鄱阳湖平原双季稻区稻田氮磷流失的季节分布特征及污染风险分析

为明确鄱阳湖平原双季稻区稻田氮磷流失的季节性分布及污染风险,于2015—2019年对位于江西省南昌市南昌县向塘镇国控监测点的“冬闲-双季稻”种植模式进行了原位监测。结果表明:监测期早稻季径流量占全年总量的比例最高,为39.11%~61.50%,其次是冬闲季,占23.31%~54.30%,而晚稻季的径流量最小;氮磷养分流失量与径流量的季节分配规律相似,也大体表现为早稻季>冬闲季>晚稻季。然而,监测期多数年份(除2016年外)防控关键期(施肥后10 d)的径流量及氮磷流失量占全年总量的比例均低于13%,表明双季稻田防控关键期的污染风险可能被夸大。但极端降水条件下,径流量、氮流失量和磷流失量在全年的占比分别为27.34%~52.19%、14.21%~54.06%和25.38%~45.95%,远高于防控关键期,表明极端降水可能导致较大的双季稻田面源污染风险。因此,对于鄱阳湖平原双季稻区,早稻季和冬闲季均是稻田氮磷流失防控的重要时期。由于降水事件具有偶然性,仅靠降低“防控关键期”的氮磷流失来防控面源污染具有较大风险,极端降水条件下的氮磷流失防控可能是未来消减双季稻区面源污染的重点研究方向。

中国种植业保险保障贡献评价研究——以三大主粮作物为例

种植业保险作为一项支农惠农政策,在分散转移种植风险、弥补参保种植户损失等方面起到了重要作用。相关研究指标无法直观体现种植业保险对参保作物损失的保障程度,因而采用保险赔款与参保作物损失的比值作为衡量种植业保险的保障贡献指标,并将保障贡献这一指标拆解分析;作物损失测算存在“加总偏差”问题,因而通过估算小尺度区域参保作物损失的方式计量参保作物损失。以部分代表性省份主粮作物为例,测算了参保作物保险费率和种植业保险对该参保作物的保障贡献,并将测算的保障贡献结果与调研所得参保农户主观感受的保障贡献数据进行对比。结果显示,近些年种植业保险保障贡献有所提升,但保障程度仍不太高,约为三成,低于预期;保障贡献的提升受赔付率、保险费率乘数和保障深度等因素的综合影响。基于此,提升种植业保险保障贡献,将来要不断提升种植业保险的保障深度和种植业保险费率的精算程度。

1951-2010年华北平原农业气象灾害特征分析及粮食减产风险评估

利用华北平原1951-2010年长时间序列的粮食产量和农业受灾、成灾和绝收面积等统计数据,采用线性回归、滑动平均、M-K突变检测和模糊综合评判等方法,研究华北平原近60a来农业生产受干旱、洪涝、低温冷害和风雹等4种气象灾害影响的范围和强度的变化特征,以及不同时段4种灾害对华北平原各省份农业生产的影响和粮食减产风险。结果表明,除干旱外,洪涝、低温冷害和风雹3种农业气象灾害受灾比变化均存在突变年,分别为1970、1988和1974年;干旱受灾比变化趋势不明显,但其灾害强度呈极显著增加趋势(P<0.01);洪涝受灾比呈极显著下降趋势(P<0.01),其灾害强度显著下降(P<0.05);风雹受灾比和灾害强度均呈极显著增加趋势(P<0.01);模糊综合评判结果表明,总体上过去60a干旱是华北平原各省(市)主要农业气象灾害,低温冷害的影响程度最小,但不同时段内4种气象灾害对各省(市)影响程度存在一定差异;60a间华北平原粮食因灾损失量不断增加,因旱灾减产风险度最高;随时间推移旱灾减产高风险区不断向华北平原北部转移,风雹灾减产风险逐渐加大且北部风险增加速度大于南部,但洪涝和低温冷害减产的风险度一直较低。

