• CN 62-1175/P
  • ISSN 1006-7639
  • 双月刊
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干旱气象, 2024, 42(4): 498-506 DOI: 10.11755/j.issn.1006-7639(2024)-04-0498

“干旱特征与影响”专栏

吉林省玉米干旱风险对产量的影响分析

穆佳,1, 吴迪1, 刘洋2, 王冬妮,1, 任景全1

1.吉林省气象科学研究所/吉林省农业气象灾害风险评估与防控科技创新中心,吉林 长春 130062

2.吉林省气象灾害防御技术中心,吉林 长春 130062

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

MU Jia,1, WU Di1, LIU Yang2, WANG Dongni,1, REN Jingquan1

1. Jilin Meteorological Science Institute, Jilin Province Science and Technology Innovation Center of Agro-meteorological Disaster Risk Assessment and Prevention, Changchun 130062, China

2. Jilin Province Technology Center for Meteorological Disaster Prevention, Changchun 130062, China

通讯作者: 王冬妮(1980—),女,正高级工程师,主要从事农业气象研究。E-mail:348124425@qq.com

责任编辑: 黄小燕;校对:王涓力

收稿日期: 2023-11-3   修回日期: 2024-03-21  

基金资助: 吉林省科技发展计划项目(20210203153SF)
吉林省科技发展计划项目(20240304135SF)
吉林省气象局科研课题(201910)

Received: 2023-11-3   Revised: 2024-03-21  

作者简介 About authors

穆佳(1990—),女,工程师,主要从事农业气象灾害研究。E-mail:mj900508@126.com

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

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.

Keywords: drought risk index; relative meteorological yield; disaster loss rate; maize; Jilin

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

MU Jia, WU Di, LIU Yang, WANG Dongni, REN Jingquan. Analysis of influence of drought risk on maize yield in Jilin Province[J]. Arid Meteorology, 2024, 42(4): 498-506 DOI:10.11755/j.issn.1006-7639(2024)-04-0498

0 引言

IPCC第六次评估报告指出,2011—2020年陆地平均温度比1850—1900年高1.5 ℃以上,地表蒸散加剧,导致全球部分地区农业干旱事件频发(IPCC,2021)。气候变暖背景下,中国整体呈干旱化趋势,东北地区干旱形势严峻(王莺等,2022)。东北地区是国家粮食稳产保供的“压舱石”,干旱直接威胁粮食生产安全(刘振宏等,2020)。吉林省位于东北地区中部,2022年粮食总产量突破4 000万t,居全国第五位,单产位列全国第三,在粮食产量结构中,玉米占比最高。玉米在吉林省各地均有种植,主要分布于中西部,该区域土壤肥沃、温高光足,正常年份自然降水就能够满足玉米生长发育需求(邱美娟等,2019)。但受温度升高和降水变异增大的双重影响,近年来吉林省几乎年年发生农业干旱,局部地区甚至出现持续性重旱,直接影响玉米的产量和品质(Yin et al.,2016;Guo et al.,2022;姜鹏等,2023)。

为描述作物受旱情况,国内外学者从不同角度出发构建了农业干旱指数来表征旱情,如土壤湿度指数、农业干旱参考指数、农业干旱指数、作物水分亏缺指数和标准化降水蒸散指数等(穆佳等,2018;宋艳玲等,2019;赵惠珍等,2023)。其中,作物水分亏缺指数从大气、土壤、作物三方面入手,综合考虑前期降水量和蒸散量影响,广泛应用于分析不同地区农业干旱特征(张艳红等,2008;邱美娟等,2018;张晓芳等,2022)。在干旱对作物产量损失影响评估方面,众多学者主要通过构建干旱指数与灾损率的统计模型,或基于作物机理模型模拟方法表征两者之间的关系(张爱民等,2007;刘维等,2018;杨霏云等,2020)。通常,作物机理模型需要输入栽培品种、管理措施和土壤条件等信息,而这些数据在很多地区并没有详细记录(Zhou et al.,2020)。与作物模型方法相比,统计模型方法一般只需要历史的气象数据和产量资料,数据易获取,且模型误差评估简便,因而更为常用(Zhao et al.,2015)。目前,针对区域尺度干旱及玉米产量关系的研究仍存在一些不足。一方面,以往研究普遍采用某发育阶段某干旱指数的干旱强度反映该阶段玉米的干旱情况,量化方式不够客观全面。另一方面,玉米生长期时常会有多种灾害发生,而多数研究将产量损失归咎于某单一灾害(刘玉汐等,2020),直接讨论两者间的定量关系,研究方法并不合理。本文基于吉林省1961—2020年气象观测资料,结合玉米发育期和产量数据,选取作物水分亏缺指数表征干旱,进而构建干旱风险指数,分析近60 a玉米不同发育阶段干旱风险指数分布特征;在剔除其他农业气象灾害影响的条件下,探讨干旱风险指数与相对气象产量之间的关系,以期为区域玉米生产的旱灾防范提供参考依据。

