鲁中地区冬小麦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冬小麦生育期资料,采用Penman-Monteith模型和单作物系数计算冬小麦各生育阶段需水量,利用美国农业土壤保持局推荐方法计算有效降水量、水分盈亏指数(CWSDI)和灌溉需水量,对冬小麦不同生育阶段的需水量、有效降水量、水分盈亏指数及灌溉需水量时空变化进行分析。结果表明:近35 a来,鲁中平原地区冬小麦全生育期需水量呈弱的减少趋势,山区呈增加趋势;拔节—乳熟期是需水量最大的阶段,呈减少趋势,强度中心在中部地区。有效降水量全生育期呈减少趋势,拔节—乳熟期呈增加趋势,强度中心在中部地区;除平原地区的越冬期外,其它生育阶段有效降水量呈减少趋势。CWSDI全生育期呈减少趋势,乳熟—成熟期减少幅度最大,自中部向南北两边递减。为满足冬小麦需水要求,全生育期平均灌溉需水量515 mm,呈上升趋势,强度中心在西部地区,拔节—乳熟期是灌溉需水量最大的阶段,呈减少趋势,返青—拔节期是增加趋势最明显的阶段。     

沈阳春玉米不同生育阶段需水量及缺水量变化特征

基于1960—2016年沈阳5个气象观测站玉米发育期资料及气象观测资料,计算春玉米不同生育阶段需水量、有效降水量,进而计算水分盈亏指数并分析其变化特征。结果表明:沈阳市春玉米除播种—出苗、出苗—七叶及拔节—抽雄期有效降水量呈增加趋势,其他发育阶段及全生育期呈显著减少趋势;全生育期及各生育阶段需水量均呈下降趋势;全生育期缺水量总体以下降为主,其中拔节—抽雄期处于强下降趋势,播种—出苗和出苗—七叶期呈弱下降趋势。沈阳北部有效降水量偏少、需水量偏高,是缺水量高值区;拔节—抽雄期缺水量最大。     

河南省夏玉米生长季水分供需时空变化特征

水分条件是制约河南夏玉米高产稳产的重要因素,本文利用河南省夏玉米生长季30个农业气象观测站1961～2011年逐日气象观测资料,计算不同生育阶段夏玉米需水量和水分亏缺量,分析其近50a的水分供需条件时空变化特征。结果表明：夏玉米各生育阶段需水量呈显著的下降趋势;各生育阶段之间水分亏缺量没有显著的年际变化。分析各生育阶段水分供需情况,水分亏缺量为正值表明水分供给不足,为负值表示水分有盈余,出苗一拔节期夏玉米水分亏缺量以负值为主,拔节一抽雄期正负交替各占一半,抽雄一乳熟期和乳熟-成熟期以正值为主。空间分布上,夏玉米各生育阶段需水量与各地海拔高度呈显著负相关,全生育期负相关系数为0．799;各阶段水分亏缺量也有一定的相似性,水分亏缺地区主要分布在豫西和豫西北大部,水分较充足的地区主要分布在漯河、南阳、驻马店等地。     

广西右江河谷旱作灌溉需水量变化特征

利用百色、田阳、田东和平果气象观测站1971~2013年历年实测的逐日降水量资料以及平果站1990~2013年甘蔗、1994~2013玉米发育期观测资料,采用美国农业部土壤保持局推荐的有效降水量计算法,对右江河谷甘蔗、玉米旱作各生育期需水量、水分盈亏、灌溉需水量情况以及变化规律进行分析。结果表明,右江河谷各县区甘蔗以及除平果外大部分县区玉米的全生育期平均水分条件是亏缺的,甘蔗全生育期水分亏缺主要由茎伸长-成熟期缺水引起,该生育期阶段多年平均灌溉需水量为220mm;玉米全生育期水分亏缺则主要由播种-出苗及乳熟-成熟期缺水引起,其中以播种-出苗期缺水最多,该发育阶段多年平均灌溉需水量为30mm。近40年来,右江河谷甘蔗各生育期有效降水量和水分盈亏指数的变化呈减少和下降的趋势,灌溉需水量的变化则呈增加趋势;大部分县区玉米除乳熟-成熟期外,其余各生育期有效降水量和水分盈亏指数的变化呈微弱减少和下降趋势,灌溉需水量的变化则呈微弱增加趋势。     

