農(nóng)作物生長期干旱時間變化范文

本站小編為你精心準(zhǔn)備了農(nóng)作物生長期干旱時間變化參考范文，愿這些范文能點(diǎn)燃您思維的火花，激發(fā)您的寫作靈感。歡迎深入閱讀并收藏。

《湖北農(nóng)業(yè)科學(xué)雜志》2014年第十一期

1材料與方法

1．1SPI指數(shù)SPI是由McKee等［8］在1993年研究不同時間尺度干旱的發(fā)生頻率及持續(xù)時間之間的關(guān)系時首次提出。一般情況下，降水呈現(xiàn)偏態(tài)分布，在統(tǒng)計(jì)計(jì)算中常用Gamma密度函數(shù)來擬合不同時間尺度的降水分布規(guī)律［9］。SPI是基于降水累積概率分布的一個有效分析干濕周期的指標(biāo)，它將降水的偏態(tài)分布轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的正態(tài)分布，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算。假設(shè)某一時段的降水量為x，則其伽馬分布的概率密度函數(shù)為。在干旱發(fā)生的時間特征上，計(jì)算1個月和12個月尺度的SPI值。1個月時間尺度的SPI1值可以表征短時間內(nèi)降水條件，它直接影響土壤的短期水分條件和農(nóng)作物不同生長階段水分的供給條件［7］。12個月尺度SPI12值則反應(yīng)了一個區(qū)域長期的降水條件，從側(cè)面揭示一個區(qū)域的地下水補(bǔ)給情況、水庫庫存水量的狀況，進(jìn)而分析一個區(qū)域的農(nóng)業(yè)發(fā)展所需的水量條件。SPI值隨著時間序列的變化在0值附近頻繁的上下波動。SPI值大于0，表示降水量超出了同一時期平均降水量，則可能發(fā)生洪澇；SPI值小于0，表示降水量低于同時期平均降水量，則可能發(fā)生干旱。SPI的絕對值越大表示發(fā)生旱澇的可能越大。參照Mckee等［10］干旱等級劃分干旱等級：1．0＞SPI＞－1．0，表示降水正常；－1．00≥SPI＞－1．5，表示發(fā)生中等干旱；－1．5≥SPI＞－2．0，表示發(fā)生重度干旱；SPI≤－2．0，則表示發(fā)生極端干旱。

1．2氣象統(tǒng)計(jì)方法使用線性回歸方程y＝at＋b（y為SPI值，a為斜率，t為降水時間序列）來擬合SPI指數(shù)隨時間序列的變化，可以反映出SPI指數(shù)隨時間的線性變化規(guī)律［11－13］。運(yùn)用M－K非參數(shù)檢驗(yàn)法［11－13］對冬小麥和夏玉米不同生育階段SPI指數(shù)做趨勢及突變檢驗(yàn)：UFk值＞0，表示原序列SPI指數(shù)呈現(xiàn)上升趨勢，反之則呈現(xiàn)下降趨勢；若UFk值超過置信度線（u0．05＝±1．96）時，表示原序列SPI指數(shù)呈上升或下降趨勢明顯；若UFk和UBk兩條曲線的交叉點(diǎn)位于置信區(qū)間內(nèi)，則該點(diǎn)對應(yīng)的時間便是序列突變開始的時間。

2干旱時間變化規(guī)律

2．1邢臺縣冬小麥生長期干旱年際變化圖1SPI12顯示了1954－2011年邢臺縣冬小麥－夏玉米干旱發(fā)生的年際變化。數(shù)據(jù)顯示，58年間邢臺縣共發(fā)生中旱程度以上旱災(zāi)92次，其中中旱56次、重旱26次、極端干旱10次。20世紀(jì)80年代以來，干旱事件發(fā)生頻次明顯增加，其中1986、1987、1999和2000年出現(xiàn)了極端干旱。整體擬合趨勢表明，隨時間向后推移SPI指數(shù)整體呈現(xiàn)遞減趨勢，說明邢臺縣干旱整體呈現(xiàn)加劇趨勢。

