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.     

河北省典型区主要作物有效降雨量和需水量特征

对作物全生育期内有效降雨量及需水规律的研究是进行合理灌溉及水资源优化配置的重要依据。以河北省鸡泽县为典型区域,利用FAO推荐的Penman-Monteith公式和分段单值平均作物系数法对冬小麦、夏玉米和棉花的有效降雨量及需水规律进行计算,并通过M-K检验法分析近60 a来鸡泽县有效降雨量及作物需水量序列的趋势变化及突变现象。结果表明:近60 a鸡泽县冬小麦在生育中期需水量最大,为210.2 mm,有效降雨量均集中在生育中期,缺水量以13.2 mm/10 a的速率呈显著性减少趋势;夏玉米在初始生长期需水量最大,为157.7 mm,有效降雨量集中在生育中期,缺水量以7.0 mm/10 a的速率呈不显著减少趋势;棉花在快速发育期需水量最大,为227.9 mm,有效降雨量集中在生育中期,缺水量以22.3 mm/10 a的速率呈显著性减少趋势。在一定程度上对河北省对农田灌溉用水效率和效益以及保障农作物科学高效生产具有重要的指导意义。     

气候变化背景下松嫩平原玉米灌溉需水量估算及预测

开展农作物需水规律研究对于干旱半干旱区域旱作物节水灌溉和水分管理实践具有重要意义。以松嫩平原玉米为研究对象,研究玉米生育期需水量规律及灌溉需水量。结果表明:(1)历史时期和未来气候变化情景下,松嫩平原玉米全生育期和L~(mid)时段灌溉需水量等值线沿西南—东北方向递减,其中全生育期和L~(mid)时段2000s灌溉需水量临界等势线(灌溉需水量为0的等势线)分别比1970s北移70.2km和53.4km,全生育期和L~(mid)时段2040s灌溉需水量临界等势线分别比2010s北移30.9km和55.2km。(2)历史时期和气候变化情景下玉米全生育期灌溉需水量随年代呈波动增加趋势,其中前者以29.1mm/(10a)速度增加,后者以17.5mm/(10a)速度增加。(3)未来温度和降雨量变化对玉米需水量的贡献率为波动上升趋势,与1970s相比,2000s温度和降雨量变化对玉米需水量的贡献率为22.1%,增加6.8亿m~3灌溉水量;2040s温度和降雨量变化对玉米需水量的贡献率为38.3%,增加12.6亿m~3灌溉水量。     

1963-2012年新疆棉花需水量时空分布特征

研究基于新疆地区54个国家基本气象站1963-2012年的逐日气象资料,采用联合国粮食与农业组织FAO推荐的Penman-Monteith公式及作物系数法,计算了近50年来新疆棉花全育期和各生长阶段需水量。并利用线性趋势估计、MK检验、空间插值法对农作物全育期及各生长阶段需水量年际变化趋势和空间分布特征进行分析。结果表明：1）1963-2012年,新疆54个气象站棉花全育期平均需水量为759 mm,各站变化范围为555-1205 mm,差异明显。其空间分布整体呈现西北向东南递增、南疆大于北疆、东部大于西部的趋势。2）1963-2012年,在棉花的生长初期与发育期,全疆需水量空间分布总体由北向南增大并呈带状。在棉花的生长中期与生长末期,需水量空间分布表现为由西向东增大的格局。3）近50年棉花不同生长阶段需水量总体呈现下降趋势,并且除了生长中期下降趋势较显著外其他都不太明显。其中,生长中期下降速率最大为6.1 mm/10a,发育期及生长末期下降速率次之分别为2 mm/10a和1.3 mm/10a,生长初期下降速率最小,需水量以0.6 mm/10a的速率递减。4）新疆1963-2012年棉花全育期需水量总体呈下降趋势,递减速率平均约为5.3 mm/10a,并在1981年开始发生突变。5）全育期年需水量下降倾向率总体呈现与全育期平均需水量相同的空间分布特征,总体呈现北疆小于南疆、东部大于西部、由西北向东南递增的空间分布特征。     

