内蒙古作物生长季降水资源空间分布及月尺度旱情特征分析

研究内蒙古地区生长季内降水资源和旱情分布特征,对于该区合理布局农牧业、充分利用水资源以实现粮牧稳产具有重要的科学意义。文中利用内蒙古自治区46个气象站点1961-2010年逐日气温、降水量数据,分析了内蒙古地区5~9月降水资源时空分布规律,并基于干旱指数(K)从月尺度上研究了旱情分布特征。研究表明:1)内蒙古地区生长季降水资源不足且空间分布不均匀,降水量(平均为255.0mm)自西向东递增。近50年降水有减少的趋势,降水变率为25.3%,与降水量成反比。2)生长季重旱以上的区域面积占自治区面积的37.5%。5月份旱情最严重,基本为"十年十旱"。3)内蒙古地区旱情等级呈经向分布特点,西部地区干旱程度重于东部地区。     

半干旱黄土丘陵区柠条林水分生产力和土壤干燥化效应模拟研究

建立固原半干旱丘陵区WinEPIC模型土壤数据库、气象效据库,修订柠条作物参数,验证模型的精度及在该区适应性,在此基础上对黄土高原丘陵区柠条林地水分生产力和9 m土层土壤有效含水量进行30 a长期动态模拟研究.结果表明,前10 a柠条生长主要依靠土壤储水和降水,水分生产潜力稳定且无水分胁迫,但已出现土壤干层;生长10 a以后随着柠条根系的下伸,土壤水分亏缺加剧,水分生产力随降水量变化呈波动性下降趋势.9m土层逐月土壤有效含水量均呈现明显的波动性降低趋势.模拟柠条生长初期(1～10 a)9 m土层土壤有效含水量以101.0 mm/a的速度递减,此后长期在较低水平上随降水量变化而波动.由此得出,固原丘陵区柠条水分持续利用的合理年限为10 a左右.     

新疆克孜勒苏柯尔克孜自治州大气降水时空变化特征

利用新疆克孜勒苏柯尔克孜自治州气象观测基本(准)站1960—2011年的降水观测资料,采用线性回归分析、趋势分析、突变检验和小波分析等方法,对降水量变化特征进行分析。结果表明:近52 a克孜勒苏柯尔克孜自治州年降水量均呈现一致的增加趋势。就年际变化而言,平原区阿图什站的降水量自20世纪末增加较为明显;山区乌恰站和阿合奇站降水量呈现快速增加趋势,在进入90年代后各地多极端天气气候事件;阿图什和乌恰站的降水变率较大,阿克陶和阿合奇站降水变率较小,各个观测站四季降水变率均在0.3以下,表明降水稳定;平原站年降水量序列在20世纪80年代末和21世纪初发生了2次明显的突变,突变时间点分别为1987年和2000年,山区站年降水量序列在20世纪90年代初发生了由少到多的突变,突变时间点为1994年;小波分析结果显示:克孜勒苏柯尔克孜自治州平原地区降水存在着3 a、7 a和8 a左右的振荡周期,而山区存在着8 a和4 a左右的振荡周期。     

全球气候变化下宝鸡地区的响应

54 a来宝鸡市气温在波动中呈现出上升趋势,气温升高主要发生在20世纪90年代及以后;20世纪90年代气温变率最大,80年代最小。从季节分配来看,四季气温均有升高,但以春季增温最为明显。冬季气温的变化在20世纪80年代发生了较大变化,此后一直持续在0.7℃左右;降水量在波动中呈下降趋势,多雨主要发生在20世纪50、80年代,少雨期主要集中在70和90年代。降水变率在2000年后最大,20世纪70年代最小。从季节分配来看,夏季、春季降水量均呈减少趋势,冬季降水量则呈现增加的趋势。秋季降水变率最大。这对于以夏、秋季降雨为主的宝鸡市来说,是一个值得关注的问题;对降水量、气温进行相关分析,发现年总降水量与年平均气温以及春季、夏季、秋季降水量与气温均呈负相关。冬季降水量与气温呈正相关。二者之间均表现出显著线性相关,且通过了a=0.05显著性水平检验;近期宝鸡有向暖干化发展的趋势。     

黄土高原降水资源特征与林木适宜度研究

黄土高原位于干旱半干旱地区,水资源匮乏,如何根据当地的降水条件来确定适宜的植被类型是生态建设中的一个关键问题.通过对黄土高原68个气象台站1961-2000年逐月降水量的统计,结果表明:黄土高原的降水特征总体表现为年平均降水量区域差异大,由东南部的大于600 mm逐渐递减到西北部的不足200 mm;植物生长期间的降水占全年80%以上,且季节分配不均,表现为春旱、夏多、秋少.依据黄土高原的降水资源特征,从林地水量平衡理论出发,以生长季期间林地的水分收支状况来确定林木的适生程度,并以县为单位对黄土高原的林木适宜性进行分区.结果表明,黄土高原适宜于乔木林和灌木林的区域各占1/4左右.     

