豫北主要农作物光热资源利用效率研究

利用豫北地区沁阳市农业气象观测站长时间序列冬小麦和夏玉米观测资料及其对应气象资料,采用数理统计和线性趋势分析方法,分析了该地区冬小麦和夏玉米主要物候期、全生育期光热资源及其利用效率的状况和时间变化特征。结果表明,1983-2007年,豫北地区冬小麦成熟期显著提前,全生育期天数明显缩短,其缩短趋势为每10a4.9d;夏玉米播种期显著提前,全生育期明显延长,其延长趋势为每10a4.0d;豫北地区气温升高的趋势显著,冬小麦和夏玉米全生育期有效积温均明显增加,其速率分别为7.8(℃.d)/a和10.0(℃.d)/a;太阳总辐射在冬小麦全生育期显著减少,其减少速率为9.5MJ/(m2.a),而在夏玉米全生育期变化趋势不明显。经统计分析发现(n=25),豫北地区冬小麦光、热利用效率分别为0.40%和3.5kg/(℃.d.hm2),夏玉米分别为0.70%和4.0kg/(℃.d.hm2);从时间变化趋势看,冬小麦和夏玉米光热资源利用效率均呈现明显增加的趋势,其热量利用效率的增加速率分别为每10a0.7kg/(℃.d.hm2)和每10a0.6kg/(℃.d.hm2);而光能利用效率的增加速率均为每10a0.10%。     

气候变化对黄淮海地区夏玉米-冬小麦种植模式和产量的影响

【目的】全球气候正以变暖为主要特征发生显著变化,探究气候变化对黄淮海地区夏玉米-冬小麦种植制度的影响,为制定合理的应对措施提供理论依据。【方法】通过气象站点观测值的加权平均和一元线性回归分析黄淮海各省市地区1992—2013年来的气候变化特征。利用农业气象站点多年长期观察的夏玉米-冬小麦物候数据,通过加权求平均,分析气候变暖背景下夏玉米-冬小麦的生育期和茬口推移情况。采用一元线性回归分析1992—2013年来黄淮海地区夏玉米-冬小麦周年产量变化。同时利用非线性回归分析法和面板数据敏感性分析法分析气候变化对黄淮海地区夏玉米-冬小麦周年产量的影响。【结果】1992—2013年来,黄淮海地区温度整体呈现波动上升趋势,降水总量变化趋势不明显,但区域差异显著。在气候变化的背景下,黄淮海地区夏玉米-冬小麦种植模式发生明显改变:冬小麦播种时间推迟,生育期存在缩短趋势,不同地区缩短2—5 d不等;夏玉米播种时间南部推迟而北部提前,收获时间总体呈现推迟趋势,整个黄淮海地区生育时长未发生明显变化。茬口时间因夏玉米-冬小麦生育期的推移呈现不同程度延长,造成了气候和土地资源的浪费。1992—2013年间黄淮海地区夏玉米-冬小麦单产呈显著上升趋势,多数省份达到显著水平。非线性敏感性分析表明,最低温度、最高温度和平均温度对夏玉米-冬小麦产量的影响基本表现为同时增产或同时减产的一致性。冬小麦产量受最低温度的影响最为显著,东南部的江苏省和山东省减产明显,而北部河北省和西部河南省表现为增产。温度升高除对河南省夏玉米有增产作用外,其他省份夏玉米产量均出现不同程度的降低,这可能与温度升高的幅度不同和降水的区域性差异有关。降水量对夏玉米-冬小麦产量影响存在地区差异。总体上气候变暖对周年单产影响表现为北部增产,而南部减产,因而选择适宜早播且生育期长的夏玉米品种对保障周年产量具有重要意义。【结论】气候变暖背景下,黄淮海地区冬小麦播种时间推迟,生育期缩短,夏玉米生育期北部延长而南部缩短,生育期的推移导致茬口时间延长,造成了气候资源和土地资源的浪费。1992—2013年间夏玉米-冬小麦周年产量显著提高。温度升高和降水增加对产量的影响存在区域差异,整个区域平均来看升温使夏玉米减产,冬小麦增产;降水增加有利于黄淮海北部地区夏玉米的产量形成,对南部地区夏玉米产量则存在不利影响,而对黄淮海大部分地区冬小麦的产量形成不利。     

