气候变化对海河流域主要作物物候和产量影响简

基于海河流域30 个气象站点1960-2009年的实测资料,分析该流域1960年以来农业气象指标的变化趋势,并利用VIP模型模拟分析大气CO₂浓度增加、温度、降雨和日照时数变化对作物产量的影响。结果显示：冬季温度的显著上升使冬小麦种植北界在50年间向北移动大约70 km;在品种和灌溉条件不变的前提下,小麦产量平均每10年上升0.2%~3.4%,其中CO₂浓度增加、温度、降雨及日照时数变化对其产量的影响分别为11.0%、0.7%、-0.2%和-6.5%;大气CO₂浓度增加的产量正效应大于日照时数减少的负效应。气候变化使夏玉米产量呈下降趋势（0.6%~3.8%/10年）,其中大气CO₂浓度增加、温度、降雨及日照时数变化对其产量的影响分别为0.7%、-3.6%、-1.0%和-6.8%,温度上升和辐射下降是玉米产量下降的主要原因。研究结果可为气候变化影响的评估和适应性对策制定提供科学依据。     

Impact of the shrinking winter wheat sown area on agricultural water consumption in the Hebei Plain简

This study firstly analyzed the shrinkage of winter wheat and the changes of crop- ping systems in the Hebei Plain from 1998 to 2010 based on the agricultural statistic data of 11 cities and meteorological data, including daily temperature, precipitation, water vapor, wind speed and minimum relative humidity data from 22 meteorological stations, and then calcu- lated the water deficit and irrigation water resources required by different cropping systems, as well as the irrigation water resources conserved as a result of cropping system changes, using crop coefficient method and every ten-day effective precipitation estimation method. The results are as follows. 1） The sown areas of winter wheat in the 11 cities in the Hebei Plain all shrunk during the study period. The shrinkage rate was 16.07% and the total shrinkage area amounted to 49.62×10^4 ha. The shrinkage was most serious in the Bei- jing-Tianjin-Tangshan metropolitan agglomerate, with a shrinkage rate of 47.23%. 2） The precipitation fill rate of winter wheat was only 20%-30%, while those of spring maize and summer maize both exceeded 50%. The irrigation water resources demanded by the winter wheat-summer maize double cropping system ranged from 400 mm to 530 mm, while those demanded by the spring maize single cropping system ranged only from 160 mm to 210 ram. 3） The water resources conserved as a result of the winter wheat sown area shrinkage during the study period were about 15.96×10^8 m^3/a, accounting for 27.85% of those provided for Beijing, Tianjin and Hebei by the first phase of the Mid-Route of the South-to-North Water Diversion Project.     

气候变化对河北省海河流域径流量的影响

利用河北省境内海河流域51个气象站、68个水文站1956~2000年近50年的气象、径流量数据,分析了气象要素和径流量的变化规律。河北省境内海河流域多年平均地表径流量为67.0×10⁸m³,从20世纪 50 年代至 90 年代地表径流量呈逐渐减小的趋势,50年代为105.3×10⁸m³,90年代为54.7×10⁸m³。地表径流量随降水量的减少而减小,随气温的升高而下降,用回归方法建立的径流量与气象要素之间的模型为对数模型。根据未来气候变化情景对河北省海河流域径流量的预测:2030年为70.0~76.8×10⁸m³,2050年为69.8~76.9×10⁸m³。     

气候变化对海河流域主要作物物候和产量影响

基于海河流域30 个气象站点1960-2009年的实测资料,分析该流域1960年以来农业气象指标的变化趋势,并利用VIP模型模拟分析大气CO₂浓度增加、温度、降雨和日照时数变化对作物产量的影响。结果显示：冬季温度的显著上升使冬小麦种植北界在50年间向北移动大约70 km;在品种和灌溉条件不变的前提下,小麦产量平均每10年上升0.2%~3.4%,其中CO₂浓度增加、温度、降雨及日照时数变化对其产量的影响分别为11.0%、0.7%、-0.2%和-6.5%;大气CO₂浓度增加的产量正效应大于日照时数减少的负效应。气候变化使夏玉米产量呈下降趋势（0.6%~3.8%/10年）,其中大气CO₂浓度增加、温度、降雨及日照时数变化对其产量的影响分别为0.7%、-3.6%、-1.0%和-6.8%,温度上升和辐射下降是玉米产量下降的主要原因。研究结果可为气候变化影响的评估和适应性对策制定提供科学依据。     

