Analysis of influence of drought risk on maize yield in Jilin Province

doi:10.11755/j.issn.1006-7639(2024)-04-0498

Abstract

Abstract:

Under climate warming, drought is still the most serious agro-meteorological disaster affecting maize production in Jilin Province. Accurately assessing drought risk and grasping the quantitative relationship between drought risk and yield could provide scientific reference for ensuring the safety of maize production. Based on the daily meteorological data, maize developmental stages and maize yield data from 1961 to 2020 in Jilin Province, the drought risk index of maize was constructed, its spatial distribution characteristics were analyzed. Moreover, the response relationship between relative meteorological yield and drought risk index was discussed. The result show that drought risk index of maize at each developmental stage decreased successively from northwest to southeast in Jilin Province. During maize growing season, drought risk was the highest at the stage from sowing to seedling, while it was the lowest at the stage from milking to maturing. Drought risk index had negative correlation with relative meteorological yield of maize. Furthermore, absolute value of correlation coefficient was the largest at the stage from tasseling to milking. The maximum comprehensive drought risk index was generally above 2.5 in the west, which might cause nearly 70% loss of maize yield. Besides, maximum comprehensive drought risk index in the middle was about 2.0, and disaster loss rate could reach 50%. In the western and central parts of Jilin Province, relationship between drought risk index from tasseling to milking and relative meteorological yield was a parabola going downwards, as well as the relationship between comprehensive drought risk index and relative meteorological yield. If comprehensive drought risk index was between 0.0 and 2.0, relative meteorological yield might be positive or negative. If comprehensive drought risk index was between 2.0 and 4.0, relative meteorological yield showed a downward trend, and disaster loss rate increased obviously.

Key words: drought risk index, relative meteorological yield, disaster loss rate, maize, Jilin

摘要：

气候增暖背景下，干旱对吉林省玉米生产影响最大，准确评估玉米干旱风险，能够为保障吉林玉米生产安全提供科学参考。基于吉林省1961—2020年逐日气象数据、玉米发育期和产量资料，构建干旱风险指数，分析其空间分布特征，探讨其与相对气象产量的响应关系。结果表明：吉林省玉米各发育阶段干旱风险指数由西北向东南递减，播种至出苗期干旱风险最高，乳熟至成熟期干旱风险最低。干旱风险指数与相对气象产量呈负相关关系，且在抽雄至乳熟期相关系数绝对值最大。吉林西部最大综合干旱风险指数普遍在2.5以上，能够造成7成玉米减产；吉林中部最大综合干旱风险指数在2.0左右，灾损率可达5成。在吉林省西部和中部，抽雄至乳熟期干旱风险指数、综合干旱风险指数与相对气象产量均呈开口向下的抛物线关系。当综合干旱风险指数较小（0.0~2.0）时，相对气象产量正负值不确定性较大。当综合干旱风险指数较大（2.0~4.0）时，相对气象产量呈明显下降趋势，玉米灾损率明显增大。

关键词: 干旱风险指数, 相对气象产量, 灾损率, 玉米, 吉林

CLC Number:

MU Jia, WU Di, LIU Yang, WANG Dongni, REN Jingquan. Analysis of influence of drought risk on maize yield in Jilin Province[J]. Journal of Arid Meteorology, 2024, 42(4): 498-506.

穆佳, 吴迪, 刘洋, 王冬妮, 任景全. 吉林省玉米干旱风险对产量的影响分析[J]. 干旱气象, 2024, 42(4): 498-506.

