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吉林省春玉米不同生育期干旱时空特征分析

更新时间:2009-03-28

在以气候变暖为主要特征的全球气候变化的背景下,干旱灾害有进一步加重的趋势[1]。东北地区是我国受气候变化影响比较明显的地区,与气候变暖相伴发生的气候变率的增大则明显提高了干旱等灾害性天气的发生频率,使东北三省成为我国粮食单产波动最大的区域之一[2]。玉米生产的大幅度波动不仅会影响玉米生产的稳定性,还会对社会经济平稳发展产生不利的负效应[3]。针对干旱问题,国内外专家学者进行了相关研究[4-7]。环海军等利用美国农业土壤保持局推荐的方法计算有效降水量、水分盈亏系数和灌溉需水量,分不同生育期进行时空变化分析探讨,结果表明,近年来,鲁中地区夏玉米全生育期和各生育期需水量均随时间变化呈减少趋势,拔节—抽雄期是需水量最大的阶段,随时间变化减少幅度最大[8]。魏凤英等定义了表征东北地区各站干旱强度的指数,并分析了干旱强度的周期变化特点和频率分布特征,结果表明,东北地区干旱强度变化具有显著的2~3年的周期变化特点且夏季发生干旱的频率最高[9]。高蓓等利用标准化降水蒸散指数分析了近52年东北地区年、季尺度的干旱演变特征,并发现20世纪90年代中期以后秋季干旱化态势明显增强[10]

当前,用于研究干旱的指标较多,比如气象干旱指标、土壤湿度干旱指标、作物干旱指标等,其中气象干旱指标主要考虑降水量、降水百分数、降水距平百分率、气温、蒸发、无降水连续日数等要素来建立指标[11],该类指标未考虑下垫面、作物等因素的影响,所以只能大致反映干旱趋势,不能直接表示作物遭受干旱的程度[12]。土壤湿度作为干旱指标是最直接、理想的方式,但获取不间断的土壤湿度资料存在一定困难。作物干旱指标综合考虑了水量平衡的各个因素,并与农作物需水量相关联,在我国旱作农业区应用较广[13]。目前研究应用的以水分亏缺为主的作物干旱指标等级划分不够统一,指标应用的本地化程度不够,考虑作物生长发育期不够精细,大多是基于旬尺度或者生育时段尺度的数据计算而来,缺少更为精细化的干旱分析。

“互联网+”时代的背景下,人力资本的决策权在不断地进行增长,使用何种方法加强人力和货币资本之间的联系成为人力资源管理的难题。当前现有的合伙人制度等为企业的管理开辟了新的发展道路,但是在这种情况下人们会发现人力资源的价值如何合理地分配成为一个更大的难题,所以相关的领导者要善于转变思路。

针对上述问题,本研究将水分亏缺指数(crop water deficit index,简称CWDI)细化到日尺度,并将中国气象局行业标准QX/T 259—2015《北方春玉米干旱等级》[14]制定的作物水分亏缺指数作为吉林省春玉米干旱指标,考虑到吉林省不同区域的气候条件、地形、作物种植等环境因素,修订作物水分亏缺指数计算中需要的春玉米作物系数,区分种植区域,在计算全生育期内逐日水分亏缺指数的基础上,将全生育期划分为5个生育阶段,更为精细地统计分析了春玉米不同生育时段的干旱特征,旨在为吉林省春玉米种植的防旱减灾提供数据支撑。

1 资料来源与研究方法

1.1 研究区概况

吉林省属于温带大陆性季风气候,四季分明,雨热同季,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。西部、中部为平原地区,地势平坦,更适宜春玉米的种植,是吉林省玉米的集中生产区域,素有“黄金玉米带”之称;东部虽然降水最丰沛,但基本以山区和丘陵区为主,春玉米的种植面积相对较小。吉林省中西部平原降水少,干旱频繁发生,尤其是西部地区有“十年九春旱”之说[15]

