评价指数均明显高于冬小麦-夏玉米（0.32）和冬小麦-夏播高粱（0.37）模式。因此,本研究建议在兼顾粮食生产的同时,适当发展饲-饲模式,对当地水资源的可持续利用及产能有重要意义。     

近35年吴桥县夏玉米水分亏缺变化趋势分析

为探讨自然降雨和有限灌溉条件下提高夏玉米的产量和水分利用效率。本研究利用1981—2015年吴桥气象数据和SIMETAW模型,分析黑龙港流域夏玉米全生育期及播种-出苗、出苗-拔节期、拔节-吐丝期和吐丝-成熟期4个生育阶段的有效降水量、需水量、降水耦合度和水分亏缺指数(CWDI)的变化趋势,同时分析水分亏缺对夏玉米产量的影响。结果表明:1)近35年来夏玉米全生育期水分亏缺指数呈不显著下降趋势;降水耦合度呈不显著上升趋势;需水量呈显著上升趋势。生育期延长是夏玉米需水量上升的主导因素,30年来生育期延长20多天;2)夏玉米全生育期干旱程度主要为无旱和轻旱,概率分别为51.43%和45.71%,播种-苗期和吐丝-成熟期水分亏缺指数最高;3)一般年份,夏玉米需水量与降水耦合度高,降水基本能满足夏玉米生产;水分亏缺严重的年份,应在吐丝-成熟期补灌1次。     

黄淮海地区冬小麦-夏玉米生育期内水分供需时空变化特征

为明确影响黄淮海地区作物需水的关键气象因子及其变化特征,基于该地区的66个国家标准气象站点1987—2016年长时间序列的逐日观测资料,采用敏感性分析、因子趋势检测和GIS空间分析等方法,定量计算冬小麦-夏玉米生育期内的有效降水量(Pe)、作物需水量(ETc)及灌溉需水量(ETaw),分析1987—2016年黄淮海区冬小麦-夏玉米水分供需的时空变化特征以及ETc对不同气象因子的敏感性差异。研究表明,1987—2016年冬小麦生育期内Pe远不能满足其生长需求,年均ETaw达264mm,特别冬小麦生育期内Pe呈较明显的下降趋势,伴随气温不断升高,使其面临较严重的水分亏缺;而夏玉米生育期与Pe耦合度高,年均ETaw仅为79mm。黄淮海地区北部为冬小麦ETc和ETaw的高值区,南部ETaw相对较低,但1987—2016年增加趋势明显。相对湿度和气温对ETc的影响最大,其次是平均风速和日照时数,相对湿度的减少和气温的显著升高都将导致ETc的增加。     

黑龙港流域夏玉米生育期需水量变化特征及影响因素

为了更好地了解黑龙港流域夏玉米需水变化特征及气候影响因素,提高降水利用率,减少灌溉用水,本文利用黑龙港流域1960—2010年的气象资料分析了当地玉米生长季需水量、缺水量及气象因子对需水量的影响。结果表明,黑龙港流域夏玉米各生育时期需水量均呈减少趋势,生长发育期是其需水高峰期,整个生育期多年平均需水量为417.42 mm,气候倾向率为-5.92 mm·(10 a)^-1;多年平均缺水量为122.02 mm,随时间推移整体呈现上升趋势,气候倾向率为14.24 mm·(10 a)^-1;日最高气温、日照时数和平均相对湿度在4个生育时期均与夏玉米需水量呈显著相关,日最高气温、日照时数与需水量呈显著正相关,平均相对湿度与需水量呈显著负相关。平均气温在夏玉米初始生长期和生长发育期与需水量均呈显著正相关,降雨量在夏玉米初始生长期与需水量呈显著负相关。黑龙港流域夏玉米生育期需水量减少的主要原因与日照时数减少有关。夏玉米生育期缺水量的增加会导致未来干旱风险增加,因此,本区域种植夏玉米应当选择抗旱品种及节水栽培措施来规避干旱风险。     