2001—2017年我国森林火灾时空分布特征

基于遥感的过火面积产品可提供连续、时空特征明确的火斑信息,是研究区域尺度森林火灾分布特征的重要数据来源,但精度仍有待改进。本研究结合250 m全球过火面积产品(CCI_Fire)和30 m全球森林变化(GFC)产品,通过数据整合获取改进后的森林火斑产品(CCI_GFC),并运用已有火斑数据对CCI_GFC产品进行精度验证;结合我国宏观生态区划与网格化(0.05°×0.05°)分析,利用改进后产品对2001—2017年间全国林火特征进行分析。结果表明: CCI_GFC产品的火斑识别率(RR)、变异解释量(R²)、均方根误差(RMSE)、均方绝对百分比误差(MAPE)等精度指标(分别为83%、0.91、0.28、8.5%)均优于原始CCI_Fire产品(分别为74%、0.86、0.36、11.8%)和MCD64A1产品(分别为35%、0.78、0.48、17.3%)。2001—2017年,全国总森林过火面积约为1211万hm²,年过火面积呈显著下降趋势;低(0<森林过火面积比例BFR≤40%)火烧频率区为主,占总过火区域的79%,中(40%相似文献   

1961-2013年东北三省玉米低温冷害强度的时空分布特征

基于东北三省1961-2013年气象数据、《北方春玉米冷害评估技术规范（QX/T167-2012）行业标准》,结合具有生物学意义的热量指数,给出了东北三省低温冷害强度分级,利用经验正交函数（EOF）分解法和旋转经验正交函数（REOF）分解法分析了东北三省玉米低温冷害强度时空分布特征。结果表明：东北三省玉米低温冷害强度具有明显的空间分布特点,可分为全区一致型、南北反相位分布型以及东西反相位分布型。东北三省玉米低温冷害强度的时间变化具有较好的一致性,1961-2013年东北三省低温冷害的发生强度呈波动减小趋势。低温冷害强度区域差异显著,按照低温冷害强度强弱可分为黑龙江-吉林北部区（Ⅰ区）、吉林南部-辽宁北部区（Ⅲ区）和辽宁南部区（Ⅱ区）。研究结果可为东北三省低温冷害风险区划和采取有效的减灾避灾措施提供依据。     

云南省烤烟需水量及灌溉需求指数的时空特征

基于云南省124个农业气象站点1977—2010年逐日气象数据,采用FAO推荐的Penman Monteith公式,计算不同时空条件下云南省烤烟生育期的需水量和灌溉需求指数,分析云南省烤烟需水量和灌溉需求指数的时空特征和变化规律.结果表明： 研究期间,云南省烤烟伸根期、旺长期、成熟期和大田生育期需水量分别为76.73～174.73、247.50～386.64、180.28～258.14和528.18～764.08 mm,以旺长期需水量最高;平均灌溉需求指数分别为-0.02、0.38、0.17和0.26,伸根期有效降雨量可以满足烤烟需求.云南省烤烟需水量呈逐年减少趋势,各生育期需水量气候变化趋势分别为-12.42、-21.46、-7.17和-47.15 mm·(10 a)^-1.各生育期及大田生育期灌溉需求指数最小的地区为德宏,最大的为迪庆;大田生育期灌溉需求指数是负值的3个地区为德宏、西双版纳和普洱.参考作物蒸散量、需水量和有效降水量随纬度的升高而减少,而灌溉需水量和灌溉需求指数却随纬度的升高而加强;有效降水量随海拔的升高而减少,灌溉需水量和灌溉需求指数随海拔的升高而增加.     

