中国旱作节水农业科技进展与未来研发重点

分析了中国发展旱作节水农业的科学意义和生产实践意义,提出了旱作节水农业的概念,阐述了旱作节水农业应用基础理论、技术体系和发展模式,总结了相关领域进展和发展趋势,最后指出未来的研究重点和前沿问题。

基于AHP与Rough Set的农业节水技术综合评价

由于不同区域自然条件的差异,农业节水技术自身特点及对应用环境条件的要求,导致不同农业节水技术的应用效果存在很大差异,有较大的不确定性,因此,如何筛选合理的评价指标,构建科学、全面的农业节水技术综合评价方法具有十分重要的意义。根据对农业节水技术应用效果的实地调研,应用Delphi法从调查获得的20项评价指标中筛选出了9项农业节水技术综合评价指标。其中节水率、积温和土壤肥力属于生态因子,产投比、劳动力投入和经济投入属于经济因子,可靠性、推广程度和农民认可度为社会因子。基于以上9项指标,构建了农业节水技术综合评价指标体系.综合评价方法(ARM)通过引入经验因子α对应用层次分析法(AHP)和粗糙集(Rough Set)所获得指标权重进行修订,使指标权重更加合理化。同时,分别应用AHP、Rough Set和ARM对甘肃省武威市的地膜覆盖、秸秆覆盖和常规畦田灌溉在大田中的应用效果进行了综合评价。评价结果显示,在对地膜覆盖技术评价中,AHP法过分强调了经济效益的作用(0.44),Rough Set法则强调的是生态效益(0.33)和社会效益(0.32),弱化了经济效益(0.05),ARM修正了以上2种方法的评价结果,获得地膜覆盖的经济效益、生态效益和社会效益,分别为0.36、0.20和0.13。在对秸秆覆盖评价中,与其它两种方法相比,Rough Set法的评价结果存在显著性差异,ARM修正获得的经济效益、生态效益和社会效益,分别为0.09、0.18和0.06。在对常规畦田灌溉评价中,Rough Set法强调了生态效益(0.28),经过修正获得的经济效益、生态效益和社会效益,分别为0.24、0.01和0.13。ARM的评价结果表明,采用地膜覆盖的经济效益最佳;同常规畦田灌溉相比较,地膜覆盖、秸秆覆盖的生态性指数分别比之高0.19和0.17,主要是由于秸秆覆盖具有保墒、增加土壤有机质以及在作物生长后期调节地温的作用,地膜覆盖具有节水、提高苗期土壤温度和促进提前出苗的作用;同秸秆覆盖相比,地膜覆盖和常规畦田灌溉的社会性指数分别高112.12%、18.18%,说明这两种技术在河西半干旱地区具有良好的社会基础。可见,在西北半干旱地区地膜覆盖用于种植玉米的效果最佳,而秸秆覆盖尽管其生态效益较高,但经济效益较低,推广应用存在一定的难度。

中国农业土地利用管理对土壤固碳减排潜力的影响

人类活动影响气候变化的一个重要因素是土地利用的变化,尤其是农业土地利用与管理。在中国面对全球气候变化形势的巨大压力的背景下,研究农业土地利用管理与土壤碳汇的关系,探讨农业土地利用管理对土壤固碳减排的影响,对提高我国农业土壤固碳减排潜力具有一定作用。利用国内外文献资料,分析了中国农业土地利用管理对土壤碳汇功能及其土壤固碳减排潜力的影响。结果表明,国内外大量研究显示,农业不仅是温室气体的主要排放源之一,同时也可能是温室气体的吸收汇。改善和调整农业土地利用管理方式,可以进一步增加农业土壤碳汇,如近20年,由于中国农业土壤管理的改善,农地土壤呈现碳增汇趋势。基于中国农业土地利用管理下的土壤碳汇潜力估算,尤其是推行优化管理措施下(如增加秸秆还田、有机肥施用、少免耕技术等),未来50年中国农业土壤固碳减排潜力约为87—393 TgC.a-1,相当抵消中国工业温室气体排放总量的11%—52%,其中实施农田管理措施(包括有机肥应用、秸秆还田、保护性耕作)对土壤固碳的贡献率约为30%—36%(相当抵消工业温室气体排放3.4%—19%)。研究表明,中国农业土地利用管理(如实施秸秆还田、有机肥施用、少免耕技术等农田管理措施)在固碳减排中的作用及其潜力不可忽视。

