1958—2017年江西省水稻需水量与有效降雨量耦合关系分析

基于江西省15个气象站点1958—2017年逐日气象数据,利用Penman-Monteith方法、Mann-Kendall趋势检验、气候倾向率和ArGIS空间插值分析等方法,分析了早稻和晚稻生育期内有效降雨量(P_(e))、需水量(ET_(c))及需水量与有效降雨量耦合度(λ)时空分布特征。结果表明:江西省早稻和晚稻生育期内平均有效降雨量分别为186.69和119.26 mm,早稻和晚稻有效降雨量分别以1.00和1.31 mm/10a的平均速度增加,赣北有效降雨量及其上升趋势均大于赣南;早稻和晚稻生育期多年平均需水量分别为335.77和381.20 mm,早稻和晚稻需水量最大值均出现在赣州、吉安站附近区域,最小值均出现在庐山、修水站附近区域,早稻需水量和晚稻需水量变化趋势分别为-3.09和-7.95 mm/10a;早稻和晚稻需水量与有效降雨量耦合度多年平均值分别为0.57和0.33,早稻和晚稻耦合度均以0.01/10a呈不显著增加趋势。早稻和晚稻耦合度最大值均出现在庐山站,早稻和晚稻耦合度较小值均在赣州、吉安、南昌和波阳站,总体上,早、晚稻耦合度及耦合度倾向率均为赣北大于赣南,赣南地区水稻缺水情况比赣北更严重,尤其要关注赣南地区晚稻缺水情况,并做好水资源规划及制定灌溉措施。

基于AquaCrop模型的玉米需水和降水匹配度变化特征研究

雨热同期为我国大部分地区农业生产提供了充足的水热资源,但从需水机理的角度评估作物生长和降水过程匹配度的变化特征还有待深入。基于AquaCrop模型模拟了关中地区1978-2017年夏玉米生育期内需水量、灌溉需水量、有效降水量和产量的变化特征,并在充分考虑玉米不同生育阶段对水分需求程度差异的基础上,分析了作物需水与降水匹配度的变化特征。结果表明:关中地区玉米生育期内累积降雨量变化幅度相对较小,但降水过程明显后移,且更多的以暴雨的形式发生;玉米生育期内需水量和灌溉需水量均呈现明显的增加趋势,增加幅度分别为4.10 mm/10a和13.38 mm/10a,而有效降水量则以-10.28 mm/10a的速率减小;玉米生育期内需水与降水的平均匹配度为58%,且整体以-2.7%/10a的速率下降。上述结果表明关中地区降水模式越来越难以满足夏玉米的水分需求,延迟播种可作为提高作物需水与降水匹配度的应对措施之一。

北京地区旱稻作物需水与降水的耦合分析

基于4a的田间试验资料,采用农田水分平衡法确定了旱稻出苗后各生育阶段的需水量;利用1971年-2000年北京地区逐日降水资料,计算了旱稻各生育阶段在不同降水保证率下的降水量,并选取25%、50%、75%和95%保证率作为典型的湿润年、平水年、干旱年和极枯水年,进行旱稻各生育阶段降水与作物需水的耦合度分析和补灌量估算。结果表明:旱稻出苗后总需水量平均为596.1mm,需水强度平均为4.3mm/d,需水强度峰值出现在孕穗-抽穗阶段。4种降水年型下旱稻出苗后降水和旱稻需水的耦合度分别为0.82、0.71、0.50和0.39,所需的补灌量分别为106.6、171.1、296.0和363.9mm。

黄淮海农作区冬小麦需水量时空变化特征及气候影响因素分析

鉴于作物需水量变化趋势对制定灌溉策略与区域水资源配置的重要作用,本文依据黄淮海农作区50个气象台站近50年（1960—2009年）的逐日气象数据,利用SIMETAW模型计算了研究区域7个亚区冬小麦生育期需水量、适宜灌溉量的时空变化趋势,各主要气象因子时空变化趋势以及需水量与气象因子的相关性。结果表明：近50年来,冬小麦生育期需水量呈下降趋势,其中在1970—1999年间显著下降9.21-18.90mm.10a 1;冬小麦需水量多年平均值为452.4 mm;灌溉需要量在不同亚区间变化不同,其中在汾渭谷地水浇地二熟旱地一熟兼二熟区和豫西丘陵山地旱坡地一熟水浇地二熟区呈上升趋势,每10年上升10.02-13.48 mm;生育期降水耦合度仅为0.40。生育期需水量、灌溉需要量在空间上呈现两边多、中间少的分布,在豫西丘陵山地旱坡地一熟水浇地二熟区最高,分别为457.32 mm、335.33 mm;在海河低平原缺水水浇地二熟兼旱地一熟区最低,分别为363.24 mm和247.51 mm。50年来,黄淮海农作区气温显著上升,降水量不显著下降,风速、相对湿度、太阳辐射显著下降;冬小麦需水量下降主要受太阳辐射、温度、平均风速、平均相对湿度、降水的综合影响,其中最主要的气象原因为太阳辐射量下降,温度、日照时数、平均风速与冬小麦需水量呈显著正相关,相对平均湿度与其呈显著负相关。