基于模糊集对分析的灌区水库旱限水位及供水策略优化研究

随着经济社会发展和气候条件改变,我国区域干旱问题日益突出,水库在抗旱减灾过程中的作用越来越凸显,旱限水位的提出与应用对有效发挥大中型水库在抗旱中的调控作用、缓解流域旱情具有重要意义。针对旱限水位研究现状,本文以史河灌区梅山水库为例,首先考虑城乡供水、农业灌溉、水力发电和生态环境等诸多因素,构建基于模糊集对分析法的水库灌区水资源系统运行效果综合评价模型,并以水资源系统综合运行等级最优为目标,以分期分级旱限水位、灌溉限供措施(基于水库来水特征和作物生长特性)为优化变量,运用免疫遗传算法进行系统优化求解,最后对比有无旱限水位下水库水资源系统综合运行效果,并分析了不同控制方式下水库供水变化和灌区作物因旱减产风险。结果显示:该优化方法相较于以水库供水经济效益为目标旱限水位确定方法,多项年均指标都有较大改善,其中梅山水库经济效益提高了46万元,充反调节水库水量增加了555万m^(3),而水库弃水量减少了566万m^(3);史河灌区塘坝供水量增加了253万m^(3),而作物减产率下降了3.32%,同时作物因旱减产风险降低了3.15%。可见,运用系统综合评估决策方法有利于改善水库灌区系统综合运行效果,提高系统水资源利用效率和水库灌区经济效益;优化的旱限水位控制和与作物生长特性相适应的优化供水策略相对于经验性控制能有效减少灌区中稻因旱减产率,为保障旱限水位的顺利实施和干旱时期农业灌溉抗旱提供有力支撑。

农作物低温冷害监测评估及预报方法评述

对作物冷害指标、风险及损失评估、监测和预报,以及近年来业务化应用的研究成果进行总结和归纳,比较了这些领域新老研究方法的优缺点。重点介绍3S技术和作物模型在这些领域的应用。探讨了遥感温度反演与冷害监测相结合的可行途径,作物模型用于区域冷害损失评估所需的尺度转换及相应冷害模块添加等问题。明确了新技术与冷害研究相结合过程中需要重点考虑和解决的关键技术难题。可为冷害研究的技术革新提供参考。

华北两熟区农田磷流失风险预警研究

轮作是长期以来在各地形成的相对固定的作物组合模式,同时也是农田养分平衡状况计算的基本单元,多年累积形成的养分盈亏则直接影响环境。在植物必需的3种大量营养元素中,对环境影响最大的营养元素是磷和氮,与氮素相比,磷素循环途径则相对稳定,没有气态损失,磷的表观养分平衡与环境污染的相关性高,且计算方便,因而本文选择磷素作为环境风险预警指示元素。为探究简易、有效的轮作环境效应预警方法,从筛选适宜预警的关键元素和环境风险产生的关键环节入手,提出适合我国小农户现实国情的、基于农田地块级别的预警指标体系,并以华北两熟区5种轮作类型、38个地块的调查数据为例进行了验证。该预警体系包括3级评价指标(周年磷平衡、耕层土壤质地、周年磷肥运筹)共6种预警级别并用3种色系进行标识(深绿、浅绿、浅黄、深黄、浅红、深红)。该预警方法的特点为:研究对象为整个轮作周期而非单茬作物;磷平衡既考虑周年的总量均衡(即整个轮作周期磷素投入、产出平衡状况),又考虑不同茬次间的科学分配(即磷素统筹),且二者均采用相对平衡值而非绝对平衡值,从而使得不同轮作类型之间的磷平衡可以进行统一量化和比较;土壤质地简化为沙土、壤土、黏土3种。验证结果表明,磷肥用量、运筹合理、环境友好(深绿)的地块仅占10.53%;而高环境风险(深红、浅红)的轮作地块达57.89%,即一半以上的地块目前的轮作方式存在高或极高的环境风险。该预警方法具有科学、实用、简便,所需数据容易获得的特点,可用于农户对自己地块磷流失风险进行判断,也可用于国家、区域或地方农业主管部门进行种植业结构调整时参考。