中国农业保险近10年来的实践与研究进展

我国是一个自然灾害风险巨大的国家,农业保险作为一种有效分散农业风险的工具,近年来在我国发展迅速。介绍和分析了我国农业保险的作用和现状、模式以及产品种类、农业保险的需求以及测量农户支付农业保险意愿的方法、农业保险区划及费率厘定的过程,指出农业保险法律法规的缺失、农民对农业保险的客观需要丰富和农业保险需求不足相矛盾、农业保险产品质量不高、巨灾风险分散体系不完善和农业保险的研究和成果转化不足是目前我国农业保险研究和实践过程中的主要问题,并提出了解决这些问题的方案。

覆膜抑制土壤呼吸提高旱作春玉米产量

为从农田碳通量角度揭示地膜覆盖种植方式的增产增效机理,于2011年在山西寿阳旱作农业野外试验站对覆膜和露地春玉米田,进行了表层土壤温湿度、土壤呼吸和净碳交换规律及作物生长发育规律的研究和分析。结果表明:与露地处理相比较,覆膜处理全生育期表层土壤含水率提高了18.7%,前期可平均提高表层土壤温度1.67℃。覆膜和露地处理土壤呼吸变化规律总体一致,但前者的温度敏感系数Q10比后者低,且中后期前者排放的碳仅为后者的61.7%,说明采用覆盖地膜种植方式有利于农田土壤碳管理。前期和中期覆膜处理绿叶面积指数比露地处理平均高0.81 m2/m2,后期覆膜处理衰老较快,收获时比露地处理低1.00 m2/m2;露地处理在前期和中期日均净碳通量平均比覆膜处理大0.04 mg/(m2·s),而后期仅小0.02 mg/(m2·s),这是造成2处理最终生物产量和经济产量差异的根本原因。在地上干物质积累和地下干物质积累方面,覆膜处理始终比露地处理高,收获时差值分别为269.7和38.6 g/m2。露地处理每公顷少收春玉米籽粒1 348 kg。由此可见,覆膜种植可提高表层土壤温湿度,促进作物生长发育,抑制土壤呼吸,促进碳积累,增加农民收入的同时更有利于土壤碳管理。

基于叶面积指数改进双作物系数法估算旱作玉米蒸散

为准确估算和区分黄土高原旱作春玉米蒸散(evapotranspiration,ET),该文基于实测叶面积指数(leaf area index,LAI)动态估算基础作物系数,利用LAI修正土壤蒸发系数,并基于修正后的双作物系数法估算和区分黄土高原地区旱作春玉米ET,并以2012、2013年寿阳站基于涡度相关系统和微型蒸渗仪实测的春玉米ET和土壤蒸发(soil evaporation)对修正后的双作物系数法的适用性进行评估。结果表明:修正后的双作物系数法能够较为准确的估算春玉米ET,2012年春玉米全生育期ET估算值、实测值分别为365.3、372.6 mm,2013年分别为385.6、369.4 mm;2012年全生育期改进双作物系数法决定系数、均方根误差、模型效率系数和平均绝对误差分别为0.824、0.561 mm/d、0.817和0.449 mm/d,2013分别为0.870、0.381 mm/d、0.871和0.332 mm/d;同时,修正后的双作物系数法可对春玉米各生育期ET进行准确区分,土壤蒸发估算值与实测值有较好的一致性,2012年全生育期估算和实测土壤蒸发分别为0.98和0.99 mm/d,分别占ET的38.12%和37.08%;2013年估算和实测土壤蒸发分别为0.86和0.89 mm/d,分别占ET的33.59%和35.90%。因此,修正后的双作物系数法能够较为准确地估算和区分黄土高原地区旱作春玉米ET。该研究可为黄土高原区农田水分精准管理提供科学指导。

