模型模拟华北地区气候变化对冬小麦产量的影响

该文利用IPCC AR4模式资料和基于多年观测资料生成的格点数据,建立降水、最高/最低气温的统计降尺度关系,获取华北地区高分辨率未来气候情景空间分布;利用作物模型模拟IPCC-B1情景下冬小麦生长期和产量变化。结果表明:最高/最低气温模拟结果与观测值比较,相关系数(R2)大于0.70;降水模拟结果与观测值比较,相关系数最小为0.63;IPCC-B1情景下,华北地区冬小麦生长期总体上变短,产量下降。     

无人机高光谱遥感数据在冬小麦叶面积指数反演中的应用

[目的]无人机高光谱遥感是获取田间尺度作物生长参数的新型手段,如叶面积指数(leaf area index,LAI)的无人机快速观测对作物生长监测具有重要意义。[方法]研究以河北省衡水市冬小麦为研究对象,利用以多旋翼无人机为平台搭载Cubert UHD185成像高光谱传感器获取了冬小麦乳熟期的无人机高光谱影像数据;在无人机飞行的冬小麦试验田,利用LAI 2200进行了同步观测试验。该研究利用植被辐射传输模型PROSAIL模拟小麦冠层反射率数据,进而模拟9种植被指数(RVI,NDVI,EVI2,OSAVI,MSAVI2,TCARI/OSAVI,RENDVI(red edge NDVI),MSI,S2REP)。将模拟的植被指数与LAI进行相关性分析,分别构建LAI反演模型并通过拟合效果选择最优的反演模型。然后基于LAI最优反演模型利用无人机高光谱遥感数据反演冬小麦乳熟期的LAI。最后利用地面实测LAI数据对反演结果进行了验证。[结果]9种植被指数中包含红边波段的RENDVI和S2REP与LAI具有高度相关性,而且消除了在小麦LAI高值区时其他植被指数对LAI饱和的问题。基于RENDVI指数模型模拟的LAI与模型模拟的LAI之间RMSE为0.51,无人机高光谱数据LAI反演结果与地面实测值高度拟合(R2=0.83,RMSE=0.16,NRMSE=10%,n=25,P0.001),因此RENDVI是用于估算LAI的较理想的植被指数。[结论]无人机高光谱是获取小麦LAI的有效手段,该研究为利用无人机高光谱数据监测作物生理生态参数提供了参考。     

基于HJ-1卫星的冬小麦叶片SPAD遥感监测研究

SPAD能够反映植株叶绿素含量,而植株叶绿素的含量及动态变化,对评价作物生产能力、预测产量和品质均有重要意义。该研究以湖北省潜江市后湖管理区冬小麦为研究对象,通过田间观测不同生育期冬小麦叶片SPAD变化情况,结合我国自主研发的HJ-1卫星对研究区域进行同步监测,选取并计算RVI、DVI、NDVI、GRVI四种植被指数,通过对4种植被指数与冬小麦叶片SPAD进行相关性分析,并构建植被指数与冬小麦叶片SPAD回归反演模型,结果显示相关性均较高。通过对比四种植被指数模型反演精度,NDVI-SPAD对数模型预测精度较高,精度检验表明平均相对误差为-2.34,均方根误差(RMSE)为5.65,能够较好的反演研究区域内的冬小麦SPAD。利用HJ-1卫星结合NDVI-SPAD对数模型能够有效对研究区域冬小麦叶片SPAD进行遥感监测。     

鲁西南连阴雨发生规律及对秋收秋种的影响

利用鲁西南1981~2014年连阴雨资料,分析了春、夏、秋季节连阴雨年变化趋势,连阴雨对农作物生长、产量及秋收秋种的影响。结果表明:春季连阴雨有明显减小趋势,夏季连阴雨变化不明显,秋季连阴雨有明显增加趋势;春季发生连阴雨的概率为47%,2年一遇,夏、秋季连阴雨出现概率均为97%,几乎每年一遇;秋季连阴雨对棉花、夏玉米等秋作物危害最大,连阴雨使夏玉米灌浆不足,贪青晚熟,棉铃霉烂,脱落,铃重减轻,造成夏玉米、棉花产量降低、品质下降;月降水量与作物产量相关分析,4月降水量与冬小麦产量呈显著正相关,7、10月降水量与棉花产量呈显著负相关。连阴雨使成熟秋作物不能及时收获、晾晒而霉变,导致秋收秋播相应推迟,晚播冬小麦分蘖少,苗情较差,次年冬小麦产量较低;但播种前适宜的降水也使农田墒情较好,冬小麦苗情较好,壮苗越冬,次年产量增加。     