巴楚县冬小麦生长期气候变化特征及其对冬小麦发育期的影响

利用新疆巴楚气象站1983—2012年逐日气象资料及冬小麦生育期资料,采用线性回归、Pearson相关系数方法,分析了巴楚县气候要素和冬小麦生育期的变化特征,以及气候变化对生育期的影响。结果表明:(1)近30 a巴楚县冬小麦生育期内气候变暖趋势明显,月平均气温、月最高气温和月最低气温整体呈上升趋势,日照时数减少,降水量增多。(2)冬小麦播种、抽穗和成熟期提前,越冬开始和返青期延后,全生育期呈缩短趋势。冬前冬小麦生育天数增加,越冬开始—返青期、返青—抽穗期长度缩短,抽穗—成熟期延长。(3)1—2月气温降低是巴楚冬小麦返青期延后的主要原因,而抽穗和成熟期提前则主要受3—4月、4—6月的气温升高影响。     

1971—2018年黑龙江省玉米需水量与有效降水量耦合度演变特征

基于1971—2018年黑龙江省69个气象台站逐日气象资料, 利用联合国粮农组织(FAO)推荐方法计算玉米需水量, 应用美国农业部土壤保持局推荐方法计算有效降水量, 采用Mann-Kendall检验、GIS反距离加权插值等方法分析黑龙江省玉米需水量与有效降水量耦合度及其演变特征。结果表明: 黑龙江省玉米拔节以前生育时段大部地区有效降水增加, 拔节以后各生育阶段大部地区有效降水呈减少趋势, 不同区域变化趋势略有不同。受风速变小和日照时间减少等气象因子影响, 黑龙江省大部地区玉米需水量减少, 东部减速最快, 北部最慢。黑龙江省中部和东北部玉米需水量与有效降水量耦合度较高, 西部较低; 拔节以前耦合度较低, 拔节以后较高。各区域耦合度均呈“两落两起”变化趋势, 2011—2012年为耦合度由低到高明显突变点。     

济宁市气候变化对农业生产影响分析研究

对济宁市（包括11个县市区）1970—2012年的各月气温、降水和日照资料进行研究。结果表明：平均气温整体呈阶段性上升趋势,其中冬季气温上升幅度最大,平均最低气温的上升速率大于平均最高气温的上升速率;全年≥0℃活动积温、越冬前（10月1日—12月12日）≥0℃活动积温、≥10℃的活动积温、<0℃负积温绝对值均呈上升趋势;1981—2010年较1971—2000年,稳定通过≥0℃和≥10℃持续的日数分别增加4.5d和3.2d,稳定通过≥0℃和≥10℃的日期分别提前了3d和2d,终止≥0℃和≥10℃的日期分别推迟了2d和1d。年降水量的变化分为明显的两个阶段,前30年呈下降趋势,而后13年呈上升趋势;日照时数呈下降趋势,夏季下降最为明显。在这种气候变化背景下对济宁农业的影响主要表现在：冬小麦、夏玉米播种期推迟,冬小麦全生育期缩短;夏玉米的种植方式由套种改为直播,收获期推迟,生育期延长;干旱、冻害等其他极端异常气候事件和病虫害的发生机率有增加趋势。     

基于SPEI的河南省冬小麦生育期干旱时空特征分析

利用河南省24个地面气象站1961-2009年逐日降水和气温资料计算SPEI(标准化降水蒸散指数),并按照SPEI的标准界值将干旱强度划分为轻度干旱、中度干旱和极端干旱.根据河南省冬小麦的生长特点将小麦生育期划分为生育前期、分蘖期和返青-抽穗-成熟期.采用Meteoinfo软件、Morlet小波分析方法、线性回归研究不同生育期干旱变化趋势、覆盖范围、发生频率、周期及空间分布,结果表明,冬小麦各个生育阶段均出现过不同程度的干旱,只是不同地区、不同年份发生的频率和强度不同,但各阶段均存在着轻度干旱发生的概率最大,而极端干旱发生的概率最小的特点.驻马店地区在各阶段发生干旱的概率都较大.对河南省冬小麦全生育期的SPEI分析表明,全生育期干旱出现概率的极值中心有显著的10 a左右的周期变化特征,近年来干旱指数呈逐渐增大的趋势.     