2．2冬小麥不同生育階段干旱變化冬小麥生育期為10月初至次年6月上旬，不同發(fā)育階段起止時間見表1，冬小麥SPI變化規(guī)律見圖2。干旱對于冬小麥不同生育階段影響不同。播種前，發(fā)生干旱，土壤底墑不足，影響冬小麥出苗；苗生長和越冬階段，冬小麥處于營養(yǎng)生長階段，小麥耗水較少，受干旱影響小，但苗生長初期發(fā)生干旱將影響幼苗生長，極端干旱可能導(dǎo)致幼苗枯死，影響后期作物產(chǎn)量；返青階段，冬小麥生長迅速，小麥對水分需求速度和需求量明顯增大，干旱發(fā)生影響冬小麥返青拔節(jié)；拔節(jié)階段，干旱影響其生殖生長，造成冬小麥減產(chǎn)；抽穗－開花階段，冬小麥葉面積達(dá)到最大，水分虧缺會造成冬小麥減產(chǎn)愈加明顯；灌漿成熟階段，干旱影響小麥粒數(shù)和粒徑，質(zhì)量下降［16］。故分析冬小麥不同生育階段干旱發(fā)生規(guī)律對用戶選擇適應(yīng)模式意義重大。由圖2可以看出，邢臺縣冬小麥整個生育期SPI值呈現(xiàn)下降趨勢，說明降水量不斷下降，氣象干旱加劇。各生育階段SPI趨勢斜率大小比較：灌漿－成熟階段（－0．011）＜拔節(jié)階段（－0．008）＜苗生長階段（－0．007）＜返青階段（－0．003）＜越冬階段（－0．002）＜播種前、抽穗－開花階段（0．010），表明降水減少速率在灌漿－成熟期最大，拔節(jié)期次之，再之是苗期，返青期和越冬期最小。冬小麥在苗生長階段、拔節(jié)階段、成熟階段氣象干旱加劇較其它生育階段明顯。統(tǒng)計(jì)不同生育階段干旱發(fā)生次數(shù)可知，58年間發(fā)生中旱及以上程度干旱，越冬期8次，苗初期9次，苗中期8次，苗后期0次，越冬期平均2次，返青期6次，拔節(jié)期7次，抽穗－開花期5次，灌漿－成熟期6次。除越冬期之外，其他各個生育期均受到干旱威脅。運(yùn)用M－K非參數(shù)檢驗(yàn)方法對邢臺縣冬小麥各生育階段58年SPI指數(shù)作具體趨勢突變檢驗(yàn)（圖3），檢驗(yàn)結(jié)果可以總結(jié)出：圖3a冬小麥播種前，主要突變年份是1963年、1978年，SPI指數(shù)在1956－1960年和1995－2003年呈下降趨勢，處于相對干旱階段；圖3b苗生長階段，突變年份是1963年、1969年、1982年和1993年。SPI指數(shù)在1954－1960年、1963－1967年、1969－1973年和1981－2011年呈下降態(tài)勢，表明干旱趨勢加強(qiáng)；圖3c越冬階段，除1979年外，UFk值均小于0，表明冬小麥越冬階段在整個時間序列中持續(xù)呈現(xiàn)干旱趨勢，說明邢臺縣受冬旱影響加重；圖3d返青階段，突變年份是1959年、1979年和2000年，SPI指數(shù)在1960－1962年、1968－1988年和2001－2011年呈下降趨勢，表明干旱趨勢加強(qiáng)；圖3e拔節(jié)階段，主要突變年份為1959年、1961、1978年、2005年，SPI指數(shù)在1974－2011年呈下降趨勢，表明冬小麥拔節(jié)階段在整個時間序列中呈現(xiàn)干旱趨勢；圖3f抽穗－開花階段，主要突變年份為1956年、1958年、1961年、1962年和1964年，在1955－1963年、1966－1969年和1972－1984年，SPI指數(shù)下降，干旱趨勢增強(qiáng)；圖3g灌漿－成熟階段，主要突變年份為1956年、1959年、1963年、1973年、1983年和1985年，1960－1970年和1974－2011年SPI指數(shù)下降，干旱趨勢增強(qiáng)。

