黑土区土壤水分含量对大豆产量构成因素的影响

本研究旨在分析黑土区（黑龙江）土壤有效水分贮存量对大豆产量构成因素的影响,以期为大豆生产防灾减灾提供科学依据。利用1994—2017年黑龙江省大豆主产区的发育期、土壤水分、产量结构资料分析了大豆不同发育阶段土壤有效水分贮存量的时空分布规律、基于土壤相对湿度指数（R_sm）的干旱等级划分规律及有效水分贮存量对大豆不同发育阶段产量结构各因素的影响。结果表明：1994—2017年研究区各发育阶段平均有效水分贮存量在14—18 mm之间变化,共发生干旱82站次,其中轻旱77站次,中旱5站次,没有发生重旱和特旱,其中开花—结荚期、结荚—鼓粒期发生干旱频次较高,且1994—2017年研究区域发生干旱的频次是逐年降低的。大豆的气象产量、株结实粒数、株籽粒重与不同发育期的各层次的土壤有效水分贮存量相关性不大;百粒重与三叶至开花期的20—50 cm土层、结荚—鼓粒期的0—20 cm土壤有效水分贮存量相关性较大;茎秆重与播种至出苗期的30—50 cm土壤有效水分贮存量呈显著正相关;播种至开花期土壤中的有效水分贮存量尤其是深层土壤在一定范围内越多,株荚数越多;空秕荚率与播种至出苗期的0—20 cm和30—40 cm、出苗至三叶期的30—40 cm土壤有效水分贮存量相关性较大。     

黑龙江省大豆不同生育阶段干旱时空特征

干旱是黑龙江省农业生产中的主要自然灾害之一,影响大豆生长发育和产量形成。利用1981—2017年黑龙江省32个农业气象观测站土壤水分资料和26个站大豆生育期资料,采用中国气象局2018年发布的气象行业大豆干旱等级中大豆干旱指标,分析黑龙江省5个区域大豆各生育期干旱发生频率、强度和干旱风险指数的时空变化特征,并对黑龙江大豆干旱风险进行评估与分区。结果表明:大豆轻旱发生频率高于重旱和特旱,西区为干旱多发区域,中区次之,其他区域相对少发;中区干旱发生强度最高,西区次之,北区最低,东区、北区和中区大豆三真叶至鼓粒期干旱发生强度高于前期和后期,而西区和南区在大豆鼓粒至成熟期干旱发生强度高于前期;西区干旱风险最高,中区次之,北区最低,大豆开花-结荚期干旱风险最高,播种-出苗期最低,干旱中等以上风险区域集中在松嫩平原西部和三江平原西南部,其他大部地区为次低或低风险区。     

黑龙江省大豆生长季旱涝时空分布特征

基于黑龙江省62个气象台站1961—2019年逐日气象资料,利用联合国粮农组织(FAO)推荐的方法计算大豆需水量,应用美国农业部土壤保持局推荐的方法计算有效降水,采用M-K检验、GIS反距离加权插值等方法分析黑龙江省大豆各生育阶段水分盈亏指数及干旱与洪涝演变特征。结果表明：黑龙江省大豆生长季内有效降水在开花以前主要呈增加趋势,开花及以后主要呈减少趋势;大豆需水量在第三真叶期以前主要呈增加趋势,第三真叶期及以后呈减少趋势,结荚—鼓粒期和鼓粒—成熟期减少趋势最为显著。大豆生长季内水分盈亏指数(Crop water surplus deficit index, CWSDI)中部偏东地区和最北部地区最高,东部高于西部;开花—结荚期和结荚—鼓粒期CWSDI最低,鼓粒—成熟期最高。洪涝多发于偏北部地区,东部多于西部,出苗—第三真叶期洪涝发生站次最多。干旱发生频次高于洪涝,西部或西南部干旱发生频率高于东部,中部和北部最低,干旱多发生于开花—鼓粒期。     

