春小麦生理指标对土壤水分持续减少的响应特征分析

为研究春小麦生理指标对土壤水分变化的响应特征,以春小麦品种定西40为试材,于2019年进行春小麦盆栽试验,在拔节初期设置对照(CK)和干旱(DR)两个水分处理,分析春小麦旗叶水势(LWP)及光合生理参数等对土壤水分变化的响应特征。结果表明:随着土壤水分的减少,LWP显著下降,07时LWP较11时LWP对土壤水分变化更敏感;随着土壤水分的减少,春小麦叶片净光合速率(P_(n))、蒸腾速率(T_(r))、胞间CO_(2)浓度(C_(i))快速下降,平均降幅分别为64%、76%和70%。LWP、P_(n)、T_(r)、R_(s)(气孔阻力)、C_(i)与土壤相对湿度(RSM)呈指数函数关系,决定系数为0.310~0.874,水分利用效率(WUE)与RSM呈幂函数关系(R^(2)=0.212)。该研究可为黄土高原半干旱区春小麦水分的高效利用提供理论依据。

基于闪烁通量和土壤水分的春玉米干旱研究

为了识别河北省怀来县春玉米生长季内不同生育期的干旱情况。基于大孔径闪烁仪观测系统的数据,本研究用河北省怀来县2021年春玉米的实际蒸散量代替潜在蒸散量,计算了修订的水分亏缺指数(RCWDI)。根据土壤相对湿度得到的春玉米实际干旱等级,重新构建了RCWDI的干旱等级,并利用2019年的数据进行了验证。结果表明:2021年怀来县春玉米生育期内降水量和实际蒸散量之间有显著的相关关系,降水量与蒸散量差值的累积值可以反映春玉米的干旱状况。2021年怀来县春玉米干旱主要发生在播种到拔节期。2019年利用RCWDI获得的干旱等级与基于土壤水分得到的干旱等级相似度高达80%。研究表明基于闪烁通量修订的水分亏缺指数及其干旱等级具有一定的适用性。

基于SIF的东北春玉米干旱动态阈值构建

为实现对春玉米全生育期干旱的动态监测,消除分段式干旱灾害阈值在跨越发育期的灾情监测中的跳跃性,该研究构建了东北春玉米全生育期干旱动态阈值,实现了对玉米全生育期灾情的连续性监测。该研究以东北地区春玉米为研究对象,基于时间序列日光诱导叶绿素荧光(solar-induced chlorophyll fluorescence,SIF)数据,结合2000—2020年东北地区春玉米实际干旱灾情资料,采用多项式、高斯拟合法构建东北春玉米不同干旱等级曲线,得到最优拟合模型,以相邻干旱等级拟合曲线的平均值作为玉米全生育期各干旱等级动态临界阈值,并用独立样本和典型干旱事件验证动态临界阈值。结果表明,高斯拟合模型在描述东北春玉米不同干旱等级时间序列叶绿素荧光指数值时较多项式拟合效果更佳;该研究构建的东北春玉米不同干旱等级动态阈值能较好地反映东北地区春玉米干旱情况,干旱等级识别结果与实际灾情等级基本符合的占91.03%,其中完全符合的占82.76%,验证精度较高;基于典型干旱事件的时空验证结果也表明该干旱等级动态阈值能较好地反映东北地区春玉米干旱时空演变特征和干旱灾情的发生发展动态。

干旱胁迫对2个春小麦品种苗期生理指标的影响

小麦品种以高原166和高原398为材料,使用不同浓度的PEG-6000模拟干旱,探究干旱胁迫下对小麦苗期生理指标的影响,为小麦抗旱育种提供理论依据。结果表明,随着干旱胁迫程度加剧,小麦2个品种的超氧化物歧化酶(SOD)活性、可溶性糖(SS)和脯氨酸(Pro)含量均呈上升趋势,丙二醛(MAD)含量是先升后降;轻度胁迫下,高原398的丙二醛含量相比对照上升幅度低于高原166;重度胁迫下,高原398的SOD活性、可溶性糖和脯氨酸含量相比对照增幅高于高原166。结果表明高原398的耐旱性好于高原166。