华北地区旱稻产量适应性及耗水特征分析

本研究利用2001-2002年的试验结果,分析了北京昌平旱稻的产量及产量构成要素、水分利用效率和耗水特征。结果表明：在水分输入为300-522 mm条件下,北京地区“旱稻297”和“旱稻502”的产量水平分别为3 876-5 289 kg.hm^-2、3 977-5 664 kg.hm^-2,灌溉水的水分利用效率分别为1.01-1.29 g.kg^-1、1.03-1.33 g.kg^-1,同一品种不同水分处理之间存在差异。“旱稻502”的产量和水分利用效率均高于“旱稻297”,表明“旱稻502”更适宜在北京地区种植。对产量分析可以看出,在损失7.9%-29.8%产量前提下,水分利用效率可以提高1.9%-27.7%,其中前期限量灌溉处理的水分利用效率提高幅度最大,为3.6%-23.1%,而产量仅降低7.9%-15.5%。表明前期限量后期充分灌溉处理为北京地区气候条件下的旱稻节水灌溉模式。同时利用北京地区昌平气象站1951-2005年的气侯资料,分析了旱稻生长季内的降水特点,根据person-Ⅲ分布法确定了旱稻生长季内的3种降水年型,并分析了不同降水年型下旱稻生长季内的降水与作物需水的耦合度。结果表明：旱稻在正常年和干旱年型下生长季内各生育阶段均需灌溉水补充,而湿润年型只需在开花-成熟阶段适当补充灌溉。

1971-2018年黑龙江省玉米需水量与有效降水量耦合度演变特征

基于1971—2018年黑龙江省69个气象台站逐日气象资料,利用联合国粮农组织(FAO)推荐方法计算玉米需水量,应用美国农业部土壤保持局推荐方法计算有效降水量,采用Mann-Kendall检验、GIS反距离加权插值等方法分析黑龙江省玉米需水量与有效降水量耦合度及其演变特征。结果表明:黑龙江省玉米拔节以前生育时段大部地区有效降水增加,拔节以后各生育阶段大部地区有效降水呈减少趋势,不同区域变化趋势略有不同。受风速变小和日照时间减少等气象因子影响,黑龙江省大部地区玉米需水量减少,东部减速最快,北部最慢。黑龙江省中部和东北部玉米需水量与有效降水量耦合度较高,西部较低;拔节以前耦合度较低,拔节以后较高。各区域耦合度均呈“两落两起”变化趋势,2011—2012年为耦合度由低到高明显突变点。

陕北黄土丘陵区主要作物需水与降水耦合分析

为探讨陕北黄土丘陵区旱作玉米、谷子和马铃薯在各生育期需水与降水耦合程度,基于绥德县2000-2014年逐日气象资料,分析了3种作物在生育期(5-9月)的需水特征、气候干旱状况和作物需水与降水耦合情况。结果表明:玉米、谷子和马铃薯在全生育期需水量大于同期降水量,谷子全生育期需水量分别显著低于玉米和马铃薯168.75和142.44 mm(p<0.05),3种作物需水量在6月份最大,分别占各自全生育期需水量的30.12%、40.13%和27.46%,干旱在6月份发生频率最大,可达28.57%;3种作物需水与降水的耦合度和月份呈现良好的3次多项式关系(R^2>0.80),在6月份最小(0.14~0.16),谷子需水与降水的耦合度在7、8和9月份显著高于玉米和马铃薯(p<0.05);干旱现象在未来5和9月会持续,在6-8月会出现减弱趋势,3种作物需水与降水耦合度趋势在未来5-6月保持不变,在未来7-8月增加。建议加大高附加值的绿色有机谷子种植面积,缩减玉米和马铃薯种植面积,并在作物生育期采用集雨补灌和沟垄覆盖种植相结合的技术,以充分利用降水资源。

