【摘 要】
:
农业生产是一个高耗水过程,随着全球人口不断增加,需要消耗更多的水资源用于粮食生产。与此同时,作物需水量和产量会随生育期内高温事件发生的等级和持续时间而发生改变。作物生产水足迹是评价作物生产用水特征的综合指标,可为评估高温事件对作物耗水及产量影响提供有效工具。论文基于中国黄淮海地区85个气象站点1997-2017年的气象数据,分析了该地区高温事件的分布规律,设置了实际温度情景(S1)、玉米穗期高温情
【基金项目】
:
国家自然科学基金项目:区域农业耗水及农田环境对种植结构变化的响应机制(51979230); 国家重点研发计划:西北典型农区高效节水灌溉技术与集成应用(2016YFC0400201);
论文部分内容阅读
农业生产是一个高耗水过程,随着全球人口不断增加,需要消耗更多的水资源用于粮食生产。与此同时,作物需水量和产量会随生育期内高温事件发生的等级和持续时间而发生改变。作物生产水足迹是评价作物生产用水特征的综合指标,可为评估高温事件对作物耗水及产量影响提供有效工具。论文基于中国黄淮海地区85个气象站点1997-2017年的气象数据,分析了该地区高温事件的分布规律,设置了实际温度情景(S1)、玉米穗期高温情景(S2)和开花-成熟期高温情景(S3)的三种情景。采用蒙特卡洛法对Aqua Crop模型中的作物参数进行优化,同时应用模型中有效积温(Growing degree days mode,GDD)和日历日(Calendar days mode,CD)两种模拟模式,对不同温度情景下玉米单位面积产量进行模拟,进而计算出玉米生育期内需水量和生产水足迹。最后对不同温度情景间玉米单产、需水量以及生产水足迹分别进行差异显著性分析,探究高温及其发生阶段对玉米生产水足迹的影响。论文的主要结论如下:(1)黄淮海地区1997-2017年间的降水量、三种温度情景下的气温变化均存在明显的空间差异。1997-2017年间研究区域内年均降水量值域为583~1464mm,空间上由北向南逐渐增加,玉米生育期内年均降水量值域为10~335mm,空间上由西北向东南逐渐增加。大部分地区玉米穗期、开花-成熟期极端高温事件发生的概率分别为0~30%和0~80%,总体上来看穗期极端高温事件发生频率大于开花-成熟期。(2)GDD、CD两种模拟模式以及不同温度情景下的玉米生育期长度及单产存在一定的差异。相对于CD模式,GDD模式中S3情景中玉米生育期长度下降最多,相对变化率为-30.1%。两种模式中,S1、S2和S3情景下的玉米单产在数值上呈依次下降趋势,其中CD模式中,相对于情景S1,S3情景中玉米单产下降最大,相对变化率为-28.33%。不同温度情景间的玉米单产在GDD模式中不存在显著性差异,在CD模式下各情景存在显著性差异。这表明在本研究中玉米生育期内发生高温事件对玉米单产造成的影响不大,但不同生育阶段遭受高温事件将对玉米单产会造成不同程度的影响。(3)GDD、CD两种模拟模式及不同温度情景下玉米需水量(ETc)的变化有所差异。CD模式中,相对于情景S1,S3情景中玉米ETc增幅最大,相对变化率为14.4%。不同温度情景间的玉米ETc在GDD模式中不存在显著性差异,在CD模式中都相互存在显著性差异,这表明玉米不同生育阶段遭受高温对玉米ETc的影响不同。在黄淮海大部分地区,因为GDD模式中玉米生育周期随温度的增加而缩短,导致三种温度情景下GDD模式中玉米ETc小于CD模式中玉米ETc。(4)GDD、CD两种模拟模式及不同温度情景下玉米生产水足迹的变化存在差异。CD模式中,相对于情景S1,S3情景中玉米生产水足迹增幅最大,相对变化率为29.8%。GDD模式中,S2与S3情景间的玉米生产水足迹不存在显著性差异,但是两种高温情景(S2,S3)中的玉米生产水足迹与实际情景(S1)间均存在显著性的差异,表明在本研究中高温会影响到玉米生产水足迹。CD模式中,三种温度情景间的玉米生产水足迹具有显著性差异,表明在本研究中不同生育阶段发生高温会对玉米生产水足迹产生不同的影响,其中开花-成熟期遭遇高温明显会导致玉米生产水足迹的增加。
其他文献
随着退耕还林还草工程等一系列植被恢复工程的实施,黄土高原植被覆盖面积显著提高,水土流失得到极大缓解。由于种植的人工林多为深根系植被,在保持地表水土的同时也引发了深层土壤的干燥化等问题。因此,综合分析人工林土壤水分变化及根系吸水特征可为评价生态恢复建设的可持续性提供科学依据。当前关于人工林深剖面土壤水分随林龄变化趋势的研究大多采用空间换时间的方法,无法反映同一人工林水分长期变化的真实情况。本研究以陕