京津冀地区夏玉米生产潜力时空变异及其与现实产量的对比分析(英文)

Crop potential productivity is a key index of scientifically appraising crop production and land population-supporting capacity. This study firstly simulated the potential and waterlimited yield of summer maize in the Beijing-Tianjin-Hebei (BTH) region using WOFOST model with meteorological data of 40 years, and then analyzed yield gaps between the actual and potential yield based on statistical data at county level. The potential and water-limited yield of summer maize in the BTH region is 6854–8789 kg/hm2 and 6434–8741 kg/hm2, and the weighted average for whole region is 7861 kg/hm2 and 7185 kg/hm2, respectively. The simulated yields gradually decrease from northeast to southwest with changes in climatic conditions particularly temperature and precipitation. Annual variation of potential yield is higher in the central and southern parts than the northeastern part. Compared to potential yield, the water-limited yield has higher coefficient of variation (CV), because of precipitation effects. The actual yield of summer maize was 2537–8730 kg/hm2, regionally averaged at 5582 kg/hm2, about 70% of the potential yield, implying that the region has room to increase the yield by improving crop management and irrigation systems.     

Water use, growth and yield of green gram under rainfed upland crop sequences in Gangetic plains of indian sub—tropics

A field experiment was conducted to study the effect of different crop sequences on water use, growth and yield of green gram (Vigna radiate (L) Wilezek) during 1992–93 and 1993–94 under rainfed upland condition in Indo-Gangetic plains of West Bengal. Green gram sown in the month of March as pre-rainy (summer) season crop, as and when the winter crops vacated the land, produced highest dry matter of 372 gm^-2 which was significantly highest in black gram-yellow sarson sequence. The results of the field experimentation revealed that green gram gave highest grain yield to the extent of 10.80 q/ha when sown after black gram (rainy season) followed by yellow sarson (winter season) while the crop produced 10.63 q/ha under sesame-yellow sarson sequence. Highest water use of 267 mm was achieved in green gram under black gram-yellow sarson sequence and the crop gave water use efficiency of 4.07 kg ha^-1mm^-1 under black gram-yellow sarson sequences.     

秸秆覆盖下的夏玉米蒸散、水分利用效率和作物系数的变化

农业用水占华北水资源的70%以上,提高农业用水的效率对华北水资源安全具有重要意义。在节水农业研究中,利用农艺节水提高农田水分利用效率是节水农业的重要组成部分,其中减少农田无效棵间蒸发耗水和优化供水制度是主要的农艺节水措施。夏玉米是华北太行山山前平原的主要作物之一,一般在冬小麦收获前的5～7天套种在其中,以延长夏玉米的生育期。随着联合收割机的广泛应用,冬小麦收获后的秸秆直接覆盖夏玉米,对夏玉米的农田蒸散特别是苗期的蒸散产生影响;夏玉米生长在6～9月的雨季,一般年份降水能够满足夏玉米的需水要求,但夏季降水的分布变异较大,再加上近6年来的夏季干旱,使灌水对夏玉米的高产至关重要。为了提高夏玉米的农田水分利用效率,本研究的目的是建立秸秆覆盖下的夏玉米优化供水制度和研究秸秆覆盖对减少棵间无效耗水的影响及秸秆覆盖下的夏玉米作物系数的变化,为制定秸秆覆盖下的夏玉米优化供水制度提供依据。2年的实验结果显示,秸秆覆盖下的夏玉米产量在8000kg/ha,总蒸散量在390mm,水分利用效率在2.2kg/m3。干旱年份,夏玉米在灌四水的条件下产量最高,再增加灌水量,产量减少。水分利用效率随着灌水量的增加有所递减。     