辽宁省玉米旱灾时空分布特征及综合风险评价

以辽宁省气象数据、空间数据和田间管理数据集为基础,首先,依据自然灾害风险形成理论,从危险性、脆弱性、暴露性和防灾减灾能力四因子入手,选择10个副指标,构建辽宁省玉米旱灾综合风险评价指标体系,并利用组合加权法和GIS空间分析方法,确定其权重及区域化。利用自然灾害风险指数法和加权综合评价方法,建立辽宁省玉米旱灾综合风险评价模型,并进行了辽宁省玉米旱灾时空分布特征分析及综合风险评价研究。结果表明：（1）自1960年以来,研究区干旱频率总体呈上升趋势,尤其2010年以后有明显增加态势。其中1970-1979年间干旱发生频率较低,2010-2019年间干旱频率最高。不管是月尺度、季节尺度、生长季尺度还是年际尺度,辽宁省西北部干旱频率普遍较高,而东南部干旱频率较低。干旱强度呈现从辽宁省中部地区向东西地区两个方向递减的趋势,高值出现在辽宁省中部的阜新、锦州、铁岭、辽阳、盘锦、鞍山、营口和大连等地。干旱历时从辽宁省东部向西部区域递减的趋势,其中高值出现在铁岭北部、盘锦、鞍山、营口和丹东南部等地,低值分布在朝阳西南部、葫芦岛西北部、本溪西部和丹东等地。（2）从4个因子角度来说,辽宁省朝阳西部和葫芦岛西北部玉米旱灾危险性指数较低以外其他区域玉米旱灾危险性指数均较高。然而,辽宁省西北玉米主产区玉米旱灾脆弱性指数和暴露性指数均较高,且防灾减灾能力较低。当4个因子加权综合评价时,辽宁省西北部玉米旱灾综合风险呈现较高的现象。研究结果可为保障辽宁省粮食安全及制定防灾减灾政策提供理论依据和科学指导。     

我国玉米品种更替过程中根系时空分布特征的演变

采用土柱栽培与大田试验相结合的方法,研究了我国20世纪50年代以来生产中大面积推广应用的玉米品种根系时空分布特性。研究指出：玉根系的生长动态符合水蒸汽压力模型（Vppor Pressure Model),1990s品种根系干物质积累量随生育进程的推进增加迅速,直到成熟期仍维持较高水平,开花后根重持续时间长,且在深层土壤中的优势明显。在深40－100cm土层内根系重量1990s品种分别比1970s品种和1950s品种高出75％和1060％,当代品种根系在深层土壤中所占比率也明显增加;在距离植株0－10cm的水平范围内,当代玉米品种根系分布数量多、比率大。随玉米品种更替根系的空间分布呈“横向紧缩,纵向延伸”的特点。     

近40a甘肃省气候生产潜力时空变化特征

根据甘肃省69个气象站1971-2007年温度和降水资料,采用Miami模型、Thornthwaite Memorial模型计算了全省温度生产潜力、降水生产潜力和气候生产潜力,分析了影响气候生产潜力的气候驱动力,用经验正交函数(EOF)分析其时空变化特征。结果表明:温度生产潜力显著增加,降水生产潜力略有减少,平均气候生产潜力为733.86 kg · hm^-2 · a^-1,呈逐渐减少趋势。区域差异性明显,呈东南-西北递减,陇南山区＞陇东高原＞陇中高原＞甘南草原＞河西走廊,气候生产潜力以1997年为转型年。增湿和增温均有利于气候生产潜力的增加,但增湿增益更为显著,另气候的暖干化趋势是研究区气候生产潜力减少的重要原因。     

甘肃省黄土高原旱作玉米水分适宜性评估

运用甘肃省天水、西峰农业气象试验站1981—2008年玉米观测资料及两地相应时段的气象资料,利用FAOPenman-Monteith公式及作物系数对玉米各生育阶段的需水量进行估算,建立了玉米水分适宜度计算模型,对1981—2008年玉米全生育期及各生育阶段的水分适宜度进行了计算,分析了玉米产量与水分适宜度的相关性。结果表明,甘肃省黄土高原种植玉米的水分条件比较优越,年平均水分适宜度均在0.50以上。陇西黄土高原(天水)与陇东黄土高原(西峰)水分适宜度相关程度较好,变化趋势比较一致。1995年是水分适宜度的转折年份,1981—1995年陇西黄土高原水分适宜度以0.12/10a的趋势降低,陇东黄土高原以0.11/10a的趋势下降;1995—2008年陇西黄土高原水分适宜度以0.18/10a的趋势升高,陇东黄土高原以0.06/10a的趋势上升。水分适宜程度以成熟期较好,降水量可满足玉米需水的70%以上,旺盛生长阶段水分适宜程度较差,降水量只能满足玉米生理需水的49%—55%,初始生长阶段耗水较少,大气降水对需水的满足程度在50%以上。出苗期—七叶期、拔节期—抽雄期、抽雄期—乳熟期、乳熟期—成熟期的水分适宜度呈20世纪80年代较高,90年代较低,21世纪初较高的趋势变化;七叶期—拔节期水分适宜度从20世纪80年代到21世纪初持续降低。陇东黄土高原各个生长阶段的水分适宜度比陇西黄土高原偏高约0.1。除成熟生长阶段外,陇西黄土高原的需水量均大于陇东黄土高原。水分适宜度与玉米产量相关性最显著的时期为七叶期—拔节期,其次为拔节期—抽雄期,出苗期—七叶期、抽雄期—乳熟期及乳熟期—成熟期的水分适宜度与玉米产量相关性不显著。利用建立的水分适宜度模型可对甘肃省黄土高原旱作玉米的水分适宜性进行评价,为当地玉米种植区划及科学管理提供依据。     