1961-2014年石家庄地区降水量的时空变化特征

利用石家庄地区5个代表站1961-2014年的逐日降水资料,采用多种统计分析方法,分析了石家庄地区降水量的时空变化特征,结果表明石家庄地区年降水量从20世纪70年代开始下降,80年代达到最低,90年代有所增加,但也没有明显的上升趋势,21世纪初又开始下降.20世纪70年代降水量的减少春季和秋季贡献最大,80年代降水量的减少和90年代降水量的增加主要是夏季的贡献.石家庄地区年降水量起伏较大,1963年降水量最多,为1038.4 mm,2014年最少,仅为276.2 mm.近54年石家庄年降水量在波动中呈现下降趋势,线性趋势为-11.0 mm/（10 a）,但下降趋势并不明显.石家庄北部年降水量呈上升趋势,市区及东部、南部和西部年降水量均呈下降趋势,变化趋势均不明显.近54年,石家庄春季降水量呈上升趋势,线性趋势为0.9 mm/（10 a）,夏季、秋季和冬季降水量均呈下降趋势,线性趋势分别为-11.9,-1.1和-0.3 mm/（10 a）,上升或下降趋势均不明显.夏季降水减少是导致石家庄年降水减少的主要原因.石家庄四季降水量变化趋势的空间分布具有明显的季节特征和区域特征.石家庄四季降水量均存在显著周期变化.     

郑州地区冬小麦水分利用效率变化及其气温变化响应

水分利用效率(WUE)反映了作物耗水量与干物质生产及籽粒产量的关系,提高作物WUE是保障水资源紧缺条件下农业持续稳定发展的关键。根据近30 a郑州地区冬小麦全生育期平均气温、土壤湿度和产量资料,利用数理统计方法,分析了近30 a冬小麦全生育期平均气温与冬小麦WUE的关系,在此基础上模拟了在不同增温、降水减少的气候变化情景下对冬小麦WUE的影响。结果表明:郑州地区近30 a冬小麦全生育期平均气温递增率约为0.82℃/10a;0—100 cm土壤平均湿度呈下降趋势,土壤有效含水量约以44.9 mm/10a的速率递减;实际耗水量年际间平均以18.2 mm/10a的速率递增;气温升高与小麦WUE变化表现为不显著的负相关。未来各情景下冬小麦WUE均比当前的WUE有所增加,其中增温2.4℃、降水减少10%时WUE比基础情景增加了15.5%,但WUE的数值并不随气温增加和降水减少而无限递增,当气温增加2.4℃、降水减少量超过20%时,WUE开始下降。     

安徽省冬小麦水分盈亏特征及其对产量的影响

利用安徽省1971—2010年的气象资料和冬小麦产量资料,采用水分盈亏指数分析了安徽省冬小麦全生育期和关键期（孕穗至乳熟期）水分盈亏的时空变化特征,以及旱涝对产量的影响。结果表明：冬小麦全生育期和关键期水分盈亏指数基本呈纬向分布,合肥以北水分亏缺明显,江淮南部及其以南地区水分供应基本充足,越往南水分盈余程度越大,总体来看缺水程度关键期大于全生育期;近40年冬小麦水分盈亏指数的时间变化趋势不明显,但年际波动大,旱涝灾害风险增加。干旱主要发生在沿淮淮北地区,涝渍在江淮及其以南地区发生频率较高,典型旱涝年平均减产率分别为4.2%和12.4%;造成冬小麦减产10%的中度旱灾风险北部大于南部,中度涝灾风险南部大于北部。南部涝渍风险和造成的产量损失明显大于北部的干旱,水分偏多的南部地区要尽量减少冬小麦的种植。     