2．3夏玉米不同生育階段干旱變化夏玉米生育期為6月下旬至10月初，不同生育期起止時間見表2，夏玉米SPI變化規(guī)律見圖4。夏玉米主要生長季為邢臺縣的雨季。夏玉米全生育期需水量在350～400mm，而平均降水量約為440mm，但是各生育階段降水差異大，影響其生長發(fā)育。播種前，干旱發(fā)生，土壤底墑不足，影響夏玉米出苗；播種－拔節(jié)期，此階段為幼苗生長發(fā)育階段，需水量占全生育期需水量的20％，相對較少，但此時干旱發(fā)生影響幼苗生長，影響后期生殖生長；拔節(jié)－抽雄期，干旱對夏玉米的株高和葉面積生長影響最大；抽雄－灌漿期，夏玉米進(jìn)入生殖生長階段，干旱發(fā)生將對夏玉米的穗數(shù)產(chǎn)生一定的影響；灌漿－成熟期，干旱發(fā)生，對夏玉米顆數(shù)和粒徑大小都將產(chǎn)生影響，加劇夏玉米減產(chǎn)［14］。因此要著重關(guān)注邢臺縣歷年夏玉米不同生育期的干旱規(guī)律，以便于保證夏糧生產(chǎn)的順利進(jìn)行。運(yùn)用M－K非參數(shù)檢驗(yàn)方法對邢臺縣夏玉米各生育階段58年SPI指數(shù)做具體趨勢突變檢驗(yàn)，見圖5。由圖5可以看出，夏玉米不同生育期SPI斜率比較，播種前、灌漿－成熟階段（0．010）＞苗生長階段、抽雄－灌漿階段（－0．011）＞拔節(jié)－抽雄階段（－0．018）。SPI值在夏玉米生長的早中期呈下降的趨勢，后期的灌漿成熟階段階段反而呈現(xiàn)出上升趨勢，說明在此階段干旱對夏玉米生長的危險(xiǎn)有所下降。統(tǒng)計(jì)58年間夏玉米不同生育期的中旱以上干旱共發(fā)生35次，其中，播種前一月中旱5次，播種－拔節(jié)階段中旱5次、重旱1次，拔節(jié)－抽雄階段中旱3次、重旱3次，抽雄－灌漿階段中旱8次、重旱2次，灌漿－成熟階段中旱5次、重旱3次。由統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可知，播種－拔節(jié)階段、拔節(jié)－抽雄階段是干旱的頻發(fā)期，降水量少，影響夏玉米穩(wěn)定需水量的供給。故在拔節(jié)－抽雄開花生長階段要重點(diǎn)監(jiān)測和防范。圖5a和圖5b分別是播種前和播種－拔節(jié)階段，該兩個階段同時也是冬小麥抽雄－成熟階段，已在冬小麥干旱變化突變檢驗(yàn)中進(jìn)行分析，故在此不做具體分析；圖5c拔節(jié)－抽雄階段，主要突變年份有1972年、1975年、1990年、2000年、2002年和2006年，SPI指數(shù)在1970－2011年呈下降趨勢，夏玉米在該階段干旱化持續(xù)加強(qiáng)；圖5d抽雄－灌漿階段，主要的突變年份是1957年，1958－1962年、1964－1974年和1977－2011年，干旱趨勢加強(qiáng)，尤其在2001－2008年，干旱趨勢通過了0．05臨界線的顯著性水平，表明降水減少，氣候變干的趨勢十分顯著；圖5e灌漿－成熟階段，主要突變年份是1961年、1964年、1974年和1978年，1956－1960年、1995－2003年，SPI指數(shù)呈下降趨勢，有干旱化傾向。

3小結(jié)與討論

1）根據(jù)SPI12變化規(guī)律，總結(jié)出邢臺縣農(nóng)作物氣象干旱逐漸加重，以中旱和重旱為主，1980年代后期以來干旱發(fā)生的頻次明顯增加。不同年代干旱變化趨勢不同，20世紀(jì)50年代后期下降最快，干旱趨勢明顯；60年代和90年代呈微下降趨勢；20世紀(jì)80年代上升最快，濕澇較明顯；20世紀(jì)70年代和21世紀(jì)初呈微上升趨勢。2）邢臺縣冬小麥不同生育階段干旱發(fā)生規(guī)律：冬小麥整個生育期SPI指數(shù)呈下降趨勢，表明氣象干旱加劇，其中，灌漿－成熟期下降速率最大，拔節(jié)期次之，再之是苗期。冬小麥在苗期、拔節(jié)期，成熟期氣象干旱加劇較其它生育期明顯。突變分析表明，除播種前和抽穗－開花階段，其他各生育階段SPI指數(shù)自1980年代初均有不同程度下降，干旱趨勢相對明顯，與邢臺縣整體干旱變化相一致。3）邢臺縣夏玉米不同生育階段干旱發(fā)生規(guī)律SPI顯示夏玉米生育期的早中期階段呈下降的趨勢，播種－拔節(jié)階段、拔節(jié)－抽雄階段是干旱的頻發(fā)期，降水少，影響夏玉米穩(wěn)定需水量的供給。突變分析表明，除播種前和灌漿－成熟階段，其他各生育階段SPI指數(shù)自20世紀(jì)70年代后期呈下降趨勢，干旱發(fā)生相對增加與與邢臺縣整體干旱變化大致一致。4）本研究根據(jù)1954－2011年58年降水?dāng)?shù)據(jù)運(yùn)用SPI指數(shù)進(jìn)行了冬小麥－夏玉米生育期干旱發(fā)生規(guī)律研究，為農(nóng)戶適時進(jìn)行灌溉提供了科學(xué)依據(jù)。河北農(nóng)村統(tǒng)計(jì)資料表明2010年邢臺縣發(fā)生大范圍的干旱，而年尺度的SPI顯示2010分析2010年以年為尺度的各月累積降水可知，各月降水量較多，而SPI12值是以年為單位的累積降水進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化得到的，所以2010年SPI12顯示未有明顯干旱。同時本研究采用的是縣域尺度研究區(qū)，氣象站點(diǎn)較少，沒有系統(tǒng)進(jìn)行邢臺縣冬小麥－夏玉米生育期干旱的空間變化研究。同時研究一個地區(qū)農(nóng)作物生育期干旱變化，不僅要分析降水因子，還要進(jìn)一步分析降水之外的其它氣象因子、下墊面因子等。

作者：申海鳳商彥蕊劉公英單位：河北師范大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院河北省環(huán)境演變與生態(tài)建設(shè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室