未来气候变化对河南省冬小麦需水量和缺水量的影响预估

采用美国农业部土壤保持局推荐的方法计算有效降水量,应用Penman-Monteith模型和作物系数法计算需水量,在对河南省1981—2010年冬小麦生育期内有效降水量、需水量和缺水量分析的基础上,结合《排放情景特别报告》的两种排放情景A2(强调经济发展)和B2(强调可持续发展)预估的未来气候情景,探讨了未来气候情景下河南省冬小麦的有效降水量、需水量和缺水量的时空演变规律及其主要气候影响因素.结果表明: 从整体上看,相对于基准时段(1981—2010年),A2和B2情景下,不同时段冬小麦全生育期的有效降水量、需水量和缺水量均表现出增加趋势,有效降水量均以2030s时段增加最多,分别增加33.5%和39.2%;需水量均以2010s时段增加最多,分别增加22.5%和17.5%,年代间呈现明显递减趋势;缺水量在A2情景下以2010s时段增加(23.6%)最多,B2情景下以2020s时段增加(13.0%)最多.偏相关分析表明,A2和B2情景下,太阳总辐射是影响河南省冬小麦需水量和缺水量变化的主要气候因素.由于地理环境和气候条件的差异,不同时段河南省冬小麦全生育期有效降水量、需水量和缺水量的距平百分率在空间分布上具有差异.未来河南省水资源可能更趋于短缺.     

未来气候变化情景下河南省粮食安全气候承载力评估

为探究未来气候变化对河南省粮食生产的影响,基于夏玉米和冬小麦两种主粮作物的生产潜力和气候资源承载力,结合1961—2017年河南省111个气象站的观测数据以及区域气候模式输出的2041—2080年RCP4.5和RCP8.5两种排放情景下的气象资料,采用农业生态区域法(AEZ模型)计算了河南省气候生产潜力及其变化特征,并根据不同生活水平下的粮食需求指标,分析了河南省的气候承载力和剩余空间。结果表明: 1961—2017年,河南省夏玉米气候生产潜力平均为18408.87 kg·hm^-2,表现为中东部高、西部低;与基准时段(1981—2010年)相比,RCP4.5和RCP8.5情景下分别下降13.0%和8.0%,高值中心由豫东地区向豫西南地区转移。1961—2017年,冬小麦气候生产潜力平均值为10889.79 kg·hm^-2,呈中部高、北部低;与基准时段相比,RCP4.5和RCP8.5情景下分别减少18.6%、21.7%。当前,在温饱水平和小康水平粮食需求条件下,最大气候资源承载力分别平均养活人口2.52亿和1.83亿。2070s(2071—2080年)最大气候资源承载力平均养活人口有所减少,与基准时段相比,RCP4.5情景下小康水平和温饱水平分别下降9.7%和18.4%,RCP8.5情景下小康水平和温饱水平分别下降7.7%和16.6%。当前气候条件下,河南省气候资源相对剩余率在-93.0%～356.9%,与基准时段相比,未来气候资源相对剩余率减少近40%。     

河南省农业综合抗旱能力分析与区划

干旱是河南最主要的农业气象灾害。本文根据河南省20世纪90年代以来的农业、水利、土壤等资料,构建了河南省农业综合抗旱能力评价的指标体系,在此基础上,构建农业综合抗旱指数,并对全省农业综合抗旱能力进行了区划。结果表明：灌耕比、单位灌溉面积机电井数、土壤有效保水系数、农机动力系数等4个因子可以作为全省农业综合抗旱能力评价的指标;全省农业综合抗旱能力可以划分为高、中、低值区,其中,高值区主要分布在豫中、豫北的大部分地区;中值区比较分散,主要包括中西部低丘、缓岗区,平顶山东部、驻马店及信阳西南部,开封东部-商丘地区,林州-辉县县区;低值区又可分为2个小区,主要包括三门峡、洛阳中西部及南阳地区,信阳中部及东部。     