1 资料与方法

1.1 研究区概况

吉林省位于中国东北地区中部,地势东南高、西北低,主要分为东部山地和中西部平原两大地貌区(纪玲玲等,2020)。1991—2020年,吉林省年平均气温为4.2~7.7 ℃,年平均日照时数为2 107.1~2 935.2 h,年平均降水量为364.2~912.1 mm,降水多集中在夏季,且东部降雨量较为充沛,从东南向西北由湿润气候过渡到半湿润气候再到半干旱气候。依据地形地貌和气候特征相似性原则,将吉林省行政区域划分为西部(白城和松原地区)、中部(长春、四平和辽源地区)和东部(吉林、白山、通化和延边地区)3个分区。各分区均可种植玉米,观测站点分布见图1

图1

图1   吉林省气象站点、农业气象站点分布

Fig.1   The distribution of meteorological stations and agro-meteorological stations in Jilin Province


1.2 数据来源及处理

基于1961—2020年吉林省51个气象站逐日平均气温、最高气温、最低气温、风速、日照时数、降水量和相对湿度资料计算作物水分亏缺指数,气象数据来源于吉林省气象信息网络中心。利用41个农业气象站的观测数据确定各地区玉米发育期常年值,将玉米生长期分为播种至出苗、出苗至拔节、拔节至抽雄、抽雄至乳熟、乳熟至成熟5个发育阶段。对于无玉米发育期观测的气象站点,发育期常年值采用对应分区已有站点的平均值代替。基于50个县(市、区)玉米种植面积及产量数据计算相对气象产量,产量资料来源于吉林省统计年鉴。

1.3 干旱风险指数

采用作物水分亏缺指数表征玉米干旱,进而构建干旱风险指数。玉米各发育阶段水分亏缺指数计算方法参见《北方春玉米干旱等级》(全国农业气象标准化技术委员会,2015)。在该标准中,将玉米不同发育阶段干旱划分为无旱、轻旱、中旱、重旱、特旱5个等级。

郭安红等(2020)以不同干旱强度等级发生频率作为致灾指标,并给予不同权重,构建了干旱综合气候危险性指数。本文参考该指数构建方法,统计逐年玉米生长季各发育阶段干旱发生风险,将其作为干旱致灾指标,并对不同发育阶段赋予不同权重构建综合干旱风险指数,具体公式如下:

Dy=i=15di,y×wi
di,y=j=04pi,j,y×gj

式中:y为年份;i为发育阶段,取值1,2,…,5,分别对应播种至出苗、出苗至拔节、拔节至抽雄、抽雄至乳熟、乳熟至成熟5个阶段;j为干旱等级,取值0,1,2,3,4,分别对应无旱、轻旱、中旱、重旱、特旱;Dy为某年综合干旱风险指数,取值为0~4,Dy越大,表明该年玉米全生育期(播种至成熟)综合干旱风险越高;di,y为某年某发育阶段干旱风险指数,特指某发育阶段时以dy表示,di,ydy)越大表明该年该发育阶段干旱风险越高;wi为某发育阶段水分敏感系数,依据玉米生长发育需水规律,播种至出苗取0.20、出苗至拔节取0.15、拔节至抽雄取0.30、抽雄至乳熟取0.20、乳熟至成熟取0.15;pi,j,y为某年某发育阶段某等级干旱发生频率;gj为干旱等级。干旱频率越高、强度越强,干旱风险指数越大。

1.4 相对气象产量

作物产量主要受品种、农业发展水平及气象条件制约,在其他因素变化趋势相对稳定的情况下,气象条件决定着产量高低(房世波,2011)。将玉米单产(Y)序列分解为趋势产量(Yt)和气象产量(Yw),趋势产量采用5 a滑动平均法进行模拟,气象产量除以趋势产量,即可得相对气象产量,具体公式(李心怡等,2020)如下:

Yr=YwYt×100%
Yw=Y-Yt

式中:Yr(%)为某年玉米相对气象产量,Yr<0表明当年玉米减产,可相应转化为玉米灾损率(R)。

吉林省玉米在生长过程中,除干旱外,也会遭遇洪涝、低温冷害、霜冻、风雹等其他气象灾害,一般发生频率较高、影响范围较大且会引起明显减产的是低温冷害和霜冻(刘玉英等,2021)。为客观讨论由干旱造成的产量损失与干旱风险指数的关系,剔除低温冷害和霜冻发生强度在中度以上的年份,两种灾害的发生强度分别按行业标准《北方春玉米冷害评估技术规范》(全国气象防灾减灾标准化技术委员会,2012)、《作物霜冻害等级》(中国气象局政策法规司,2008)判断。

1.5 干旱风险指数与相对气象产量的关系确定方法

农业气象灾害对作物产量的影响是非线性的,因此采用非参数统计方法Spearman相关系数反映干旱风险指数与玉米相对气象产量的相关关系(Spearman,2010)。另外,采用一元二次回归分析方法探讨干旱风险指数与玉米相对气象产量的响应关系(李秀芬等,2020)。

2 结果与分析

2.1 干旱风险指数分布特征

1961—2020年吉林省玉米不同发育阶段干旱风险指数空间分布如图2所示,在各发育阶段,干旱风险指数由西北向东南递减。播种至出苗期,西部干旱风险指数在1.0以上,白城地区局部超过2.0,中部和延边州局部为0.6~1.0,东部大部小于0.6;出苗至拔节期,中西部大部干旱风险指数为0.6~1.5,东部小于0.6;拔节至抽雄、抽雄至乳熟两个阶段干旱风险指数空间分布基本一致,白城地区大多在1.5以上,松原地区大多为1.1~1.5,中部为0.6~1.0之间,东部小于0.6;乳熟至成熟期,西部干旱风险指数为0.6~1.3,中东部小于0.6。从播种至成熟期,综合干旱风险指数西部在1.0以上,中部大多为0.6~1.0,东部小于0.6。各发育阶段相比,播种至出苗期干旱风险最高,乳熟至成熟期干旱风险最低。西部干旱风险最高,中部次之,东部最低。

图2

图2   1961—2020年吉林省玉米播种至出苗期(a)、出苗至拔节期(b)、拔节至抽雄期(c)、抽雄至乳熟期(d)、乳熟至成熟期(e)、播种至成熟期(f)干旱风险指数空间分布

Fig.2   Spatial distributions of drought risk index at the stages from sowing to seedling (a), seedling to jointing (b), jointing to tasseling (c), tasseling to milking (d), milking to maturing (e) and sowing to maturing (f) in Jilin Province from 1961 to 2020


2.2 干旱风险指数与相对气象产量的相关性分析

1961—2020年吉林省各分区玉米不同发育阶段干旱风险指数与相对气象产量的相关系数见表1,两者普遍呈负相关关系。播种至成熟期,西部、中部二者的相关系数小于-0.2,全省相关系数为-0.098,通过显著性检验(P<0.01)。抽雄至乳熟期,二者相关系数绝对值高于其他发育阶段,且均达到极显著水平(P<0.01)。普查各站点综合干旱风险指数与相对气象产量的相关关系(表略),发现中西部大部分站点二者相关系数小于-0.2,且通过显著性检验(P<0.05),其中镇赉、松原、乾安、前郭、扶余、德惠、双辽、梨树、四平、伊通和双阳达到极显著性水平(P<0.01),表明这些地区发生农业干旱会更加明显地影响玉米产量;但在东部,二者不存在明显相关关系。

表1   1961—2020年吉林省干旱风险指数与相对气象产量的相关系数

Tab.1  Correlation coefficients between drought risk index and relative meteorological yield of maize in Jilin Province from 1961 to 2020

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-0.0210.013-0.005-0.157**-0.025-0.031
吉林省-0.072**-0.043-0.074**-0.131**-0.067**-0.098**