基于图像和光谱技术的倒伏冬小麦产量评估研究

倒伏作物产量评估是作物倒伏灾害综合评估中的一项重要指标.针对传统倒伏作物产量评估方法的不足,该文提出了一种基于图像处理技术和光谱分析技术的倒伏冬小麦估产方法.研究首先通过冬小麦倒伏模拟试验,人工造成冬小麦倒伏,采集不同倒伏等级冬小麦RGB图像数据、冠层光谱反射率数据,并测量倒伏冬小麦产量.然后,通过RGB图像获得颜色、纹理特征,通过光谱反射率获得光谱吸收、红边和植被指数特征,取与倒伏冬小麦产量最为相关的23个特征量作为产量预测模型的输入变量.最后,使用粒子群算法优化径向基权值并建立估产模型,通过三个倒伏时期的光谱和图像指标估算倒伏冬小麦产量.结果表明,模型估算精度为98.2％,该模型能满足非接触定量化的倒伏冬小麦产量评估需求.     

氮对农作物生长及养分吸收的影响

氮作为农作物生长过程中大必须元素之一,其施用量的高低和施用种类差异会对作物生长特性与养分吸收利用和产量形成产生较大影响。本文详细分析了氮对农作物农艺性状、农作物干物质积累、叶片叶绿素含量、养分吸收的影响规律,以期为作物施肥中合理施用氮肥提供理论依据。     

结合Landsat 8和GF 1数据的冬小麦种植空间分布提取

[目的]为探讨多源中等分辨率数据在冬小麦种植时空分布上的应用。[方法]利用2017年冬小麦关键生育期的Landsat8 OLI(抽穗期)和时间序列的GF-1 WFV(2016—2017生育期)数据,在分析各个行政分区的地表覆盖状况、作物结构和地块破碎度差别的基础上,将行政区划分为3种类型不同的提取单元并建立了适合于各自分区的提取模型:(1)利用关键生育期的OLI数据,采用监督分类—神经网络方法提取结构单一、地块齐整的怀远县种植区;(2)基于WFV数据构建五河县及城区种植区的冬小麦全生育期NDVI时间序列曲线,根据NDVI的时间特征构建冬小麦提取的决策树分类模型提取结构较复杂、混合像元明显的五河县及城区种植区;(3)在对关键生育期OLI-NDVI数据合理分割的基础上,采用最大似然的面向对象分类法获取种植密集、地块破碎的固镇县种植区。[结果]提取结果采用混淆矩阵和当年度统计数据相结合的方法进行精度评价,结果表明:(1)怀远县提取出的冬小麦提取总体精度为97.91%,五河县及城区提取出的精度为97.62%,固镇县的精度为97.42%;(2)全区域冬小麦提取的总体精度为86.82%,Kappa系数为0.84。与当年度统计数据对比的结果表明:2017年蚌埠市的准确提取面积精度可达97.91%,提取面积数据小于蚌埠市统计年鉴提供的统计数据,与调查的实际种植地块基本一致。[结论]采用不同方法提取不同空间分布特征的冬小麦种植面积具有较好的精度,该方法可以为市域冬小麦面积提取提供技术参考。     

异常气候对鲁西南冬小麦生产的影响

[目的]2015~2016年鲁西南出现了有史以来罕见的异常与极端低温天气。异常低温天气将对冬小麦的生长发育与产量造成显著不利影响。文章将结合2015~2016年鲁西南罕见的异常与极端低温天气,及1981~2010年历史气候资料,分析冬小麦生育期与产量因素受低温影响的程度,以期为评估极端气候事件对冬小麦生长发育的影响提供定量化依据。[方法]基于2015~2016年鲁西南地区冬小麦生育期间气象数据,结合大田调查资料,采用对比分析与数理统计方法,分析不同生育期间平均气温、积温、降水量、日照时数等对冬小麦生育期、产量因素、生长状态和农田管理措施等的影响。[结果]2015年秋季特大暴雪使农田土壤墒情增加,但强降温迫使冬小麦提前进入越冬期;由于冬前积温偏少,冬小麦分蘖数、大蘖数及次生根均偏少;2016年春季气温出现异常,冬小麦返青推迟,生长要素变化缓慢,旺苗、大蘖数和次生根均较2015年略有减少,个体生长较弱,群体长势略差,影响冬小麦产量构成;相比较积温、日照时数等气候资料,近10年冬小麦生育期间降水量变异系数较大,对冬小麦产量影响也较大;异常与极端气候事件对冬小麦田间管理的影响也较大。[结论]针对冬前强降温和持续低温过程,应采取更为科学有效的田间管理措施,以降低冬小麦可能受到的不利影响。     

