基于灾害风险综合指标的陕西省农业干旱时空特征

随着气候变化,农业干旱直接威胁粮食安全.本文以陕西省为研究对象,基于自然灾害风险理论,综合考虑干旱灾害影响因素,从致灾因子的危险性、承灾体的暴露性、环境的脆弱性和地区的抗旱能力4个风险要素选取指标,采用层次分析法确定指标权重,构建自然灾害风险综合指标,分析2009—2013年陕西省农业干旱时空特征.结果表明: 研究期间,陕北地区农业干旱风险略呈下降趋势;陕南地区呈急剧升高态势,以商洛市为甚;关中地区基本稳定,以咸阳市最高、西安市最低.陕西省农业干旱风险大体呈现从南向北逐渐递增现象.     

四川省盆地区玉米干旱灾害风险评估及区划

利用四川省盆地区玉米产量资料、生育期资料和相关气象资料,建立了适用于四川省盆地区玉米干旱风险评估的气候干旱风险模型、作物干旱风险模型、产量灾损风险模型、抗灾性能模型和相应的指标体系,并构建了四川省盆地区玉米旱灾综合风险评估模型,确定了综合风险区划指标.结果表明： 四川省盆地区玉米各项风险评估指标具有明显的区域差异和一定的连片性;玉米旱灾综合风险评价指标,可将四川省盆地区玉米种植区划分为高、中、低3个风险区,其中,风险高值区主要集中在盆西北大部、盆中及盆南部分地区,风险中值区主要分布在盆北及盆南部分地区,风险低值区主要分布在盆东北、盆西南及盆东南部分地区.     

春小麦对骤旱的响应特征及其阈值分析

与缓慢发展的干旱过程不同,骤旱具有发生速度快,短期内可致害的特点。目前,关于作物骤旱致害的临界阈值及其调控机制尚不清楚。以春小麦为供试作物,通过桶栽试验,模拟研究骤旱过程中小麦受旱致害的过程特征及其控制因素。结果发现,发生骤旱时土壤含水量下降呈先快后慢的变化趋势,叶片水分和叶水势则呈先慢后快的指数变化趋势。叶片光合生理指标对土壤水分的下降存在明显的阈值响应,且不同生理指标的阈值并不完全相同,其中净光合速率与表征叶片光合能力的指标（最大羧化速率）对土壤有效含水量的响应阈值为0.4,气孔导度和蒸腾速率对土壤有效含水量的响应阈值分别为0.5和0.4。而小麦光合生理指标对叶片水分和叶水势的阈值响应并不明显。同时依据各生理指标相关和通径分析结果得出,骤旱发生时引起小麦叶片净光合速率快速降低的主导因子为非气孔因素,而并不是以往作物受旱研究中的气孔因素。本研究结果有望丰富干旱影响认知,并可为科学应对干旱提供依据。     

气候变化背景下中国南方地区季节性干旱特征与适应Ⅴ.南方地区季节性干旱特征分区和评述

在干旱特征研究的基础上开展季节性干旱分类分区,可为不同干旱区域应对全球气候变化、制定抗旱减灾对策和防控技术提供理论依据.以国家标准中的气象干旱、农业干旱指标为主要依据,利用南方地区268个气象台站1959-2008年的气候资料,在分析南方地区季节性干旱的气候背景和分布特征的基础上,采用综合因子与主导因子相结合方法、逐级指标筛选法,综合灾害分析和聚类分析方法,对季节性干旱进行3级分区.一级分区以年干燥度和季干燥度为主要指标,以年尺度和主要作物生长季的降水量为辅助指标,将南方区域分为半干旱区、半湿润区、湿润区和极湿润区4个一级区;在此基础上再划分为川滇高原山地温凉半干旱区,江北温暖半湿润区、华南暖热半湿润区和西南高原温凉半湿润区3个半湿润区,长江流域温热湿润区、华南暖热湿润区和西南山地温暖湿润区3个湿润区,以及华南暖热极湿润区和江南西南山区温凉极湿润区2个极湿润区,共9个二级干旱分区.最后基于多个干旱指标的干旱频率和干旱强度,将南方区域分成29个三级干旱区.在分区基础上对不同季节性干旱特征分区分布情况、干旱特点及对农业生产影响进行评述,并提出了防旱避灾措施.     