新源县冬小麦对气候变化的响应

根据新源县气象站1982—2018年冬小麦生育期、产量及同期气温、降水、日照时数资料,采用线性回归、pearson相关系数、3 a直线滑动平均等统计方法,研究了近37 a来新源县冬小麦对气候变化的响应。结果表明:近37 a来新源县冬小麦冬前生育期显著推迟,返青至乳熟期显著提前,春、夏季生育期提前主要受3月上、中旬气温影响。出苗—越冬开始期显著缩短、乳熟—成熟期显著延长,其它各生育期间隔无显著变化,全生育期缩短是由播种期显著推迟造成的。冬小麦气候产量与营养生长期的气象要素显著相关。播种期显著推迟导致冬前的热量积累不足,建议播种期提前10 d左右,利于形成壮苗。     

甘肃黄土高原地温与冬小麦发育期的关系分析

用黄土高原代表站甘肃省庆阳西峰站1971～2005年5、10、15、20 cm地温和1981～2005年冬小麦发育期资料,分析了地温的时间变化规律及对冬小麦发育期的影响.结果表明,西峰10 cm地温除夏季外,其余季节呈持续升高的趋势.地温与冬小麦发育期成负相关,与冬季地温相关最显著的是乳熟期,相关系数为-0.57～-0.65,与春季地温相关最显著的是返青期,相关系数为-0.60～-0.63.冬季典型年份各平均发育期差异最显著的是冬小麦的起身期提前了15 d,春季典型年份最显著的是冬小麦的全生育期提前了23 d.     

甘肃西峰地区麦田蒸散研究

分析了西峰站连续四年的作物发育状况和土壤湿度的观测资料,得出了麦田蒸散耗水的基本规律。探讨了影响小麦生长发育和产量形成的关键需水期。提出作物耗水特性系数的概念,并以此评判冬小麦发育期水分的供需状况,得出两年度冬小麦产量偏低的原因在于拔节－成熟期耗水特性系数明显偏小。建议及时灌孕穗水降低不孕小穗率,灌灌浆水提高小麦重粒重。     

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。     

黄淮海平原冬小麦最大可能蒸散的估算

作物最大可能蒸散考虑了作物及当地地表状况,为当地地表实际覆盖情况下实际蒸散的理论上限值,能客观分析作物对水分的需求程度和农业干旱状况。基于遥感（叶面积指数和地表反照率）数据和逐日气象数据,利用Penman-Monteith公式,计算黄淮海平原小麦种植区27个气象站冬小麦生育期2000-2015年逐日蒸散,提取得到冬小麦生育期逐日最大可能蒸散数据集,并分析其时空变化特征及成因。结果表明:与联合国粮农组织（FAO）单作物系数法计算的最大可能蒸散E_k对比,区域平均最大可能蒸散E_c的时间变化趋势与E_k一致,空间分布上E_c符合客观实际。黄淮海平原冬小麦全生育期、越冬期和返青-拔节期E_c均呈北低南高的分布特征,日平均值分别为1.99 mm,0.44 mm和2.75 mm;其余3个生育期（越冬前、抽穗期、乳熟-成熟期）在空间分布上差异不大,日平均值分别为1.23 mm,4.71 mm和3.74 mm。冬小麦不同生育期（含全生育期）E_c的空间分布主要受叶面积指数分布特征的影响,二者呈显著正相关关系。     

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。     

基于作物系数与水分生产函数的向日葵产量预测

利用河套灌区向日葵2012年田间水分、分期播种试验数据和两个站点的农业气象历史资料,研究基于向日葵作物系数和水分生产函数的产量预测方法。结果表明:向日葵标准作物系数在生育期内的变化规律是前期小、中期大、后期小, 最高值为1.21, 出现在开花期。标准作物系数与出苗后日数和大于0℃积温有很好的二次和三次多项式关系,拟合优度在0.93以上。在分析相对叶面积指数和作物系数关系的基础上,提出标准作物系数的相对叶面积指数订正方法,得出河套灌区向日葵作物系数的动态计算式,为水分生产函数中实际蒸散量的计算提供支撑。建立以Jensen模型为基础的向日葵水分生产函数,得到对水分亏缺的敏感顺序从高到低是开花期、花序形成期、成熟期、苗期。综合应用向日葵作物系数方程和水分生产函数模型计算分期播种产量,与实际产量分别相差4.4%和4.1%,初步证明该文提出的方法对产量预测较为理想,在该地区具有很好的适用性。     

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。