内蒙古黄土高原区降水规律与集雨利用潜力分析

在黄土高原干旱少雨,地下水埋深较深的地区,通过建立水窖集雨供人畜饮用和作物补充灌溉具有重要意义。本研究利用沙圪堵镇的准格尔旗气象站1959—2000年气象资料,进行降水规律分析。结果表明,位于内蒙古黄土高原区的准格尔旗年均降水量为392.1mm,最大年降水量为635.5mm,最小降水量仅为142.5mm。年降水量在500mm以上的保证率为19%,接近五年一遇,年降水量400mm以上的保证率为44%,可基本上满足短季耐旱作物的生长之需;降水量在300mm之下的频率为21%,不能满足作物生长对水分的需求。有1/3的年份年降水量300—400mm之间,作物生长所需水分亏缺的部分,需要适当补灌。由于4—5月作物播种和苗期降水量少,存在生长障碍,如能在前一年集雨次年春天补充灌溉将有利于全苗和增产。对于10mm以上的降水,保证率80%以上的降水量仅为135mm,保证率60%的降水量为200mm。中雨雨量为达到300mm的保证率只有30%。对于大雨过程,总降水量200mm只有15%的可能性,100mm以上的保证率为60%。如果降水10mm以上才能集到雨水,100m2的集雨面,只有60%的年份产水量大于20方。不同集雨面的集流效益不同,在建立集雨水窖时,要根据水窖体积和集雨面材料的集流效率,合理确定集雨面,保证80%以上的年份达到满意的集雨效果。另外,根据降水规律可利用自然地面进行田间集雨,利用土壤库容保存降水供作物生产之用。     

限定枣树生长下的枣林耗水特征

为了减少黄土高原地区枣林地水资源消耗，减轻枣林土壤干化，完善枣林地水分管理，实现可持续发展，以黄土高原地区山地枣树为研究对象，将枣树栽植在面积为6 m²，深度分别为2、3、4、5、6 m的小区内，通过枣树修剪控制树体规格及枝条数量和长度，测定土壤水分含量与枣树生长指标，测算枣树的单株生物量、耗水量及水分利用效率，分析枣树生物量与耗水特性的关系，探索严格限定枣树生长情况下的枣林耗水特征。经过三年连续监测发现:修剪后的5 a枣树耗水深度约为3 m，与常规矮化密植山地5 a枣树相比减少1.4 m左右，枣树耗水深度显著降低。各小区土壤储水量的变化情况与年降水量的变化规律相同，虽然在干旱年(2015年)各小区储水量相比2014年明显下降，各小区土壤储水量均存在亏缺现象，但2016、2017年的土壤水分通过自然降水恢复，相比2014年初始土壤储水量有提升。3 a枣树平均耗水量为520.78 mm和当地平均降雨量548.40 mm基本持平，说明林地土壤水分补充与消耗基本持平。研究表明：控制枣树生长具有调控枣林地耗水的作用，证明试验采取的修剪强度符合当地降雨条件，可以作为节水型修剪的控制指标；枣树在有限的生长空间内依靠自然降雨正常生长，试验限定枣树生长并没有降低枣树产量；与常规矮化密植山地枣树相比，试验枣树的生物水分利用效率和产量水分利用效率均有所提升。恰当的修剪可以限制营养生长，促进生殖生长，从而提高枣树水分利用效率，对缓解当地深层土壤水分干化具有重要意义。     

西北地区降水特征及变化规律分析

根据我国西北地区降水气候特征研究状况,利用较具代表性的我国西北地区北亚热带、温带驻防的25个空军机场气象台站1970~2000年历年逐时降水资料,从降水量、降水强度、降水时间、降水频率等方面,以气候区划区为区域分析单位,分析了西北地区的降水变化规律和特征。结果表明:西北地区北亚热带、温带年际降水量有从东南和西北两侧向中部明显减少的分布格局。30 a间中温带干旱区东部及其以东地区的降水量呈下降趋势,以西则基本呈上升趋势。降水强度基本表现为上升趋势,强度呈东南大、西北小分布,且以北亚热带湿润区和南温带干旱区南疆区上升速率表现最大。降水时间呈现减少趋势,其分布特点与降水量分布基本上一致,由东南和西北两侧向中间明显减少。近30 a来降水量东降西升,降水小时数、降水频率呈下降趋势,但小时雨强和中雨以上强度降水比重一直呈上升趋势,降水以短时、量大为特征出现的机率在增加,降水的有效利用难度在加剧,这种特征东部比西部要明显得多。青藏高原东侧降水量和降水小时数都处于下降趋势,雨强呈上升趋势,该地区干旱趋势在加剧。但在高原东北侧、北侧这种趋势表现相对要弱一些。     