气候变暖对天水市冬小麦生长的影响

【目的】分析气候变暖对天水市冬小麦生育期的影响,以揭示小麦对气候变暖的响应,为探讨当地小麦的适宜播种期和小麦作物带的变迁以及种植业结构调整和粮食安全生产提供理论依据。【方法】利用甘肃省天水市的相关气象资料(气温、负积温、地温),结合天水市农业科学研究所1979-2007年的小麦生育期资料,应用DPS软件,建立小麦生育期与气温的回归模拟方程,探讨小麦生育期与气温的关系及变化趋势。【结果】天水市平均气温、四季平均气温、地温均呈现上升趋势,负积温绝对值呈减少趋势。平均气温、负积温、平均地温与小麦全生育期均呈负相关关系,出苗-拔节期与冬季、春季平均气温呈负相关关系。1979-2007年,随着冬小麦全生育期平均气温的升高,天水冬小麦对气候变暖的响应主要表现为拔节期、抽穗期、成熟期缩短,其中拔节期、抽穗期、成熟期分别缩短了4.261,2.759,4.811d/10年;气温升高使出苗-拔节期、抽穗-成熟期缩短,拔节-抽穗期延长。【结论】气候变暖已对天水市冬小麦的生长发育产生了较大影响,冬小麦全生育期缩短趋势明显。     

华北冬小麦降水亏缺变化特征及气候影响因素分析

为了探究气候变化背景下作物降水亏缺变化规律和影响因素,该文基于华北地区1971－1980年和2001－2010年气象数据和冬小麦生育期资料,研究了冬小麦生育期内降水亏缺变化特点,利用构建的敏感度分析模型探讨了降水亏缺量对主要气候要素的敏感性特征,主要结论：2001－2010年华北中部地区冬小麦全生育期内干旱加重,降水亏缺面积略有增加;播种—返青期内降水亏缺程度自江苏徐州—河南许昌一线往北都有所加剧,返青—拔节期内降水亏缺程度缓解,拔节—抽穗期内降水亏缺程度加重,仅在山西中部太原地区降水略有盈余,抽穗—成熟期内降水亏缺有所缓解;冬小麦拔节—抽穗期降水亏缺量对日照时数高度正向敏感站点最多,主要分布在河北北部地区和安徽省,其次是风速,对温度和降水的高度正向敏感站点最少。该文为制定灌溉定额,农业水资源管理和缓解水资源供需矛盾提供科学依据。     

近35年吴桥县夏玉米水分亏缺变化趋势分析

为探讨自然降雨和有限灌溉条件下提高夏玉米的产量和水分利用效率。本研究利用1981—2015年吴桥气象数据和SIMETAW模型,分析黑龙港流域夏玉米全生育期及播种-出苗、出苗-拔节期、拔节-吐丝期和吐丝-成熟期4个生育阶段的有效降水量、需水量、降水耦合度和水分亏缺指数(CWDI)的变化趋势,同时分析水分亏缺对夏玉米产量的影响。结果表明:1)近35年来夏玉米全生育期水分亏缺指数呈不显著下降趋势;降水耦合度呈不显著上升趋势;需水量呈显著上升趋势。生育期延长是夏玉米需水量上升的主导因素,30年来生育期延长20多天;2)夏玉米全生育期干旱程度主要为无旱和轻旱,概率分别为51.43%和45.71%,播种-苗期和吐丝-成熟期水分亏缺指数最高;3)一般年份,夏玉米需水量与降水耦合度高,降水基本能满足夏玉米生产;水分亏缺严重的年份,应在吐丝-成熟期补灌1次。     

气候变化背景下东北地区春玉米生育期变化分析

春玉米是东北地区主要作物,研究气候变化背景下春玉米生育期的变化具有重要意义。利用东北玉米种植区内39个农业气象试验站1981—2012年的物候期观测记录数据,系统分析1981—1999年和2000—2012年春玉米播种、拔节、开花、成熟等关键物候期以及营养生长期、营养生长与生殖生长并进期、生殖生长期及全生育期长度的变化特征。结果表明,与1981—1999年相比,2000—2012年东北地区春玉米平均播种期日序差的范围为-10～9 d,推迟站点占32.5%;平均拔节期日序差的范围为-8～9 d,推迟站点占42.5%;平均开花期日序差的范围为-6～6 d,推迟站点占62.5%;平均成熟期日序差的范围为-8～9 d,推迟站点占32.5%。营养生长期长度差范围分别是-23～16 d,增长的站点占57.5%;并进期长度差范围是-17～8.5 d,增长的站点占40%,生殖生长期长度差的范围为-8～21 d,增长的站点占75%;全生育期长度差范围是-19～15 d,增长的站点占55%。     