山东省临沭县主要农作物环境资源生产潜力的系统分析

作物的生长、生殖和产量的形成都是在自然环境中进行的,环境条件对作物的整个生长过程有着决定性的影响,只有当作物与环境充分适应协调时,才能达到最高产量。因而科学地分析环境资源的生产潜力,找出各种环境因子对作物产量的影响程度,对于趋利避害、因地制宜地开发利用环境资源,不断提高作物的生产水平具有重要的意义。一、临沭县农业主要环境资源概况(-)光太阳光辐射是作物进行光合作用的唯一能量来源。     

临沐县主要农作物环境资源生产潜力的系统分析

作物的生长发育和产量的形成都是在自然环境中进行的,环境条件对作物的整个生长过程有着决定性的影响,只有当作物与环境充分适应协调时,才能达到最高产量。因而科学地分析环境资源的生产潜力,找出各种环境因子对作物产量的影响程度,对于趋利避害、因地制宜地开发利用环境资源,不断提高作物的生产水平具有重要的意义。     

黄淮海区气候变化及其对冬小麦光温生产潜力的影响

气候变化对冬小麦生长发育及产量的影响、冬小麦生产对气候变化的适应已经成为学术界研究的热点问题之一。黄淮海区是我国第一大冬小麦主产区,研究选择黄淮海区为研究区域,首先运用线性倾向率方法分析了黄淮海区近50年来太阳辐射量和平均温度在全年和冬小麦生育期两个时段内的时间和空间变化特征,运用AEZ模型计算了黄淮海区各气象站点的冬小麦光温生产潜力;在此基础上,分析了太阳辐射量和温度变化对冬小麦光温生产潜力的影响。结果表明:(1)黄淮海区全年日均太阳辐射量和生育期内日均太阳辐射量均表现为减少的趋势,且全年日均太阳辐射量减少幅度较大;(2)黄淮海区年平均温度表现为上升的趋势,而冬小麦生育期内平均温度的上升趋势极不明显;(3)黄淮海区冬小麦生育期内太阳辐射量的减少和平均温度的降低是导致冬小麦光温生产潜力下降的主要原因。     

倒春寒与北方冬小麦生育期时空关联特征分析

［目的］气候变化可能通过影响生育期的长度，对冬小麦遭受倒春寒的风险产生增强或减弱的双重可能影响。文章结合冬小麦生育期的变化，研究分析气候变化背景下冬小麦在不同生育期内遭遇倒春寒风险的时空变化特征。［方法］利用北方冬小麦主产区地面气象台站记录的逐日气温资料以及农业气象台站记录的地面物候资料，提取出各气象站点在1993—2016年发生在返青—拔节、拔节—抽穗以及抽穗后的倒春寒事件，计算倒春寒气象指标K，结合核密度分析及联合经验正交分析（JEOF）方法，分析冬小麦在不同生育期内遭遇倒春寒强度的时空变化规律。［结果］（1）1993—2016年在返青—拔节以及拔节—抽穗阶段，倒春寒累积K值与发生次数均有减少的趋势，但在抽穗后阶段，倒春寒累积K值减少速度最慢，且发生次数小幅度增加； （2）生育期长度与累积K值有较好的时空变化一致性，生育期的延长往往伴随着累积K值增加，但在不同区域、不同生育阶段生育期长度变化的作用存在差异； （3）在返青—拔节、拔节—抽穗阶段，倒春寒高发聚集区范围不断缩小北移，在抽穗后阶段，高发聚集区覆盖范围广，且空间分布变化不明显。［结论］未来全球气温升高对减弱倒春寒的发生强度有正面效应，但这种正面效应也可能被生育期延长以及小麦抗病虫害能力减弱带来的负面影响所抵消。因此，仍应加强对倒春寒的预警与防御，尤其需要重点关注抽穗后阶段。     