谷子全生育期抗旱性鉴定及抗旱指标筛选

作物全生育期抗旱性对发掘和利用抗旱品种和抗旱基因至关重要,但谷子全生育期抗旱鉴定至今未有报道,抗旱鉴定缺乏鉴定指标。本试验在干旱池模拟干旱条件下,对苗期抗旱性表现不同的谷子品种进行了全生育期抗旱性研究,调查分析了根干重等形态和生理性状在干旱胁迫条件下的变化;采用相关和灰色关联度等方法,分析这些指标与抗旱性(DRI)的关系。结果表明,相对根冠比、相对单穗粒重和灌浆期光合速率、蒸腾速率同抗旱性表现极显著相关,可以作为谷子全生育期抗旱性鉴定的指标;而相对根干重、相对单穗重、相对株高和气孔导度则可以作为谷子全生育期抗旱性鉴定的参考指标;在供试的品种中,红根谷和大齐头白表现了良好的综合抗旱性。本文还讨论了抗旱性的复杂性以及不同性状对干旱胁迫的反应,所建立的指标对谷子全生育期抗旱鉴定具有指导意义。     

干旱下植物激素影响作物根系发育的研究进展

植物激素是指在植物体内某些部位合成、可被运输到其他部位调控植物生长发育的微量有机物质,在植物生命活动中发挥重要作用。根系是作物吸收水分和养分的重要器官,其形态决定了作物获得养分和水分的能力。作物发达的根系与其抵抗干旱环境胁迫息息相关,而植物激素在作物根系发育中发挥关键作用,因此深入了解干旱胁迫下植物激素对作物根系发育的影响对农业的安全生产是至关重要的。本文就干旱胁迫下植物激素如何调控及不同激素协同调控作物根系生长发育的研究进行了概述,并讨论了激素在作物抗旱上应用的意义及将来可能开展的研究方向。     

气候变化背景下东北三省大豆干旱时空特征

利用1961—2010年东北三省大豆种植区71个气象站点地面气象观测资料,基于农业干旱指标作物水分亏缺指数(CWDI)及干旱等级,分析了气候变化背景下近50年来我国东北地区大豆干旱发生频率演变趋势及干旱程度演变特征,研究结果表明:东北三省大豆干旱频率空间差异较大,呈明显的西高东低的经向带状分布特征;大豆全生育期干旱频率以轻旱最高,中旱次之,重旱和特严重干旱频率最低;轻旱及以上干旱频率以播种到分枝阶段最高,分枝到开花阶段次之,开花到成熟阶段最低;作物水分亏缺指数年际变化趋势各地不同,总体而言以播种到分枝期干旱为主向开花到成熟期干旱转变的特点;大豆全生育干旱等级存在明显的年代际变化,20世纪80年代干旱范围最小、程度最轻,2000年以后重旱及中旱范围增加明显,干旱趋于严重。     

作物干旱指标对西北半干旱区春小麦缺水特征的反映

针对作物水分胁迫较为严重的西北半干旱区,应用CI301-PS光合作用仪对春小麦开花到乳熟期间的生理特征和环境因子进行了近1个月的观测, 并研究分析了3种作物干旱指标叶水势、作物水分胁迫指数以及气孔导度随时间变化和对气象因子的响应.发现干旱胁迫增加时,叶片水分减少,作物水分胁迫指数增大,叶水势降低,气孔导度有所减小.因此,气孔下腔的CO2浓度降低,作物净光合速率有所减小,不利于半干旱区小麦生物量的累积;三者相比,叶水势是反应西北半干旱区作物干旱最敏感的指标;受半干旱区逆湿现象的影响,9:00或之后一段时间观测叶水势和气孔导度对小麦等作物缺水状况反映得更客观.     