降雨对旱作春玉米农田土壤呼吸动态的影响

土壤呼吸是调控全球碳平衡和气候变化的关键过程之一,降雨作为重要的扰动因子,在不同区域和不同环境条件下,对土壤呼吸具有复杂的影响。研究降雨对农田土壤呼吸及其分量的影响,对准确预测未来气候变化下陆地生态系统碳平衡具有重要意义。对黄土高原东部典型春玉米农田生态系统生长季内3次降雨前后土壤呼吸及其分量进行了原位连续观测,结果表明:在土壤湿润的条件下,降雨对春玉米农田土壤呼吸及其分量具有明显的抑制作用,在土壤湿度大于27%后土壤呼吸及其分量随土壤湿度上升呈明显下降,且对温度的敏感性降低。土壤呼吸及其分量在降雨前后的变化受土壤温度和土壤湿度的共同影响。降雨量、降雨历时和雨前土壤含水量决定了土壤呼吸及其分量对降雨响应的程度和时长。土壤呼吸及其分量对土壤温度的敏感性各不相同,微生物呼吸对温度的敏感性最高,Q10为5.14;其次是土壤呼吸,Q10为3.86;根呼吸的温度敏感性相对最低,Q10为3.24。由于土壤呼吸分量对温度和湿度的敏感性不同,降雨后根呼吸的比例有所升高。

覆膜和露地旱作春玉米生长与蒸散动态比较

利用土壤水分传感器、微型蒸渗仪与涡度相关系统,连续监测覆膜和露地春玉米田土壤水分、蒸发和农田蒸散,分析春玉米田蒸散与土壤蒸发变化规律,探讨了覆膜玉米高产节水增效的机理。结果表明:与露地相比,覆膜的表层土壤温度和体积含水率分别提高4.9%和19.5%。覆膜、露地处理玉米出苗率分别为99.0%和80.0%,其差异为显著水平,覆膜提早春玉米各生育阶段平均为7d,全生育期缩短11d。生育前期、中期,覆膜的叶面积指数、株高和地上、地下干物质均显著高于露地的,播种一个月后差异最大,分别高110.2%、13.5%、42.9%和12.7%。玉米拔节期前(6月前)和8月后至玉米成熟,覆膜的农田蒸散量分别比露地的低6.8%和0.4%,但6-8月覆膜的比露地的高5.1%。全生育期覆膜的农田蒸散量为376.2mm,降低了6.0%,且土壤蒸发降低了57.7%。最终单株平均果穗质量、生物量差异不显著。但是,由于覆膜显著提高了出苗率从而增加了单位面积生物产量和经济产量,增幅分别为23.7%和15.3%。同时,覆膜作物水分利用效率提高了22.6%,达到31.3kg/(hm2·mm)。可见,覆膜能显著降低土壤蒸发和农田总蒸散量;保水增温促出苗,提前玉米各生育期;生育中期日蒸散量和干物质积累速率较高;最终显著提高单位面积生物产量和经济产量以及作物水分利用效率。

利用AquaCrop模型模拟旱作覆膜春玉米耗水和产量

为检验AquaCrop模型在晋中地区作物生产力模拟效果，于2011-2013年在农业部寿阳旱作农业与环境野外科学观测试验站进行了覆膜和露地春玉米种植对比试验。首先，利用2013年大田数据对模型进行参数校正和率定，使产量、地上生物量模拟值与实测值的相对误差均在5％以内；然后，利用20112012年大田数据验证模型；最后，对模型参数进行敏感性分析。结果表明，AquaCrop模型能较好地模拟0～120cm土壤含水率、农田蒸散和冠层覆盖度（CC）的动态变化，其模拟值和实测值间相关的决定系数（R2）分别高于0．86、0．86和0．96，均方根误差值（RMSE）分别小于0．92％、0．88mm／d和9．78％，模型性能指数（EF）分别在0．51～0．86、0．43～0．76和0．92～0．99之间。不同处理的最终生物量和经济产量模拟值与实测值的相对误差分别为2．83％～4．42％和3．13％～9．58％。模型敏感分析显示，达到最大冠层覆盖度CCx时间、冠层衰老时间、开花日期、凋萎系数、田间持水率和土壤初始含水率为敏感参数，相对敏感度在0．13～0．58之间变化。该模型能较好地模拟寿阳地区旱作覆膜春玉米的耗水、生长和产量形成过程。