地下水水位对灌溉的响应——以北京南部灌区为例

北京地区的地下水为满足农业灌溉,保障粮食生产起到了至关重要的作用。但是随着开采的急剧增加,地下水位出现了连续下降的趋势。为掌握地下水水位对农业灌溉的响应,选取了主要受农业灌溉影响为主的一眼地下水监测井,通过对比地下水水位的日变化量与大气降水以及本地区冬小麦降水耦合度之间的关系,得出了地下水水位与冬小麦灌溉之间的关系。研究发现,冬小麦灌溉各个阶段,地下水水位相应下降,显示出两者之间存在密切关系。冬灌后至返青前,地下水得到了充分有效的补给,水位可以恢复到冬灌之前的水平;但是由于返青-拔节和灌浆期灌溉需水量较大而且降水量较少,地下水不能得到充分有效补给,静储量被消耗,地下水位持续下降。研究结果表明,如果在返青-拔节和灌浆期采用节水措施或者引用其他水源,减少地下水的开采量,可以达到采补平衡,实现地下水的持续利用。

辽宁主要粮食作物生长季需水与降水耦合度分析

以辽宁省1957−2017年逐日气象数据和研究区作物系数为基础,基于SIMETAW模型计算和分析辽宁主要粮食作物(春玉米、大豆和水稻)需水规律和降水对作物需水的满足程度,以揭示气候变化对该区域粮食作物需水的影响,探究自然降水对主要粮食作物需水的满足程度及其时空变化特征。结果表明:辽宁春玉米、大豆和水稻全生长季需水量多年平均值分别为511.8mm、509.4mm和605.1mm,均呈不显著下降趋势。春玉米和大豆全生长季需水与降水耦合度多年平均值分别为0.821和0.814,即降水分别满足了82.1%和81.4%的需水量,亏缺的17.9%和18.6%仍需播前灌溉或补灌,尤其在西部地区耦合度大于0.8的保证率仅为28.2%和21.1%。水稻全生长季耦合度为0.464,耦合度大于0.4的保证率全省仅为69.1%,西部地区保证率低至36.8%。辽宁4个分区中,3种作物均在东部地区耦合度最大,中部、南部和西部次之。3种作物各生长阶段耦合度呈现生长中期最高,快速生长期次之,初期和成熟期普遍最低。春玉米和大豆生长初期需水与降水耦合度近年来显著上升,3种作物成熟期耦合度则呈显著下降趋势。辽宁省主要粮食作物均需注意春旱和秋旱的发生,及时补充灌溉。在目前降水条件下,辽宁省最适宜种植春玉米,尤其水资源匮乏的西部地区,根据实际情况可适当扩大春玉米种植规模。大豆最适宜在辽宁东部和中部地区种植,水稻在东部和南部地区种植最为适宜。

1960-2018年中国玉米生育期及各生育阶段水热条件时空变化特征

水热条件是影响作物分布与农业生产的重要因素。玉米不仅是我国重要的粮食作物,同时也是重要的饲料作物和能源作物,探讨其生育期及各生育阶段水热条件的时空变化特征对农业应对气候变化带来的风险及粮食安全具有重要意义。本文选取平均温度(T_(mean))、生长度日(GDD)、高温度日(KDD)、日照时数(SD)、有效降水(P_(e))和灌溉需水量(IR)为水热条件指标,基于全国422个气象站点和292个农气站点观测数据,采用趋势和空间分析方法,揭示了1960—2018年中国九大玉米种植区玉米全生育期及各生育阶段水热条件的时空变化特征。结果表明,玉米生育期T_(mean)、GDD的增幅分别为0.18~0.36℃·(10a)^(−1)和5.73~41.23℃·(10a)^(−1),东北、甘新区、黄淮海平原和黄土高原等种植区增加最显著。生育期KDD的高值区主要集中在黄淮海平原和甘新地区;除黄淮海平原西南局部区域呈不显著下降趋势外,其他地区呈增加趋势;且KDD的增加主要集中在苗期到花粒期。玉米生育期SD整体表现为显著下降趋势,其中黄淮海平原和黄土高原地区玉米各生育阶段均存在显著下降趋势,花粒期SD下降最明显。玉米生育期P_(e)和IR变化趋势总体上不显著但空间差异明显;除甘新区和内蒙P_(e)呈现不显著增加趋势外,全国大部分玉米种植区P_(e)呈不显著减少趋势。生育期IR在南疆及黄淮海平原西南部呈不显著减少、东北东南部不显著增加趋势;从各生育阶段来看,黄淮海平原区及东北地区P_(e)在穗期和花粒期减少且IR相对增加,黄淮海平原区及黄土高原西部的IR分别在播期和苗期呈现减少趋势。总体来看,全国玉米生育期热量资源有增加趋势,光照资源减少,有效降水和灌溉需水量的变化趋势不明显,但是各生育阶段及区域间水热条件变化差异明显,如黄淮海平原和黄土高原地区苗期到花粒期KDD增加显著但SD下降,高温胁迫可能会对玉米生长产生负影响,同时影响对水分的消耗。因此,未来研究更应该关注生育阶段的水热条件变化以及极端情况对玉米生长的影响。