阶段性干旱对夏玉米生长发育及产量的影响

本试验通过可移动遮雨棚对大田夏玉米不同生长阶段土壤湿度进行定量控制,分析了拔节—抽雄和抽雄—成熟期干旱胁迫对玉米生长发育及产量构成等要素的影响。结果表明,玉米受干旱胁迫后,植株生长发育受到抑制,产量明显降低。拔节—抽雄期干旱对玉米营养生长阶段植株性状的影响较大;抽雄—成熟期干旱对玉米营养生长的影响相对较小,但对产量影响较大,其中穗长、穗粒数、穗总重和穗粒重较对照处理均显著减小,穗粗、秃尖比及百粒重变化不显著。     

基于WOFOST模型的辽西地区典型旱年不同播期玉米干旱损失评估

针对干旱灾害频发的辽西地区, 以春玉米为研究对象, 选取WOFOST作物模型, 利用干旱胁迫控制试验数据、田间试验数据和气象数据驱动模型, 进行典型旱年的模型适用性及不同播期的干旱损失评估研究。结果表明: 经过参数校准后的WOFOST模型能够较好的模拟辽西地区典型旱年春玉米产量及损失。辽西地区不同播期受干旱的影响程度不同, 因旱减产风险随播期推迟而减小, 2015年(中旱)干旱导致的平均减产率可达59%—61%, 2018年(轻旱)可达20%—39%, 2020年(中旱)可达36%—62%。不同生育期内干旱对产量的影响程度不同, 总体上拔节期—抽雄期和抽雄期—乳熟期持续重旱对产量的影响最大, 其次是抽雄期—乳熟期、拔节期—抽雄期。玉米各生育期受干旱影响程度, 朝阳站最大, 其次是黑山站和阜新站。辽西地区在旱年, 拔节期—抽雄期发生中旱和重旱风险随播期推迟而增加, 抽雄期—乳熟期发生中旱和重旱风险随播期推迟而减少, 当拔节期—抽雄期和抽雄期—乳熟期连续发生重旱, 干旱灾损程度随播期推迟而加重, 减产率可高达46%—84%。     

升温对海伦地区大豆生长发育影响的模拟研究

为研究升温对黑龙江省海伦地区大豆生长发育的影响,利用海伦地区2004—2021年气象、土壤和大豆产量等资料,基于WOFOST模型对大豆不同生育期分别进行1—5℃升温处理,模拟分析升温对海伦地区大豆叶面积指数、干物质分配和产量的影响。结果表明,全生育期升温会导致大豆生育期提前,叶面积指数提前达到峰值,籽粒干物质分配比例和产量随温度升高而降低。出苗—开花期和结荚—成熟期升温胁迫下,叶面积指数和产量总体随温度升高而下降,但出苗—开花期升温胁迫下叶面积指数和产量的变幅较小;结荚—成熟期升温胁迫下籽粒分配比例随温度升高而降低,而出苗—开花期升温胁迫则表现相反。出苗—开花期、结荚—成熟期和全生育期5℃升温胁迫下,产量分别降低10.2%、11.6%和31.0%。总之,不同阶段升温导致海伦地区大豆减产,其中全生育期升温的影响最大,结荚—成熟期次之,出苗—开花期最小。     

夏玉米土壤水分指标研究

不同土壤水分状况对夏玉米生长发育和产量形成有着明显的影响,并且通过各种生理生态特征表现出来。本文根据1984—1987年试验资料,系统分析了土壤水分对气孔阻力、光合作用、蒸腾强度、灌浆速度等生理特征和产量的影响,建立了土壤湿度与它们之间的数学模式,运用最优分割理论进行最优分割,确定了夏玉米拨节—抽雄期的适宜土壤水分指标为15.5％,干旱指标为10.5％;分别占田间持水量的71.4％和48.4％,抽雄—成熟期的适宜水分指标为16.7％,干旱指标为10.7％,分别占田间持水量的77.0％和49.3％。从而为灌溉管理提供了依据。     