基于双作物系数的旱作玉米田蒸散估算与验证

农田蒸散(ET)准确估算与区分对理解土壤-植物-大气连续系统水分传输动力学过程和调控机制具有重要意义。本研究基于FAO-56 Penman-Monteith(PM)模型计算参考作物蒸散量(ET0),运用双作物系数法计算黄土高原东部地区旱作玉米田2011-2012年蒸散(ETFAO),以同期涡度相关系统实测值(ETEC)作为标准值对双作物系数法计算结果进行评价,并将玉米田ET区分为土壤蒸发和作物蒸腾。结果表明:2011年春玉米生长季ET0、ETEC和ETFAO分别为628、400.3和492.7mm,双作物系数法RMSE、AAE和R^2分别为0.864mm·d^(-1)、0.678mm·d^(-1)和0.755,且R^2达极显著水平(P<0.01);2012年三者分别为553、372.6和441.4mm,RMSE、AAE和R^2分别为0.676mm·d^(-1)、0.693mm·d^(-1)和0.781,R^2亦达极显著水平(P<0.01),说明双作物系数法在该地区模拟旱作春玉米ET有较高的精度。基于双作物系数法对ET进行区分表明,2011年全生育期土壤蒸发和作物蒸腾分别占ET的36.4%和63.6%;2012年分别占ET的31.7%和68.3%,说明旱作春玉米田ET主要来自春玉米蒸腾。

冬小麦节水高产的土壤水分阈值及其动态

明确影响作物产量的土壤水分阈值,对作物水分亏缺诊断及非充分灌溉实施具有重要意义。本文通过设置不同灌水次数形成土壤供水差异,在河北省衡水试验站开展2011/2012年度冬小麦田间试验,探讨冬小麦产量与7个生育期不同深度土层的土壤水分之间的关系,分析影响冬小麦产量的土壤水分阈值及其动态。结果表明,6个亏水处理与充分供水对照在土壤浅层的水分差异最大,且差异随着土层深度的增加而减小,在0.4、0.8、1.2m土层深度的差异分别为19.7%~36.5%、9.3%~21.7%和2.9%~9.7%。6个亏水处理与对照之间不同土层土壤水分的变异程度随着土层深度增加而减小。不同生育期、不同深度土壤水分含量与小麦籽粒产量之间为二项式函数关系,且呈开口向下的抛物线形式,其显著程度随生育期推进及土层深度而变化。其中0.4m土层深度水分含量与产量关系最密切。影响小麦产量的土壤水分阈值随着生育期推进总体呈下降趋势。自拔节孕穗期至乳熟期,0.4、0.6、0.8、1.0、1.2以及1.6m土层深度的水分阈值由田持的83.1%~95%降至72.3%~90.0%。依据对照与亏水处理之间的土壤水分动态差异、全生育期平均土壤水分差异、不同土层土壤水分变异程度、土壤水分与小麦产量动态关系显著性程度4个方面的分析,提出0.4m为适宜的水分亏缺诊断深度,相应地拔节孕穗、抽穗、开花、灌浆初期、灌浆中期、灌浆后期、乳熟期的土壤水分阈值分别为95.0%、98.4%、79.9%、73.7%、88.6%、79.6%和75.7%。

点源供水条件下残膜对土壤水分运移的影响

通过室内模拟试验,研究残留地膜对土壤水分运移的影响,阐明不同残膜污染水平下土壤水分入渗过程。试验共设置6个残膜梯度,采用马氏瓶恒压供水175 min,根据时间间隔记录马氏瓶读数和湿润面积,分析不同残膜污染水平下土壤水分入渗过程的差异。研究结果表明,残膜会阻碍土壤湿润锋的运移,残膜量在0-360 kg/hm^2区间时,当湿润锋经过0-10 cm土层,湿润锋横向距离随着残膜量的增加呈现先减小后增加的变化,当湿润锋经过10-20 cm土层,横向距离随着残膜量的增加而逐渐降低。残膜对湿润锋的垂向运移有显著的阻碍作用,但残膜量的多少对湿润锋垂向距离变化没有显著影响。残膜的存在会提高土壤湿润比和稳定入渗率,残膜区土壤湿润体变小,水分滞留在湿润体内,影响水分在土壤中正常运移与分布。当残膜量达到720 kg/hm^2时,残膜区土壤大孔隙比例增加,导致土壤优势流明显,与其他残膜处理相比,湿润锋的运移加快,湿润比和稳定入渗率降低。该研究从土壤水分运移角度阐明了残膜污染危害的过程和机理,为残膜污染的防治提供了理论的依据。