氮肥减量及秸秆替代过量氮肥下冬小麦/夏玉米轮作体系氮素淋失风险研究

针对过量施用氮肥和地下水硝酸盐超标的现状,探索减量施氮、秸秆替代过量氮肥下土壤氮素的淋失风险,以期为降低氮素淋失风险提供科学依据。通过在河北省徐水县进行连续4年的冬小麦—夏玉米轮作体系田间定位试验,分析耕作(少耕和常规耕作)、施氮量(无机氮0、200和300 kg/hm~2)和秸秆(还田、不还田)等措施对作物收获后土壤无机氮累积、土壤—作物体系氮平衡状况以及冬小麦和夏玉米产量的影响。结果表明,小麦收获后,过量施氮处理0~100 cm土壤硝态氮累积量显著高于其它处理,高达221 kg/hm~2,过高的土壤残留硝态氮增加玉米高温多雨季氮素淋洗风险。3年氮平衡累积量比较显示,过量施氮、少耕/常规耕作减量施氮秸秆还田3处理的氮平衡值无显著性差异,以少耕减量施氮秸秆还田最低,为236 kg/hm~2,过量施氮处理最高,为281 kg/hm~2,三者均显著高于少耕/常规耕作减量施氮秸秆不还田处理。冬小麦—夏玉米轮作体系氮平衡值与0~100 cm土层的土壤无机氮、土壤硝态氮累积量呈显著正相关,说明氮素大量盈余会导致0~100 cm土壤剖面无机氮大量累积,尤其是硝态氮大量累积。少耕和常规耕作减量施氮秸秆还田处理的冬小麦、夏玉米产量与过量施氮无显著差异。综合考虑土壤无机氮累积量、氮平衡值和作物产量,少耕或者常规耕作下,可以利用秸秆氮替代过量无机氮,降低氮素淋洗风险。     

中国冬小麦霜冻灾害研究进展

[目的]霜冻害是造成冬小麦减产的冬春季主要农业气象灾害之一,明确冬小麦霜冻灾害的研究现状,对把握今后国内冬小麦霜冻害研究方向具有重要意义。[方法]文章基于现有研究成果,从霜冻害概念及分类出发,对冬小麦霜冻害影响与危害、致灾成因、灾害指标、分布特征、监测预警及防控措施等方面进行了系统归纳阐述,并对未来小麦霜冻害研究发展趋势进行了探讨。[结果]（1）我国冬小麦霜冻害主要发生在春、秋两季,以春霜冻为主,由于拔节后冬小麦抗霜冻能力迅速下降,霜冻害通过影响小麦正常抽穗灌浆、推迟生育进程,从而影响小麦产量及品质。（2）我国冬小麦霜冻发生范围广,北方地区发生频率及受灾强度总体上大于南方,主要集中在黄淮海、西北、黄土高原冬麦区等。（3）近年来霜冻害发生区域、频率和强度有明显的减弱态势,但黄淮海北部、新疆等部分地区冬小麦霜冻致灾风险增加。（4）冬小麦霜冻害指标可分为形态学指标、气象学指标及综合指数指标,主要基于受冻率、减产幅度、最低温度为判识因子构建。近年来霜冻害监测研究取得一定研究进展,监测预警体系的建设尚处于起步阶段。[结论]基于霜冻灾变过程构建动态化霜冻害综合指标、加强冬小麦霜冻害模型构建和风险评...     

毛乌素沙漠与黄土高原过渡带气候变化对玉米产量的影响

基于1971~2012年榆林市气象数据和玉米产量数据,分析过去42年毛乌素沙漠与黄土高原过渡带玉米生长期内气候因子的变化趋势,并利用一阶差分法、相关分析、多元逐步回归法分析各生育阶段气候因子对玉米产量的影响。研究结果表明:过去42年,玉米生长期内热量资源呈显著增加的趋势,生长期平均温度、平均最高温度和平均最低温度分别增加0.24℃/10 a、0.26℃/10 a和0.32℃/10 a,降水量、光照时数无显著变化。一阶差分、回归分析结果表明,玉米产量与全生长期平均温度、平均最高温度、积温呈极显著的负相关,其中与平均温度相关系数最大,全生长期温度每升高1℃,玉米减产835.5kg/hm2;与降水量变化呈显著正相关,降水量每增加100mm,玉米增产364.7kg/hm2;与日照时数变化呈负相关,日照时数每增加100h,玉米减产325.8kg/hm2。各生育阶段中,出苗-三叶期至灌浆乳熟期的平均最高温度、平均温度及苗期日照对玉米产量产生负影响,七叶-拔节期的降水和成熟期的平均最高温度对玉米产量产生正影响;多元逐步回归模型分析结果表明,显著影响玉米产量的是抽雄-开花期和灌浆-乳熟期平均最高温度、拔节期降水量、出苗-三叶期日照,模型能够解释毛乌素沙漠与黄土高原过渡带玉米56%的产量变化。     