西藏青稞需水关键期降水的气候变化特征

利用1961-2000年西藏不同气候型农区旬降水量资料,分析了青稞生育期的降水特征及趋势变化。结果表明：青稞拔节～孕穗期降水变率较大,此时温暖半干旱农区、温暖半湿润农区易出现旱情;抽穗～乳熟期半湿润农区多数年份的降水能够满足青稞需求,且还有盈余。过去40a青稞全生育期的降水量,在温暖半干旱农区,1980年以前呈显著的减少趋势,1981年开始表现为显著的增加趋势;温暖半湿润农区呈明显的增加趋势,而温凉半湿润农区表现为不显著的减少趋势。     

冬小麦生产年土壤水分变化及其对农业生产影响分析

通过对黄土高原典型残塬"董志塬"麦田耗水量、不同时期土壤水分含量及其与降水量、耗水量和产量关系的研究,揭示了陇东黄土高原塬区麦田土壤水分变化及其对农业生产的影响特征。分析显示:麦田耗水主要来源于生产年自然降水,降水多,耗水量大,产量高,一个生产年土壤水分可以得到有效补充,否则耗水量小,产量低;降水量最多的年份并非冬小麦产量和水分利用率最高的年份,但降水量最少的年份肯定是冬小麦产量和水分利用率最低的年份;上年收墒期降水充沛,土壤水库贮水充足,可以有效防御和缓解来年春旱对冬小麦生产的影响,是冬小麦丰产的基础,同样,即使底墒不足,只要春季降水充足、适时,冬小麦也可以取得较好收成;如果上年秋旱和当年春旱同时出现,天旱地也旱,必然导致冬小麦大减产。     

河南省近20年土壤湿度的时空变化特征分析

利用自然正交函数（EOF）分解、相关分析、趋势倾向率分析等方法，对河南省近20a土壤湿度的时空变化特征进行了分析。通过建立土壤湿度同温度、降水的多元回归方程，来量化土壤湿度同温度、降水的关系。分析表明：土壤湿度的空间分布有比较明显的差异，总体上由南向东北和西北两个方向逐渐降低；土壤湿度的年际变化有不太显著的下降趋势；年内不同季节土壤湿度有不同的变化趋势，其中春季土壤湿度小，夏季开始升高，进入秋冬逐步保持在较高水平。土壤湿度与降水成显著的正相关，同温度成显著的负相关。各季节影响土壤湿度变化的主要因子为：春季受温度回升影响而降低；夏季随降水增多而增大；秋季继续缓慢上升，主要由降水的缓慢累积所造成；冬季由于温度低，土壤湿度变化不大。     

黄土塬区降水变化条件下冬小麦田土壤水分消耗与补给

通过人工实时降水分配试验,研究了黄土塬区冬小麦田3种降水条件:正常降水(R_(CK))、降水增加1/3(R_(+1/3))和降水减少1/3(R_(-1/3))下,土壤水分变化速率、消耗深度以及水量平衡状态。结果表明:R_(CK)和R_(-1/3)处理0~3.8 m土层土壤储水量以91.85 mm·a~(-1)和109.39 mm·a~(-1)的速度下降,而R_(+1/3)处理土壤储水量在0~3.0 m深度以48.94 mm·a~(-1)的速度减少,而在深层(3.0~3.8 m)土壤水以17.39 mm·a~(-1)的速度增加;降水增加使得土壤水分的补给次数增多,减少了土壤水分的时空变异;当土壤底墒充足且生育期降水量较多时,各降水处理土壤水分的消耗深度较浅,反之,则较深;在休闲期,降水的转化效率与生长季土壤水的消耗率呈现极显著的指数相关。     