虚实并存耕层提高春玉米产量和水分利用效率

为了探明耕层构造对春玉米产量及水分利用效率的影响，在农业部阜新农业环境与耕地保育科学观测实验站利用长期定位试验，设置了虚实并存耕层（furrow loose and ridge compaction plough layer，FLRC）、全虚耕层（all loose plough layer，AL）、全实耕层（all compaction plough layer，AC）、以及作为对照（controlled trial，CK）的上虚下实耕层（up loose and down compaction plough layer，ULDC）4种耕层结构，研究了不同耕层构造对春玉米产量及水分利用效率的影响。利用2011和2012年数据分析结果表明，不同耕层构造对春玉米产量影响显著（P〈0.05），2a平均表现为FLRC＆gt;AL＆gt;ULDC＆gt;AC，FLRC和AL比CK分别增加16.39%、5.30%，收获指数在0.38～0.44之间。在平水年（2011）和丰水年（2012）虚实并存耕层和全虚耕层均可有效蓄积降水，改善土壤水分状况，明显提高玉米的降水利用效率，2011年FLRC比ULDC提高11.95%（P〈0.05）；2012年FLRC和AL分别比CK提高21.23%（P〈0.05）和12.43%（P〈0.05）；不同降雨年型和不同耕层结构对作物水分利用效率（water use efficiency， WUE）影响不同，2011年FLRC比CK增加15.68%（P〈0.05），2012年FLRC比CK增加23.13%（P〈0.05），2a平均提高18.43%。综合分析认为，虚实并存耕层是提高土地生产力和农田水分利用效率的最优耕层结构。该研究为辽西旱作农业区合理耕层构建、确定适宜的耕作技术和实现作物的高产稳产提供参考。

作物地膜覆盖安全期概念和估算方法探讨

该研究首次提出作物地膜覆盖安全期的概念,将其定义为"某一作物在某一区域要求地膜覆盖的最佳天数,也就是地膜覆盖农田土面能保持膜面完整的日数",在此日数之前地膜应该保持基本完整,维持增温保墒和防除杂草等功能,此日数之后,这些功能基本消失。明确作物地膜覆盖安全期有利于作物生产的高效管理,指导地膜生产者研发出满足农业生产需求和成本较低的地膜产品,协助农民根据覆盖作物种类和生产条件选择合适的农用地膜。在此基础上,该研究构建了基于地膜覆盖增温保墒和抑灭杂草等功能测定和农作物郁闭度测定的2种作物地膜覆盖安全期估算方法。第1种方法是通过对作物覆盖地膜条件下土壤温度和水分的连续监测,构建作物地膜覆盖与未覆盖农田土壤温度、水分和杂草控制的时序图,寻求二者的交汇或者重合点即地膜覆盖的增温保墒功能消失或者基本消失的时间节点,从覆盖到这个日期的天数分别属于某种作物地膜覆盖的温度安全期和水分安全期。第2种方法式是通过系统监测作物全生育期郁闭度和地膜覆盖功能参数,建立作物郁闭度与地膜覆盖主要功能的关系曲线,综合研判后确定地膜覆盖功能消失时作物郁闭度,计算作物地膜覆盖安全期。作物地膜覆盖安全期相关研究可为构建中国地膜覆盖技术适应性评价体系、探明地膜覆盖适宜区域的空间分异规律、以及生物降解地膜生产和应用提供技术支撑。