长江淮河海河流域降水与南水北调的关系

本文以农田需水量作为供水余缺的标准,分析长江、淮河、海河流域降水的年内年际变化与季节需水的关系,论证了南水北调的必要性和引江济海的合理性。     

作物生产潜力变化的区域差异——以陕西省为例

作物生产潜力变化具有明显的区域差异性,亟需针对不同地理单元实施有效应对措施和调控策略。选择陕西省三大地理单元（陕北高原、关中盆地和秦巴山区）为研究对象,运用全球生态区模型（GAEZ）分析了陕西省不同地理单元作物生产潜力变化趋势,探讨了不同作物生产潜力变化的区域差异,辨识出影响不同作物生产潜力变化的主要因素,结果显示：（1） 1980—2015年间,陕西省玉米生产潜力总量增加了150.55×10⁴ t,小麦生产潜力总量则下降了402.69×10⁴ t。（2） 关中盆地的玉米和小麦生产潜力皆最大,陕北高原次之,秦巴山区的玉米和小麦生产潜力皆最小;陕北高原和秦巴山区的玉米生产潜力皆表现出先增加后减小再增加的变化趋势,关中盆地的玉米生产潜力则先减小后增加再减小;关中盆地和秦巴山区的小麦生产潜力都呈下降趋势,陕北高原的小麦生产潜力则有所提高。（3） 土地利用变化呈现减产效应,这一效应在关中盆地尤为显著,其次为陕北高原;气候变化导致玉米生产潜力增加,使小麦生产潜力下降;气候变化对不同地理单元的影响也不相同,在陕北高原表现为增产效应,在关中盆地和秦巴山区则为减产效应。（4） 在陕北高原,气候变化的增产效应是玉米和小麦生产潜力提高的主要原因,气候变化对玉米生产潜力的影响大于对小麦的影响,耕地向草地、林地和建设用地的转化是降低作物生产潜力最主要的土地利用变化因素;在关中盆地,作物生产潜力的变化主要是受气候变化的影响,小麦受气候变化的影响较玉米为大,以建设用地占用耕地为特征的土地利用变化对玉米生产潜力的影响大于对小麦的影响;在秦巴山区,土地利用变化是玉米生产潜力变化的主要原因,而小麦生产潜力的变化主要受气候变化影响。     

河北平原冬小麦播种面积收缩及由此节省的水资源量估算

以河北平原1998-2010 年11 地市的农业统计数据和22 个气象站点的逐日气温、降水量、水汽压、风速、日照时数和相对湿度等资料为基础,对该地区冬小麦播种面积的收缩情况及由此引发的耕作制度变化进行了分析;同时,结合作物系数法和逐旬有效降水量法,计算了不同耕作制度下的水分亏缺量,进而估算了该地区因耕作制度变化节省的水资源量。结果表明:① 该时段河北平原11 地市冬小麦的播种面积均呈收缩趋势,总面积下降了16.07%,约49.62×10⁴ hm²。京津唐城市群表现最为明显,下降了47.23%;② 冬小麦的降水满足率仅为20%~30%,而春玉米和夏玉米均为50%以上;冬小麦-夏玉米一年两熟制所需的灌溉水资源量为400~530 mm,而春玉米一年一熟制仅为160~210 mm;③ 该时段河北平原因冬小麦播种面积收缩而节省的灌溉水资源量约为15.96×10⁸ m³/a,相当于南水北调中线一期工程为京津冀三省市供水量的27.85%。     

Contributions of climate change and human activities to ET and GPP trends over North China Plain from 2000 to 2014

Quantifying the contributions of climate change and human activities to ecosystem evapotranspiration (ET) and gross primary productivity (GPP) changes is important for adaptation assessment and sustainable development. Spatiotemporal patterns of ET and GPP were estimated from 2000 to 2014 over North China Plain (NCP) with a physical and remote sensing-based model. The contributions of climate change and human activities to ET and GPP trends were separated and quantified by the first difference de-trending method and multivariate regression. Results showed that annual ET and GPP increased weakly, with climate change and human activities contributing 0.188 mm yr–2 and 0.466 mm yr^–2 to ET trend of 0.654 mm yr^–2, and–1.321 g C m^–2 yr^–2 and 7.542 g C m^–2 yr^–2 to GPP trend of 6.221 g C m^–2 yr^–2, respectively. In cropland, the increasing trends mainly occurred in wheat growing stage; the contributions of climate change to wheat and maize were both negative. Precipitation and sunshine duration were the major climatic factors regulating ET and GPP trends. It is concluded that human activities are the main drivers to the long term tendencies of water consumption and gross primary productivity in the NCP.     

