华北地区农业干旱预测模型及其应用研究

对华北地区冬小麦进行了水分胁迫实验,确定了冬小麦光合作用速率对水分胁迫的响应曲线,提出了农业干旱指数和农业干旱预警指数两个基本概念,在此基础上建立了具有明确生物学机理的华北农业干旱预测数值模式。对北京、石家庄、郑州和济南1998年至2000年432旬的农业干旱模拟结果表明：农业干旱预警定性准确率为90.7%,定量准确率在87.5%左右;此外,模拟表明模式也可以对区域农业干旱进行准确有效的预测。利用1961~2000年气象资料对北京等地区历年农业干旱进行数值分析,结果表明：不同于大气干旱,在自然气象条件下,北京等地区作物生长期内几乎每年都存在农业干旱现象,特别是冬小麦灌浆至成熟期每年均存在一次较为严重的农业干旱胁迫过程,但农业干旱胁迫程度年际间存在一定波动,功率谱分析表明其具有3~6年的周期变化规律。对平均气候状况下华北地区农业干旱进行了时空动态分析,结果发现在自然条件下,华北大部分地区冬小麦4月下旬至5月下旬,即大约在冬小麦开花、灌浆至成熟期,农业干旱胁迫指数存在一种自然的逐渐加强的动态过程,这与华北地区的农业生产实践是基本一致的。     

相对蒸散在冬小麦干旱宏观评估中的应用

利用最新的Ｐｅｎｍａｎ－Ｍｏｎｔｅｉｔｈ参考蒸散估算方法,计算了华北各地历年小麦各发育阶段的相对蒸散。根据水分亏缺引起的不同减产程度,确定冬小麦各发育阶段干旱指标,并据此分析了小麦干旱程度及发生概率。建立了冬小麦干旱影响综合评估模式。结果表明,干旱指标农业意义明确,分析评估符合实际。利用综合考虑冬季严寒和生育期内各阶段水分状况的模式进行农业干旱影响评估的尝试取得了较好的效果。     

基于蒸散干旱指数的华北地区干旱研究

本文利用卫星遥感资料以及常规气象资料驱动基于地表净辐射、植被指数、平均气温和日温差的蒸散模型来估测日实际蒸散量,并与栾城站涡动相关法测量的实际蒸散作对比验证。定性分析了实际蒸散与各相关影响因子的时空变化规律;通过蒸散干旱指数（EDI）分析华北地区的干旱分布特点,并分别与PDSI指数和降水距平百分率作对比。结果表明：ET模型估测的蒸散值与实测值的相关性很好,其模拟精度对于大面积干旱监测的空间尺度上是可用的;EDI距平指数表征干旱分布的空间分辨率较高,且对旱情的指示和干旱程度的判定比较可靠。     

土壤水分对冬小麦叶片光合速率影响模型构建

植物叶片光合速率是表征植物光合能力的重要参数,对土壤水分反应敏感,建立不同土壤水分对冬小麦叶片光合速率影响模型,有助于准确理解冬小麦的光合作用和产量形成。该文收集整理了1996—2017年我国冬小麦主产区11个试验地点、17个冬小麦品种的干旱和渍水试验数据共64组310个样本,分别构建干旱和渍水对冬小麦叶片光合速率影响的分段式和指数型模型,形成土壤水分对冬小麦叶片光合速率影响模型（the model for Soil Moisture Effects on leaf Photosynthesis rate of winter wheat,SMEP）。结果表明：随着土壤相对湿度增加,冬小麦叶片光合速率系数呈稳定低值-线性增加-稳定高值-缓慢下降的特点;随着渍水时间延长,冬小麦叶片光合速率系数呈缓慢下降-快速下降的特点。对SMEP模型进行回代检验、外推检验、单点验证、单发育期验证发现,模型模拟结果与文献数据有较好的一致性,回归系数在1.0附近,且均达到0.01显著性水平。SMEP模型将嵌入中国农业气象模式（CAMM1.0）,为CAMM不断完善提供科技支撑。     

冬小麦干旱综全防御技术应用研究

应用足墒深耕、适时播种、西方施肥、指标灌溉、喷抗旱剂等多项小麦抗旱管理措施,使麦田浇水次数减少１～２水,耗水量平均减少２０．４ｍｍ,决量提高１４．８％,水分利用效率提高２０．６％,经济效益提高１８．０％。实践证明,这是一套简便易行,具有巨大经济效益的干旱综合防御技术。     