沈阳地区玉米生长发育期降水量变化特征分析

采用1951—2014年沈阳东陵气候监测站大气降水资料,运用现代气候统计诊断分析技术,研究了玉米生产期降水变化特征。结果表明:在玉米不同生长发育阶段降水量离散度较大,极比在4.6倍以上,生产期也达3.2倍。播种至出苗期、出苗至拔节期降水量变化趋势平稳,拔节至成熟期、全生育期降水量减少趋势明显,气候倾向率分别为-21.225mm/10a、-20.882mm/10a;近20a(1995-2014年)与前20a(1951-1970年)相比降水量分别减少87.9mm、83.7mm;拔节至成熟期及全生育期降水在1980年出现气候突变,突变前后降水量分别减少50.3mm和48.9mm。沈阳地区玉米生产期,尤其在拔节至成熟阶段降水量明显减少,近年来有不同程度干旱发生,要引起足够重视,应及早采取应对措施,预防干旱灾害所带来的农业损失。     

1980～2005年玉米物候特征及其对气候的响应

对辽宁省16个站点1980～2005年的玉米物候资料分析表明,玉米播种与出苗微弱提前,但成熟明显推后,导致玉米生育期明显延长：玉米播种期、出苗期、成熟期和全生育期均与温度呈显著负相关,除播种期外,玉米各个物候期与降水则呈显著的正相关;年平均气温的升高导致玉米生育期缩短,年降雨量的减少导致生育期延长。因此,未来气候暖干化将对玉米生长、质量和产量产生重大影响。     

黑龙江省第一积温带玉米各生育时期环境温度变化分析

统计黑龙江省第一积温带41年(1971～2011年)来玉米各生育时期环境平均温度,研究黑龙江省第一积温带玉米各生育时期环境平均温度变化,玉米适宜度变化。结果表明,黑龙江省41年来玉米苗期、拔节期、开花期、成熟期和全生育期环境平均温度都呈波动上升趋势,其中苗期平均温度上升幅度最大,气候倾向率为0.64℃.10年-1。黑龙江省第一积温带41年来玉米苗期、拔节期、成熟期和全生育期环境温度适宜度都呈波动上升趋势,开花期相对稳定。表明黑龙江省第一积温带玉米温度适宜情况逐渐向有利于玉米生长方向变化。     

气候变化对豫西旱地冬小麦生育的影响及对策

以豫西伊川县为例,分析丘陵区旱地冬小麦生育期气候变化规律。观测资料表明,冬小麦生育期气温呈上升而降水呈减少趋势,以春季气温增幅和降水减幅最大。气候变暖,使冬小麦发育进程加快,除分蘖期、越冬开始期和抽穗期推迟外,其余发育期均有所提前,以成熟期表现最为明显,每10年提前4．90d,其次为返青期,每10年提前3．30d。生育前期,播种至起身期发育间隔日数明显缩短,越冬期推迟,开花至乳熟期间隔日数稍有缩短。起身至开花期发育期间隔日数延长,全生育期每10年缩短了9．05d。产量结构因素表现为：有效穗数每10年减少44．65茎／m2,穗粒数每10年减少3．70粒,千粒重每10年增加2．24g。针对气候变化对豫西旱地冬小麦生长发育、产量因素的影响,提出了适应气候变化的对策。     

1961-2020年华北平原冬小麦-夏玉米生长季内光能资源时空变化特征

利用华北平原具有1961-2020年完整时间序列逐日气象资料的55个常规气象站点及11个辐射观测站点的逐日地面观测资料,建立华北平原冬小麦-夏玉米生长季的太阳总辐射的经验公式,从年代际尺度和年际尺度分析冬小麦-夏玉米周年、生长季和关键生育期辐射资源(总辐射、直接辐射、散射辐射和光合有效辐射)的变化特征.结果表明:华北平...     

气候变暖对天水冬小麦生长发育的影响

运用天水农业气象试验站1981～2008年冬小麦生育期观测资料及麦积国家基本气象站同时期的气象资料,分析了近28年气温升高对冬小麦生长发育的影响。结果表明,1981～2008年天水年平均气温以0．04℃／a的线性趋势上升,其中升温幅度最大的为春季,最小的为夏季。受气温升高的影响,冬小麦全生育期温度适宜性逐年代变好,拔节期～抽穗期、抽穗期～乳熟期温度适宜度线性上升明显。冬小麦返青以后,各生育期提前比较明显,起身期、拔节期、开花期、成熟期分别以0．97、0．50、0．40、0．36d／a的速度提前。全生育期天数以O．59d／a的速度减少,1988～2008年全生育期减少了20d。返青期～拔节期、抽穗期～开花期间隔日数分别以0．57、0．16d／a的速度减少。冬小麦生育期天数减少,有利于气候资源的充分利用,但也增加了生长后期的水分胁迫。     