近56a中国西北地区不同强度干旱的年代际变化特征

利用1962—2017年中国西北地区227个气象站逐日气象观测资料,以标准化降水蒸发指数为干旱指标,研究不同强度(轻旱、中旱、重旱、特旱)干旱频次的年代际变化特征。结果表明:(1)近56 a中国西北地区不同强度干旱频次在1980年代前后呈现由多到少的年代际转折,转折之前干旱主要发生在西北地区西部,转折之后主要发生在西北地区东部;(2)轻旱和中旱频次显著高于重旱和特旱,其中轻旱和中旱在1980年之后呈现反位相变化;(3)不同强度干旱频次的空间差异明显,轻旱和中旱主要在新疆东部、青海南部等地区,重旱主要在西北地区西部,特旱主要在西北地区东部。     

海南番茄春季干旱灾害等级指标

春季干旱是威胁海南岛番茄生长的主要灾害,为了实现番茄春季干旱实时监测预警,需要建立合适的干旱等级指标。以持续干旱日数和补充水量为试验因子,进行2因素9水平的均匀设计试验,以番茄死苗率评估干旱程度,筛选番茄干旱致灾因子,以土壤相对湿度划分干旱等级为参考,构建干旱灾害等级指标,分析番茄生理参数和产量对不同等级干旱胁迫的响应。研究结果表明:在干旱胁迫下,番茄死苗率呈明显的增加趋势,与持续干旱日数的一次项和二次项关系显著;在不同深度土壤层中,番茄死苗率与20 cm土壤相对湿度的相关关系最明显,相关系数达到-0.84;以20 cm土壤相对湿度划分的干旱等级为参考,得到番茄无旱、轻旱、中旱、重旱的等级指标分别为26 d、26~31 d、31~35 d、≥35 d。在无旱-轻旱-中旱-重旱胁迫下,番茄净光合速率、气孔导度和蒸腾速率分别呈减小-增大-减少-减小的趋势,胞间CO_2分别呈减少-增大-增大-增大,番茄相对产量损失逐渐加重。     

不同发育期的干旱对华北地区夏玉米生长发育及产量的影响

以"郑单958"为试验材料,分别在夏玉米出苗—拔节期和出苗—抽雄期进行土壤水分控制试验,研究不同发育期不同程度干旱对华北地区夏玉米生长发育及产量的影响。结果表明:不同发育期的干旱对华北地区夏玉米的生长发育均具有抑制作用,具体表现为株高变矮、叶面积降低及干物重减少等。与对照T5处理相比,T1处理的玉米,株高偏矮33.5%,叶面积指数下降60.7%,果穗长、穗粒数、百粒重分别下降了18.3%、54.7%和22.5%;与对照T5处理相比,T3处理的玉米,株高偏矮35.8%,叶面积指数下降58.8%,果穗长、穗粒数、百粒重分别下降了24.1%、58.9%和24.4%。可见,干旱灾害是制约华北地区夏玉米高产的一个关键因子,干旱程度越重,持续时间越长,对玉米干物质积累和产量影响越大。     

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%。     

农业旱涝指标及在江淮地区监测预警中的应用

该文提出了一个可业务应用的农业旱涝监测预警气象指标———累积湿润指数。该指标以相对湿润度指数为基础, 用作物需水量取代参考作物蒸散量, 并考虑前期旱涝程度对当前旱涝状况的累积影响, 具有农业意义。为方便农业气象业务应用, 采用FAO Penman-Monteith模型的简化方法计算参考作物蒸散量, 用气温资料对简化式进行校准, 将误差减小到可满足应用要求; 通过求算不同区域农田作物系数的加权平均值, 得到宏观农田作物需水量, 并确定了该指标分区域的旬旱涝等级标准。该指标用于旱涝监测, 与土壤墒情的定性符合率为80%~90%, 定量符合率为60%~70%, 在旬时间尺度比土壤墒情指标更符合旱涝实况; 用于下一旬旱涝预警, 尽管受到中期降水量预报准确度影响, 但由于含有前期旱涝实况信息, 预警趋势大体正确, 提高了旱涝预警的准确度。     