Figures/Tables 6

References 36

[1]	房世波, 2011. 分离趋势产量和气候产量的方法探讨[J]. 自然灾害学报, 20(6): 13-18.
[2]	郭安红, 李召祥, 何亮, 等, 2020. 东北地区不同降水保证率下玉米水分亏缺和干旱强度分析[J]. 干旱地区农业研究, 38(1): 266-273.
[3]	纪玲玲, 袭祝香, 刘玉汐, 等, 2020. 吉林省极大风速时空变化特征及其与气候变暖的关系[J]. 干旱气象, 38(3) : 388-395.
[4]	纪瑞鹏, 车宇胜, 朱永宁, 等, 2012. 干旱对东北春玉米生长发育和产量的影响[J]. 应用生态学报, 23(11): 3 021-3 026.
[5]	姜丽霞, 赵慧颖, 曲辉辉, 等, 2021. 黑龙江省玉米干旱与低温冷害复合逆境对产量的影响[J]. 气象, 47(1): 94-105.
[6]	姜鹏, 秦美欧, 蔡福, 等, 2023. 干旱—复水联动对东北春玉米光合生理与产量的影响[J]. 干旱气象, 41(2): 207-214. DOI
[7]	李心怡, 张祎, 赵艳霞, 等, 2020. 主要作物产量分离方法比较[J]. 应用气象学报, 31(1): 74-82.
[8]	李秀芬, 郭昭滨, 朱海霞, 等, 2020. 黑龙江省大豆生长季旱涝时序特征及其对产量的影响[J]. 应用生态学报, 31(4): 1223-1232.
[9]	刘维, 李祎君, 何亮, 等, 2018. 基于SPI判定的东北春玉米生长季干旱对产量的影响[J]. 农业工程学报, 34(22): 121-127.
[10]	刘玉汐, 任景全, 孙月, 等, 2020. 1971—2016年东北地区农业气象灾害损失变化特征及影响[J]. 干旱气象, 38(4): 647-654.
[11]	刘玉英, 李宇凡, 王丽伟, 2021. 吉林省干旱对玉米产量的影响分析[J]. 气象灾害防御, 28(1): 39-43.
[12]	刘振宏, 李娇, 孙艳云, 等, 2020. 辽宁西部农作物生长季干旱风险及降水满足度研究[J]. 沙漠与绿洲气象, 14(4): 124-130.
[13]	穆佳, 邱美娟, 谷雨, 等, 2018. 5种干旱指数在吉林省农业干旱评估中的适用性[J]. 应用生态学报, 29(8): 2 624-2 632.
[14]	穆佳, 史学家, 蒋梦姣, 等, 2023. 基于Bayes判别构建吉林省玉米干旱发生等级动态预警模型[J]. 中国农业气象, 44(5): 410-422.
[15]	秦元明, 刘秀花, 王晓明, 等, 2008. 中国气象灾害大典:吉林卷[M]//温克刚. 中国气象灾害大典. 北京: 气象出版社: 205-210.
[16]	邱美娟, 郭春明, 王冬妮, 等, 2018. 基于作物水分亏缺指数的吉林省玉米不同生育时段干旱特征分析[J]. 灾害学, 33(2): 89-98.
[17]	邱美娟. 刘布春, 刘园, 等, 2019. 吉林省参考作物蒸散量的时空变化特征及影响因素[J]. 干旱气象, 37(1): 119-126.
[18]	全国农业气象标准化技术委员会, 2015. 北方春玉米干旱等级: QX/T 259—2015[S]. 北京: 气象出版社.
[19]	全国气象防灾减灾标准化技术委员会, 2012. 北方春玉米冷害评估技术规范: QX/T 167—2012[S]. 北京: 气象出版社.
[20]	任丽雯, 王兴涛, 丁文魁, 等, 2016. 不同发育阶段干旱胁迫对春玉米土壤温湿度及产量形成的影响[J]. 干旱气象, 34(5): 860-865. DOI
[21]	宋艳玲, 王建林, 田靳峰, 等, 2019. 气象干旱指数在东北春玉米干旱监测中的改进[J]. 应用气象学报, 30(1): 25-34.
[22]	王莺, 张强, 王劲松, 等, 2022. 21世纪以来干旱研究的若干新进展与展望[J]. 干旱气象, 40(4): 549-566 DOI
[23]	杨霏云, 郑秋红, 李文科, 等, 2020. 基于WOFOST模型的辽宁省春玉米干旱灾损风险评估[J]. 干旱地区农业研究, 38(6): 218-225.
[24]	张爱民, 马晓群, 杨太明, 等, 2007. 安徽省旱涝灾害及其对农作物产量影响[J]. 应用气象学报, 18(5): 619-626.
