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%。     

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%。     

近30年东北春玉米发育期对气候变化的响应

基于1981—2010年东北地区55个农业气象观测站发育期数据、16个气象站逐日气象资料,采用趋势变率、秩相关分析、主成分分析和结构方程模型等方法,分析了近30年东北春玉米关键发育期的变化特征,探讨了春玉米发育期对不同时间尺度气象因子的响应规律。结果表明:1981—2010年春玉米关键发育期 (播种期、抽雄期、成熟期) 均有延后趋势,大部分地区春玉米生长前期 (播种期—抽雄期) 日数减少,生长后期 (抽雄期—成熟期) 日数增加,全生育期日数增加。在绝大多数年份,春玉米播种期在温度适播期之后,成熟期在初霜日之前。近30年对东北春玉米生育期日数影响最大的气象要素为温度,主成分分析结果显示,年际尺度的升温、温度生长期的延长和作物生长期的高温对生育期日数影响显著;结构方程模型指出,作物生长期的最高温度和最低温度对生育期日数影响有间接效应,主导气象要素能够解释生育期日数变异的44%。全球变暖背景下,东北春玉米发育期变化是作物响应气候变化和农业生产适应气候变化的共同结果。     

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。     

东北地区春玉米关键生育期干旱对根系生长的影响

利用锦州大型土壤水分控制试验场和根系观测系统开展东北地区春玉米拔节与抽雄期不同程度干旱胁迫试验,采用微根管方法观测春玉米根系的生长,研究春玉米不同发育期干旱胁迫对40 cm、120 cm和160 cm土壤深度根系分布的影响。结果表明:春玉米不同土壤深度直径为1 mm以下的细根多于粗根,40 cm土壤深度细根所占比例最大,与之相比,120 cm和160 cm土壤深度直径为1 mm以上粗根所占比例有所增大。春玉米拔节期干旱初期40 cm土壤深度根长密度(Root Length Density,RLD)随干旱加重而增大,干旱胁迫可以促进玉米根系向土壤深处生长;乳熟期后玉米上层根系因拔节期干旱而提前衰老;抽雄后干旱也可使玉米根系向更深层土壤伸展,但干旱出现过晚将减弱对根系生长的促进作用。此外,玉米长期干旱后复水可使根系在短时间内补偿性快速生长。     

近36年东北地区春玉米气候资源利用率评估

应用1981—2016年中国东北三省170个气象台站的逐日气象资料和50个农业气象观测站的春玉米发育期资料,在前人研究的基础上,采用基于层次分析法和熵权法的组合权重赋权法,对农业气候资源适宜指数模型进行了改进,分析了东北地区春玉米气候资源利用率的时空分布特征。结果表明:东北地区春玉米不同发育阶段的气候资源利用率从大到小排序是,抽雄-成熟期的出苗-拔节期的拔节-抽雄期的播种-出苗期的。从空间分布看,气候资源利用率在播种-出苗期吉林东部的长白山区的最低,热量不足是主要影响因素;出苗-拔节期大兴安岭东部、黑龙江北部和吉林东部长白山区利用率较低,其余大部利用率较高,水分是主要限制因子;拔节-抽雄期吉林和辽宁东部的长白山区的最低;抽雄-成熟期大部分地区利用率较高,且从北到南呈明显递增趋势,黑龙江后期热量不足可能对玉米成熟不利。从时间演变看,播种-出苗期各省利用率在2010年之前增高,之后开始下降,其他发育阶段黑龙江的年代际波动较大,吉林和辽宁的年波动较小。     

石羊河流域水分胁迫对玉米生长发育指标和产量的影响

本实验设计正常灌水处理（CK）和水分胁迫处理（DT）2种模式,通过比较2种水分处理下不同发育期玉米各生育指标的变化,研究干旱地区水分胁迫对玉米不同生育时期生长的影响。结果表明：拔节期后,植株对水分需求迫切,干旱易造成营养器官发育不良、植株矮小、叶片早衰,植株的各项生育期相关指标均显著低于正常灌水处理;抽雄—乳熟期,干旱导致果穗发育不良、籽粒不饱满、穗小粒少,并影响植株内部的干物质分配,穗重所占比例明显低于正常灌水处理,最终导致成熟期产量大幅度下降,部分植株出现空杆。     

通辽地区玉米分期播种试验及适时播种期探讨

文章探究了播种期对气候资源利用及玉米产量的影响,分析了气候变暖对玉米适宜播种期的影响。通过分期播种试验确定通辽地区玉米适宜播种期。早播玉米与迟播玉米虽然在播种—出苗,出苗—七叶,七叶—拔节期及乳熟期—成熟期间的间隔天数及≥10℃积温差异较大,但全生育期天数及总积温差异较小;早播玉米部分生育期间隔时间增长,迟播玉米播种—出苗期间隔时间缩短。为充分利用气候资源提供科学依据。     

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。     

干旱对玉米生长及产量影响的试验研究

干旱已成为西南地区玉米生产最主要的灾害因子,研究这一时期不同程度干旱对玉米生长发育及产量的影响,对稳定该地玉米产量具有重要意义;本研究通过人工控制土壤水分试验,模拟玉米大喇叭口期至乳熟期不同程度的干旱对贵州玉米的影响,同时对这一时期玉米生长的实际灌溉量进行了分析;大喇叭口一乳熟期干旱使得玉米植株矮化,玉米叶面积指数下降,玉米叶老化时间提前,玉米抽雄和吐丝时间推迟,玉米抽雄吐丝间隔期加长,授粉不良,最终使得玉米果穗性状恶化,造成玉米大幅减产甚至绝收,而且此时期的干旱对玉米产量的影响是不可逆转的。不同程度的干旱对玉米营养生长和生殖生长均产生不利影响,随着干旱强度的加强,玉米减产幅度也增加。     