1.2 资料来源

本研究气象资料为1961—2015年吉林省50个站点逐日平均气温、最高气温、最低气温、降水量、日照时数等,数据来源于吉林省气象局。春玉米生育期数据来源于1981—2010年农业气象观测资料记录。根据吉林省的地区特点、农业气候特征,以县级为划分单元将全省划分为3个地区:西部地区、中部地区及东部地区[16],春玉米种植区和研究站点分布见图1。

宋明理学又被称为宋明道学,是宋明时期中国社会最主要的思想。宋明理学从大的派系上说属于中国传统儒学,它产生自中唐的儒学士大夫对西来的佛学的拒斥。但是实际上宋明理学吸纳了大量的佛学的概念和思维方法。宋明理学很多主要代表人物的为学经历经常被形容为“出入佛老,归本六经”,即他们最终虽然都以儒家的六经为宗旨、为最终归宿,但他们都曾广泛涉猎过佛学书籍,甚至曾沉浸于佛学当中。因此从思想基础上来讲,宋明理学具有非常强的多样性和综合性。它不仅仅只有一个思想基础,除了秦汉的儒学之外,魏晋隋唐的佛学也是宋明理学的重要思想基础。

试验选取液固比601,浸取温度55 ℃,测定浸取时间对Ba2+、OH-浓度以及水溶性钡存在形式的影响,试验结果如图6、图7。

 

1.3 作物水分亏缺指数计算方法

不同生育期干旱等级空间分布见图4,可见整体上春玉米干旱等级由西向东呈降低趋势。从分布区域看,吉林省西部大多数站点干旱等级均在轻旱以上,中部部分站点和东部均为无旱;从不同生育期看,在播种—出苗期干旱等级较高,轻旱及以上等级干旱出现的站点最多,在乳熟—成熟期出现轻旱及以上等级的站点最少。

 

式中:KCWDI为春玉米某生育阶段的水分亏缺指数;ICWDS,i为生育阶段内第i天的累计水分亏缺指数,计算方法见式(2);n为某生育阶段内包含的总时间,d。

为了验证本工作提出的改进的MPDTC方法的正确性,利用Matlab/Simulink建立驱动系统的仿真模型进行仿真研究.仿真中MPDTC的磁链和转矩权重因子为kψ=2,kT=1,LSFMPDTC的权重因子为kψ=2,kT=1,kf=0.1,电机的额定值和相关参数如表1所示,系统采样频率为6 kHz,Udc为540 V.

选取典型干旱年份1997年西部地区代表站点白城站、2004年中部地区代表站点榆树站进行春玉米全生育期逐日水分亏缺指数、降水量及旬尺度的土壤相对湿度数据的比对验证。由图2可知,白城站、榆树站的逐日累计水分亏缺指数(ICWDS,i,%)与 相 应 的 降 水 量 (Pi,mm)、土 壤 相 对 湿 度(SM,%)均呈现相对应关系,尤其是白城站在有降水时ICWDS,i呈迅速降低的趋势,无降水时ICWDS,i呈缓慢上升的趋势,说明水分亏缺指数能较好地反映干旱变化特征。

 

根据作物水分亏缺指数确定的春玉米干旱等级,按照不同生育期计算干旱频率,计算方法如下[17]

1.3.3 水分亏缺指数的计算 水分亏缺指数CWDIi计算公式如下:

 

式中:CWDIi为第i个时间单位的水分亏缺指数,%;Pi为第i个时间单位的累计降水量,mm;ETCi为第i个时间单位的累计需水量,mm。ETCi可以由下式计算得到:

 