[25]	张晓芳, 张勃, 马尚谦, 等, 2022. 基于作物水分亏缺指数分析北方旱作地区春玉米干旱时空变化[J]. 中国农业气象, 43(9): 749-760.
[26]	张艳红, 吕厚荃, 李森, 2008. 作物水分亏缺指数在农业干旱监测中的适用性[J]. 气象科技, 36(5): 596-600.
[27]	赵鸿, 蔡迪花, 王鹤龄, 等, 2023. 干旱灾害对粮食安全的影响及其应对技术研究进展与展望[J]. 干旱气象, 41(2): 187-206. DOI
[28]	赵惠珍, 何涛, 郭瑞霞, 等, 2023. 基于SPEI的甘南高原气象干旱变化特征[J]. 干旱气象, 41(5): 688-696. DOI
[29]	中国气象局政策法规司, 2008. 作物霜冻害等级: QX/T 88—2008[S]. 北京: 气象出版社.
[30]	GUO Y, LU X L, ZHANG J Q, et al, 2022. Joint analysis of drought and heat events during maize (Zea mays L.) growth periods using copula and cloud models: A case study of Songliao Plain[J]. Agricultural Water Management, 259, 107238. DOI: 10.1016/j.agwat.2021.107238.
[31]	IPCC, 2021. Summary for Policymakers[R]// IPCC. Climate Change 2021:The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change[R]. Cambridge: Cambridge University Press.
[32]	LI E, ZHAO J, PULLENS J W M, et al, 2022. The compound effects of drought and high temperature stresses will be the main constraints on maize yield in Northeast China[J]. Science of The Total Environment, 812, 152461. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2021.152461.
[33]	SPEARMAN C, 2010. The proof and measurement of association between two things[J]. International Journal of Epidemiology, 39(5): 1 137-1 150.
[34]	YIN X G, JORGEN E.O, WANG M, et al, 2016. Adapting maize production to drought in the Northeast farming region of China[J]. European Journal of Agronomy, 77: 47-58.
[35]	ZHAO J F, GUO J P, MU J, 2015. Exploring the relationships between climatic variables and climate-induced yield of spring maize in Northeast China[J]. Agriculture, Ecosystems & Environment, 207: 79-90.
[36]	ZHOU Z Q, SHI H Y, FU Q, et al, 2020. Assessing spatiotemporal characteristics of drought and its effects on climate-induced yield of maize in Northeast China[J]. Journal of Hydrology, 588, 125097. DOI: 10.1016/j.jhydrol.2020.125097.