一种K干旱指数在西北地区春旱分析中的应用

用西北地区140个气象站1971～2000年的春季降水、蒸发资料,计算了一种K干旱指数,并制定了干旱标准,分析了西北春季干旱的气候特征。对K干旱指数与改进的Palmer干旱指数、降水距平百分率干旱指数作了比较分析;同时利用没有参加干旱指标划分的2001～2005年乌鲁木齐、玉树、兰州和西峰4个代表站(分别代表干旱、高原、半干旱和半湿润地区)的降水、蒸发独立样本资料对制定的干旱指标进行了检验。结果表明,新疆南部、甘肃西部、青海西部是重旱的高发区;新疆北部偏南地区、甘肃北部、南部和东部、宁夏北部、青海东南部、陕西北部是中旱的高发区;新疆西部、甘肃南部、青海西部、陕西东部是轻旱的高发区。K干旱指数对西北春季干旱有较好的监测能力;改进的Palmer干旱指数对干旱区的干旱监测效果好,但对高原、半干旱、半湿润地区的干旱监测有一定的局限;降水距平百分率干旱指数对轻旱和重旱监测效果好,对中旱监测能力差。在2001～2005年的检验中,再次证明改进的Palmer干旱指数对西北地区干旱监测有一定的局限,K干旱指数对西北地区的干旱监测有较好的效果。

甘肃河东早春旱和春旱的监测与预测

利用1958年以来甘肃河东地区具有代表性的12个站点的降水和蒸发资料,给出了甘肃省早春旱和春旱指数计算公式和判别标准。结果表明:此法能够较准确地提炼出早春旱和春旱与多雨的年份,而且资料获取相对容易,在实时业务的干旱监测中有一定的应用价值。对46a来干旱的时空分布特征进行了初步分析,给出典型年份前期和当时场的风场和高度场的环流特征,指出从隆冬开始,北风异常就贯穿我国中西部上空的整个对流层;随着高度的升高,东亚高度场减弱并向西倾斜,东亚槽偏强,欧洲脊偏强,高低空环流的这种配制以及东西方向的波列分布状况不利于河东地区的降水,易造成干旱,并就此给出一个预测模型。

北京地区春旱和春季第一场透雨指标的确定

利用北京地区１９５１～１９９５年降水和气温资料，探讨适用于对春旱进行实时业务监测的春旱指标和春季第一场透雨的指标。

中国北方地区春玉米干旱的时间演变特征和空间分布规律

【目的】研究北方地区春玉米各生育阶段干旱年代际演变特征及空间分布规律。【方法】基于研究区域1961—2010年291个气象站点的逐日气象资料以及春玉米生育期资料,利用农业干旱指标作物水分亏缺指数(CWDI),明确了研究区域春玉米干旱的年代际演变特征及空间分布规律。【结果】西北地区春玉米水分亏缺指数年际间波动平稳,华北和东北地区在20世纪80和90年代波动较为剧烈;华北地区春玉米水分亏缺指数在抽雄—成熟阶段明显低于其余两个阶段,东北、西北地区各生育阶段变化不明显;华北中部地区干旱等级的年代间波动明显。北方地区春玉米干旱等级和干旱发生频率的空间分布均呈现西高东低、北高南低的形势,西北地区最高、华北地区次之,东北地区最低;各旱级干旱频率的空间分布以特旱和轻旱最为明显,其中特旱主要集中发生在新疆大部、甘肃北部、内蒙古西北部等地区,发生频率在3年2遇以上,而轻旱主要集中在东北大部、华北大部以及西北东南部地区,发生频率在5年1遇以上。中旱和特旱主要集中发生在华北地区以及西北东部地区,频率均在5年1遇以上,并且随生育阶段更替有减轻的趋势。【结论】北方地区春玉米农业干旱指标CWDI年代间波动以华北、东北地区较为剧烈,且从20世纪80年代以来波动有上升的趋势。干旱的等级和频率空间分布均呈现明显的东西向分布。各旱级中特旱频率呈西高东低分布,生育后期在区域上呈扩大趋势,轻旱频率呈东高西低分布,生育后期有加重趋势,中旱和重旱频率呈中高东西低分布,生育后期在区域和程度上均呈下降趋势;生育阶段间旱级变化敏感的区域主要是新疆北部和华北中部地区。