德州市0℃界限温度变化及其对粮食作物的影响

[方法]利用德州市11个气象观测站1971~2014年逐日平均气温资料,采用五日滑动平均、经验频率法、趋势分析法,[目的]对该市0℃界限温度初(终)日、间隔日数、积温变化特征、稳定通过界限温度80%的保证率及其对粮食作物的影响进行分析。[结果]研究表明:德州地区≥0℃的初日呈显著提前趋势,增长速率为4.12d/10年,主要集中在2月中下旬;终日有延迟趋势,推后速率为0.27d/10年,主要集中在12月上旬;间隔日数显现出略增加趋势,增加速率为4.39d/10年,平均为288d;≥0℃活动积温呈现明显增加趋势,增温速率为117.2℃/10年,平均为4 982.5℃。全市稳定通过0℃界限温度80%保证率的初日范围为3月1~6日、终日范围为12月9~17日、积温范围在4 939.7~5 295.4℃之间。[结论]气候变化使当地热量资源增加,夏玉米等作物生长期延长,冬小麦播期有所推迟,返青期、成熟期提前全生育期天数缩短,对粮食作物造成的影响还需进一步进行综合分析。     

基于光能利用率模型的河南省冬小麦单产估算研究

[目的]快速、准确估算空间尺度上作物产量,对于评价农田生态系统对气候变化的响应、制定科学合理的粮食政策、对外粮食贸易等具有重要意义。河南省冬小麦产量占全国1/4,准确估算河南省冬小麦产量对维护国家粮食安全具有重要作用。单产估算作为农作物估产中的关键技术,也是作物估产的难点之一。[方法]文章首先利用VPM(Vegetation Photosynthesis Model)估算冬小麦NPP(Net Primary Product),结合收获指数、冬小麦收获部分的含水量、含碳量、NPP分配到地上或地下部分比例等一系列符合该研究区的经验指数,进行河南省冬小麦单产估算研究,并分析了引起模拟误差的原因。[结果]模拟单产较实测单产低估4.4%(实测单产为6 810kg/hm~2,模拟单产为6 519kg/hm~2),但两者之间存在显著相关关系,两者相关系数的平方R2=0.70(n=50,p0.01)。通过与MODIS-GPP产品获得的冬小麦单产数据比较,基于VPM模型的模拟结果优于MODIS-GPP产品。[结论]基于VPM可快速、准确估算河南省空间尺度冬小麦单产,该方法具有较好的适用性。     

全球变化背景下气候变暖对中国农业生产的影响

全球变化背景下,气候变暖势必对我国农业生产要素、生产环境、农业生产活动及粮食安全产生重大影响。文章采用文献综述与比较研究的方法,系统分析气候变化对我国光资源、温度、水环境和土壤环境等农业生产要素的影响特征及变化趋势,探讨气候变化对我国作物种植区域和种植制度、农作物病虫害、农业生产能力、农业经济与管理等农业生产活动以及农田生态系统过程、农业生态环境(水环境、土壤环境、耕作环境)的实际影响。在此基础上,明确了我国农业在应对气候变化过程中所面临的主要问题:极端气候事件发生频率加大,自然灾害、气象灾害的风险提高,农业生产的波动性增强;农业病虫害的为害时间延长、危害程度加剧、为害范围增大;农业生态环境日趋恶化,农田土壤的干旱化、盐渍化程度加剧,农业生产能力下降;应对气候变化的农业发展策略及其关键技术亟需解决。     

保定市主要作物需水量和缺水量特征分析

[目的]对作物需水量及缺水量的研究是了解和合理配置农业灌溉用水的基础,对提高农业用水效率有重大意义。[方法]选取河北省保定市为研究区域,利用Penman-Monteith公式和分段单值平均作物系数法对冬小麦、夏玉米和棉花的作物需水量和缺水量等指标进行计算,通过Mann-Kendall检验法对保定市近60年来的作物需水量和缺水量等的变化趋势进行分析。[结果]3种主要作物的需水量、有效降雨量和缺水量的最大值均出现在作物发育中期;其中除冬小麦的有效降雨量以0.208mm/10年的速率呈不显著性增长趋势外,其他作物的各指标变化则均呈减少趋势;从突变现象来看,夏玉米和棉花的各指标发生明显变化的时期相近,需水量出现明显拐点的时刻在2008年以后,有效降水量在1968年以前和2014年两个时期,缺水量分别在2011年和2012年。[结论]该研究结果为保定市乃至河北省的农作物灌溉效率的提高及水资源规划与管理的完善提供了理论依据,具有一定的现实意义。