华北平原冬小麦—夏玉米轮作区DLM与CLM5模型模拟对比研究

作物生长与气候的互馈是当前气候变化研究的热点之一。陆面模型作为一项重要的研究工具,其模型框架、算法设计及参数化方案的不同会直接导致模拟结果的不确定性。为探究陆面模型DLM(dynamic land model)和CLM5(community land model)在作物生长及农田热通量模拟方面的差异及原因,评估2个模型在华北平原作物研究中的适用程度,论文开展了冬小麦—夏玉米轮作站点的模拟对比研究。结果显示,DLM的夏玉米叶面积指数和生态系统总初级生产力的模拟值更高,与观测值更为接近;CLM5模型则在冬小麦模拟中略优。DLM的潜热模拟值与观测值的相关性普遍更高,可能反映了DLM采用的彭曼公式、双叶策略比CLM5采用基于水势梯度质量守恒、大叶策略的潜热计算方法更具优势。对于产量,模型当前的估测能力并不理想。总的来说,在默认设定下,2个模型的模拟结果能基本反映研究区农田站点内夏玉米和冬小麦的生长规律,但与实测值存在一定偏差。模型在该区域的适用性可能需要通过添加农田管理措施、算法优化和参数本地化等方式进一步提高。     

冬小麦水分耗散特性与农业节水

本文根据中国科学院禹城综合试验站１９８６年－１９９６年蒸渗仪农田水分模拟试验资料统计；冬小麦全生育期耗水量可达４８２．５ｍｍ，缺水率可达６９．３％；冬小麦全生育不分耗散过程有两个明显的需水峰区和３个关键需水期，为实施节水灌溉提供了实验依据；冬小麦耗水量与环境因子有明显的相关关系，其统计规律可供地下水浅埋区区域灌溉预测参照应用。     

鲁西北地区土地现实生产力调查与估算

以鲁西北地区县级1∶5万土壤类型图图斑作为基础评价单元,根据农户现有的投入水平,采用“调查法”模拟分析农业土地资源的现实生产力,并与统计资料和“机制法”模型模拟结果进行对比分析。研究结果表明,现实投入水平下鲁西北地区夏玉米单产略高于冬小麦单产,对冬小麦的投入从整体上来看相当于中等投入,但又存在着区域差异。对夏玉米的投入具有南北向的差异,由南到北投入水平逐渐降低。鲁西北地区土地现实生产力以宁津县最高,庆云县最低,与“机制法”模型模拟结果比较,各县市之间土地生产潜力差距较大。由此可以说明,各县市土壤质量本身对土地年生产力的大小起着重要作用,进一步证明“调查法”能充分反映土壤在土地综合性质中的主要作用。     

海河流域水资源短缺风险研究

本文对海河流域水平衡和水资源短缺风险进行评价。文章采用研究时段为1994-2007年,作者首先研究了海河流域的水量平衡问题,并提出了流域非用水消耗量的概念和计算方法,经过分析,计算得出海河流域多年平均非用水消耗量为5.91×109m3。通过建立水资源短缺风险的评价方法,得出海河流域1994-2007年处于缺水量较多、缺水风险较高的时期,计算出缺水风险率、恢复性指标、稳定性指标和脆弱性指标分别为0.786、0、0.154和0.173。在考虑社会系统应对措施的条件下,水资源短缺风险将会显著下降。考虑南水北调工程对于该地区的影响,分别考虑在50%和75%两种来水水平年下,如果南水北调工程一期（2014年）的来水量为5×109m3,未来该地区的水资源短缺风险会从0.229-0.297下降到0.152-0.234。     