Spatiotemporal Characteristics of Reference Evapotranspiration and Its Sensitivity Coefficients to Climate Factors in Huang-Huai-Hai Plain,China

Climate change will have important implications in water shore regions, such as Huang-Huai-Hai (3H) plain, where expected warmer and drier conditions might augment crop water demand. Sensitivity analysis is important in understanding the relative importance of climatic variables to the variation in reference evapotranspiration (ET₀). In this study, the 51-yr ET₀ during winter wheat and summer maize growing season were calculated from a data set of daily climate variables in 40 meteorological stations. Sensitivity maps for key climate variables were estimated according to Kriging method and the spatial pattern of sensitivity coefficients for these key variables was plotted. In addition, the slopes of the linear regression lines for sensitivity coefficients were obtained. Results showed that ET₀ during winter wheat growing season accounted for the largest proportion of annual ET₀, due to its long phenological days, while ET₀ was detected to decrease significantly with the magnitude of 0.5 mm yr^?1 in summer maize growing season. Solar radiation is considered to be the most sensitive and primarily controlling variable for negative trend in ET₀ for summer maize season, and higher sensitive coefficient value of ET₀ to solar radiation and temperature were detected in east part and southwest part of 3H plain respectively. Relative humidity was demonstrated as the most sensitive factor for ET₀ in winter wheat growing season and declining relativity humidity also primarily controlled a negative trend in ET₀, furthermore the sensitivity coefficient to relative humidity increased from west to southeast. The eight sensitivity centrals were all found located in Shandong Province. These ET₀ along with its sensitivity maps under winter wheat-summer maize rotation system can be applied to predict the agricultural water demand and will assist water resources planning and management for this region.     

陕北渭北冬小麦降水产量关系与补灌时期研究

在分析陕北、渭北地区旱地冬小麦生育期水分盈亏量和不同月份降水自给率地区分异的基础上 ,研究了不同分区典型县旱地降水产量积分回归函数和降水对产量的影响规律 ,确定了陕西丘陵沟壑区和渭北台塬东部冬小麦最佳补充灌溉时期为 :冬前分蘖期和返青、拔节期 ;洛川塬区 :返青、拔节期 ;渭北台塬西部 :越冬期     

河南省夏玉米生长季农业气候资源变化分析

为充分合理利用气候资源,评估气候变化对玉米生长的可能影响,利用河南省118个气象站1961-2008年气象观测资料,对夏玉米生育期内光、温、水气候资源的年际变化趋势及变化幅度的空间分布差异进行了分析。结果表明:河南省光能资源空间分布由北向南逐渐减少,年际间下降趋势显著,平均每10a太阳辐射减少50.2MJ/m2,日照时数减少37.6h。热量条件稍有改善,播种开始日期显著提前,平均每10a提前2d;可生长日数显著增加,平均每10a增加2.85d;适宜生长日数变化趋势不明显,但年际间波动增大;近50a夏玉米生育期大部分地区积温总体表现为减少趋势,但20世纪80年代中期后以增加趋势为主,空间分布上豫西、豫西南减少显著,平均每10a减少20℃.d以上。降水年际间波动较大,呈不明显的增加趋势。总体来看,光照资源减少,热量条件年际间波动性增大,降水时空分配更加不均,增加了多种灾害发生的可能性,加大了玉米生产的气候风险。应通过筛选品种、调整播期、改进生产措施等途径趋利避害,保障玉米高产稳产。     