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。     

黑龙江省玉米干旱与低温冷害复合逆境对产量的影响

利用1981—2016年黑龙江省玉米农业气象观测站的资料,引入中华人民共和国气象行业标准中水分亏缺指数(K CWDI)、≥10℃积温距平(H)指标,分别对玉米出苗—乳熟期干旱、低温冷害进行判识,规定同一站、同一年内干旱、冷害均有发生为两种灾害复合发生,并分析其时空分布特征,以数理统计方法构建K CWDI和H与玉米产量的关系模型,同时应用比较方法探讨两种灾害单一发生及复合发生的温水逆境对玉米产量的影响。研究结果表明:1981—2016年,研究区玉米出苗—乳熟期K CWDI、H的变化较好表达了研究区水资源空间配置特征及气候变暖趋势;分析期内,研究区玉米出苗—乳熟期累计发生单一干旱242站年,单一冷害76站年,干旱、冷害复合发生91站年;干旱、冷害复合发生随时间呈减少趋势,20世纪90年代中期以前密集发生,之后发生频率下降,空间上呈西多东少趋势,松嫩平原西部为频发区;玉米出苗—乳熟期H和K CWDI与玉米单产存在显著或极显著的相关关系(P<0.05或P<0.01),在一定温度、水分范围内,H减少、K CWDI增大,玉米单产呈下降趋势;总体上,存在干旱、低温冷害单一发生或复合发生程度愈重则单产愈低的趋势。比较干旱、低温冷害复合发生和单一发生对玉米单产的影响可见,复合发生中干旱(低温冷害)的时间、日数、程度等与单一发生的干旱(低温冷害)相当时,则干旱(低温冷害)与低温冷害(干旱)复合发生对玉米单产的影响呈加重趋势。     

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。     

黑龙江省玉米低温冷害风险评估及预估

利用气候资料、地理信息数据及社会经济数据,根据自然灾害风险理论和低温冷害形成机制,采用GIS技术,分析了黑龙江省玉米低温冷害的危险性和易损性,实现了玉米低温冷害的风险评估与区划,并利用CMIP5中的MRI-CGCM3模式模拟结果对黑龙江省2015-2044年玉米低温冷害风险进行预估。结果表明：1961年以来共有24年是低温冷害年,其中12年是严重低温冷害年。松嫩平原大部、三江平原大部及黑河南部是玉米一般低温冷害的多发区,同时该区暴露性较高,如有重度灾害发生,则对全省粮食产量产生严重影响。未来30年,黑龙江省低温冷害发生的概率有所减少,松嫩平原东部和南部是一般低温冷害的高风险区,三江平原西部是严重低温冷害的高风险区。     

Spatial–temporal variations of spring drought based on spring-composite index values for the Songnen Plain,Northeast China

A spring-composite index (s-CI) is proposed in this study that involves slightly altering the use of the accumulated precipitation from the composite index (CI) comparing the value with other three commonly used indices (standardized precipitation index, SPI; self-calibrated Palmer drought severity index, sc-PDSI; and CI). In addition, the spatial–temporal variation of the s-CI in the Songnen Plain (SNP) was investigated using the Mann–Kendall test and empirical orthogonal function (EOF) methods. The results indicated that the proposed s-CI could identify most drought events in 1990s and 2000s and performed relatively better than SPI, sc-PDSI, and CI in this region. Compared with the other three indices, the s-CI had a higher correlation with relative soil moisture in April and May. The recent spring droughts (2000s) were the most severe in April or May. The weather was drier in May compared with April in the 1980s, whereas the weather was wetter in May than in April in the 1960s and 1970s. Moreover, the spatial patterns of the first EOFs for both April and May indicated an obviously east–west gradient in the SNP, whereas the second EOFs displayed north–south drought patterns. The proposed index is particularly suitable for detecting, monitoring, and exploring spring droughts in the Songnen Plain under global warming.     

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.     

东北夏季降水的气候及异常特征分析

采用统计分析的方法对近50 a东北夏季降水的气候及异常特征进行了分析。结果表明:东北夏季降水空间分布很不均匀,除三江平原地区外东北大部7月降水最多;夏季全区出现较重干旱的概率大于较重雨涝,旱灾更为突出,其中辽西是较重旱涝频发的地区;近50 a夏季降水没有明显变干或变湿的倾向,而是具有阶段性旱涝交替特征,存在27、11 a左右的年代际尺度周期和3~6 a左右的年际尺度周期变化;6月旱灾几率大,易形成6~7月的连续干旱,7月易形成区域性特大涝灾,6月和8月在年代际尺度上具有反位相变化的特征。     

东北地区玉米不同生长阶段干旱冷害危险性评价

利用东北地区35个农业气象站1961—2010年气象资料、玉米产量资料和1981—2010年玉米生育期资料,选用合适的干旱指标和冷害指标,结合自然灾害风险理论建立了灾害危险性评价模型。基于灾害判别结果和历史灾情资料,从典型灾害年中提取不同灾种的影响差异,构成权重系数,对东北地区玉米不同生长阶段和整个生育期干旱、冷害危险性进行评价。结果表明,东北地区干旱、冷害危险性在玉米生长前期(出苗—拔节阶段)主要集中在东北地区东南部,此阶段主要以冷害为主;而在玉米生长后期(抽雄—成熟阶段),风险高值区转移到西部,此阶段以干旱为主。生长前期和生长后期对整个生长阶段危险性的贡献值分别为0.3473和0.6527。东北地区的主要气象灾害正逐渐从冷害向干旱转变,冷害发生的频次逐渐减少,而干旱发生的频次快速增多,影响的范围也迅速增大。     

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。     

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。