半干旱区春小麦水分与产量关系及其影响因素分析

水分是影响半干旱雨养作物生长、发育及产量形成最重要的环境因素。以中国西北半干旱区田间试验为基础，收集长期观测资料和文献数据，分析春小麦产量与水分之间的关系及其环境影响因素，揭示不同环境条件下春小麦水分限制特征和调控机制。研究表明：半干旱区常规管理水平下，雨养春小麦产量与水分间的关系相对稳定，然而播前土壤储水影响生育期降水与春小麦产量间的关系，不同播前土壤储水条件下，每增加1 mm降水量，春小麦产量的增加量分别为21.3 kg·hm^-2和16.8 kg·hm^-2。生育期大气干湿条件（潜在蒸发量与降水的差值）对播前土壤储水与春小麦产量间的关系也有影响，其中大气较为干燥时（潜在蒸发量与降水的差值大于425 mm），产量与土壤水分间关系斜率为22.9 kg·hm^-2·mm^-1，大气较为湿润时（潜在蒸发量与降水的差值小于425 mm），斜率为20.1 kg·hm^-2·mm^-1。相较生育期降水，播前土壤储水对春小麦产量更具有决定性作用。半干旱雨养春小麦的气候年型由播前土壤储水和生育期大气干湿条件共同决定。增加播前土壤水分储量、在生育期的特定阶段灌溉均会改变小麦耗水量与产量之间的关系，并最终导致小麦水分利用效率发生变化。大气干湿条件和灌溉条件共同导致中国西北不同地区春小麦边界函数存在差异。     

地下水位下降对区域气候影响的虚拟试验

利用数值模拟方法,研究我国西北地区地下水位大幅度下降对干旱、半干旱气候变化的影响,并对地下水位变化和大气降水相互作用的反馈机制进行探讨.结果表明,地下水位大幅降落可以引发显著的气候效应,不仅引起降水的大幅度减少和近地面的增温,而且通过对土壤水状况的改变,引起了边界层结构和陆-气通量交换的变化.这些变化引起了局地对流层中低层大气环流的调整,进一步影响干旱气候.通过虚拟试验,反映了地下水变化对土壤水和大气降水等水分循环过程和干旱气候的巨大影响.     

Simulated rainfall sequences affect germination and biomass allocation of Chihuahuan desert native plants

Ecological restoration of many arid zones is a pressing issue because of recurrent loss of plant cover. Here, we conducted a germination and growth study of three framework plant species, native to the Chihuahuan Desert in Northern Mexico, to optimize the establishment for arid zone restoration. The plant species were Zinnia grandiflora Nutt., Menodora scabra A. Gray, and Yucca elata (Engelm.) Engelm, which were selected for their potential for restoration as drought tolerant species. We evaluated seed germination, survival, and biomass allocation of seedlings under four (high, medium, low, and very low) simulated rainfall sequences as irrigation treatments. Rainfall sequences were obtained from a previous study that considered 35?years of precipitation records. Each sequence is accounted for 20% of probability of a wet, normal, low, or very low year in terms of precipitation occurring in the study area. Germination was conducted in controlled greenhouse conditions and seeding was done in pots containing soil mix. Sequences produced soil moisture fluctuations in which germination percent was higher for M. scabra (88%) and Z. grandiflora (31%) on the high sequence compared to the other sequences. Survival at the end of the treatments was above 80% of all the three species, and seedlings allocated more aboveground biomass as the moisture increased and more belowground biomass as moisture decreased. Implications under our study conditions include that germination of Y. elata would not be negatively affected by low soil moisture, and the best germinative results for Z. grandiflora and M. scabra would be achieved under higher soil moisture.     

Effect of canopy cover,seeding depth,and soil moisture on emergence of Centaurea maculosa and C. diffusa*

The effects of canopy cover, seeding depth, and soil moisture on emergence of Centaurea maculosa Lam. and C. diffusa Lam. were studied. Canopy cover had no effect on ermergence rate (seedlings/day/100 seeds) of either species. Seeds of both species emerged faster when placed on the soil surface. Emergence rate decreased as seeding depth increased. Both species required more than 55% initial soil moisture to initiate emergence, with 65–70% being optimum. Percentage emergence followed exactly the same trend as emergence rate. C. maculosa had better emergence characteristics over a wider range of conditions than C. diffusa, possibly being some of the reasons for the former having a wider geographical distribution in the United States and Canada.     

Water use traits and survival mechanisms of psammophytes in arid ecosystems

A combination of dune-scale observation to distinguish psammophyte distribution, field experiments to determine gradients of soil moisture and physicochemical properties, and controlled quantitative manipulation for psammophytes water use traits was employed to study an arid desert margin area in China. This study aims to: (1) interpret the survival mechanisms of plants in arid desert ecosystems, especially for pioneer species; (2) interpret the links among distribution pattern, stress-gradients, and water use traits; (3) discuss the mechanisms and probable succession processes under natural fixation for artificial ecosystem rehabilitation; and (4) discuss the possibility of recognizing quantified water use traits as a predictor to compare the variations in adaptability among different species. We classified seven psammophytes into three major types in terms of water use: prodigal, moderate, and frugal plants. Results showed that vegetation cover of all the dominant species, including shrubs and herbs, was negatively correlated with diurnal transpiration at rhizosphere moisture (P < 0.01, R² = 0.94). Herbaceous pioneer species (e.g., Agriophyllum squarrosum) survive harsh environments (shifting, hot and arid surface of dunes) by prodigal water use (high transpiration rate), low species cover, and fast production (high water use efficiency, which peaks at low soil moisture). By contrast, intrusive species (e.g., Eragrostis poaeoides) behaved as frugal plants to survive drought, thereby maintaining high vegetation cover and biomass, as well as soil water equilibration.     