播/收期对冬小麦-夏玉米一年两熟模式周年 气候资源分配与利用特征的影响

【目的】优化冬小麦-夏玉米一年两熟模式周年气候资源配置,探索两季最佳的资源搭配模式,进一步挖掘当前气候和生产条件下黄淮海地区周年产量潜力和资源利用效率。【方法】本研究通过10月上旬至12月上旬设置冬小麦不同播期和夏玉米不同收获期,建立了5种冬小麦-夏玉米一年两熟模式周年气候资源分配方式,于2015—2017年在中国农业科学院河南新乡试验站进行田间试验,对其产量、光温水等气候资源分配及利用特征进行研究。【结果】随冬小麦播期及夏玉米收获期推迟,两作物生长季光温水资源分配比例分别由处理Ⅰ的46%﹕54%、60%﹕40%、42%﹕58%调整至处理V的34%﹕66%、49%﹕51%、34%﹕66%范围内,小麦季生长天数及其分配的光温水资源量逐渐减少,将更多的资源分配到玉米季,从而导致小麦产量降低,但由于处理V的ZM66小麦品种维持了较高的穗数和穗粒数,因此与处理Ⅰ比产量降低不显著。然而,处理V玉米季生理生长时间较处理Ⅰ延长约15 d,2016和2017年光温水资源分配量分别增加143.8和120.7 MJ·m^-2、290.5和281.6℃、12.4和25.7 mm,粒重分别增加13.1%和15.5%,周年产量两年分别提高7.9%和6.7%;籽粒脱水时间增加约45d,光温水资源分配量两年分别增加322.5和336.3 MJ·m^-2、509.6和497.8℃、56.7和14.1mm,籽粒含水量降至14.4%—17.3%,达到机械直接收获标准。同时,由于处理V小麦季光温水资源分配量显著降低,特别是减少底墒水和越冬水灌溉约150mm,2016和2017年其光能、温度和水分生产效率较处理Ⅰ分别提高12.5%和15.8%、10.9%和7.7%、39.6%和59.3%,玉米季虽然光能、温度生产效率有所降低,但水分生产效率显著提高,因此周年光能、温度和水分生产效率两年分别提高7.3%和9.1%、5.6%和5.1%、17.3%和29.3%。【结论】在不增加任何投入的前提下通过播/收期的调整（小麦12月上旬播种,玉米11月中旬收获）优化冬小麦-夏玉米一年两熟模式周年气候资源配置,可进一步提升其周年产量和光温水资源利用效率,对于促进黄淮海冬小麦-夏玉米种植模式可持续发展具有重要意义。     

Impacts of climate change on drought risk of winter wheat in the North China Plain

Drought is a major natural disaster causing crop yield losses, while its occurrence mechanism and spatiotemporal variations in a changing climate are still not clear. Based on a long-term climatic dataset(during 1958–2015) from weather stations in the North China Plain(NCP), the influencing mechanism of various climatic factors on drought risk of winter wheat was quantified by using sensitivity analysis, Mann-Kendall trend test and slope estimation. The results indicated that climatic factors have changed considerably over the past six decades in the growth season of winter wheat. As a result, winter wheat suffered from severe droughts(with 350 mm of water deficit during its growth season), particularly at the jointing–heading and heading–mature stages, which were critical to crop yield formation. There were large spatial and temporal variations in drought risk and climatic change factors at different growth stages of winter wheat. Despite precipitation playing a vital role in determining the spatiotemporal patterns of drought risk, high temperature and low humidity along with other climatic factors at key growth stages of winter wheat aggravated drought risk. Particularly, temperature at nearly 90% weather stations showed a notablely upward trend, which exacerbated water deficit and drought risk of winter wheat. Given the complexity and high uncertainty of climate change, these findings provide important information for adapting crop production to future climate change and accompanied droughts while ensuring food security and agricultural sustainability.     

Water consumption in summer maize and winter wheat cropping system based on SEBAL model in Huang-Huai-Hai Plain,China

Crop consumptive water use is recognized as a key element to understand regional water management performance. This study documents an attempt to apply a regional evapotranspiration model(SEBAL) and crop information for assessment of regional crop(summer maize and winter wheat) actual evapotranspiration(ET a) in Huang-Huai-Hai(3H) Plain, China. The average seasonal ET a of summer maize and winter wheat were 354.8 and 521.5 mm respectively in 3H Plain. A high-ET a belt of summer maize occurs in piedmont plain, while a low ET a area was found in the hill-irrigable land and dry land area. For winter wheat, a high-ET a area was located in the middle part of 3H Plain, including low plain-hydropenia irrigable land and dry land, hill-irrigable land and dry land, and basin-irrigable land and dry land. Spatial analysis demonstrated a linear relationship between crop ET a, normalized difference vegetation index(NDVI), and the land surface temperature(LST). A stronger relationship between ET a and NDVI was found in the metaphase and last phase than other crop growing phase, as indicated by higher correlation coefficient values. Additionally, higher correlation coefficients were detected between ET a and LST than that between ET a and NDVI, and this significant relationship ran through the entire crop growing season. ET a in the summer maize growing season showed a significant relationship with longitude, while ET a in the winter wheat growing season showed a significant relationship with latitude. The results of this study will serve as baseline information for water resources management of 3H Plain.