冬小麦生长模式及其在干旱影响评估中的应用

在前人理论研究和田间试验的基础上,考虑水分胁迫影响的后效性及作物不同发育阶段对水分胁迫的敏感性,研制出实际水分条件下的冬小麦生长模拟模式。经与不同水分处理的实测资料对比,模拟效果基本令人满意,平均误差为10%左右。利用生长模式得到实际水分条件下的干物重减少率,进行了干旱影响实时评估的尝试。并分别在返青后、拔节后和成熟前展望了干旱对最终生物量的可能影响。     

土壤干旱对作物生长过程和产量影响的研究进展

水分短缺是作物生长中最大的限制因子,土壤干旱胁迫使植物的长势、生理机制、激素水平等都会发生一系列变化。在干旱半干旱地区,土壤水分亏缺能明显抑制作物根系和地上部生长,显著降低作物的生物量、产量和收获指数。禾谷类作物小麦（Triticum aestivum）在灌浆期遇到水分胁迫时,会引起光合速率降低、灌浆时间缩短、灌浆速率下降、植株老化提前,但是它能增加营养组织到籽粒中非结构性碳水化合物的再代谢。土壤水分和植物激素共同调控作物的灌浆过程,当遇到土壤干旱时,作物叶片、花、籽粒发育过程中植物生长调节剂ABA浓度明显增加,且ABA、乙烯、ACC等的浓度随着干旱程度而变化。植物对干旱的适应性主要表现在植物生理、形态上的改变,比如植株结构、干物质积累、植物组织渗透势、气孔导度等的变化。土壤干旱不利于植物生长,但有利于胁迫临界点的产生,这就有可能利用土壤干旱条件下在灌浆较慢时诱导整个植株衰老和更好地进行碳代谢来提高籽粒产量,如果在作物灌浆后期适度控制土壤干旱可以增加籽粒产量和收获指数,有助于农业生产中的节水,这对于发展可持续农业是迫切需要的。     

冬小麦水分动态分析和干旱预报

土壤非胁迫水分贮存量、作物耗水量和生育期有效降水量是影响冬小麦水分供应状况的主要因子。它们都随时间而变化,不同时间里有不同的对应关系。本文从试验资料出发,建立了冬小麦水分动态方程,比较完整地反映了全生育期水分供求矛盾,揭示了干旱的时间分布和强度。并将Penman公式和生物因子相结合,提出了干旱预报方程,用气象因子和作物因子预报土壤非胁迫水分贮存量,并可应用于区域性干旱分析。     

水分胁迫对华北平原冬小麦地上部分及产量的影响

以“济麦-22”为供试品种,利用中国气象局固城生态环境与农业气象试验站大型根系观测系统,研究冬小麦在重度干旱胁迫（≤40.0%）、轻中度干旱胁迫（40.1%-55.0%）和适宜（55.1%-80.0%）3种水分胁迫条件下地上部分对水分胁迫的响应,以探索水分胁迫对华北平原冬小麦产量的影响,分析不同水分胁迫对冬小麦产量的影响程度。结果表明：华北平原冬小麦在轻中度干旱胁迫和重度干旱胁迫下,小麦全生育期的天数缩短,株高、叶面积及灌浆速率均呈不同程度的减少。3种水分胁迫的株高增长量为适宜>轻中度胁迫>重度胁迫,灌浆速率为适宜>轻中度胁迫>重度胁迫。土壤水分胁迫引起冬小麦物质分配更多地向支持生长的茎秆转移,在生长发育过程中受到水分胁迫,小麦产量将降低,重度胁迫条件下小麦产量为适宜水分条件的69%。     