长江中下游平原单季稻田氮素径流损失风险评估

稻田氮素径流损失是农业面源污染主要来源之一,以巢湖地区单季稻田为研究对象,利用该地区1957—2019年的历史气象数据,通过设定插秧区间(6月6—25日)及施肥期水位(3,10,20 cm),建立SMNRL模型,模拟不同插秧时间和田面水水位稻田氮素流失,研究降低长江中下游平原气候区单季稻田氮素径流损失风险的插秧时间与水位控制模式。结果表明:(1)施肥后,稻田田面水氮素浓度呈指数衰减,基肥期田面水氮素衰减期为9天,分蘖肥和穗肥期为7天。(2)在LW、HW组合中,各施肥期占全生育的氮素径流损失为基肥期>分蘖肥期>穗肥期。在LW组合中,基肥期为氮素径流损失高发期,基肥、分蘖肥、穗肥的氮素流失为72.4%~98.4%,1.9%~27.6%,0~8.3%。(3)控制水位比选择插秧时间对降低氮素径流损失更有效。相同水位下,适宜的插秧期氮素径流损失在全生育期施肥中合计能减少0.4~4.5 kg/hm^2,降低32.8%~80.3%;相同插秧时间下,LW、MW组合相比HW组合氮素径流损失能减少8.8~13.1 kg/hm^2,降低92.1%~98.8%。(4)在LW、MW、HW 3种组合中,插秧期分别以6月19日、6月11日、6月17日为界,将6月6—25日分为前后2个阶段,前1阶段插秧产生氮素径流损失均值显著低于后1阶段,分别低37.0%,25.0%,21.7%。(5)降低巢湖地区稻田氮素径流损失有效措施为施肥期水位控制为3 cm,并选择6月6-19日期间进行水稻插秧。

湖南省连阴雨灾害对水稻和油菜的风险评价

利用湖南省2009—2020年10个农业气象观测代表站的观测资料、对应的逐日气象资料以及水稻和油菜的产量数据,分析湖南省连阴雨灾害发生的规律及对作物生长和产量的影响,修订和完善了连阴雨灾害指标;采用拉格朗日插值法,通过期望产量提取水稻和油菜连阴雨灾损率,并基于连阴雨灾害指标构建了连阴雨灾害风险评估模型。结果表明,水稻在播种至移栽期内连阴雨发生的频率最高,平均为31.6%,孕穗至抽穗期历年发生的频率最低,平均为13.2%;油菜在播种至苗期内连阴雨发生的频率最高,平均为37.5%,开花至绿荚形成期历年发生的频率最低,平均为13.7%;水稻和油菜轻度连阴雨出现的频率分别为58.2%和62.6%,中度连阴雨出现的频率均为14.8%,重度连阴雨出现的频率分别为0.3%和0.2%;统计分析连阴雨导致作物产量损失的发生概率,产量灾损率在10%~20%发生的概率最大,为5.73%~8.81%;灾损率<10%发生的概率为1.34%~4.72%,灾损率≥20%发生的概率最小,为0.94%~3.19%。最后,选取长沙市和衡阳市作为连阴雨灾损率评估模型的检验点,结果显示评估模型的准确率为82.5%~87.7%,表明评估模型实用性较强,可用于日常业务监测和灾情预测。

RCP情景下基于AquaCrop模型的河南省夏玉米减产风险评估

本研究基于AquaCrop模型研究rcp4.5和rcp8.5两种代表性浓度路径情景下河南省不同区域未来气候变化下的夏玉米减产风险的变化特征,准确的评估未来气候变化对作物单产的影响,为最大限度的避免作物减产和制定适应性措施提供理论依据。结果表明,在rcp4.5和rcp8.5情景下,较历史时期2000~2019年相比,河南省各地区最高温度、最低温度和降雨均呈现出显著波动上升趋势,在空间上气温和降雨增加速率呈现出相反的变化特征。基于AquaCrop模型分别模拟rcp4.5和rcp8.5情景下不同区域夏玉米产量损失率,分别为18.3%~42.9%、22.9%~44.8%。产量损失率呈现出明显的空间差异性,其中,豫北-安阳和新乡产量损失率最高,豫南-驻马店产量损失率最低。在rcp4.5和rcp8.5情景下,河南省各区域减产风险指数整体上均呈现出增加的趋势,平均减产风险指数分别为0.353(rcp4.5)和0.368(rcp8.5),减产风险高值区主要位于河南西北部和中部地区,减产风险低值区主要在河南省南部地区。

农作物产量损失风险水平实证及影响因素分析--基于第二次全国农业普查数据的探讨

本文采用非参数估计的信息扩散模型测算了我国粮食主产区水稻、玉米、小麦和棉花产量损失风险水平。研究结果表明,粮食单产平均损失风险大于30%的概率很小,故单产水平一般保持在趋势产量70%以上的水平上,并且不同区域同一作物和不同作物之间的风险损失概率存在差异。由此认为我国农作物生产具有风险可保性,这是我国开展农业保险的客观依据。同时,认为农业生产基本条件是重要的风险管理措施,运用农业普查资料分析了农田水利条件、农业机械化水平、保护性农业水平及土地经营规模等因素的基本变化对农作物产量损失风险的影响。基于此,提出了制定有差别费率的区域保险计划、创造种植业保险顺利开展条件的有关考虑。