葡萄生长季内需水特征

为了定量评估我国鲜食葡萄主产区降水量对葡萄生长发育过程需水量的满足程度,本研究基于研究区域内(东北地区的吉林和辽宁,华北地区的山西和河北,西北地区的甘肃、宁夏和陕西,西南地区的四川、贵州和云南以及东南地区的江苏、山东、浙江、安徽、福建、河南、湖北、湖南和广西)1981—2016年429个气象站逐日气象数据,分析葡萄不同生育阶段降水量、需水量和水分亏缺量时空分布特征。结果表明: 研究期间,葡萄各生育阶段降水量整体由北向南、由西向东增加;萌芽-开花阶段的降水量最少且呈下降趋势,成熟-落叶阶段也呈下降趋势,开花-着色和着色-成熟阶段呈上升趋势。研究区各生育阶段的葡萄需水量均呈上升趋势,新疆和甘肃省北部的葡萄需水量最高。新疆、甘肃省北部、宁夏、陕西省北部、山西省北部、河北省、辽宁省西部和吉林省西部各生育阶段以及云南省北部、四川省南部萌芽-开花生育阶段的降水量无法满足葡萄需水量,其他地区,特别是我国东南和西南部部分地区水分盈余明显;萌芽-开花和成熟-落叶阶段的葡萄水分亏缺量呈上升趋势,开花-着色和着色-成熟阶段呈下降趋势。     

近30年我国棉花需水特征

利用1981—2010年我国棉花全生育期和各生育阶段降水资料,分析在不同年降水量保证率条件下,棉花全生育期降水和需水量的变化特征.结果表明: 我国棉花全生育期降水分布总体稳定少变,由南至北降水量递减;棉花全生育期需水量分布情况相似,新疆地区需水量较全国其他地方多;降水盈亏0毫米线在35° N附近,最大亏缺量在1000 mm左右,最大盈余量在800～1200 mm.各生育阶段需水量以下降趋势为主,尤其是开花-吐絮期更为明显,棉花全生育期需水量Kendall倾斜度为-3.6673～-0.3733.     

基于投入产出方法的甘肃省水足迹及虚拟水贸易研究

随着社会化进程的加快,地处西北内陆的甘肃省正面临日益严峻的水资源短缺危机,社会经济发展受到一定程度的制约,水生态环境也呈现出恶化的趋势。水足迹是近年来提出的衡量人类活动对于水生态系统影响的指标,能够帮助决策者制定水资源管理及保护的政策,从而实现地区水资源的可持续利用。运用单区域投入产出方法计算并分析了甘肃省1997、2002和2007年第一产业、第二产业和第三产业部门的虚拟水强度、水足迹以及虚拟水贸易情况。结果显示:(1)甘肃省第一产业的虚拟水强度最高,但呈现出逐年下降的趋势,水足迹也因此有所下降;(2)虚拟水贸易方面,甘肃省以虚拟水净出口为主,尤其是第一产业,每年虚拟水净出口量约全省总水资源量的10%。建议甘肃省继续巩固已有的节水成果,调整产业结构,大力发展节水型产业和高新技术产业。同时建议适当调整贸易格局,合理控制虚拟水出口,以缓解当地水资源短缺危机,保障地区水安全与生态安全。