干旱对作物产量影响研究进展与展望

粮食安全关乎人类生存和社会发展,是总体国家安全观的重要组成部分。本文首先梳理了作物产量影响因素及干旱对作物产量的影响过程,进而从基于田间控制实验、统计模型、作物生长机理模型以及遥感反演模型等4个方面系统回顾了干旱对全球主要作物产量影响评估的最新进展,揭示出当前研究呈现出由单灾种向多灾种、由单目标向多目标、由统计模型向综合模型转变的特征。文献计量分析表明,1990—2020年干旱对作物产量影响研究发文量呈指数增长,且研究主题经历了由传统的作物水分胁迫到作物受旱影响与适应综合研究的转变过程,体现出研究视角的不断深化和综合。在学科分布上,农学、植物学和环境科学是研究干旱对作物产量影响的主要学科,建议应加强地理学多要素多尺度的系统性思维在粮食和水资源耦合系统研究中的应用。最后,在分析现有问题和挑战的基础上,将未来应关注的重要议题归纳为以下4个方面,即构建干旱对作物产量影响的多源信息数据库、阐明干旱对作物产量影响的关键过程及机理、发展耦合宏观与微观过程作物生长机理模型和搭建作物产量与粮食安全综合监测平台系统,旨在通过提高干旱对作物产量影响的监测预警和科学管控,实现农业可持续发展和全球粮食安全。     

黄土高原作物产量及水土流失地形分异模拟

退耕坡地是近年来黄土高原整治生态环境和控制水土流失的有效措施。基于WIN_YIELD 软件, 以延安燕沟流域为例,利用2005 年延安站的逐日气象数据和燕沟流域地貌、土壤及土地利用等资料, 模拟分析了不同地形高程、坡度和坡向条件下不同作物产量及水土流失的分异特征。结果表明： 在黄土高原, 地形坡度是影响作物产量、径流和泥沙的重要因素, 地形高程和坡向的影响普遍较微弱; 地形坡度越大, 作物产量越低, 高粱和玉米在坡度为25^o 时的产量模拟值分别较0^o 时下降15.44%和14.32%, 大豆、绿豆和马铃薯的下降幅度依次为5.26%、4.67%和3.84%; 产生径流和泥沙随地形坡度的增大而增大, 在坡度20^o左右存在一个高值区间; 不同作物的水土保持效益由高到低依次为大豆、绿豆(豆类)、马铃薯、玉米和高粱; 坡度小于5^o的坡耕地可以不进行梯田改造, 坡度大于15^o 的坡耕地应及早实现退耕还林还草。     

基于作物植被指数和温度的产量估算模型研究

该文利用冬小麦返青初期至抽穗初期的累积植被指数和孕穗-灌浆阶段的温度累积值为模型因子，建立冬小麦产量估算模型，在建模过程中，分析了模型变量与产量的关系并对变量获取方法进行了适当改进，简化了变量的获取途径，为模型的业务化应用奠定了基础。     

黄土高原作物产量及水土流失地形分异模拟

De-farming slope farmland has been an effective measure in recent years for the improvement of the eco-environment and the mitigation of soil and water loss on the Loess Plateau. This paper, taking the Yangou Basin as a case study and using day-by-day mete- orological data of Yan'an station in 2005, simulated and analyzed the quantitative relation between crop yield, soil and water loss and topographic condition with the aid of WIN-YIELD software. Results show that: 1) topographic gradient has important influence on crop yield. The bigger gradient is, the lower the crop yield. Yields of sorghum and corn decrease by 15.44% and 14.32% respectively at 25° in comparison to the case of 0°. In addition, yields of soya, bean and potato decrease slightly by 5.26%, 4.67% and 3.84%, respectively. The in- fluences of topographic height and slope aspect on crop yield are slight. 2) Under the same topographic condition, different crops' runoff and soil loss show obvious disparity. Topographic gradient has important influence on soil and water loss. In general, the changing trend is that the soil and water loss aggregates with the increase of gradient, and the maximal amount occurs around 20°. The influence of topographic height is slight. Topographic aspect has a certain effect, and the fundamental characteristic is that values are higher at the aspect of south than north. 3) Topographic gradients of 5° and 15° are two important thresholds. The characteristic about soil and water loss with the variation of topographic gradients show that: the slope farmland with gradient less than 5° could remain unchanged, and the slope farm- land more than 15° should be de-farmed as early as possible.     