干旱对夏玉米根冠及产量影响试验

为揭示干旱对夏玉米根冠生长及产量形成的影响,2013—2015年在山东夏津、山西运城和河北固城开展夏玉米水分胁迫控制试验,研究不同干旱条件下玉米根冠及产量的变化,厘定干旱敏感时段及临界阈值。结果表明:同一干旱程度,影响玉米地上干物重、产量的关键时段为拔节-抽雄期,抽雄期最敏感,影响根系、根冠比的关键时段为出苗-拔节期,拔节期最敏感。不同干旱程度,在快速失墒阶段,不同生育时段的地上干物重、根干重、根冠比均呈下降趋势,分别较对照减少11.7%~67.8%,35.2%~85.8%和15%~62%;干旱维持阶段与快速失墒阶段相比,地上干物重呈持续下降趋势,较对照减少24.3%~89.7%,根干重、根冠比呈上升趋势或无明显差异,分别较对照减少9.7%~80.8%,9.6%~62%。出苗-拔节期,土壤相对湿度60%~62%为玉米地上部生长及形成合理根冠比的临界阈值;出苗-七叶期,土壤相对湿度51%~60%利于根系生长。土壤相对湿度62%为影响玉米产量的临界阈值,土壤相对湿度31%~40%,出现在拔节、抽雄等敏感期,玉米减产七成以上。土壤相对湿度50%~60%持续时间少于8 d,复水后根冠可迅速恢复生长,但对产量仍有一定程度的影响,减产1.4%~6.6%。     

利用遥感信息研究区域冬小麦气孔导度的时空分布

气孔导度是影响作物蒸散和作物的光合速率进而影响作物产量的重要因子。文中通过利用NOAA－AVHRR数据首次对华北平原典型区冬小麦气孔导度分布进行了研究,给出了华北平原典型区冬小麦不同生长季节的气孔导度空间分布状况,为进一步研究田间水分和作物蒸散对产量影响以及建立遥感作物水分胁迫生物量模型和监测不同生育期的农田缺水等提供依据。     

粮食作物对高温干旱胁迫的响应及其阈值研究进展与展望

以大气温度升高和降水波动为主要标志的气候变暖对农业生产产生了重要影响,农作物生长发育、形态建成、生理生化过程等对气温、水分变化的响应特征、机理与后果等的研究,对揭示气候变化对农作物的影响及其机制具有重要作用,是制定适应对策的重要前提之一。本文分别回顾了国内外水稻、小麦、玉米等主要粮食作物生长、发育、生理生态因子、产量、水分利用效率等对高温、水分亏缺的反应以及对二者的协同响应,评述了高温和干旱缺水影响过程中作物的阈值反应及其临界值,讨论了当前高温干旱对作物影响研究中存在的问题。在此基础上,提出了今后应着重加强研究的关键科学问题:(1)干旱/湿润条件下的温度、水分阈值,以及多因子协同胁迫下作物的忍耐极限;(2)胁迫程度、时期、历时与作物自身生理生化过程的关系,以及细胞和分子水平上的响应机制;(3)作物对适度干旱的补偿效应在高温下是被削减还是增加,需要进一步研究和探索。     

针对玉米的作物特性的干旱指数

目前广泛使用的农业干旱指标如帕尔默干旱严重程度指数和作物水分指数都没有考虑定作物对干旱事件的响应，因此，由ＰＤＳＩ及ＣＭＩ等指数得到的值都不能直接把干旱对作物生产及产量的影响联系起来，该文提出了一个新的干旱指数，它针对某一种作物且考虑了作物特定生长过程中的水分利用，研制作物特性干旱指数（简称ＣＳＤＩ）使用了内由拉斯加州中东部作物报千区８年的资料，并用该ＣＲＤ另外１０年资料，密苏里州东北部ＣＲＤ９年     

马铃薯对土壤水分胁迫响应的研究进展

干旱是马铃薯生产的主要限制因子。本文综述了近年来马铃薯生长发育、生理生态特征、产量形成等对水分亏缺响应的研究进展。干旱胁迫可引起播种后的种薯延迟或者不能发芽,出苗后的植株生长缓慢、叶片光合能力降低,最终导致块茎产量和收获指数下降。同时,随着水分胁迫时间的延长和胁迫强度的增加,干旱的抑制作用也逐渐增大。马铃薯叶片扩张速率的土壤有效水(PAW)为0.73(低敏感性品种)~1.00(高敏感性品种),植株相对生长速率、光合速率、蒸腾速率的PAW阈值分别为0.87、0.60、0.60。目前马铃薯生产中基于土壤和植株两个方面监测作物水分状况的监测指标和要素包括基于土壤的土壤水分、潜在蒸发、蒸发皿蒸发等以及基于植物的气孔导度、复水后的光合恢复、叶片/茎秆水势、叶绿素、叶片扩张、叶片相对含水量、作物水分胁迫指数、冠层温度等。在此基础上,提出了未来干旱对马铃薯生产影响研究中应着重加强的关键科学问题,为防旱减灾奠定一定的理论基础。     