半干旱地区抗旱作物的育种方向和策略

在半干旱地区作物生长的主要的限制因子是水分,主要包括土壤干旱和大气干旱。现有的理论和实践表明,作物育种的目标应该是培养具有中等强度抗旱能力和高产潜能的品种。由于作物的生产是在特定水、温、光和热等特定条件下进行的,而且作物的生产又是个种群过程而非个体的表现：因此,抗旱品种的选育应该遵循高产性、针对性和整体性的原则。现有的抗旱育种理论有很多引起争议且不完善的地方,总的趋势就是要选育小根系、繁殖分配优化、在低水多变环境下有较高的净光合速率并且能对干旱环境迅速作出反应的品种。     

定量遥感反演作物水势的原理及其应用

在利用能量平衡原理估算蒸腾速率的基础上,结合大气水势和叶、气阻抗的估算,建立叶水势的遥感估算模型.应用CI-301光合作用仪观测的作物生理参数和气象参数,验证了叶水势的遥感反演精度,分析了叶水势对干旱-半干旱区气候干旱和作物生理干旱的响应敏感程度.结果表明:叶水势是反映作物干旱情况的较好指标,它不仅能够反映作物生理干旱特征,也能够反映气候干旱特征;叶水势反演结果的相对误差为3.2%～17.3%,说明遥感估算的叶水势可以用于干旱监测中,以评估作物水分胁迫.在甘肃省的干旱年份2005年,5月的叶水势为-2～-3 MPa, 6月的叶水势为-2 MPa左右,其反映的干旱程度与植物种类有关.     

基于同化数据的标准化土壤湿度指数监测农业干旱的适宜性研究

农业干旱是导致作物减产的主要灾害之一,及时、准确地监测农业干旱状况有助于制定区域减灾策略,降低灾害损失。标准化土壤湿度指数(SSMI)是基于历史土壤湿度时间序列构建的一种农业干旱指数,目前分析该指数监测农业干旱的适宜性研究十分缺乏。本文以黄淮海平原为研究区,利用数据同化的根区土壤湿度数据构建SSMI,并通过与标准化降水蒸散指数(SPEI)、农业干旱灾害记录数据的对比以及与冬小麦产量的关系分析,综合评价SSMI监测农业干旱的适宜性。结果表明,SSMI与SPEI具有良好的一致性,二者之间具有极显著相关关系(P0.001);利用SSMI识别的农业干旱与农气站点干旱灾害记录是基本一致的,SSMI能够有效反映干旱发生、发展直至减轻的演变过程;冬小麦生长季SSMI与减产率显著相关,利用SSMI识别的农业干旱发生区域与基于统计数据计算的减产区域基本相符,SSMI能够对农业干旱引起的冬小麦减产起到一定的指示作用。综上所述,基于同化数据构建的SSMI能够反映黄淮海平原的农业干旱状况,利用SSMI监测区域农业干旱状况是适宜的。研究可为基于土壤湿度的农业干旱监测业务化运行提供依据,为黄淮海平原的抗旱减灾提供科学参考。     

Assessment of grain yield indices in response to drought stress in wheat (Triticum aestivum L.)

Drought stress constricts crop production in the world. Increasing human population and predicted temperature increase owing to global warming will lead ruthless problems for agricultural production in near future. Hence, use of high yielding genotypes having drought tolerance and scrutinize of drought sensitive local cultivars for making them tolerant may be the proficient approaches to cope its detrimental outcomes. The current study was executed during 20015–2016 and 2016–2017 in field using randomized complete block design under factorial arrangements on 50 wheat genotypes for exploring their sensitivity and tolerance against drought. Some of the attributes of grain yield and drought tolerance indices were recorded. Grain yield showed negative correlations with tolerance index (TOL), drought index (DI) and stress susceptibility index (SSI) while positive correlation with mean productivity (MP) and geometric mean productivity (GMP) under drought condition. These findings depicted that tolerant genotypes could be chosen by high MP and GMP values and low SSI and TOL values. Based on the results, genotypes GA-02, Faisalabad-83, 9444, Sehar-06, Pirsabak-04 and Kohistan-97 were more tolerant and recognized as suitable for both normal and drought conditions. Genotypes of Chenab-00, Kohsar-95, Parwaz-94 and Kohenoor-83 confirmed more sensitive due to high grain yield loss under drought stress.     