分区	播种至出苗期	出苗至拔节期	拔节至抽雄期	抽雄至乳熟期	乳熟至成熟期	播种至成熟期
西部	-0.108^*	-0.085	-0.166^**	-0.310^**	-0.191^**	-0.263^**
中部	-0.132^**	-0.088^*	-0.131^**	-0.167^**	-0.122^**	-0.210^**
东部	-0.021	0.013	-0.005	-0.157^**	-0.025	-0.031
吉林省	-0.072^**	-0.043	-0.074^**	-0.131^**	-0.067^**	-0.098^**

分区	播种至出苗期	出苗至拔节期	拔节至抽雄期	抽雄至乳熟期	乳熟至成熟期	播种至成熟期
西部	-0.108^*	-0.085	-0.166^**	-0.310^**	-0.191^**	-0.263^**
中部	-0.132^**	-0.088^*	-0.131^**	-0.167^**	-0.122^**	-0.210^**
东部	-0.021	0.013	-0.005	-0.157^**	-0.025	-0.031
吉林省	-0.072^**	-0.043	-0.074^**	-0.131^**	-0.067^**	-0.098^**

分区	地区	最大综合干旱风险指数	对应灾损率/%	对应年份	最大灾损率/%	对应综合干旱风险指数	对应年份
西部	白城	3.8	26.8	2004	57.1	3.1	1968
	洮南	3.6	36.8	2004	55.1	2.7	1989
	镇赉	3.8	56.4	2001	56.5	3.6	2004
	大安	2.9	37.7	2000	47.5	2.3	2004
	松原	2.5	15.7	2001	46.8	1.2	2007
	乾安	3.1	38.6	2004	58.1	2.8	1997
	前郭	2.6	47.3	1997	57.8	2.1	2000
	通榆	3.5	66.7	2004	66.7	3.5	2004
	长岭	2.7	31.5	2007	46.9	2.2	1997
	扶余	2.9	20.6	1982	36.4	2.1	2000
中部	农安	2.3	12.3	1997	32.2	1.7	2000
	德惠	2.5	15.4	1997	38.5	1.7	1989
	九台	1.9	4.8	2015	34.1	0.6	2003
	榆树	2.2	8.9	1982	30.9	1.7	2007
	双辽	2.7	36.4	1997	55	1.9	2000
	梨树	1.9	41.4	1997	41.4	1.9	1997
	公主岭	1.8	18.2	1997	41.6	1.7	2000
	四平	1.6	30.0	2000	30.0	1.6	2000
中部	长春	1.6	30.2	2000	37.0	1.5	1997
	伊通	1.7	50.4	2001	50.4	1.7	2001
	双阳	1.5	39.9	2000	39.9	1.5	2000
	辽源	1.9	20.9	1997	26.9	0.0	1973
	东丰	1.4	36.4	1997	36.4	1.4	1997
东部	吉林	1.2	25.8	1997	26.3	0.1	1981
	和龙	0.6	3.1	1997	28.4	0.0	1988
	龙井	0.9	0.4	1982	34.8	0.2	1977
	延吉	0.8	7.4	1982	22.6	0.1	1988

分区	地区	最大综合干旱风险指数	对应灾损率/%	对应年份	最大灾损率/%	对应综合干旱风险指数	对应年份
西部	白城	3.8	26.8	2004	57.1	3.1	1968
	洮南	3.6	36.8	2004	55.1	2.7	1989
	镇赉	3.8	56.4	2001	56.5	3.6	2004
	大安	2.9	37.7	2000	47.5	2.3	2004
	松原	2.5	15.7	2001	46.8	1.2	2007
	乾安	3.1	38.6	2004	58.1	2.8	1997
	前郭	2.6	47.3	1997	57.8	2.1	2000
	通榆	3.5	66.7	2004	66.7	3.5	2004
	长岭	2.7	31.5	2007	46.9	2.2	1997
	扶余	2.9	20.6	1982	36.4	2.1	2000
中部	农安	2.3	12.3	1997	32.2	1.7	2000
	德惠	2.5	15.4	1997	38.5	1.7	1989
	九台	1.9	4.8	2015	34.1	0.6	2003
	榆树	2.2	8.9	1982	30.9	1.7	2007
	双辽	2.7	36.4	1997	55	1.9	2000
	梨树	1.9	41.4	1997	41.4	1.9	1997
	公主岭	1.8	18.2	1997	41.6	1.7	2000
	四平	1.6	30.0	2000	30.0	1.6	2000
中部	长春	1.6	30.2	2000	37.0	1.5	1997
	伊通	1.7	50.4	2001	50.4	1.7	2001
	双阳	1.5	39.9	2000	39.9	1.5	2000
	辽源	1.9	20.9	1997	26.9	0.0	1973
	东丰	1.4	36.4	1997	36.4	1.4	1997
东部	吉林	1.2	25.8	1997	26.3	0.1	1981
	和龙	0.6	3.1	1997	28.4	0.0	1988
	龙井	0.9	0.4	1982	34.8	0.2	1977
	延吉	0.8	7.4	1982	22.6	0.1	1988