干旱强度及发生时间对华北平原五省冬小麦产量影响

本文利用2001-2016年时间分辨率为8 d的MOD09A1和MOD16A2的数据集,构建了基于NDVI和ET/PET的干旱指数(DSI),分析华北平原五省不同程度的干旱在时间和空间上的分布情况,探究不同程度的干旱作用于冬小麦不同生长阶段对农作物产量产生的影响。研究表明:①年际分布上,2001-2002年干旱最为严重,其余年份干旱显著减缓,年内分布上,干旱主要集中发生在春季和秋季,夏季次之,冬季最少;②空间分布上,河北北部、河南南部、安徽及江苏的中部和北部、山东东部是干旱多发区;③干旱对冬小麦产量的影响研究表明,越冬期发生初旱对产量起促进作用,而在乳熟成熟阶段发生初旱则会导致农作物减产;轻旱发生在乳熟期会对冬小麦产量产生显著影响,而中旱发生在开花、乳熟成熟期都会对产量产生显著影响,随干旱程度加重,干旱对作物产量产生显著负作用的生长期越长;此外,在播种时若出现水分短缺也会对冬小麦的产量产生影响,尤其是发生重旱和特旱。研究不同强度干旱发生在不同生长阶段对冬小麦产量的影响,对研究区的灌溉时间规划以及保墒增产具有重要理论与现实意义。     

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。     

灌溉管理方式的转变及其对作物用水影响的实证

采用三年的面板数据实证研究了我国黄河流域灌区灌溉管理方式的转变及其对作物用水的影响。结果表明：2001年以后,黄河流域灌区灌溉管理改革的推进速度进一步加快,而且用水协会转变的速度超过承包管理,成为改革的主导方式。在一些村中,用水协会或承包管理也可能又返回到原来的集体管理。最后,定量分析结果显示,在用水协会转变初期,作物...     

荒漠绿洲区间作和密植对作物产量和水分利用效率的影响

针对间作种植模式下密植潜力薄弱、水资源不足、生产实践中难以同步提高产量和水分利用效率(WUE)的问题,在河西荒漠绿洲区通过大田试验研究了4个(5.25、6.00、6.75、7.50万株·hm^-2)玉米密度水平下玉米间作豌豆群体的产量和水分利用效率,以期为构建禾豆间作在密植条件下的高效节水技术提供理论依据。结果表明:玉米间作豌豆的土地当量比(LER)平均达到1.16,且LER随玉米密度的增大而增大。单位面积间作玉米的产量平均达到了相应单作的74.87%;随玉米密度的增大,作物产量的最大值均出现在高密度(6.75、7.50万株·hm^-2)处理中。间作0~120 cm土层平均土壤含水量平均低于单作玉米1.60%,但平均高于单作豌豆6.70%;两年内单作玉米和间作0~120 cm土层平均土壤含水量均在高密度(7.50万株·hm^-2)处理时最大。由于土壤贮水量、降雨量、灌水等诸多因素的影响,间作较单作增加了耗水量(ET),上述间作的ET比单作高19.23%~23.66%。与单作WUE加权平均相比较,间作的WUE分别高于单作11.08%、13.32%、18.86%和28.06%;不同玉米密度处理中,密度3(6.75万株·hm^-2)的WUE表现出了优势。因此,在河西荒漠绿洲区,同步提高作物产量和水分利用效率的有效措施之一是间作和密植条件。     