注: ***分别表示通过0.05、0.01的显著性检验。

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玉米抽雄至乳熟期,干旱风险指数与相对气象产量间的响应关系如图3所示。在西部、中部和全省,Yrdy之间呈开口向下的抛物线关系,而在东部呈开口向上的抛物线关系,拟合效果均较好(P=0.001)。当干旱风险指数为0.0~1.0时,西部相对气象产量多为-20%~20%,中部和东部的相对气象产量变幅较大,多为-40%~40%;当干旱风险指数介于1.0~2.0时,西部相对气象产量多为正值,中部相对气象产量多为负值;当干旱风险指数大于2.0时,西部和中部的相对气象产量均呈下降趋势,尤其当干旱风险指数超过3.0时,玉米灾损率明显增大。

图3

图3   1961—2020年吉林省玉米相对气象产量(Yr)对抽雄至乳熟期干旱风险指数(dy)的响应曲线

(a)西部,(b)中部,(c)东部,(d)吉林省

Fig.3   Response curves of Yr to dy at the stage from tasseling to milking of maize in Jilin Province from 1961 to 2020

(a) the west, (b) the middle, (c) the east, (d) Jilin Province


2.3 综合干旱风险指数与玉米灾损率的关系

吉林省西部、中部和东部部分地区玉米干旱风险较高,选取这些典型地区(下同)进一步分析综合干旱风险指数与玉米灾损率的对应关系。由表2可见,西部最大综合干旱风险指数均超过2.5,最高能够造成近7成的玉米减产;最大灾损率多为40.0%~60.0%,对应风险指数为1.2~3.6。中部最大综合干旱风险指数为1.4~2.7,能够造成1~5成的减产;一般最大灾损率为30.0%~50.0%,对应风险指数小于2.0。东部最大综合干旱风险指数只有1.2,最高可造成近3成减产;一般最大灾损率亦为30.0%,风险指数接近于0。同一地区最大综合干旱风险指数对应的灾损率与最大灾损率对应的综合干旱风险指数不完全相同,这可能与干旱出现时段有关,不同发育阶段缺水对产量的影响程度不同。在综合干旱风险中,若玉米拔节前干旱风险占比大,其造成的减产程度不一定大,因此最大综合干旱风险指数并非对应最大灾损率。另外,最大综合干旱风险指数和最大灾损率出现的年份相对集中,主要在1997、2000和2004年,这与《中国气象灾害大典:吉林卷》(秦元明等,2008)的旱灾资料记录一致。

表2   1961—2020年吉林省典型地区综合干旱风险指数(Dy)与玉米灾损率(R)的对应情况

Tab.2  Corresponding relationship between Dy and R in typical areas of Jilin Province from 1961 to 2020

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3.826.8200457.13.11968
洮南3.636.8200455.12.71989
镇赉3.856.4200156.53.62004
大安2.937.7200047.52.32004
松原2.515.7200146.81.22007
乾安3.138.6200458.12.81997
前郭2.647.3199757.82.12000
通榆3.566.7200466.73.52004
长岭2.731.5200746.92.21997
扶余2.920.6198236.42.12000
中部农安2.312.3199732.21.72000
德惠2.515.4199738.51.71989
九台1.94.8201534.10.62003
榆树2.28.9198230.91.72007
双辽2.736.41997551.92000
梨树1.941.4199741.41.91997
公主岭1.818.2199741.61.72000
四平1.630.0200030.01.62000
中部长春1.630.2200037.01.51997
伊通1.750.4200150.41.72001
双阳1.539.9200039.91.52000
辽源1.920.9199726.90.01973
东丰1.436.4199736.41.41997
东部吉林1.225.8199726.30.11981
和龙0.63.1199728.40.01988
龙井0.90.4198234.80.21977
延吉0.87.4198222.60.11988

注: 最大综合干旱风险指数为某地区多年综合干旱风险指数中的最大值,最大灾损率为某地区多年玉米灾损率中的最大值。

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2.4 玉米产量与综合干旱风险的响应关系

选取扶余、双辽、西部、中部和典型地区为代表区,分析玉米相对气象产量对综合干旱风险指数的响应关系(图4)。可以看出,YrDy之间均呈开口向下的抛物线关系,各地区拟合效果均较好(P=0.001),表明综合干旱风险指数会显著影响玉米产量。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,西部相对气象产量的波动性很大;当综合干旱风险指数超过2.0时,各地区玉米相对气象产量一致呈下降趋势,分别有100.0%(扶余)、83.3%(双辽)、66.7%(西部)、84.6%(中部)、68.5%(典型地区)的年份减产,玉米灾损率明显增大,普遍为20.0%~40.0%,个别年份超过60.0%。

