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。     

2003~2014年中国种植业产值增长及贡献因素分析

基于统计数据,采用对数平均迪氏分解模型,从全国和省域2个尺度研究农作物播种面积、单位面积产值、增加值率、价格变化等因素对2003~2014年中国种植业增加值的影响方向与程度,以期为农业政策调整和差别化的种植业生产策略制定提供依据。结果表明：① 12 a间种植业增加值增加了25 608.4亿元;农产品生产价格指数的提升、单位面积产值的快速增加叠加上农作物播种面积的稳定增长,导致研究期间种植业增加值的明显上升;种植业增加值呈现“北进中移”的发展趋势,长江中下游区、黄淮海区、西南区等省域的种植业增加值明显增加。② 各因素对各省域种植业增加值的作用方向和作用强度呈现出一定的差异性,农产品价格指数的明显提升和单位面积产值的快速增加是大部分省域种植业增加值快速增长的主要推动力,而农作物播种面积的稳定增加也起到比较明显的正向促进作用;新疆和内蒙古农作物播种面积的正向效应明显,北京、上海和浙江农作物播种面积的负向效应明显;东部沿海省域和直辖市增加值率的负向效应比较明显。     

大豆残茬光谱响应特征研究

利用HR-768型便携式光谱仪,测定了不同大豆残茬覆盖度下的地面光谱,利用照相法获取对应的大豆残茬覆盖度。采用线性回归方法分析了单波段反射率、反射率一阶导数、归一化指数、比值指数与大豆残茬覆盖度的相关性,获取了不同覆盖度水平下大豆残茬的光谱响应特征,并结合MODIS、TM、HJ-1B星的波段响应函数建立了大豆残茬覆盖度最优估算模型。结果表明,在2050—2150nm和2250—2350nm两个波段范围内,大豆残茬与裸土的光谱差异最显著,可用于二者的区分;大豆残茬的光谱特征与玉米、小麦残茬的光谱特征相似,仅在920—967nm范围内存在特殊的吸收峰;以高光谱数据为数据源,941.6nm处的反射率、2151.8nm处反射率一阶导数、1461.3nm和2404.4nm反射率构建的归一化指数以及2247nm和608.6nm反射率构建的比值指数适宜用于作物残茬覆盖度估算,以宽波段数据为数据源,短波红外与红波段反射率构建的比值指数适宜用于大豆残茬覆盖度估算。     

气候变暖有益于中国的社会和谐

中国传统农业的产量受气候控制,气候表现为冷暖和干湿交替的循环,因此农业产量也出现循环演变的规律,在冷期中生活资源的短缺所造成的生存压力,加剧了矛盾,促进了战争。而气候变暖可以缓解这些矛盾,因此,气候变暖有益于中国的社会和谐。     

松嫩平原西部参考作物蒸散量变化过程

采用松嫩平原西部34 个气象站1951~2000 年5 个气象要素资料, 运用FAO Penman- Monteith 方程计算参考作物蒸散量, 建立了各站与区域蒸散量序列。运用气候数理统计方法对蒸 散量序列时空变化特征进行诊断分析, 并以点、面相结合的方式揭示气候突变规律。结果表明, 蒸 散量基本上以西南部沙地为高值中心向东北呈带状递减; 近50 年区域蒸散量略呈增加趋势, 研 究区北部的蒸散量增加贡献最大; 区域蒸散量以1962 和1982 年为转折点, 呈明显的阶段性变 化; 在50 年的演变过程中, 区域蒸散量被检测到2 次增加突变和1 次减少突变, 典型站突变发生 时间与区域突变基本相符, 但突变性质存在明显的地域差异。     

A simple assessment approach for winter wheat loss risk impacted by water stress

In this study, an empirical assessment approach for the risk of crop loss due to water stress was developed and used to evaluate the risk of winter wheat loss in China, the United States, Germany, France and the United Kingdom. We combined statistical and remote sensing data on crop yields with climate data and cropland distribution to model the effect of water stress from 1982 to 2011. The average value of winter wheat loss due to water stress for the three European countries was about ?931 kg/ha, which was higher than that in China (?570 kg/ha) and the United States (?367 kg/ha). Our study has important implications for the operational assessment of crop loss risk at a country or regional scale. Future studies should focus on using higher spatial resolution remote sensing data, combining actual evapotranspiration to estimate water stress, improving the method for downscaling of statistical crop yield data and establishing more sophisticated zoning methods.     