近30年黄淮海平原干旱对冬小麦产量的潜在影响模拟

为了探明黄淮海平原冬小麦需水关键生育阶段干旱对产量的潜在影响,该文基于黄淮海平原6个农业亚区典型站点的1981—2009年气象数据及田间观测资料,使用作物模型DSSAT模拟探讨了近30 a冬小麦关键生育阶段潜在干旱对产量的影响,并分析了各典型站点干旱减产的概率分布以及典型丰水和缺水年土壤水分的变化规律与产量的关系。研究结果表明:DSSAT模型的区域模拟误差在可接受的范围内(模拟的冬小麦开花期、成熟期和产量的相对均方根误差分别为2.0%、2.5%和12.4%),调试的区域品种3H能够代表黄淮海平原冬小麦品种进行区域模拟。黄淮海平原冬小麦需水关键生育阶段潜在干旱减产率在1980s均呈现出明显减轻的趋势。冬小麦拔节—抽穗期的潜在干旱减产率由南向北逐渐加重,黄淮海农作区天津(Ⅰ区)、石家庄(Ⅱ区)和莘县(Ⅲ区)的减产率超过了40%,临沂(Ⅳ区)、商丘(Ⅴ区)与寿县(Ⅵ区)分别为38%、27%和13%,干旱减产的区域差异主要是由各地气候因素的差异所导致。另外,黄淮海平原冬小麦同一水平的干旱减产率,在拔节—抽穗期发生的概率要远大于灌浆期的概率,北部地区冬小麦在拔节—抽穗期同一水平的潜在干旱减产率要明显高于南部地区,而在灌浆期的概率差别不明显。该研究可为黄淮海平原冬小麦实际生产过程中的抗旱管理与合理灌溉提供理论依据。

黄淮海地区干旱变化特征及其对气候变化的响应

为了探究气候变化背景下黄淮海地区的干旱特征,基于黄淮海平原34个气象站点的1961—2012年气象数据,使用相对湿润指数探讨分析了近50年黄淮海地区冬小麦生长季及4个季节干旱的时空变化及其对气候变化的响应。结果表明:(1)在整个分析期内(1961—2011)冬小麦生长季干旱减轻,但是在近20年干旱有了加重的趋势,且干旱加重的趋势是一种突变现象。(2)黄淮海地区1961年以来,春季、冬季以及冬小麦生长季内均表现为不同程度的干旱,干旱频率都达到90%以上,其中春、冬两季最为干旱,3个时段整个黄淮海中北部地区都为高频干旱区域,且4个季节及冬小麦生长季干旱程度与干旱频率的区域分布均表现为由南向北递增的趋势。(3)黄淮海地区的干旱特征对降水、太阳辐射和相对湿度这3个气候要素的变化最为敏感。

1961—2010年中国区域氮沉降时空格局模拟研究

由于人类活动的干扰,近年来,通过沉降和施肥形式进入陆地生态系统的氮素持续增加,众多研究表明,中国已经成为继欧洲和北美之后的第三大氮沉降区。氮与陆地生态系统生物地球化学循环的一系列过程都相互联系,碳循环及其格局也受到氮的影响,因此大气氮沉降的变化受到广泛关注,探明区域大气氮沉降的时空格局对评估氮沉降对陆地生态系统碳循环的影响具有重要意义。构建了一个基于降水、能源消费和施肥数据的氮沉降时空格局模拟方法,通过与观测数据的比较说明该模拟方法能够较好地模拟氮沉降的时空变化,在此基础上,利用该方法模拟了1961—2010年中国区域氮沉降的时空格局。结果表明:(1)1961—2010年中国区域年平均氮沉降速率为0.81 g N m^(-2)a^(-1),由20世纪60年代的0.31 g N m^(-2)a^(-1)增加到21世纪初的1.71g N m^(-2)a^(-1),年增长率为0.04 g N m^(-2)a^(-1)。总氮沉降量由20世纪60年代的2.85 Tg N/a增加至15.68 Tg N/a。(2)NHx-N的沉降速率大约是NOy-N的4倍,是主要的氮沉降形式。1961—2010年我国湿沉降平均速率为0.63 g N m^(-2)a^(-1),是干沉降速率(0.17g N m^(-2)a^(-1))的3.63倍,是氮素进入陆地生态系统的重要途径。(3)在空间上,我国的大气氮沉降速率呈现出由东南向西北梯度递减的格局,华北、华中和东北的农田是氮沉降速率最大的区域,同时也是氮沉降速率增长最快的区域。