塔里木河流域水资源变化的特点与趋势

通过时间序列分析了塔里木河流域山区1961~2002年的降水和温度变化, 源流干流水分的消耗, 并对这些指标进行了KENDALL秩次相关检验。结果显示: 塔里木河源流山区降水和温度均有增加,但是降水增加的趋势在?琢 = 0.05水平上不显著, 温度升高的趋势显著; 塔里木河流域几个源流水量增加, 特别是在1994~2002年,年平均径流量比多年平均增加了25.163×10⁸ m³/a, 而上游三源流补给干流水量只增加0.9985×10⁸ m³/a, 塔里木河干流沿程各站的径流量呈现显著的线性递减趋势, 表明连续十年的丰水期并没有改变干流生态环境恶化的局面; 如果三源流来水以正常年份计算 (1957~2003年平均来水量), 塔里木河干流来水量每年只有22.57×10⁸ m³, 那样塔里木河流域的生态安全将更令人担忧。     

塔里木河流域水资源变化的特点与趋势

The Tarim RiverBasin islocated in NorthwestChina,which is known in the world forits rich natural resources and fragile eco-environment.W ater resource rational distribution and highly effective utilization isthe key pointsto solve the severe eco-environm …     

海河流域产沙模数尺度效应的空间分异

基于流域完整性、地形的相似性,将整个海河流域分为9 个分区,分析了各分区产沙模数的尺度效应。结果表明,在双对数坐标系上,产沙模数与流域面积的关系呈现出3 种类型：① 线性负相关,即产沙模数随流域面积的增大而减小;② 无显著相关,即产沙模数随流域面积的增大基本保持不变;③ 线性正相关,即产沙模数随流域面积的增大而增大。从地形、分区的位置以及土地利用状况方面对所有分区产沙模数的尺度效应进行分析,并对1000 km²标准面积下产沙模数进行校正。基于校正后的数据,利用ArcGIS 的Kriging 空间插值法,绘制了校正后的产沙模数图。校正结果显示,流域侵蚀模数的空间分布总体表现为自西向东逐渐减小的趋势,这与流域地形的总体变化趋势是一致的。流域西部以山地为主,因而侵蚀强度大,产沙模数高;东部以平原为主,是泥沙的淤积区域,因而产沙模数低。最后,对图中产沙模数的高值区域,从气候、植被和侵蚀作用力3 个方面进行了成因分析。     

海河流域地表水与地下水耦合模拟

近10年来海河流域地下水超采严重,急需加强流域地表水与地下水统一管理。地表水与地下水的耦合模拟研究是实现流域地表与地下水资源综合管理的重要支撑。本文探讨了当前3种不同的地表水与地下水耦合方式,基于现有数据条件和应用管理的需求,提出了将成熟的流域地表水SWAT与地下水MODFLOW模型进行松散耦合的技术框架,并构建了海河流域地表水与地下水耦合模型。在流域地表空间上,根据流域特性和管理需求,划分了283个子流域和2100个水文响应单元（HRU）;在平原区地下空间上,基于15个大的岩性分区剖分出若干个4km×4km网格。通过GIS平台,建立流域地表水与地下水计算单元的转换关系。并利用1995．2004年水文气象数据进行验证分析,取得较好模拟精度。该耦合模型不仅能够支撑流域现状管理,而且可用于气候变化与南水北调工程对流域水资源影响评估分析。     

基于GLDAS-Noah模型的闽江流域实际蒸散发评估

以亚热带季风区的典型流域——闽江流域为研究区域,根据Penman-Monteith（P-M）公式和双作物系数法,计算了闽江流域内8个气象观测站点的实际蒸散量,并评估了GLDAS-Noah实际蒸散产品在闽江流域的适用性。在此基础上,基于GLDAS-Noah实际蒸散发数据,解读了2000—2019年闽江流域的实际蒸散量的变化特征。结果表明：① GLDAS-Noah实际蒸散发数据在闽江流域的适用性较好(R²>0.9,NSE>0.8);② 2000年以来闽江流域的实际蒸散发呈增加趋势（3.86 mm/a,P < 0.01）,且存在显著的季节差异,表现为冬季和春季的增加速率要大于夏季和秋季;③ 闽江流域冬季和春季蒸散发增加与气温密切相关,冬季蒸散发与冬季气温呈微弱正相关（ R = 0.27）,春季蒸散发的增加与春季升温密切相关（R = 0.79）。