遥感信息结合植物光合生理特性研究区域作物产量水分胁迫模型

首先给出利用遥感信息结合作物光合生理特性研究作物产量水分胁迫模型的一般性概念,然后论述作物产量水分胁迫模型中作物蒸散和光合作用的关系.建立以作物蒸散为显参的作物产量水分胁迫模型;对模型的参数给出求解公式,利用遥感信息反演模型参数.最后利用发展的作物产量水分胁迫模型对华北平原典型区进行作物产量填图,将本模型与作物产量经验模型的1997年计算结果进行比较,发现本文发展的模型有可比的精度.     

我国北方地区苹果干旱时空分布特征

以我国北方苹果主产省为研究区域,基于研究区域内1981—2016年144个气象站点逐日气象数据,结合苹果生育期数据,以干旱指数作为苹果农业干旱指标,明确了研究区域内苹果干旱的空间分布特征及时间变化趋势,结合小波分析方法,揭示了北方苹果干旱发生的周期性规律。结果表明:苹果各生育阶段降水量整体呈由西北向东南增加的趋势,干旱指数空间分布特征呈由西北向东南降低的趋势,苹果花芽萌动-盛花生育阶段干旱程度最大。干旱指数近36年果树萌动-花芽萌动生育阶段呈上升趋势,平均为3.90/（10 a）,花芽萌动-盛花、盛花-成熟以及成熟-落叶生育阶段均呈下降趋势,平均值分别为-3.14/（10 a）,-0.01/（10 a）和-1.65/（10 a）。苹果不同生育阶段干旱存在3种不同尺度的变化周期,其中花芽萌动-盛花生育阶段发生干旱的周期最短,最小周期为2年。     

安徽省旱涝灾害及其对农作物产量影响

通过对建国以来安徽省多种农业气象资料分析，采用Z指数方法建立安徽省旱涝灾害气候判别指标，分析安徽省旱涝灾害发生规律。结果表明:1961—2000年安徽省有13年偏涝、13年偏旱；分区域看，淮北旱多于涝，沿淮、江淮、江南旱涝相当，沿江、大别山区涝多于旱。通过水稻（一季稻）、小麦典型旱涝年灾损率与发育期间气象条件、旱涝程度的对比统计分析，建立了分区水稻、小麦旱涝灾害损失评估模型和指标。春季涝渍灾害是影响安徽省冬小麦产量的主要灾害，其对冬小麦产量的危害程度远大于干旱，尤以4—5月发生的涝渍影响最严重，极重涝渍灾害的减产损失可达4成以上。同时重点研究了春季渍害对冬小麦产量的影响，提出改进的涝渍强度指标Qw，并进一步综合分析作物的敏感性和区域脆弱性对灾损率的影响。对1961—2000年冬小麦灾损率进行的敏感性和脆弱性订正表明，订正后拟合误差平均值和差异变率都明显降低，灾损评估精度得到提高。     

2022年贵州省粮油作物生育期气象条件及其影响分析

为了评估2022年贵州省气象条件对主要粮油作物的影响,该文利用84个观测站的气温、降水、日照3个气象要素的变化特点,结合作物生物学特性及生育期,并与历史同期气象条件进行对比。结果表明：（1）夏收粮油作物播种以来气象条件利大于弊：油菜播期受干旱影响推迟,但生长后期气象条件好于前期,尤其是油菜产量形成关键期光温水匹配较好,利于产量形成及成熟收获。（2）秋粮作物生长期内农业气象条件利弊相当：玉米、水稻等秋收粮食生长季光热条件优良,降水分布不均,水稻生长期前期气象条件好于后期,后期夏伏旱和高温灾害偏重发生,影响总体粒重水平;玉米灌浆期大部地区光温条件优良,利于粒重的形成,收获期晴热少雨利于收晒。因此2022年贵州省粮油作物生长期内气象条件利弊相当,属于正常气候年景。     