作物冠层温度是表征作物冠层能量平衡及生理生态状况的重要指标,其对农田水分状况诊断、作物选育种等具有重要意义。研究冠层温度的变化规律及其对环境因子的响应,对加强水资源管理、有效监测作物生长等具有一定的实践意义。因此本研究以2019-2020年的冬小麦和夏玉米为研究对象,利用精密红外温度传感器(SI-411)连续监测冬小麦和夏玉米生育期内的冠层温度,并同步获取试验地太阳辐射、大气温度、相对湿度等环境因
<正>战争是人类最复杂的实践活动,其复杂性随着各种高新技术、高技术装备在战争中的运用和作战域的不断拓展呈指数级增长。如果从跨域的视角看,人类战争大体经历了三次跨域融合,即基于无线通信的协同作战、基于信息链路的精确作战和基于跨域融合的混合作战,对抗的重心也从兵力火力、精确作战逐步过渡到跨域融合能力。跨域混合作战使作战评估、作战筹划和指挥控制更为复杂,但人在现代战争中的参与程度和决定性作用更加突出,作
水肥气一体化滴灌技术将微纳米气泡与肥水均匀混合,实现水肥气同步输入到作物根区土壤中,解决根系水氧矛盾,提高根系活力和肥料利用效率,增加经济效益和社会效益。近年来水肥气一体化滴灌应用越来越多。灌溉水中的细颗粒泥沙过滤难度较大,过滤成本较高,部分细小泥沙极易进入滴灌系统在滴头流道内发生絮凝沉降,提高滴头堵塞风险。水中加气可改变水的密度和粘滞力,进而可能影响水对泥沙的拖曳和输移,影响泥沙絮凝沉降过程,进
分散土具有遇水分散流失的特性,对土木水利工程等造成严重威胁。本文基于细粒土分散机理,以人工配制不同黏粒含量、不同碳酸钠质量分数的细粒土为研究对象,采用泥球试验、针孔试验、双密度计试验、孔隙水可溶性阳离子试验、交换性钠离子百分比试验和酸碱度试验,研究黏粒、钠离子、酸碱度3种致散因子共同作用下分散土判别方法的适用性,提出快速准确的分散土综合判别方法,并采用渗透变形试验研究3种致散因子对分散土抗渗性能的
在气候和环境变化情况下,从区域到全球的碳循环过程也在随之发生变化。黄土高原在退耕还林(草)等植被持续建设措施的恢复和治理之下,流域的植被种类、密度和覆盖度明显提升,流域碳密度和碳储量也在发生改变。因此,以泾河流域为例,全面评估流域碳循环过程中碳密度和碳储量累积,全面分析流域碳固存过程的时空变异规律,探究影响碳循环过程的主要驱动因素,对于泾河流域生态保护以及固碳管理有重要作用。本文以RHESSys生
土壤盐渍化和干旱缺水严重制约了干旱和半干旱地区农业可持续发展。在新疆盐碱化棉田中,为了保证棉花健康生长,常在冬(春)季实施大定额地面灌溉洗盐,而棉花生育期采用膜下滴灌。这种灌溉洗盐方式既浪费了水资源,还要可能造成土壤养分的流失。因此,探索免冬春灌条件下棉田生育期灌溉洗盐一体化对棉花生长和土壤水盐运移的影响,对盐碱化棉田节水控盐和棉花高效生产具有重要意义。本文通过2020-2021年大田棉花灌溉实验
滴灌是当前灌水效果最好的节水技术之一。滴头对于滴灌系统的高效运行至关重要,压力补偿式滴头属于其中的一种,它可通过改变不同压力下水流经过流道的长度或过流面积来调节流量,使流量在一定的压力范围内保持稳定。由于压力补偿式滴头具有补偿性能好、适用范围广、水分利用效率高等优点而被广泛应用于节水灌溉工程。弹性片和流道结构是压力补偿式滴头的主要组成部分,对滴头水力性能影响重大。但目前,关于弹性片和流道结构与滴头
我国黄土高原的苹果种植面积达130万hm~2,占全球的25%,是世界上最大的苹果集中栽培地区,其中80%为旱作果园。与刺槐等生态林不同,苹果树在营养生长和生殖生长阶段表现出显著不同的耗水特征,显著地影响土壤水分运移与分布,加之降雨不足导致了严重的土壤干燥化问题。近20年黄土高原苹果栽植面积的迅猛增加不仅改变了苹果园土壤水文过程,也深刻影响着区域关键带水循环。同时黄土区干旱少雨且土质疏松多孔,汽态水
甘肃是我国春玉米主要的粮食生产基地,采用合理的密度进行种植、科学施用肥料是制约春玉米生长、产量形成的重要手段。本文选用先玉335为试验品种,设置了3个种植密度,分别为35000株/hm~2(D1)、55000株/hm~2(D2)、75000株/hm~2(D3);4个氮肥施量,分别为0 kg/hm~2(N1)、180 kg/hm~2(N2)、225 kg/hm~2(N3)、270 kg/hm~2(N