基于DSSAT-CERES-Wheat的黄土高原西部春小麦干旱影响研究

为提出有效措施预防黄土高原西部地区春小麦生产受到气象和农业干旱的影响,估算了1961—2018年期间、时间尺度1~6个月标准化降水蒸散指数(Standardized precipitation evapotranspiration index,SPEI)以及深度0~10 cm和深度10~40 cm的土壤水分亏缺指数(Soil moisture deficit index,SMDI),探究了气象和农业干旱时空变化规律;利用DSSATCERESWheat模型模拟了黄土高原西部7个站点春小麦1961—2018年的生长要素和产量数据,分析了其时空变化规律;并研究了气象和农业干旱对春小麦生长过程及产量的影响。结果表明:以甘肃临夏站为例,时间尺度1~6个月SPEI和SMDI的干湿状态总体上一致,SPEI总体呈现干湿交替,深度0~10 cm的SMDI以及深度10~40 cm的SMDI的变化基本一致,均呈现变湿润的趋势。DSSATCERESWheat模型模拟黄土高原西部春小麦生长过程和产量方面的效果良好(决定系数R^(2)为0.65~0.84);1961—2018年春小麦最大叶面积指数和地上生物量无明显变化趋势,而产量在2005年之后有增加的趋势。开花期和灌浆期的干旱对春小麦生长过程以及产量的影响更大,SMDI与春小麦生长和产量要素之间的关系比SPEI更为密切,表明农业干旱对春小麦生长和产量的影响更大,其中深度0~10 cm的SMDI比深度10~40 cm的SMDI影响程度大。时间尺度2个月的深度0~10 cm的SMDI是干旱背景下影响春小麦生长和产量的关键时间尺度。本研究为黄土高原西部春小麦生产应对气象和农业干旱提供了参考。

基于修正Z指数的辽西北春旱演变分析

利用辽西北地区39个雨量站1971-2013年逐日降水资料,选取Z指数为指标,根据国家干旱等级标准和辽西北实际情况对不同等级干旱所对应的界限值进行修正,基于修正后的Z指数,采用小波分析方法和Kriging空间插值法对辽西北地区春旱时空演变规律进行分析。结果表明:在辽西北地区春旱总频次各年代际变化中,大旱、重旱上升趋势明显,从20世纪70年代以来,春旱发生频次由8.1%上升到12.5%,重旱发生频次由3.6%上升到4.8%。周期变化中,辽西北春旱存在10 a左右的主周期。空间上,辽西北地区春旱具有明显的区域性,由南向北递增,春季各等级干旱高发区主要集中于朝阳市各县。

甘肃省春玉米干旱灾损评估指标研究

利用甘肃省春玉米主要种植区5个典型代表站,1985-2007年4-9月逐日降水量、CI指数、玉米单产和发育阶段的需水量等资料,尝试构建以CI和水分适宜度(降水量/需水量比值)为参数的定量评估指标即DI指数,利用其与相对气象产量的关系划分干旱指标等级,得到甘肃省春玉米干旱灾损评估的新方法。实证分析结果表明,从代表站的春玉米生长季(4月11日-9月30日)DI指数的逐年变化看,靖远、永昌变化最小且数值最低,榆中次之,西峰和武都变化最大且数值最高;从拔节-吐丝期DI指数的逐年变化看,西峰和武都波动最明显且数值最大,靖远和榆中波动最小且数值最低,所得评估结果与研究区实况较一致。而且DI指数与以往笼统的干旱指标相比,数据资料相对易获取,计算简单,既具有气象学意义,又具有生物学意义,可用于研究不同地区具体作物的干旱灾损评估。