我国北方地区冬小麦干旱灾害风险评估

选取我国粮食重要生产区——北方冬麦区作为研究区,基于干旱灾害对作物产量的影响开展冬小麦干旱灾害风险评估和区划。在确定干旱灾害危险性指标过程中,通过对比分析MCI、CWDIa、CI、Pa及Ma干旱指数的适应性,确定了干旱灾害风险危险性指数;在分析北方冬麦区干旱背景和脆弱性时,考虑了冬麦区的地形、土壤类型、土壤有效持水量、河网水系、灌溉条件、降水量及干燥度等环境因素,以及冬小麦的耕地面积、播种面积、主要生育期的水分敏感系数、历史产量等。与以往致灾因子危险性分析方法不同,本文首先建立了干旱指标与冬小麦减产率之间的关系,通过减产率等级来确定干旱致灾临界阈值,在此基础上计算分析了冬小麦全生育期和6个关键生育期不同等级干旱发生的频率。综合考虑干旱发生的危险性、不同地区干旱背景和脆弱性,建立了我国北方冬麦区全生育期和6个关键生育期的干旱灾害风险评估模型和区划方法,实现了我国北方冬麦区干旱灾害的风险评估和区划。结果表明,MCI更能反映北方冬麦区干旱的特征,故以MCI指数作为干旱灾害风险危险性指数;我国北方冬麦区中北部的干旱灾害风险较高,应该加强防旱抗旱能力建设,南部地区包括苏皖和河南东南部的干旱灾害风险较小。本文建立的北方冬麦区不同生育期干旱灾害风险评估模型可应用于干旱灾害风险动态评估实时业务中。     

基于作物模型的河南省旱稻干旱风险评估

采用作物模型与数理统计相结合的方法,利用长期历史气象资料,以作物模型和地理信息系统技术为工具,系统分析了河南地区旱稻生育期水分盈亏情况。以模型模拟的雨养条件下实际蒸散量相对于潜在条件下的蒸散量(即需水量)的亏缺率,即水分亏缺指数,以雨养条件下产量相对于潜在产量的损失率(即灾损指数)作为产量灾损强度评价指标,从受旱程度和产量损失两个角度构建干旱风险评估模型,进行干旱风险评估。结果表明:河南省旱稻生育期集中在6—9月,水分亏缺最多的阶段为出苗—穗分化阶段,水分亏缺指数变化在0.50~0.60,其次是开花—成熟阶段和穗分化—开花阶段,水分亏缺指数变化在0.11~0.43;全生育期水分亏缺指数在0.36~0.50。出苗—穗分化阶段干旱发生的风险最大,其次是开花—成熟阶段,穗分化—开花阶段的最小。河南旱稻生育期干旱风险呈现为由东南向西北逐渐升高的分布,其中三门峡、济源西部一带风险最高,洛阳南部和南阳西北部一带最低,黄河以北大部地区和豫东、豫南地区风险居中。     

气象干旱指数在东北春玉米干旱监测中的改进

利用土壤相对湿度数据和县级春玉米单产数据,在气象干旱指数SWAP（standardized weighted average of precipitation）的基础上,研究我国东北地区春玉米受干旱影响的界限指标,结果表明:SWAP在春玉米播种-出苗期低于-0.9,出苗-拔节期低于-1.0,拔节-抽穗期低于-1.2,抽穗-乳熟期低于-0.7时,土壤相对湿度偏低,即气象干旱一般为中旱时,不利于春玉米生长。以此构建春玉米干旱指数,对比我国东北地区春玉米干旱指数与省级农作物干旱受灾面积的关系,发现两者相关关系显著,尤其在典型干旱年份,两者对应关系更好,说明构建的东北地区春玉米干旱指数能够较好地反映干旱对春玉米的实际影响。利用东北地区县级春玉米单产数据对春玉米干旱指数进行等级划分,划分结果可为东北地区春玉米防旱减灾和安全生产提供参考。     