式中:ETOi为第i个时间单位参考蒸散量,mm,只与气象要素有关,反映不同地区不同阶段大气蒸发能力对植物需水量的影响,其计算方法采用联合国粮食及农业组织(food and agriculture organization,简称FAO)于1998年推荐的Penman-Monteith公式[8];Kc,i为春玉米某生育阶段系数,反映了作物蒸腾、土壤蒸发的综合效应,此外作物类型、气候条件、土壤蒸发、作物生长状况等多种因素对Kc,i都会有一定影响。吉林省春玉米生长阶段的作物系数见表1[14]

 

表1 吉林省春玉米作物系数KC,i

  

地区 4月 5月 6月 7月 8月 9月西部0.30 0.40 0.70 1.10 0.95 0.70 0.30 0.40 0.80 1.26 1.25 0.73中部 0.30 0.45 0.63 1.15 0.96 0.74东部

1.4 生育阶段及干旱等级划分

根据中国气象局行业标准QX/T 259—2015《北方春玉米干旱等级》,将吉林省春玉米生育期划分为播种—出苗、出苗—拔节、拔节—抽雄、抽雄—乳熟、乳熟—成熟5个生育阶段,依据不同生育期的不同水分亏缺指数指标阈值,将北方春玉米干旱分为无旱、轻旱、中旱、重旱、特旱5个等级。水分亏缺指数干旱等级划分见表2[14]

1.5 春玉米干旱频率的计算方法

式中:ICWDS,i为生育阶段内第i天的累计水分亏缺指数,%;CWDIi为第i时间单位(过去的第1天至过去的第10天)的水分亏缺指数,其计算方式见式(3);CWDIi-1为第 i-1时间单位(过去的第11天至过去的第20天)的水分亏缺指数;CWDIi-2为第i-2时间单位(过去的第21天至过去的第30天)的水分亏缺指数;CWDIi-3为第i-3时间单位(过去的第31天至过去的第40天)的水分亏缺指数;CWDIi-4为第i-4时间单位(过去的第41天至过去的第50天)的水分亏缺指数;a、b、c、d、e为权重系数,依据当地情况,其值分别取 0.30、0.25、0.20、0.15、0.10。

 

式中:N为某时段干旱出现的年数;n为统计年数。

当所有蚂蚁完成一次循环后,为使搜索过程更具指导性,让蚂蚁的领域集中在当前循环为止的最好路径领域内,需对全局最优及全局最差路径的信息素轨迹量进行更新。

 

表2 水分亏缺指数干旱等级划分

  

注:表格中KCWDI为各生育阶段水分亏缺指数,%。

 

干旱等级 播种—出苗 出苗—拔节 拔节—抽雄 抽雄—乳熟 乳熟—成熟无旱 KCWDI≤45 KCWDI≤50 KCWDI≤35 KCWDI≤35 KCWDI≤50轻旱 45<KCWDI≤60 50<KCWDI≤65 35<KCWDI≤50 35<KCWDI≤45 50<KCWDI≤60中旱 60<KCWDI≤70 65<KCWDI≤75 50<KCWDI≤60 45<KCWDI≤55 60<KCWDI≤70重旱 70<KCWDI≤80 75<KCWDI≤85 60<KCWDI≤70 55<KCWDI≤65 70<KCWDI≤80特旱 KCWDI>80 KCWDI>85 KCWDI>70 KCWDI>65 KCWDI 80

2 结果与分析

2.1 典型干旱年水分亏缺指数、降水量和土壤湿度的变化

1.3.2 累计水分亏缺指数计算方法 考虑到水分亏缺的累计效应及对后期作物生长发育的影响,从某生育阶段开始的那天算起,向作物生长前期推50 d,以10 d为1个单位计算水分亏缺指数,则该生育阶段某一天的水分亏缺指数按下式计算:

 