不同品种双季晚稻产量结构对干旱胁迫的响应

干旱是湖南双季晚稻分蘖-幼穗分化期主要农业气象灾害,对晚稻生长和产量形成产生不利影响。本研究以常规晚稻和超级晚稻在分蘖-幼穗分化期进行干旱胁迫试验,于20142016年连续3年开展15、20、25、30d4个干旱处理水平试验,探讨了干旱强度与不同品种双季晚稻产量结构的关系,从而确定双季晚稻干旱指标。试验研究结果表明,相同干旱胁迫处理下,土壤相对湿度是影响双季晚稻产量结构的关键因素,常规晚稻和超级晚稻产量结构对干旱胁迫的响应存在差异性。自晚稻分蘖普遍期开始干旱处理,对常规晚稻理论产量、有效穗数和结实粒数产生不利影响的土壤相对湿度阈值分别为92.5%、87.2%和98.6%;对超级晚稻理论产量、有效穗数和结实粒数产生不利影响的土壤相对湿度阈值分别为96.8%、97.1%和89.3%。根据晚稻产量结构对干旱持续时间和土壤湿度的响应,构建了常规晚稻和超级晚稻的分蘖-幼穗分化期干旱等级指标,可为双季晚稻的干旱监测和抗旱救灾提供理论依据和实践指导。     

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%。     

我国南方晚稻孕穗期旱灾指标试验研究

根据我国南方晚稻孕穗普遍期后对干旱最敏感这一特点,分别在江西南昌、湖北荆州、湖南长沙3个试验站设计了孕穗普遍期后7d、10d、13d、16d和直至植株死亡5种干旱天数。试验结果表明:干旱天数与穗粒数、穗结实粒数呈负相关,相关系数分别为-0.956和-0.959。随着干旱天数增加,土壤湿度逐渐减少,减产率上升。当干旱18d时,土壤湿度临界值为5.57%,植株死亡。用线性和非线性回归拟合干旱天数、土壤湿度、减产率三者之间的方程,分别以土壤湿度、减产率作为评价因子得出干旱灾害评价标准。经鉴定,自大田土壤上层无水开始干旱6～7d,晚稻受到轻度灾害;干旱8～11d,晚稻受中度灾害;干旱12d以上受重度灾害。     

华北地区农业干旱预测模型及其应用研究

对华北地区冬小麦进行了水分胁迫实验，确定了冬小麦光合作用速率对水分胁迫的响应曲线，提出了农业干旱指数和农业干旱预警指数两个基本概念，在此基础上建立了具有明确生物学机理的华北农业干旱预测数值模式。对北京、石家庄、郑州和济南1998年至2000年432旬的农业干旱模拟结果表明:农业干旱预警定性准确率为90.7%，定量准确率在87.5%左右；此外，模拟表明模式也可以对区域农业干旱进行准确有效的预测。利用1961~2000年气象资料对北京等地区历年农业干旱进行数值分析，结果表明:不同于大气干旱，在自然气象条件下，北京等地区作物生长期内几乎每年都存在农业干旱现象，特别是冬小麦灌浆至成熟期每年均存在一次较为严重的农业干旱胁迫过程，但农业干旱胁迫程度年际间存在一定波动，功率谱分析表明其具有3~6年的周期变化规律。对平均气候状况下华北地区农业干旱进行了时空动态分析，结果发现在自然条件下，华北大部分地区冬小麦4月下旬至5月下旬，即大约在冬小麦开花、灌浆至成熟期，农业干旱胁迫指数存在一种自然的逐渐加强的动态过程，这与华北地区的农业生产实践是基本一致的。     

气象要素对大豆产量的影响分析

基于2001-2009年大豆田间试验观测数据,利用相关和通径分析揭示了大豆不同发育期的气象因子和生物因子对大豆产量的影响。结果表明：不同发育期的气象要素对大豆产量影响效果不同,其中开花-结荚期的平均气温与大豆产量相关性最大,为0.90,其次为播种-出苗期的降水,相关系数为0.71,结荚-鼓粒期的相对湿度和日照时数,分枝期的生物量和开花期的叶面积对大豆产量具有一定影响（r>0.5）。通径分析显示具有显著直接作用的因子是开花期的叶面积,不同发育期的气温与降水主要通过对生物量和叶面积的间接作用来影响大豆产量,结荚-鼓粒期的相对湿度和日照时数对产量具有较大的直接作用。耦合气象因子与生物因子建立大豆产量回归模拟方程,能够较好解释大豆产量（R²=0.99）。