华北平原冬小麦干旱灾损风险区划

干旱是华北平原最严重的农业气象灾害之一,是冬小麦产量稳定上升的重要限制因素。本文从冬小麦产量的实际灾损角度,对减产率、发生概率及产量的变异系数等因子进行了分析,构建了华北平原冬小麦干旱产量灾损风险评估模型,并对华北平原冬小麦进行了实际灾损风险区划。结果表明,风险高值区约占该地区19.8%,主要分布于鲁西、鲁西北-冀东北,鲁西南-豫东地区;中值区约占34%,主要分布在冀中南、豫北、豫中和豫西以及山东中部丘陵地区;风险低值区占46.2%,主要集中于鲁中部、南部和豫中南、西南的广大地区。     

冬小麦根系分布规律

根据在郑州进行的冬小麦根系田间实测资料,研究了根长密度和根质量密度在砂壤土中的垂直分布.结果表明:冬小麦根量主要集中在上层,根长密度、根质量密度在0～50 cm土层内分别占57.7%和66.7%,而在50～100 cm层分别占23.4%和18.7%,根长密度和根质量密度随土壤深度的变化均符合指数函数形式;综合考虑根量分布、根系吸水等因素,确定了冬小麦适宜的底墒深度为100 cm.     

干热风天气对冬小麦生理的影响

通过开展干热风气象条件人工模拟,分别在冬小麦灌浆前期和中期进行重度、轻度及无干热风的平行对比试验。结果表明:干热风对冬小麦生理机能的危害为灌浆中期灌浆前期,重度干热风轻度干热风;灌浆中期重度干热风灾害后第2天,小麦旗叶净光合速率(Pn)降低了19.4%~36.6%,蒸腾速率(Tr)降低44.1%~58.0%,气孔导度(Co)降低24.3%~41.7%;其次为灌浆中期轻度干热风,上述各项指标分别减少9.7%~20.2%、28.2%~34.0%和19.9%~31.8%;小麦叶绿素含量(SPAD)和根系伤流量(Gn)也在灌浆中期重度灾害胁迫下降低程度最大,灌浆前期轻度干热风对小麦的胁迫作用不明显;灌浆前期遇干热风天气小麦净光合速率(Pn)和SPAD可在一定程度内修复,其他大部分时段受损的生理机能不可修复。在气孔导度Co0.1 mmol·m-2·s-1条件下,干热风灾害对Tr的胁迫程度大于Pn。     

冬小麦根系分布规律

根据在郑州进行的冬小麦根系田间实测资料,研究了根长密度和根质量密度在砂壤土中的垂直分布。结果表明:冬小麦根量主要集中在上层,根长密度、根质量密度在0～50 cm土层内分别占57.%和66.%,而在50～100 cm层分别占23.%和18.%,根长密度和根质量密度随土壤深度的变化均符合指数函数形式;综合考虑根量分布、根系吸水等因素,确定了冬小麦适宜的底墒深度为100 cm。     

黄淮平原冬小麦底墒水分布规律

黄淮平原冬小麦底墒水主要由当年7月—10月上旬的降水在土壤中积累形成。本文在分析土壤类型及夏季降水规律的基础上,以100 cm为计算冬小麦底墒水的深度,探讨了黄淮平原冬小麦底墒水分布规律。结果表明：黄淮平原冬小麦底墒水与7月—10月上旬降水存在较好的线性关系,土壤有效含水量正常年为184～290 mm,丰水年为201～329 mm,欠水年为148～265 mm;非胁迫含水量正常年为124～224 mm,丰水年为135～266 mm,欠水年为100～201 mm;黄淮平原底墒水具有西北部低、西南部和东部高的空间分布特征,低值区正常年底墒水加上生育期降水不能完全满足冬小麦需求,需灌溉1～2次;高值区加上生育期降水,一般可以满足冬小麦正常生长发育的需要。