不同材质地膜覆盖对花生产量品质的影响及防风蚀效果研究

2013—2014年在辽宁省阜新蒙古族自治县平安地镇土城子村试验基地,采用普通白膜、黑色地膜、液态膜三种不同材质地膜覆盖,以裸地为对照,研究不同材质地膜对花生产量品质的影响及防风蚀效果。试验结果表明,覆盖地膜的花生产量均比裸地有所提高,增产幅度为黑膜白膜液态膜。从花生品质来看,四种处理方式的花生粗脂肪含量、粗蛋白含量和油/亚比差异均不显著(P0.05),但覆盖黑膜的花生油酸和亚油酸含量均最高,液态膜和白膜次之,不同材质地膜与裸地花生差异均达到了显著水平(P0.05)。覆盖液态膜的花生地土壤含水量始终最高,积沙量在各时期均最小;其次为白膜和黑膜;裸地种植的花生土壤含水量最低,积沙量始终最大。因此,地膜覆盖栽培是花生高产、防风蚀的有效技术措施。     

辽西地区春播期土壤湿度变化特征及气象影响因子分析

利用1981—2011年辽西地区土壤相对湿度、降水和气温资料,对该区土壤湿度和降水变化特征及二者关系进行分析。结果表明：土壤湿度具有明显干化趋势,同期降水不是唯一影响因子;春播期土壤湿度与前秋降水正相关,深层相关系数为0.69,与底墒显著正相关,相关系数最高可达0.84,如此显著的正相关是由于北方特有的封冻雨,秋季降水封冻在土壤里,到第二年春季,气温升高,解冻返浆,土壤变得湿润;5月土壤湿度与同期降水呈正相关,浅 层相关系数为0.67,与气温呈负相关,深层相关系数为-0.58。     

黄土高原休闲期深松后覆盖播种对旱地小麦产量的影响

为明确旱地麦田休闲期深松、生育期覆盖对土壤水分的影响及其与产量构成因素的关系，探索旱地小麦增产增效的最佳蓄水保墒土壤管理技术，于2014-2016年在山西省闻喜县旱地麦田进行大田裂区试验，以休闲期深松和当地传统耕作（对照）为主区，以全膜覆土穴播、膜际条播、常规条播三种播种方式为副区，研究休闲期深松、生育期覆盖播种对土壤水分和产量及其构成因素的影响。结果表明：两试验年度休闲期深松耕作显著提高了播种期土壤蓄水量，0~300 cm土层较传统耕作多蓄水达24~33 mm；越冬-成熟期土壤蓄水量提高了12%~16%，休闲期土壤蓄水效率显著提高了18%~24%，降水生产效率提高了6%~11%，水分利用效率显著提高了15%~23%。2 a休闲期深松较对照小麦产量分别提高了12%~16%、18%~24%。休闲期深松条件下两种覆盖播种模式较常规条播产量显著提高了9%~13%、8%~21%；对照条件下，产量分别提高了6%~13%、12%~19%。2 a膜际条播较全膜覆土穴播产量分别提高了3%~7%、6%~12%，降水生产利用效率和水分利用效率均以膜际条播最高。年份对产量和穗数有极显著影响，休闲期深松效果大于播种方式效果。此外，本试验条件下，穗数的形成与越冬期上层土壤水分、拔节期中层土壤水分、孕穗期深层土壤水分相关性极显著。产量的形成与越冬期上层、拔节期上层和中层、孕穗期和开花期深层水分相关性极显著。休闲期深松可实现蓄水增产，土壤蓄墒每增加1 mm，2 a休闲期增墒增产量分别达26 kg·hm^-2、46 kg·hm^-2，且结合膜际条播蓄水对产量的贡献最高。总之，休闲期采用深松、生育期采用覆盖，均有利于提高花前土壤水分，增产主要通过提高穗数来实现，且降水少的年份增产效果明显。因此，休闲期深松结合生育期膜际条播处理是兼顾高产蓄水高效的耕作栽培方式。