Changes in Germination and Seedling Traits of Sesame under Simulated Drought

Drought is considered one of the leading abiotic constraints to agricultural crop production globally. Present study was conducted to assess the effects of different drought treatments (viz. Control, 10% PEG, and 20% PEG) on seed germination, germination indices, seedling traits, and drought tolerance indices of sesame. Our results showed that maximum reduction in the studied parameters was observed at higher PEG concentration (i.e., 20% PEG). As compared to control, the drought treatments viz. 10% and 20% PEG decreased the values for germination indices, such as germination percentage, coefficient of variation of germination time, germination index, and seedling vigor index. Similarly, for seedling traits, the values were decreased for root length, shoot length, root shoot ratio, root fresh weight, shoot fresh weight, root dry weight and shoot dry weight under 10% and 20% PEG treatments significantly in comparison with control. Furthermore, relative to control, the values for drought tolerance indices, such as germination drought tolerance index, root length drought tolerance index, shoot length drought tolerance index, total seedling length drought tolerance index, root fresh weight drought tolerance index, shoot fresh weight drought tolerance index, total fresh weight drought tolerance index, root dry weight drought tolerance index, shoot dry weight drought tolerance index and total dry weight drought tolerance index were also reduced under 10% and 20% PEG treatments, respectively. Our results confirms that drought impact on seed germination and seedling traits could be quantified by using different indices which can further help to design drought adaptation and mitigation strategies. Based on these results it can be concluded that germination indices, seedling traits, and drought tolerance indices have great potential to simulate drought stress impacts on different crop traits thus they should be used in all kinds of stress related studies.     

A drought rarity and evapotranspiration-based index as a suitable agricultural drought indicator

Agricultural drought has a substantial impact on crop yields and, thus, food security within the context of global climate change. Therefore, efforts should focus on agricultural drought detection and monitoring. Agricultural drought is identified as unusually dry conditions in which severe water stress impedes crop growth. Thus, the crop water deficit severity and rarity are both key factors in agricultural drought detection and are rarely considered simultaneously in existing drought indices. To overcome this limitation, an integrated agricultural drought index (IADI) based on drought rarity and evapotranspiration is proposed. As an important grain production base, Northeast China has suffered from frequent droughts in recent years, demonstrating an urgent need for accurate drought monitoring. In this study, the superiority of the IADI as an agricultural drought indicator through the detection of the severity and rarity was tested using the drought disaster area (DDA) and grain yield, and its performance was compared to that of the evaporative drought index (EDI), an indicator that accounts for only the water deficit severity. The response of agricultural drought to meteorological drought and its impact on the grain yield were further analyzed. The results showed that (1) the IADI can effectively capture the drought variability and identify drought events by combining the detection of the severity and rarity. (2) The R² value between the DDA and IADI (0.72) was higher than that with the EDI (0.50), and the same result was found in a comparative analysis using the grain yield, showing that the IADI is a suitable indicator for agricultural drought assessment. (3) Severe and extreme meteorological droughts and extreme agricultural droughts in western Jilin and western Liaoning were more frequent than in other regions, highlighting the agricultural drought tendency and sensitivity to precipitation deficit in this region. (4) The impacts of agricultural drought on grain yield in three provinces of Northeast China vary greatly during the crop-growing period, with the most significant impacts occurring from May to July. Therefore, this period represents the critical crop water requirement period, and timely irrigation should be ensured during this period.     

干旱监测指数研究

日益严重的全球化干旱问题已经成为各国科学家和政府部门共同关注的热点,它直接威胁着人类的生存环境.而干旱监测,尤其是遥感干旱监测,一直是科学界公认的难题.本文对传统的干旱监测指数如帕尔默干旱指数、作物湿度指数、标准降水指数、地表水分供应指数的优缺点进行评述;将遥感干旱监测指数分成2类,一类是基于地表反射率和发射率的干旱监测指数;另一类是基于地表水和能量平衡模型的干旱监测指数,详细介绍了这2类干旱遥感监测指数的原理、方法以及适用范围.对各种干旱监测指数存在的问题以及干旱监测的发展趋势进行了探讨.     