中国东北春玉米区干旱时空分布特征及其对产量的影响

为了研究东北地区春玉米不同生育阶段干旱时空分布规律及其对产量的影响,基于研究区域1961—2012年69个气象站点逐日气象资料和春玉米生育时期及产量资料,采用Penman-Monteit法计算潜在蒸散量,在此基础上利用农业干旱指标标准化降水蒸散指数(SPEIPM)划分干旱等级-最后利用干旱等级权重及发生概率评分等级计算每个站点的干旱危险指数(DHI);利用Mann-Kendall检验法计算5个生育阶段的SPEI变化趋势,利用回归分析进行SPEI与玉米气候产量的关系分析。结果表明,吉林省西部和辽宁省西部在玉米生长季内始终为干旱高风险区,吉林省东部和辽宁省东部则为干旱低风险区,黑龙江省东部干旱风险随生育进程增大;近52 a玉米苗期干旱强度和范围有减小趋势,而生育后期在增加;1991—2012年辽宁省西部玉米气候产量与SPEIPM3-7(5—7月份的SPEIPM)以及吉林省西部、吉林省东部和松嫩平原气候产量与SPEIPM3-8(6—8月份的SPEIPM)的关系达极显著(P<0.01),吉林省中部气候产量与SPEIPM3-8(6—8月份的SPEIPM)关系达显著水平(P<0.05)。春旱严重地区如松嫩平原、吉林省西部、辽宁省西部和南部的干旱强度和范围正在减小,而东北干旱程度在玉米生育后期整体呈增强趋势,其中东部最明显。在降水充沛的吉林省东部,气候产量与干旱指数的回归方程对称轴在0附近,表明正常降水情况下即能保证高产和稳产。降水较少的地区如辽宁省西部和吉林省西部等地,回归方程对称轴在1附近,提高玉米产量需增加灌溉和提高水分利用效率。

用天气资料实时监测和评估北方的旱情变化

从天气情报服务的实际需要出发，研究并提出了考虑近期降水、土壤底墒（前期降水）和气温三种因素，利用实时天气资料来计算干旱指数的方案，５年历史资料和１９９７年北方春旱的检验表明，这对于实时监测和评估大范围旱情的变化和提供天气情报服务是有用的。

基于帕默尔干旱指数的中国春季区域干旱特征比较研究

利用全国515个站(1957-2000年)气象资料,修正计算帕默尔干旱指数(Palmer drought severity index),进行干旱区划和研究春季区域演变特征。结果表明:中国干旱变化全区一致性程度低,干旱演变的区域差别大,存在着以内蒙古高原、南岭、华北北部及长白山脉、长江中下游、黄土高原、黄淮地区、天山北部、东北平原、河西走廊、云贵高原、塔里木盆地、青藏高原等为代表的12个干旱特征区。内蒙古高原区、华北北部及长白山脉区、黄土高原区、天山北部区域、东北平原区、河西走廊及其沙漠戈壁区春季干旱指数趋势变化呈下降趋势。南岭区、长江中下游区、黄淮区域、云贵高原区、塔里木盆地区、青藏高原区春季干旱指数趋势变化呈上升趋势。中国春季干旱指数大多存在5～8年的短周期年际周期变化,12～13年、15～16年的长周年际周期变化存在于部分区域,个别区域还存在20年长周期年际周期变化。中国干旱的区域特征差别显著。

径流量干旱指数在河西走廊灌区的应用

利用径流量干旱指数以及河西地区的酒泉、张掖和武威的春小麦单产资料,探讨干旱指数的等级与去趋势春小麦产量之间的关系。研究结果表明,径流量干旱指数与河西灌溉区春小麦气候产量呈反位相的变化趋势。因此,可利用径流量干旱指数的变化来预测该地区未来春小麦产量变化趋势。