2.2 春玉米不同生育期干旱频率空间分布

利用干旱频率计算公式[式(5)],分别计算50个气象站点55年春玉米各生育阶段的轻旱、中旱、重旱及特旱频率之和,并进行反距离权重法空间插值,其分布见图3。整体上看,干旱频率由西向东呈逐渐降低趋势。由图3-Ⅰ可以看出,在播种—出苗期,西部地区干旱频率最高,均在70.00%以上,其中重旱、特旱频率之和在23.64%~52.73%,特别是白城、镇赉,分别达50.91%、52.73%;中部地区干旱频率在32.73%~72.73%,仅次于西部地区,其中农安站重旱、特旱的频率最高,为27.27%;春玉米种植面积较小的东部地区的干旱频率为0~40.00%。在出苗—拔节期,西部地区干旱频率为34.55%~81.82%,仍高于中部、东部地区,但重旱、特旱频率均低于20.00%。由图3-Ⅲ可以看出,在春玉米拔节—抽雄期,西部地区干旱频率为58.18%~83.64%,其中洮南、通榆站的干旱频率>80.00%,大部分站点重旱、特旱频率>20%;中部地区干旱频率为30.91% ~67.27%。在抽雄—乳熟期,吉林省西部的前郭、大安等一带区域干旱频率在70%以上,其中镇赉重旱、特旱频率之和最高,为36.36%,中部干旱频率为18.18%~52.73%,东部干旱频率为1.82%~36.36%,干旱发生较少。由图3-Ⅴ可以看出,在乳熟—成熟期,西部地区干旱频率为40.00%~69.09%;中部、东部大部分地区的干旱频率<30.00%。

通过计算春玉米不同发育阶段的作物水分亏缺指数,再按不同发育阶段的作物水分亏缺指标阈值所确定的干旱等级计算各级别干旱的发生频率。

由式(1),求得1961—2015年西部、中部和东部3个地区逐年各站点各生育阶段水分亏缺指数(KCWDI)平均值,见图5。

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2.3 春玉米不同生育期干旱等级特征空间分布

1.3.1 生育阶段水分亏缺指数的计算 吉林省春玉米不同生育阶段的水分亏缺指数计算公式如下[14]

春玉米在播种—出苗期干旱等级由西向东呈降低趋势分布,西部地区各站点干旱等级基本达到了中旱及中旱以上,特别是白城、洮南和镇赉站干旱等级为重旱,中部地区的双辽达到中旱程度,其他站点以为轻旱为主(图4-Ⅰ)。在出苗—拔节期和拔节—抽雄期干旱等级分布一致,仅西部、中部部分站点为轻旱(图4-Ⅱ、图4-Ⅲ)。西部地区的洮南和镇赉站在抽雄—乳熟期的干旱等级为中旱,白城、通榆、大安、长岭、前郭站及中部地区的双辽站干旱等级为轻旱,其他站点无旱(图4-Ⅳ)。在乳熟—成熟期,仅西部的白城、洮南、镇赉、大安、乾安和通榆站点为轻旱(图4-Ⅴ)。

2.4 各生育阶段水分亏缺指数的逐年变化

所幸,吉卜林并没有因为自己的肤色,以及英印人的身份而尴尬,相反,他却是很感谢这种安排的。在吉卜林写于1895年10月的一封信中,他这样写道:

在播种—出苗期,西部地区KCWDI呈现降低趋势,其中1975年最高,为93.67%,达到了特旱;其次是1965年,为91.64%;2000年以来,2004年干旱较重,达到了特旱(图5-a);中部地区KCWDI也呈降低趋势变化,并在2001年达最高值,为82.40%,达到特旱,其次是1972年,为重旱(图5-b)。在出苗—拔节期,西部、中部地区分别在1963—1965年、2001—2004年干旱较重(图5-d、图5-e)。在拔节—抽雄期,3个地区在1997年、2000—2004年水分亏缺指数较高,西部、中部地区呈下降趋势,趋势不明显(图5-g~图5-i)。在抽雄—乳熟期,西部地区KCWDI呈上升趋势,但趋势不明显,在2004年干旱较重,为66.56%,达到了特旱(图5-j);中部地区在1997、2000年干旱程度最重(图5-k),正是东北地区夏旱比较严重的年份[18]。在乳熟—成熟期,西部地区在1975、1995、2007年干旱较重,达到了重旱;中部地区在1967年干旱最重,达到了中旱,各地区KCWDI均呈现上升趋势,但趋势不明显(图5-m~图5-o)。