黄淮海地区冬小麦关键生育期不同灌溉水平对产量影响的模拟

研究黄淮海地区不同灌溉水平下冬小麦产量的变化规律,对于识别干旱对冬小麦产量的影响和制定合理的节水灌溉措施具有指导意义。基于DSSAT作物模型,参考各生育阶段的水分亏缺量以及当地的灌溉习惯,制定模型输入的不同处理的灌溉量,模拟分析近30年黄淮海灌溉冬麦区4个典型站点冬小麦关键生育期不同灌溉水平下,产量及产量构成的相对变化规律,并且以典型处理为例,探讨2个关键生育阶段减产的累积概率。结果表明,拔节至抽穗期的水分胁迫对冬小麦的产量影响最大,产量相对变化主要由水分胁迫引起单位面积粒数的相对变化引起。在重度干旱条件下,拔节至抽穗期胁迫造成中等程度减产概率约为灌浆期胁迫的2倍(山东兖州点除外);在河北石家庄和天津点,轻度和重度减产主要由拔节至抽穗期胁迫引起,而在山东兖州和河南新乡点,拔节至抽穗期及灌浆期胁迫造成轻度减产概率差别不大,但灌浆期重度干旱导致一定概率的重度减产。因此,在黄淮海冬小麦灌区偏南部,不但要加强拔节至抽穗期的灌溉措施,还应该注重灌浆期的干旱风险。

四种参考作物蒸散量综合法的比较

参考作物蒸散量(ET0)的估算是作物需水量计算的关键,诸多估算方法在不同地区具有不同的适应性。本文利用中国农业主产区6个代表站点的气象数据,以FAO 56 Penman-Monteith(PM)为标准,对常用的1963 Penman(Pen63)、FAO 1979 Penman(FAO 79)、FAO 24 Penman(FAO 24)及1996Kimberly Penman(Kpen)共4种参考作物蒸散量综合方法进行比较评价。结果表明:(1)Pen63、FAO 79及Kpen的日估算值均比PM估算值偏高,FAO 24偏低,其平均偏差分别为0.28、0.52、0和-0.17mm?d-1,相对偏差为16.0%、25.2%、2.4%、-5.3%,相对均方根误差为12.1%、22.4%、14.2%和13.5%。(2)Pen63、FAO79的月估算值显著高于PM值,在高估最大的5月份平均偏高12.5mm(10.8%)和28.2mm(22.6%)。FAO24表现为低估,低估最大的月份平均偏低11.4mm(8.1%),但在南方站点多数月份的估算值与PM估算值无显著差异。Kpen月估算值与PM估算值相比,既有高估(5-10月),也有低估,高估最大的月份平均偏高19.7mm(14.5%),且在南方站点的秋冬季有近6个月与PM无显著差异。(3)Pen63和FAO79的年值均显著大于PM年值,平均偏高103.8mm(11.8%)和191.5mm(21.3%)。FAO24年平均低估PM值60.9mm(6.3%),Kpen则平均高估50.5mm(5.8%)。(4)时间尺度对评价结果具有一定影响,4种综合法依据日、年值的评价效果排序分别为Pen63>FAO24>Kpen>FAO79和Kpen>FAO24>Pen63>FAO79。在日尺度下4种方法更适于湿润气候,但年尺度下仅FAO79和FAO24较适于湿润气候。可见,4种综合法以Pen63普适性最好,FAO79最低,因此使用FAO79前对其进行适应性评价尤为重要。

基于SPEI-PM指数的黄淮海平原干旱特征分析

利用黄淮海平原45个气象站点1961—2014年月值气象数据,基于Penman-Monteith蒸散模型计算了标准化降水蒸散指数(SPEI),对黄淮海平原近54年干旱变化趋势、发生频率和持续性特征进行了分析,并探讨了SPEI指数与河南、河北和山东省农业干旱面积的关系,结果表明:(1)改用Penman-Monteith蒸散公式后,SPEI干旱指数在黄淮海平原呈整体上升趋势,即趋于湿润;(2)近54年干旱演变具有明显的年代际差异,20世纪60年代干旱频率最高,而21世纪初(2000—2014)干旱频率整体偏低;(3)黄淮海平原干旱发生具有持续性的特点,20世纪60年代遭受的持续性干旱最为严重,平均干旱持续时长约2.6个月,21世纪初下降到1.5个月;(4)河南、河北和山东省的农业干旱面积年际变化表明,干旱面积呈减少趋势,2000年以后年均受灾面积、成灾面积和绝收面积比2000年之前分别下降了58.0%、44.4%和49.1%;(5)农业干旱面积与SPEI具有中等以上的相关强度,其中对山东省受灾、成灾和绝收面积相关系数r达到-0.7以上,表明基于Penman-Monteith蒸散模型的SPEI指数在黄淮海平原具有良好的适用性。