图4

图4   1961—2020年吉林省不同地区玉米相对气象产量(Yr)对综合干旱风险指数(Dy)的响应曲线

(a)扶余,(b)双辽,(c)西部,(d)中部,(e)典型地区

Fig.4   Response curves of Yr to Dy of maize in different regions of Jilin Province from 1961 to 2020

(a) Fuyu, (b) Shuangliao, (c) the west, (d) the middle, (e) typical areas


3 讨论与结论

3.1 讨论

本文基于作物水分亏缺指数,在统计不同发育阶段不同强度干旱发生频率的基础上,形成干旱风险指数。充分考虑玉米不同发育期的需水规律,引进水分敏感系数,从而构成综合干旱风险指数。与从某一角度刻画相比,综合干旱风险指数能更加全面地反映玉米干旱状况。研究发现,吉林省各发育阶段干旱风险指数由西北至东南减小,造成的玉米减产程度也逐渐降低,这符合玉米生产实际,且与前人对吉林省玉米干旱发生规律的研究结论相似(邱美娟等,2018;穆佳等,2023)。

吉林省各分区玉米抽雄至乳熟期干旱风险指数与相对气象产量的相关系数绝对值最大,表明该发育阶段干旱对产量影响最大。玉米抽雄至开花期,生理代谢活动旺盛,对缺水最敏感,水分不足易造成严重减产。授粉后,籽粒陆续开始灌浆,在乳熟期前,灌浆速度不断加快,籽粒持续增重,是产量形成的主要阶段,此时缺水对籽粒库容大小、饱满程度影响很大(赵鸿等,2023)。纪瑞鹏等(2012)、任丽雯等(2016)研究也指出,玉米抽雄到乳熟期若持续发生干旱胁迫,将导致光合作用降低,淀粉酶活性受到抑制,千粒重下降,产量降低。在吉林东部,最大综合干旱风险指数仅为1.2,玉米干旱风险小,该发育阶段相对气象产量对干旱风险指数的响应关系受个例影响,随机性大,所以二者间开口向上的抛物线关系需进一步研究。

本研究结果表明,当综合干旱风险指数较大(大于2.0)时,随指数增大,玉米相对气象产量(负值)增大,灾损率也增加。然而当综合干旱风险指数较小时,与产量的响应关系有很大的不确定性,这可能是由于此时干旱并非主导因子,而是其他因素对产量影响的结果。研究中,剔除了中度以上低温冷害、霜冻发生年份的影响,订正了相对气象产量序列,增强了研究结果的可信度。当今,关于复合农业气象灾害与作物产量损失的定量关系研究是焦点和难点(姜丽霞等,2021;Li et al.,2022),后续将以此为研究方向,通过试验数据验证,优化研究结果,提升拟合准确率。

3.2 结论

1)吉林省玉米各发育阶段干旱风险指数由西北向东南递减,吉林西部综合干旱风险指数在1.0以上,中部大部为0.6~1.0,东部大部小于0.6。各发育阶段相比,播种至出苗期干旱风险最高,乳熟至成熟期干旱风险最低。吉林西部玉米干旱风险最高,中部次之,东部最低。

2)吉林省干旱风险指数与玉米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。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;中部最大综合干旱风险指数在2.0左右,灾损率可达5成;东部最大综合干旱风险指数仅为1.2,最高造成近3成减产。

3)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,尤其是当综合干旱风险指数超过3.0时,玉米灾损率明显增大。