 

3 结论与讨论

(1)本研究用水分亏缺指数分析近55年吉林省春玉米不同生育期的干旱特征,结果表明,吉林省西部、中部地区干旱频率均呈现出播种—出苗期>拔节—抽雄期>出苗—拔节期>抽雄—乳熟期>乳熟—成熟期,东部地区为拔节—抽雄期干旱频率最高,播种—出苗期、抽雄—乳熟期次之。

(2)吉林省春玉米不同生育期干旱等级在空间上表现为西部地区干旱最严重,中部地区次之,东部地区基本无旱。从生育期来看,播种—出苗期干旱等级最高,西部部分地区到达了重旱、特旱,抽雄—乳熟期的干旱等级次之。

(3)在播种—出苗期,中西部地区KCWDI呈降低趋势,西部地区在1975年达到特旱,2000年以来,2004年达到了特旱,中部地区在2001年达到特旱;在出苗—拔节期和拔节—抽雄期,西部、中部地区在2001—2004年干旱较重;在抽雄—乳熟期,西部地区KCWDI呈上升趋势,但趋势不明显,在2004年干旱较重,水分亏缺指数为66.56%,达到特旱程度,中部地区在1997、2000年的干旱程度最重;在乳熟—成熟期,西部地区在2007年达到了重旱程度,各地区KCWDI均呈现上升趋势,但趋势不明显。

(4)本研究充分考虑到吉林省春玉米不同生育阶段及种植区域气候的差异,在逐日累计水分亏缺指数基础上计算不同生育期的干旱等级和频率,较旬尺度、生育期尺度水分亏缺指数更能说明干旱的发生情况,更贴合实际。西部地区春玉米在整个生育期干旱级别较高,中部地区次之,东部地区基本无旱,与董秋婷等的研究结果[19]基本一致。这与吉林省的气候情况有关,由于西部地区远离海洋而接近干燥的内蒙古高原,气候干燥少雨,而东部地区距黄海、日本海较近,气候湿润多雨[15]。本研究不同生育期的干旱频率大小与前人研究东北地区的结果(干旱频率排序为苗期>灌浆成熟期>拔节孕穗期>抽雄开花期)[18]有所不同,这可能与生育期的划分、水分亏缺指数的计算及干旱等级划分有关。

1.4.2 术后治疗 主要采用防粘连屏障、激素人工周期治疗、子宫内膜电生理疗法等方式。术毕随即在患者宫腔放置球囊支架5 d。所有患者在TCRA后接受激素类药物的人工周期治疗:口服戊酸雌二醇(10 mg),20 mg/次,3次/天,治疗21 d,服用戊酸雌二醇最后10 d加服地屈孕酮(10 mg)10 mg/次,2次/d;两种药物停用后来月经第5天重复,避开月经期,共服用3个周期。

(5)在吉林省较为干旱的地区,累计水分亏缺指数的逐日值能直观地反映作物水分亏缺的变化情况,但是在连续降水或降水量较大的情况下,累计水分亏缺指数具有一定的滞后性,在今后研究中可进一步探讨,并在业务应用时加以注意。此外,由于不同区域的气候不同,给水分亏缺指数的应用带来了不确定性,在今后的研究中还应根据当地实际情况划分水分亏缺指数指标阈值,在实际应用中结合土壤相对湿度等其他干旱指标,更能说明干旱发生的实际情况以及对农作物生长发育的影响。

 

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李琪,李莹莹,任景全,王连喜,郭春明,陈霞燕,胡正华
《江苏农业科学》 2018年第08期
《江苏农业科学》2018年第08期文献

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