干旱对2010年夏收作物的影响探讨

根据2009年6月到2010年3月黔南州各站降水资料,黔南州农业委员会秋、春农业生产进程调查资料、农业灾情调查资料,以及贵州省山地所的土壤墒情监测资料、作物长势遥感监测资料等,分析黔南夏秋冬春严重连续干旱的发生、发展情况,分析在同期气候条件下,以夏收为主的作物生长受到的影响,结合干旱调查及历年降水情况,对夏收粮油产量评估分析。这次连旱是黔南有记录以来(自1961年以来)最严重的一次,自2009年8月到2010年3月全州平均降水量偏少54.1%,由于干旱的影响,夏收粮油作物产量将较大幅度减产。     

黑龙江省冷害与全球变暖对水稻产量的影响(英文)

This study is focused on indexes for the rice chilling injury in Heilongjiang Province during 1960-2009. Firstly, we compared a new derived climate data weighted by rice planting density with the traditional method, and found that the new one is more reasonable to assess the impact of climate change on crop yields. Considering the frequency and intensity of rice chilling in the province, secondly, chilling indexes defined by meteorological, national and international levels were assessed. The result showed that the meteorological standards were suitable for the delayed-type injury, while the international one, so-called sum of Grow-ing Degree Day below threshold (GDDn-), characterized best the sterile-type chilling injury for rice. The explanation ability of the rice yield time series model including both injury types as two independent variables reached approximately 92% (p < 0.05). Finally, we concluded that the contribution rates of human and weather factors to rice yields are about 87.2% and 12.8% respectively, and as light increasing trend for sterile-type chilling injury was found during heading to flowing period in recent years, indicating a high chilling risk for rice planting in Heilongjiang Province in the future global warming.     

微地貌对川中丘陵区紫色土和作物的影响

由紫色砂泥岩组成的川中丘陵区,微地貌是影响紫色土的光热水肥及其动态的重要因素,对土壤性质和作物产量的影响明显.     

钾肥对小麦产量和品质的影响

以黄淮海平原砂质潮土为试验基地，研究了钾肥对该区小麦产量和品质的影响。认为本试验在每公顷施Ｎ１５０ｋｇ，施Ｐ２Ｏ５１００ｋｇ基础上，钾肥ｋ２Ｏ的施用量３３．７５ｋｇ左右时，无论产量还是蛋白质及淀粉含量皆处最佳水平。     

中国南方作物秸秆资源及其开发利用

我国南方作物秸秆资源丰富，具有种类多，数量大，质量高，分布广的特点，目前，南方作物秸资源主要作燃料，饲料，肥料和工业原料等多种用途，但其利用上明显存在“三低一重”的特点。     

根系水分胁迫响应函数对土壤水及作物生长动态和产量模拟影响的研究

为探究根系水分胁迫响应函数对农田水分动态及产量模拟的影响,基于Richards方程和PS123作物生长模型分别进行了土壤水分动态和小麦产量的模拟,对比分析了VG(S型曲线)、MP(凹凸型曲线)及LS(S型曲线)3种水分胁迫响应函数.采用山西省霍泉站(3 a)及潇河站(2 a)的试验资料对模型中的土壤水力特征参数、水分胁...     

江淮地区气温变化对一季中稻产量和产量构成的影响

在气候变暖背景下,最高和最低气温不同的变化特征会对水稻产量和产量构成产生明显影响。根据江淮地区代表性站点近50年来一季中稻产量形成阶段最高和最低气温的统计分析表明,1991年以来,最低气温升温速率大于最高气温,日较差减小,极端高温事件强度、频率有所增强。利用安徽省农科院2000~2004年中稻分期播种试验水稻产量和产量构成数据与产量形成阶段的最高与最低气温不同步长滑动平均值进行动态相关统计分析。结果表明,气温对水稻产量构成和产量在始穗前和始穗后各有一个负影响时段,其影响程度始穗前大于始穗后;对结实率影响最大,其次是千粒重,再次是产量;最低气温的影响大于最高气温。随着滑动步长的增加,最高气温负影响程度的增大主要体现在抽穗前,最低气温则贯穿于整个产量形成过程中。