冬小麦生长模式及其在干旱影响评估中的应用

在前人理论研究和田间试验的基础上,考虑水分胁迫影响的后效性及作物不同发育阶段对水分胁迫的敏感性,研制出实际水分条件下的冬小麦生长模拟模式。经与不同水分处理的实测资料对比,模拟效果基本令人满意,平均误差为10%左右。利用生长模式得到实际水分条件下的干物重减少率,进行了干旱影响实时评估的尝试。并分别在返青后、拔节后和成熟前展望了干旱对最终生物量的可能影响。     

冬小麦干旱综合防御技术应用研究

应用足墒深耕、适时播种、配方施肥、指标灌溉、喷抗旱剂等多项小麦抗旱管理措施 ,使麦田浇水次数减少 1～ 2水 ,耗水量平均减少 2 0 4mm ,产量提高 1 4 8% ,水分利用效率提高 2 0 6% ,经济效益提高 1 8 0 %。实践证明 ,这是一套简便易行 ,具有巨大经济效益的干旱综合防御技术。     

华北地区极端干旱事件的变化特征

利用华北地区1961—2015年72个测站的月降水资料,采用一元线性回归、M-K非参数检验、小波变换、分形理论等方法,研究了华北地区极端干旱事件的变化特征。结果表明,华北地区极端干旱事件频次呈波动递增趋势,递增率为0.21次/10a。1981—1993年极端干旱事件频次低于平均值;1994—2015年的高于平均值,处于极端干旱期。极端干旱事件频次距平值年代际变化差异较大:1961—1980年极端干旱发生频次距平值正负交替;1981—1993年的为负值;1994—2015年的为正值。华北地区极端干旱事件频次在2003年发生了突变性增加,极端干旱事件频次Hurst指数值为0.55,具有长相关性,未来10年内华北地区极端干旱频次呈递增的发展趋势。     

河南省冬小麦干旱灾害的空间分布研究

利用河南省30个农业气象基本站的土壤测墒资料,把冬小麦干旱划分为轻、中、重3个干旱等级,通过构建干旱指数函数,分别计算出不同干旱等级的干旱指数,绘制干旱指数分布图,结果表明:河南省冬小麦干旱以豫北林州,豫西大部,豫中许昌,豫南西平、驻马店等地发生较频繁且以轻旱为主。     

河南省冬小麦干旱灾害的空间分布研究

利用河南省30个农业气象基本站的土壤测墒资料,把冬小麦干旱划分为轻、中、重3个干旱等级,通过构建干旱指数函数,分别计算出不同干旱等级的干旱指数,绘制干旱指数分布图,结果表明:河南省冬小麦干旱以豫北林州,豫西大部,豫中许昌,豫南西平、驻马店等地发生较频繁且以轻旱为主.     

中国黄淮海地区冬小麦光合作用特征参数

利用Licor-6200便携式光合作用测定仪，对1949年以来不同历史年代的冬小麦叶片光合作用进行了大量测定，拟合了不同年代12个典型品种的叶片光合作用光响应曲线，首次揭示了黄淮海地区冬小麦叶片光合特征参数随时间演变规律，并利用数值模式分析了特征参数对光合日总量的影响。该研究为我国气候生态数值模型提供了基础数据，并为模式的区域应用提供了重要前提条件。     

陕西省冬小麦干旱风险分析及区划

根据自然灾害分析原理, 以县为单元, 从干旱对冬小麦造成的减产出发, 分别就各县灾损率、易灾性、抗灾能力三方面进行了讨论。以风险指数为区划指标, 在GIS系统 (City Star) 中, 按等级划分标准对各县属性值进行分级、赋色, 获得GIS系统支持下的陕西省冬小麦干旱风险区划图, 并分区予以评述。     

渍水麦田土壤水分动态模型研究

根据土壤水分平衡原理,建立了一个反映土壤渍水、可与小麦生长模型耦合的土壤水分动态模型,尤其考虑了因地下水位较浅而引起的毛管上升水量和土壤导水率的变化对土壤含水量的影响。采用盆栽小麦水分试验资料验证了日蒸散量的模拟值,利用湖北荆州农业气象试验站和江苏金坛农业气象试验站的土壤水分历史资料对建立的模型进行了综合测试和验证,结果表明：蒸散量、地下水位和0～50 cm土壤含水量的模拟值与实测值具有较好的一致性,模型能可靠地预测多雨和渍水地区麦田土壤水分的变化动态     