近25a来新疆农作物水足迹与经济增长的空间关系分析

水—经济空间关系是干旱区与半干旱区水资源研究的热点,揭示水—经济空间分布演变规律和因果关系,可为优化水资源合理配置、合理部署产业结构调整政策提供理论和决策参考。研究应用水足迹理论,核算新疆各地州1991—2015年农作物水足迹,结合信息熵值理论分析新疆各地州农作物水足迹、国内生产总值、第一产业增加值其熵值的空间演变规律及因果关系。结果表明：新疆农作物水足迹与第一产业增加值、国内生产总值空间演变整体向着均衡有序的方向发展,水—经济的空间不均衡性逐步缩小;新疆农作物水足迹显著影响其第一产业增加值空间演变,影响期1～5 a,农业经济空间分布受农业用水空间分布的长期制约;农作物水足迹和国内生产总值没有空间演变因果关系,全疆经济发展向着第二产业、第三产发展转型,农业经济不再显著影响全疆经济发展。     

基于Landsat8影像时间序列NDVI的作物种植结构提取

为提高内蒙古平原灌区作物种植结构遥感监测精度和效率,提出一种基于时序NDVI曲线的作物种植结构提取方法。以内蒙古土默特右旗平原区为研究区域,以2015年覆盖作物生育期的多时相Landsat影像为数据源,根据不同地物其NDVI值范围不同,将研究区地表分为植被覆盖地表,无植被覆盖地表和水体3类。在植被覆盖区域内,根据林地和荒草地时序NDVI曲线特征,提取林地和荒草地,其余区域即为农田。根据小麦、玉米、葵花和西葫芦的时间序列NDVI曲线特征差异构建分类决策树模型,在农田区域内提取上述作物的空间种植分布信息。研究区各类地物及作物遥感提取面积与实际统计面积接近,土地利用分类总体精度达到85.71%,作物分类总体精度达到82.69%。研究结果表明该方法提取作物种植信息的精度较高,能够实现区域作物种植信息的高效准确监测。     

小麦玉米田耕作模式的防风蚀效果

通过风洞实验,在5个风速下对6种耕作方式下农田土壤风蚀速率、0~20 cm风沙流结构进行了模拟研究。结果表明:保护性耕作土壤风蚀速率较传统耕作平均降低20%~40%;保护性耕作和传统耕作条件下土壤风蚀速率均随风速的增大呈幂函数递增,但在传统耕作条件下递增较快;风速14 m·s^-1是荒漠绿洲农田土壤风蚀加剧转折点,当风速>14m·s^-1时保护性耕作下风蚀速率较传统耕作明显降低;0~20 cm内,传统耕作和保护性耕作下输沙率与高度分别呈线性和指数关系,保护性耕作下0~4 cm输沙量和输沙量百分比(Q0~4/Q0~20)均低于传统耕作。     

基于无人机遥感的喀斯特高原峡谷区火龙果单株识别提取方法

基于小型无人机搭载可见光镜头作为数据获取手段,通过对比可见光波段差异植被指数（VDVI）、过绿指数（ExG）、过绿减过红指数（ExG-ExR）、归一化绿红差异指数NGRDI和绿叶指数（GLI）5种可见光波段颜色指数方法应用于喀斯特高原峡谷区典型经济作物火龙果植株识别的适宜性,结合可视化空间建模工具模型构建器,提出一种以单植株平均面积分割株丛的思想,对火龙果进行植株识别分割和单株提取方法研究,结果表明：1）VDVI相比EXG、NGRDI、ExG-ExR、GLI等植被指数更适宜作为火龙果的识别分割方法;2）当VDVI的OTSU阈值取0.037时,能最大程度地分割目标地物与背景地物;3）通过人机交互基地实测获取的实际株数与提取株数验证,获得火龙果植株单株提取精度为91.7%。结果证实：以低空无人机可见光波段影像为数据源,VDVI指数作为识别方法,株丛分割应用于喀斯特高原峡谷区火龙果的单株识别提取具有可行性。