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广发、频发的干旱事件已造成了严重的作物减产,深入解析玉米对干旱的响应过程及机制,对准确评估干旱影响进而合理指导玉米生产具有重要现实意义。基于锦州农业气象试验站已布设的干旱-复水联动试验平台(CK:自然降水处理;RD:2020年6月30日至8月10日控水,之后复水),监测净光合速率(Net Photosynthetic Rate, P<sub>n</sub>)、蒸腾速率(Transpiration Rate, T<sub>r</sub>)、日茎流量(Daily Stem Flow, DSF)、玉米产量构成要素等参数。结果表明,拔节期,与CK处理相比,RD处理控水初期P<sub>n</sub>降低5.0%,T<sub>r</sub>增加12.4%,但均不显著;灌浆期,当土壤含水量(Soil Water Content, SWC)降至40.0%后,RD处理下P<sub>n</sub>、T<sub>r</sub>及DSF显著降低,分别降低至CK处理水平的23.6%和6.9%和32.5%,灌浆期叶片光合产物大部分向果穗输送,耗水能力大于拔节期,干旱对P<sub>n</sub>、T<sub>r</sub>及DSF的抑制效应更为明显。乳熟期,RD处理进入复水阶段,P<sub>n</sub>、T<sub>r</sub>和DSF增加,分别恢复至CK处理水平的61.5%、75.0%和46.6%,说明控水期间降低的P<sub>n</sub>、T<sub>r</sub>和DSF无法在复水期间完全恢复。控水通过显著降低叶含水率(Leaf Water Ratio, LWR)、茎含水率(Stem Water Ratio, SWR)而显著降低P<sub>n</sub>和T<sub>r</sub>,其中LWR与P<sub>n</sub>和T<sub>r</sub>的相关系数分别为0.55和0.84;SWR与P<sub>n</sub>和T<sub>r</sub>的相关系数分别为0.59和0.67。拔节期至灌浆期连续控水可能导致光合器官活性下降,复水也未能使其恢复,最终导致作物减产,与CK处理相比,RD处理下穗长、穗粗、百粒重等产量结构要素显著降低,造成54.0%的减产率。

李心怡, 张祎, 赵艳霞, , 2020.

主要作物产量分离方法比较

[J]. 应用气象学报, 31(1): 74-82.

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李秀芬, 郭昭滨, 朱海霞, , 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.

[本文引用: 1]

刘维, 李祎君, 何亮, , 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.

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刘玉汐, 任景全, 孙月, , 2020.

1971—2016年东北地区农业气象灾害损失变化特征及影响

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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.

[本文引用: 1]

刘振宏, 李娇, 孙艳云, , 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.

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穆佳, 邱美娟, 谷雨, , 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.

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穆佳, 史学家, 蒋梦姣, , 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

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秦元明, 刘秀花, 王晓明, , 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.

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邱美娟, 郭春明, 王冬妮, , 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.

[本文引用: 2]

邱美娟. 刘布春, 刘园, , 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.

[本文引用: 1]

基于吉林省50个气象站1960&mdash;2014年逐日最高气温、最低气温、日照时数、风速数据,采用Penman-Monteith算法,计算各站逐日参考作物蒸散量,进而计算各站及全省四季和年平均参考作物蒸散量,利用数理统计方法,结合地理信息系统软件,分析参考作物蒸散量的时空变化特征及主要气候影响因子。结果表明:近55 a,吉林省年平均参考作物蒸散量为876 mm,年参考作物蒸散量呈显著下降趋势(p<0.01);空间分布差异显著,由东南向西北逐级递增,56%的站点呈显著下降趋势(p<0.05)。参考作物蒸散量夏季最大、春季次之、冬季最小,且均呈下降趋势,但只有春季的下降趋势显著(p<0.01);春、夏、秋、冬季与年平均参考作物蒸散量在空间分布上基本一致,但气候倾向率为负值以及通过显著性检验的站点数依次减少。全省四季和年参考作物蒸散量均与降水呈显著负相关,与日照时数、风速、最高气温呈显著正相关;其中年、春、夏、秋季与气温日较差以及春、夏、秋季与平均气温也呈显著正相关;冬季与最低气温、平均气温呈显著正相关;而典型站点参考作物蒸散量各季节影响因素及影响大小略有差异,各气象因子的共同作用导致了参考作物蒸散量的变化。

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.

[本文引用: 1]

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.

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任丽雯, 王兴涛, 丁文魁, , 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      [本文引用: 1]

本试验设CK(整个生育期供水充足的对照处理)、DT1(从拔节期限制供水的干旱处理,即持续不灌水直至生育期结束)、DT2(从抽雄期限制供水的处理,即持续不灌水直至生育期结束)3种处理,讨论水分胁迫对地温、土壤水分含量和春玉米产量形成的影响。结果表明:土壤温度的变化与控水密切相关,20 cm深度DT1和DT2处理的地温平均值分别较CK高1.6 ℃和1.3 ℃;40 cm深度DT1和DT2处理的地温平均值分别较CK高1.7 ℃和0.5 ℃。土壤水分贮存量和地温在20 cm深度呈负相关,40 cm深度呈正相关,土壤水分贮存量对作物生长造成影响的下限指标是18 mm,地温对作物生长造成影响的上限指标是19.2 ℃。DT1和DT2处理均对作物的生长因子和产量结构造成一定影响,DT1处理下的减产幅度更为剧烈。

宋艳玲, 王建林, 田靳峰, , 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.