基于SIMETAW模型的不同地区燕麦需水量研究

为探究华北和东北地区燕麦需水特征,采用SIMETAW模型对1960—2014年早播燕麦(4—7月)和晚播燕麦(5—8月)生育期需水量、水分盈亏指数及降水耦合度进行了分析。结果表明:研究区域晚播燕麦生育期平均需水量小于早播燕麦,有效降水量大于早播燕麦,导致缺水量较小。早播和晚播燕麦生育期需水量空间分布不同,而有效降水量呈现由北向南、由东向西递减的空间特点。各站点燕麦水分盈亏指数均小于0,在没有灌溉条件的基础上,生育期降水量均不能满足燕麦的需水要求。燕麦生长阶段需水情况与降水耦合度不匹配,造成水资源浪费,其中晚播燕麦全生育期降水耦合度较高,对降水的利用程度大于早播燕麦,在土壤墒情允许的条件下,适时推迟燕麦播期可充分利用自然降水而减少灌溉用水。上述结果可为研究区域燕麦的合理用水和科学种植提供参考。

山西省小麦、玉米依靠降雨满足作物需水程度的分析

选择山西省播种面积较大、产量较高的小麦、玉米两种主要粮食作物,分析了全省及11个分区有效灌溉面积上作物全生育期降雨有效利用量,与相应作物需水量作比较,分析了全省及各分区水地作物依靠降雨满足其需水要求的程度。结果表明全省平水年有效降雨量满足作物需水要求的程度,小麦为31%、尚缺水69%,玉米为50%、缺水50%;干旱年满足程度则更低。降水总体上远不能满足作物耗水需要,且缺口很大。

阴山北麓地区降水特性和作物需水耦合关系分析——以武川县为例

【目的】为旱作农业区提高水资源利用效率及配套农艺措施提供依据。【方法】以内蒙古阴山北麓地区武川县2000—2019年逐日气象资料为基础,分析了该地区马铃薯、春小麦2种作物在各生育时期的需水特征及作物需水和降水耦合情况。【结果】马铃薯、春小麦全生育期需水量分别为337.70和315.30 mm;马铃薯在块茎膨大期需水量最大,占全生育期需水量的32.17%;春小麦在拔节期、抽穗期需水量较大,分别占全生育期需水量的25.56%和21.28%;马铃薯、春小麦在全生育期需水量大于同期有效降水量;在作物主要生育时期,马铃薯和春小麦需水和降水的耦合度λ<1,降水无法满足作物需水量;春小麦需水与降水的耦合度与月份表现出良好的3次多项式关系,拟合程度较高,决定系数(R2)为0.9343。【结论】阴山北麓地区因降水结构和降水有效性不足造成与作物主要生育时期需水量耦合度低,即无法满足作物关键生育时期对水资源的需求,并从理论和实践两方面探索解决旱作农业区作物生产需水与降水的平衡关系。

基于CROPWAT模型的阜新地区春玉米灌溉制度的确定

基于辽宁省阜新蒙古族自治县气象站近30年来的气象资料，应用CROPWAT模型对该地区不同降水年型（湿润年、平水年、枯水年和极枯水年）春玉米生长需水规律及灌溉制度进行了研究。结果表明：玉米生长季需水服从生育初期少、中期多、后期偏多的变化规律，需水量为479．5-593．7mm，阶段需水量在抽穗至灌浆期达到峰值；湿润年玉米生长需水与有效降雨的耦合度最大、平水年次之、枯水年较小和极枯水年最小，对应所需补灌量分别为127．6、175．8、296．5和411．6mm，灌溉频率依次为3、4、6和8次。研究结果为该区农业水资源的合理利用及春玉米灌溉管理提供了理论依据，可以有效地指导当地农户针对不同降水年份实施适当的灌溉。