Assessing crop yield and crop water productivity and optimizing irrigation scheduling of winter wheat and summer maize in the Haihe plain using SWAT model

Haihe plain is an important food production area in China, facing an increasing water shortage. The water used for agriculture accounts for about 70% of total water resources. Thus, it is critical to optimize the irrigation scheduling for saving water and increasing crop water productivity (CWP). This study first simulated crop yield and CWP for winter wheat and summer maize in historical scenario during 1961–2005 for Haihe plain using previously well‐established Soil and Water Assessment Tool model. Then, scenarios under historical irrigation (scenario 1) and sufficient irrigation (scenario 2) were, respectively, simulated both with sufficient fertilizer. The crop yield in scenario 2 was considered as the potential crop yield. The optimal irrigation scheduling with sufficient fertilizer (scenario 3) was explored by iteratively adjusting irrigation scheduling based on the scenario 1 and previous studies related to water stress on crop growth. Results showed that net irrigation amount was, respectively, reduced 23.1% and 18.8% in scenario 3 for winter wheat and summer maize when compared with scenario 1. The CWP was 12.1% and 8.2% higher with very slight change of crop yield. Using optimal irrigation scheduling could save 8.8 × 10⁸ m³ irrigation water and reduce about 16.3% groundwater over‐exploitation in winter wheat growth period. The corresponding yield was 18.5% and 12.9% less than potential yield for winter wheat and summer maize but using less irrigation water. Therefore, it could be considered that the optimal irrigation was reasonable, which provided beneficial suggestions for increasing efficiency of agricultural water use with sustainable crop yield in Haihe plain. Copyright © 2013 John Wiley & Sons, Ltd.     

两种不同产量历史丰歉气象影响指数确定方法在农业气象产量预报中的对比研究

利用吉林省1980—2015年春玉米单产数据、50个气象站逐日气象资料,基于欧式距离和相关系数建立综合诊断指标,利用综合诊断指标研究分析预报年与历史年春玉米气象产量丰歉气象影响指数的关系,以此构建春玉米产量预报模型,对吉林省春玉米产量进行动态预报。产量预报模型对2003—2012年的预报试验结果表明,产量丰歉趋势ΔY的平均正确率均在60%以上,加权分析法的单产预报准确率除2009年外,均高于80.0%,且各时段的预报准确率均高于大概率法的。对2013—2015年吉林省春玉米产量的预报检验结果表明,加权分析法对产量丰歉趋势ΔY的预报结果稍好;加权分析法单产预报准确率几乎都在90.0%以上,普遍高于大概率法的。说明加权分析法建立的产量预报模型预报效果更好,可在业务上应用。     

基于涡度相关的春玉米逐日作物系数及蒸散模拟

作物系数是计算作物蒸散量的关键参数。利用2006—2008年和2011年辽宁锦州玉米农田生态系统的涡度相关、气象、作物发育期及叶面积指数观测数据,分析不受水分胁迫条件下玉米逐日作物系数特征及其与叶面积指数的关系。研究表明:作物系数与玉米农田实际蒸散均呈单峰型变化,约在7月末至8月初达到最大值 (玉米开花吐丝期)。在此基础上,建立了不受水分胁迫条件下玉米逐日作物系数与叶面积指数关系 (达到0.01显著性水平), 同时,采用积温表示的标准化生育期方法模拟相对叶面积指数,并建立了逐日作物系数与相对叶面积指数关系 (达到0.01显著性水平),解决了无叶面积观测地区玉米逐日实际蒸散量的计算。研究结果可为玉米农田用水管理以及灌溉措施的制定提供参考。     

虚拟水视角下吉林省西部玉米耕作方式优化

虚拟水研究是粮食安全与水资源安全的重要研究领域,目前的研究主要集中在宏观、中观层次上,微观层次研究甚少。为了探讨虚拟水微观层次的研究方法,本研究于2005～2007年在吉林省西部开展了玉米不同耕作方式下虚拟水变化的大田试验。通过分析6种耕作方式(65cm垄台、65cm垄沟、43cm垄台、43cm垄沟、98cm双行垄台、130cm三行垄台)之间单位质量玉米虚拟水含量的差异,及不同耕作方式对单位质量玉米虚拟水含量稳定性的影响,确定适合吉林省西部的最优玉米种植模式,以实现水资源高效利用,为解决水资源紧缺问题提供新思路。经过三年的大田试验,认为98cm双行垄台的耕作方式最佳,不仅虚拟水消耗量小,而且波动也较小,特别是在极端干旱年份其单位质量玉米虚拟水含量最低,建议本地区玉米种植方式应从65cm垄台种植改为98cm双行垄台种植。     