抗旱节水春小麦品种鉴选指标比较研究

为给抗旱节水春小麦新品种的选育提供参考依据,在节水灌溉和常规充分灌溉条件下,对20个北方春麦区主栽品种的形态及生理指标、产量形成、水分利用效率(WUE)进行了系统测定和分析,并比较了相关抗旱节水性能评价指标。结果表明,节水灌溉条件下,多数品种的产量和WUE都表现一般,通过系统聚类筛选出5个经济产量和WUE都表现较好的小麦品种。以抗旱指数评价,宁春41号、龙麦32号和农鉴7号抗旱性优于对照永良4号,而巴优2号和农鉴1号表现不及永良4号;以产量-水分高效利用指数评价,5个品种的节水性能均优于永良4号。产量-水分高效利用指数与经济产量、WUE均呈显著正相关,而抗旱指数及其修订式与产量、WUE的相关不显著,产量-水分高效利用指数结合抗旱指数是筛选抗旱节水春小麦品种的有效方法。抗旱、节水、高产春小麦品种的共同特征是株高较高、上部节间长且株高构成指数较大;叶型中等,叶片高光效;根系发达,分布合理;贮藏物质高转运等。宁春41号是兼具抗旱、节水、高产潜力的春小麦品种,适宜在内蒙古河套灌区引进推广。

四川春玉米气象干旱致灾因子危险性

利用四川省1961-2014年147个地面气象站逐日观测资料与四川省春玉米观测资料,运用气象干旱对农业影响评估综合指数,建立四川省春玉米生育期气象干旱致灾因子危险性模型,研究了四川省春玉米播种-出苗期、拔节-孕穗期、抽雄开花-吐丝期、乳熟-完熟期及全生育期气象干旱致灾因子危险性空间分布特征.结果表明:春玉米需水关键期发生特、重、中、轻概率的空间分布不同;春玉米抽雄开花-吐丝期气象干旱致灾因子危险性较大,拔节-孕穗期次之,播种-出苗期较小;春玉米全生育期气象干旱致灾因子危险性盆西北至资阳北部较高,高原西南部河谷地带次之,盆地西南部、凉山州东北部较低.

甘肃黄土高原地区春旱指标研究

利用甘肃省甘肃黄土高原地区12个代表站1958—2003年春季3～5月逐候降水、蒸发资料，建立了该地区早春旱和晚春旱指数序列，确定了春旱等级标准，进一步分析了春旱的时空分布特征及其年际（年代际）变化规律。结果表明：（1）干旱指数能够连续动态地监测干旱过程，因而具有较好的代表性；（2）甘肃黄土高原地区早春旱和晚春旱北部高于南部，干旱中心在陇中；（3）重晚（早）春旱的发生频率增加（减少），站数增多（减少）；（4）区域性早春旱随年代呈下降趋势，区域性晚春早略有上升的趋势，但不明显。

安徽省冬小麦种植保险天气指数设计与应用

利用安徽省宿州市1993-2009年的逐日气象数据并结合区域冬小麦生育期的主要农业气象灾害,通过对历史产量损失与主要灾害的气象指标进行对比分析,为设计小麦种植天气指数保险产品,确定了干旱指数、倒春寒指数、干热风指数、阴雨日数指数Ⅰ、阴雨日数指数Ⅱ共5个小麦关键生育期天气指数。通过历史天气指数赔付率与历史产量损失率的对比,定义基差风险函数和最小化基差风险,确定指数保险赔付的触发值及赔付标准。将设计的保险产品在安徽省宿州市试验应用,2010-2012年成功销售推广1300hm2,总保费约11万元,因触发干旱指数,实际赔付额超过22万元。表明天气指数保险产品的应用,能客观、快捷地提供灾害的经济补偿。

不同品种春小麦抗旱性研究

以28份春小麦品系为试材,以晋麦33号为对照,设置水、旱2种处理,研究春小麦品种抗旱性的基因型间差异,并对抗旱系数、抗旱指数等抗旱指标进行了比较分析。结果表明,春小麦品种间抗旱性存在较大遗传差异;抗旱指数与旱地产量和抗旱系数均呈极显著正相关(相关系数分别为0.93,0.85);筛选出抗旱性极强的春小麦品种2个(9693和9738)和抗旱性强品种1个(9681),占供试鉴定品种的10.7%;抗旱性中等品种4个(9643,9658,9725,9742),占供试鉴定品种的14.3%。研究结果可为春小麦的抗旱育种提供参考。