内蒙古通辽市、赤峰市春玉米水分亏缺评价及区域差异

春玉米生育期水分亏缺是制定玉米区划的重要依据,了解其时空和季节变化,可以为水资源合理利用提供参考。该文基于通辽市、赤峰市25个气象观测站1961—2014年逐日气象资料,近30多年玉米发育期资料,采用FAO 1998年推荐使用的Penman-Monteith模型和参考作物法,对该研究区春玉米的降水亏缺格局进行了分析。结果表明:春玉米各生育期各观测站降水均为亏缺。需水量随季节的变化差异很大,但降水亏缺量变化规律并不明显。玉米主要生育期需水量总的变化趋势是以开鲁县到敖汉旗这一带为高值中心,向西北部东南部逐渐递减;降水亏缺指数以中部为高值区,北部、西南部和东南部为低值区。     

气候变化背景下冀西北半干旱区玉米水分盈亏变化特征

为研究气候变化条件下冀西北半干旱区玉米水分盈亏情况,本文基于1991-2020年气象数据,分析玉米需水量的主要影响因素和变化特征,通过水分盈亏指数(CWSDI)研究玉米生育期内各月份的水分供应情况。结果表明：玉米全生育期多年平均相对湿度、日照时数和平均风速随着年际的变化不断降低,平均温度则呈上升趋势,其中日照时数变化尤为显著。生育期内玉米需水量呈先增后减的抛物线趋势,需水量与日照时数和平均温度呈显著正相关,与平均相对湿度呈显著负相关。多年降雨量呈先降后升的变化趋势,仅存在一个突变点,未出现“反复震荡”变化趋势。玉米全生育期不同月份有发生干旱的可能性,其中7~8月份正值灌浆期,应及时监测玉米水分情况,防止水分亏缺造成减产。本研究以期为冀西北半干旱区玉米科学灌溉提供参考。     

衡水市夏玉米生育期气象灾害时空分布特征

基于衡水市11个县（市、区）国家气象观测站1978—2022年逐日观测数据,依据夏玉米生育期,分析了衡水市暴雨、冰雹、大风、高温4类主要气象灾害的时空分布特征及变化趋势。结果表明,1978—2022年衡水市夏玉米生育期暴雨年际变化总体呈上升趋势,上升趋势不明显,空间分布呈由北向南逐渐递增特征;大风灾害主要集中在播种期至大喇叭口期,年际变化呈下降趋势,空间分布呈由中部地区向周边逐渐增多的特征;冰雹灾害最多出现在6月,年际变化呈下降趋势,下降速率为0.14 d/年,空间分布呈东部多、中北部较多、中南部和西北部少的特征;高温日数主要集中出现在6月,年际变化总体呈上升趋势,上升趋势不明显,高温日数最多地区位于枣强县中部,较多地区为枣强县中西部、武强县东部。     

北京地区冬小麦—夏玉米需水量与降雨量分析

通过分析北京地区60年间降水年型的分布,解析冬小麦—夏玉米不同生长发育阶段的降水量与需水量关系,分析主要的需水阶段及需水量,为制定冬小麦—夏玉米周年节水灌溉制度提供参考。     

气候变化对三湖连江灌区水稻生育期和灌溉需水量变化的影响

为研究气候变化对三湖连江灌区水稻生育期和灌溉需水量变化的影响,利用FAO Penman-Monteith公式计算了嘉鱼县三湖连江水库灌区1982—2021年的水稻灌溉需水量,并通过MK检验和时间序列分解。结果表明：在过去40年里,气温呈极显著上升趋势,而相对湿度、平均风速和日照时数明显下降;水稻生育期平均缩短14.75 d;水稻生育期内ETc上升,占全年的37.6%;多年平均有效降雨量下降,灌溉需水量增大,灌溉需求指数为0.42。水稻生育期缩短和灌溉需水量的增大是由气温、风速、相对湿度、日照等共同作用的结果,有效降水量和灌溉需水量呈相反增长趋势。