气候变化对华北地区冬小麦水分亏缺状况及生长的影响

根据多点多年气象资料、作物发育期资料和土壤水文资料,计算了未来气候变化情景下华北冬小麦主产区小麦不同发育阶段和全生育期内水分亏缺量的变化。结果表明,气温升高时小麦水分亏缺状况变差,亏缺量等值线南移,引起小麦气候适宜区范围缩小,减产额加大,产值降低,用于额外灌溉的生产费用增加。     

Effects of Drought on Winter Wheat Yield in North China During 2012-2100

Winter wheat is one of China's most important staple food crops, and its production is strongly influenced by weather, especially droughts. As a result, the impact of drought on the production of winter wheat is associated with the food security of China. Simulations of future climate for scenarios A2 and A1B provided by GFDL_CM2, MPI_ECHAM5, MRI_CGCM2, NCAR_CCSM3, and UKMO_HADCM3 during 2001- 2100 are used to project the influence of drought on winter wheat yields in North China. Winter wheat yields are simulated using the crop model WOFOST (WOrld FOod STudies). Future changes in temperature and precipitation are analyzed. Temperature is projected to increase by 3.9-5.5℃ ? for scenario A2 and by 2.9-5.1℃ ? for scenario A1B, with fairly large interannual variability. Mean precipitation during the growing season is projected to increase by 16.7 and 8.6 mm (10 yr)-1, with spring precipitation increasing by 9.3 and 4.8 mm (10 yr)-1 from 2012-2100 for scenarios A2 and A1B, respectively. For the next 10-30 years (2012- 2040), neither the growing season precipitation nor the spring precipitation over North China is projected to increase by either scenario. Assuming constant winter wheat varieties and agricultural practices, the influence of drought induced by short rain on winter wheat yields in North China is simulated using the WOFOST crop model. The drought index is projected to decrease by 9.7% according to scenario A2 and by 10.3% according to scenario A1B during 2012-2100. This indicates that the drought influence on winter wheat yields may be relieved over that period by projected increases in rain and temperature as well as changes in the growth stage of winter wheat. However, drought may be more severe in the near future, as indicated by the results for the next 10-30 years.     

基于作物模型灾损识别的黄淮区域冬小麦晚霜冻风险评估

利用近50年黄淮地区54个农业气象观测站的作物观测资料和气象资料,结合人工移动式霜箱试验结果,研究了WOFOST作物模型中增加晚霜冻影响的处理技术,揭示了晚霜冻对冬小麦各生长量的影响结果。利用修改后的作物模型提取晚霜冻灾损评估技术,建立以晚霜冻的危险性、暴露性和脆弱性为风险因子的风险评估模型,开展黄淮区域晚霜冻风险评估。结果表明,黄淮区域冬小麦晚霜冻风险分布呈西高东低分布,高风险地区主要分布在黄淮区域的河南西部、西南部、西北部及东部永城、沈丘一带。其中,黄淮西部的高风险主要是由晚霜冻高灾损引起的,河南西南部的高风险是由晚霜冻的高频率引起的,其西北部和东部的高风险则是由晚霜冻的高频率和高灾损共同引起的。     

华北平原冬麦田土壤CH4的吸收特征研究

利用静态箱/气相色谱(GC)法,对华北平原冬小麦拔节—成熟期间麦田土壤CH4气体通量进行了测定,得出华北平原典型冬麦田土壤是大气CH4的弱吸收汇。试验期间土壤CH4通量存在明显的季节变化和日变化,麦田拔节—成熟期间土壤CH4通量日平均值为-18.3μg.m-2.h-1,波动范围为-4.3~-24.4μg.m-2.h-1;在土壤CH4通量的日变化中,观测到麦田土壤在午间和夜间都有一个吸收峰,峰值出现的时间因生育期不同而有所不同。试验期间CH4通量日平均值与土壤温度关系不明显,而与土壤水分呈负相关(α=0.01);日变化中土壤CH4通量与地表温度的相关性较差,而与5 cm地温相关密切。麦田拔节—成熟期间土壤CH4通量日平均值随NH4 -N施用量的增加呈递减规律,农田秸秆还田后不利于土壤对CH4的吸收。