5种干旱指数在吉林省农业干旱评估中的适用性

干旱是对吉林省农业生产影响最大的气象灾害,干旱指数能够表征农业旱情,但不存在普遍适用的干旱指数,开展干旱指数在吉林省农业干旱评估中的适用性研究具有重要的现实意义.基于1961-2014年吉林省的逐日气象数据、土壤水分资料和历史旱情统计信息,选取典型干旱年和典型干旱区,评估了降水量距平百分率(PA)、相对湿润度指数(MI)、作物水分亏缺距平指数(CWDIa)、帕默尔干旱指数(PDSI)和气象干旱综合指数(MCI)共5种干旱指数在吉林省农业干旱评估中的适用性.结果表明:对于1997和2007年两个典型旱年,MI对农业旱情的评价结果与旱情记录较一致,PA和MCI次之.对于吉林省典型旱区(西部通榆、中部梨树、东部和龙),MI和PDSI对农业旱情的评估较好.在农作物生长季,PA较适用于评价4、7和8月的旱情,MI较适用于评价4、5和9月的旱情,CWDIa只适用于评价5月的旱情,PDSI对6-9月的旱情均有一定的指示作用,MCI适用于5-8月的农业干旱过程评估.从农业干旱发生范围来看,MI、PDSI和MCI较适用于评估吉林省西部旱情,PDSI较适用于评价吉林省中部旱情,PA、PDSI和MCI较适用于评估吉林省东部旱情.     

气候变化背景下中国南方地区季节性干旱特征与适应Ⅱ.基于作物水分亏缺指数的越冬粮油作物干旱时空特征

近年来中国南方地区的季节性干旱频繁发生,对当地越冬作物造成严重影响.本文基于中国南方地区268个气象站点1959-2009年的地面气象观测资料,以作物水分亏缺指数为指标,分析了中国南方地区越冬作物冬小麦和油菜的季节性干旱时空特征.结果表明:对于中国南方地区而言,西南、淮北和华南部分地区的越冬作物在生育阶段内易发生干旱.在长江中下游地区,冬小麦在生育中后期的干旱发生范围和强度增加,且随着生育期后移,其干旱越加严重;油菜在冬前生育阶段和生育后期的干旱发生范围和强度呈增加趋势.在西南地区,冬小麦和油菜在冬前生育期的干旱发生范围和强度均显著增加.20世纪90年代初以来,研究区域冬小麦和油菜在生育阶段中后期发生干旱的范围和强度都增加.     

华北地区冬小麦干旱风险区划

灾害风险评估与区划是是实现灾害应急管理向风险管理转变的关键。综合考虑了影响灾害风险大小的自然属性和社会属性,从多角度选取了干旱灾害强度、基于冬小麦干旱指数的干旱频率、基于灾损的干旱频率、灾年减产率变异系数、区域农业经济发展水平、抗灾性能指数等6个风险评估指标。通过引入CCA排序方法,揭示了不同风险评估指标之间的相关关系以及评估指标与相对气象产量的关系;并以确定的风险评估指标和相对气象产量之间的关系为基础,构建了不考虑抗灾和考虑抗灾2种风险指数。对比两种风险指数分析结果,表明在抗灾和不抗灾2种条件下,华北地区冬小麦干旱风险格局发生了明显改变。说明在当前农业生产水平下,人类的减灾抗灾和风险管理水平对冬小麦生产起着至关重要的作用。最后,以模糊聚类分析为手段,以考虑抗灾能力的风险指数和灾年减产率为分类标准进行聚类,实现了华北地区冬小麦干旱风险综合区划。     

基于标准化土壤湿度指数的滦河流域农业干旱评价

干旱是造成农业生产损失的主要灾害之一,及时、准确地监测农业干旱对于降低作物生产损失具有重要意义.本研究基于土壤含水量历史时间序列数据构建了标准化土壤湿度指数,分析了滦河流域2002-2019年干旱时空分布变化规律,并对农业干旱进行定量评价.结果表明:研究期间,滦河流域内大部分栅格单元土壤含水量在时间上以正态分布为主,少...