气候变化对东北地区玉米生产的影响

利用气象观测数据、玉米产量及面积资料,分析了东北地区气候变化事实及对玉米生产的影响。研究表明:1971年以来,东北地区≥10℃积温增加了262.8℃,≥10℃积温带(以2700℃为例)平原区向北推进了约200～300km左右,向东扩展50～150km。1991年开始玉米生长季(4～9月)降水量持续减少,年平均水分亏缺量达391.5mm,湿润区缩小,有变干趋势。初霜日推后7～9天,无霜期延长了14～21天,霜冻灾害几率降低。20世纪90年代后,玉米延迟型冷害进入低发期。随着热量资源的增加,玉米可种植区范围不断扩大,种植北界北移东扩,玉米适播起始时间提前。玉米总产、播种面积增加趋势分别为967万t/10a、72万hm2/10a。未来40年东北地区玉米产量以减产为主,与过去30年(1961～1990年)相比平均减产9.5%左右。调整玉米种植布局和品种搭配,依靠水利工程和推广旱作农业技术,选种耐旱、抗病、抗逆性强的玉米品种,是实现东北玉米生产可持续发展的主要措施。     

吉林省西部玉米生产水足迹研究

玉米是吉林省西部的主要农作物,通过在吉林省西部开展玉米大田试验,探讨在相同的土壤及农田管理条件下,不同试验年份玉米生产需水及水分来源的变化规律,通过比较分析玉米生产水足迹的动态变化,实现水资源的合理利用,保护生态环境,促进农业的可持续发展。3 a大田试验的研究结果表明,玉米生产水足迹以绿水足迹为主,占80%以上,蓝水足迹不足1%,灰水足迹介于10%～20%之间。而在绿水足迹中,降水较充足的年份,有效降水足迹占70%以上,一般干旱年份有效降水足迹占一半,极端干旱年份有效降水足迹则只占30%,这将对土壤水分平衡带来不利影响。3a中,单位质量玉米蓝水量约0.005～0.006 m3/kg,占单位质量玉米需水量的比例低于1%;单位质量玉米绿水量为0.559～0.839 m3/kg,占单位质量玉米需水量的99%以上;单位质量玉米灰水量为0.099～0.122 m3/kg。通过对玉米生产水足迹的研究,明确了绿水在吉林省西部雨养农业粮食安全中的重要地位。     

赤峰、通辽地区1979—2008年玉米生长期温湿条件对单产影响分析

赤峰、通辽地区是内蒙古玉米作物的主要产区,文章统计并分析了1979—2008年该地区玉米生长期的降水和气温的变化,计算了玉米生长期的干燥度指数,并利用干燥度指数分析了温湿条件对玉米气象单产的影响,结果显示：玉米生长期的温湿条件是影响单产波动的主因,当温湿条件有利时,玉米将增产,否则会减产。     

安徽省夏玉米涝渍灾害时空特征及其灾损风险

为分析安徽省夏玉米全生育期涝渍灾害发生的特征,定量化评估涝渍灾害风险程度。利用安徽省48年的气象资料(1971-2018年),采用夏玉米涝渍指数模型,计算分析了安徽省夏玉米涝渍指数的时空特征,并确定了夏玉米涝渍指数等级指标,最后采用灾损风险指数模型得到了安徽省夏玉米产量涝渍灾损风险分布。结果表明:(1)夏玉米全生育期涝渍指数以0.027/10a的速率呈显著上升趋势,其中6月上旬和8月上旬上升趋势最为明显;涝渍指数的空间分布显示其值变幅在0.08～0.38之间,其中大别山区、江南中东部和淮北局部是夏玉米涝渍指数的高值区。(2)建立的夏玉米涝渍灾害等级指标和实际涝渍减产的结果较为一致,其中涝渍等级与实际减产率一致的比例为82.2%。(3)而夏玉米涝渍产量灾损风险分布显示大别山区、江淮东部和江南东部地区是安徽省夏玉米涝渍产量损失的高风险区。研究结果对开展区域农业气象防灾减灾有很好的借鉴意义。     

玉米地组分亮度温度分类变化研究

以玉米整个生长期野外热红外辐射观测数据为基础,对两种组分亮温分类方法作了比较,并对玉米地组分亮温的变化特征展开了分析。结果表明,农田亮温组分的数目和数值随测量时间和日期改变。在整个测量期间,在当地时间中午前后,农田呈现出3个亮温组分植被、被阳光照到的亮土和植被阴影下的暗土。观测早期,植被亮温分布相对集中;随着农田植被覆盖率的增高,植被亮温分布逐步分散,组分间温差缩小,部分亮温值相互重叠。产生这些现象的原因将在以后的研究中加以探讨。