[本文引用: 1]

王莺, 张强, 王劲松, , 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      [本文引用: 1]

干旱是中国影响范围最广、造成经济损失最严重的自然灾害之一,直接威胁国家粮食安全和社会经济发展,对干旱问题的认识和研究有助于提升国家防旱减灾能力。自新中国成立以来,中国对于干旱气象的研究取得了丰硕的成果。本文以21世纪以来中国气象局干旱气候变化与减灾重点开放实验室为平台开展的与干旱气象相关的科研项目群取得的研究成果为基础,通过成果检索,对干旱监测技术、干旱时空分布规律、干旱致灾特征、干旱灾害风险及其对气候变暖的响应以及干旱灾害风险管理与防御技术等方面的新进展进行总结和归纳。同时,基于干旱气象研究的前沿发展趋势,提出中国未来干旱气象研究应在加强气候变化背景下干旱高发区综合性干旱观测试验基础上,从不同维度和尺度定量研究干旱形成机理,构建多源数据融合和多方法结合的综合干旱监测新方法,揭示干旱致灾机理,科学评估干旱灾害风险,提出具有可执行性的风险管理策略等重点科学问题上取得突破。这对于推动中国干旱气象研究具有积极意义。

杨霏云, 郑秋红, 李文科, , 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.

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张爱民, 马晓群, 杨太明, , 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.

[本文引用: 1]

张晓芳, 张勃, 马尚谦, , 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.

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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.

[本文引用: 1]

赵鸿, 蔡迪花, 王鹤龄, , 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      [本文引用: 1]

干旱是当今世界出现频率最高、持续时间最长、危害范围最广的重大气象灾害,对全球农业、生态、社会发展和国民经济等影响巨大而广泛。农业旱灾是影响农业生产的重要因素,农业生产关乎着国家粮食安全。我国是一个农业大国,同时也是一个旱灾频发的国家,深入了解农业干旱灾害的成因、影响特征、旱灾强度、严重程度以及作物致灾的生理过程和机理等是提升农业干旱灾害监测预测预警水平、减轻和防御灾害损失、提高国家粮食安全生产需要解决的重要科学问题。本文综合回顾了国内外不同程度的农业干旱及其对粮食生产影响的最新研究进展,从农作物形态、生理、细胞和分子水平等方面探究了干旱影响特征及机制,围绕粮食生产如何有效应对农业干旱问题,评述了当前农业干旱监测的主要指标、方法、预警系统等,针对农业可持续发展和干旱新特征,讨论了当前防旱减灾和农业干旱应对的现状,强调了适应与减缓并举的一系列干旱应对措施,在此基础上结合国家、区域和行业发展需求提出了今后应着重加强的重要科学问题、研究对策及学科发展展望。

赵惠珍, 何涛, 郭瑞霞, , 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      [本文引用: 1]

干旱灾害是甘南高原发生最频繁的气象灾害之一,严重影响该地区农牧业生产和生态环境安全。利用1973—2022年甘南高原及周边31个气象观测站逐月降水和气温观测数据,选取标准化降水蒸散指数(Standardized Precipitation Evapotranspiration Index,SPEI)表征气象干旱,采用Mann-Kendall检验和Sen’s slope估计方法,研究甘南高原年、季尺度的干旱时空分布及变化特征。结果表明:近50 a来,甘南高原年SPEI呈显著减小趋势,全域整体趋向干旱化,1986年为突变年。干旱变化趋势存在季节差异,夏、秋季呈干旱加剧趋势,春、冬季则相反。年和季SPEI变化趋势存在空间差异性,年和秋季全域呈干旱化趋势;夏季甘南高原中东部呈干旱加剧趋势,春季与夏季相似,但春季干旱加重区域和干旱化程度明显小于夏季;冬季整体呈干旱减轻趋势。甘南高原年和季节尺度不同等级干旱发生频率有明显的空间差异,高原中东部轻旱频发,高原南部中旱和重旱高发,特旱各区域发生频率均较低;高原西部干旱发生频率总体小于高原中东部。

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.

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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.

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IPCC, 2021.

Summary for Policymakers

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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.

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SPEARMAN C, 2010.

The proof and measurement of association between two things

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YIN X G, JORGEN E.O, WANG M, et al, 2016.

Adapting maize production to drought in the Northeast farming region of China

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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

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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

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