棉田干旱指标研究进展

干旱是影响作物生长发育的主要非生物胁迫因素之一,水分亏缺所造成的危害超过了一切逆境因子的总和,严重影响作物产量及农业生产。作为全国重要优质棉区之一的新疆,干旱及水资源缺乏也成为棉花产业发展的重大限制因素之一,棉花种植几乎完全依赖灌溉,而棉花或棉田是否需要灌溉,可根据土壤含水量以及植株本身受旱程度特征等指标来判断。本文从棉花干旱形态变化、生长发育进程、生理生态特征、产量结构差异、土壤水分变化、气象干旱等不同方面对绿洲棉田干旱指标研究的现状和进展进行总结,并对进一步开展滴灌模式下棉田干旱发生发展过程以及干旱敏感性指标研究提出建议。     

安徽淮北平原冬小麦气候适宜度分析及作物年景评估

选取安徽省淮北平原37个气象站1960-2016年逐日气象资料,构建气温、降水、日照及气候适宜度模型,分析气候变暖背景下冬小麦气候适宜度时空演变特征,揭示冬小麦生育期气候风险,评判农业气候年景。结果表明：淮北平原冬小麦不同生育期对气候因子适宜程度不同,单要素各生育期适宜度均为灌浆-乳熟期较高,返青-拔节期较低,其中降水适宜度分蘖期最低;全生育期温度适宜度最高、日照适宜度次之、降水适宜度最低,水分是冬小麦生长的限制因子。气候综合适宜度灌浆-乳熟期最高,分蘖期降水适宜度最低,并且其序列变异系数大,常遭遇秋冬连旱,引起产量波动;全生育期气候适宜度呈东高西低分布,淮北中东部较高,而淮北西部及沿淮地区较低,冬小麦生产风险相对较高。1961-2016年全生育期温度适宜度线性增大趋势显著,降水适宜度线性趋势不明显,而日照适宜度呈显著的线性减小趋势;综合来看,全生育期气候适宜度无明显线性增减趋势,空间上淮北东部略有增大,而西部及沿淮地区略有减小,气候风险增加。淮北平原多数年份气候适宜度适中,适宜性偏差年发生概率高于偏好年。基于气候适宜度评判冬小麦气候年景等级,评估结果与实际产量增减情况基本相符,表明农业气候年景模型评估精度能满足业务服务需求,具有推广应用价值。     

基于SPI的1961－2020年昌吉地区作物生长季气象干旱时空特征研究

基于昌吉地区7个气象站1961－2020年降水量资料，计算昌吉地区作物生长季标准化降水指数（SPI-7）。运用趋势分析法、M-K突变检验法和小波分析法探究了昌吉地区作物生长季SPI-7指数的年际和年代变化特征；在此基础上分析了作物生长季干旱的站次比和干旱强度的年际变化,并结合该区实际发生的旱灾对SPI进行了验证。结果表明：1961—2020年昌吉地区作物生长季标准化降水指数以0.08/10 a的速率呈微弱的正趋势（变湿），在年代变化趋势中呈现出变干-变湿-变干的变化波动, 1981年标准化降水指数由低到高突变；干旱强度呈增加趋势，干旱发生的区域面积有轻微减少的趋势；干旱强度在全区范围内主要为轻旱和中旱等级，并表现为全域性干旱和区域性干旱；空间分布上看干旱率最高区域在东部地区，轻旱主要集中在东部，中旱、重旱和特旱集中在西部地区，干旱强度大的区域大致分布在西部地区；在周期性变化方面，SPI指数存在着6年、9年、16年周期震荡；历史旱灾与SPI指数干旱评价结果吻合率较高，SPI指数在昌吉地区作物生长季的干旱监测与分析中具有较好的实用性。     

Influence of Climate Change on Winter Wheat Growth in North China During 1950-2000

1. IntroductionChinese agriculture has undergone tremendousstructural changes over the last decades. The averagestaple crop productivity has doubled in 25 yr while thepopulation increased by 25 % [China Statistical Year-book (CSY), 2003]. Winter wheat is one of China'smost important staple food crops, with a total farm-ing area of nearly 24 million hectares and a produc-tion exceeding 92 million ton in 2002 (CSY, 2003).Although China has been the world's largest wheatproducer since 1983 (…