近35年湖北省低丘平原區(qū)玉米需水量及旱澇時(shí)空變化

何俊歐凌霄霞張建設(shè)張 萌馬 迪,孫 夢(mèng)劉永忠 展 茗,*趙 明華中農(nóng)業(yè)大學(xué)植物科學(xué)技術(shù)學(xué)院 / 農(nóng)業(yè)部長(zhǎng)江中游作物生理生態(tài)與耕作重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 湖北武漢 40070;中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所 / 農(nóng)業(yè)部作物生理生態(tài)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京 0008;湖北省農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣總站, 湖北武漢 40070

近35年湖北省低丘平原區(qū)玉米需水量及旱澇時(shí)空變化

何俊歐1凌霄霞1張建設(shè)3張 萌1馬 迪1,2孫 夢(mèng)1劉永忠1展 茗1,*趙 明2,*
1華中農(nóng)業(yè)大學(xué)植物科學(xué)技術(shù)學(xué)院 / 農(nóng)業(yè)部長(zhǎng)江中游作物生理生態(tài)與耕作重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 湖北武漢 430070;2中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所 / 農(nóng)業(yè)部作物生理生態(tài)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京 100081;3湖北省農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣總站, 湖北武漢 430070

利用湖北省低丘平原區(qū)8個(gè)長(zhǎng)期基準(zhǔn)氣象臺(tái)站35年(1980—2014)氣象資料, 對(duì)湖北省不同區(qū)域春玉米、夏玉米及秋玉米的需水量、旱澇發(fā)生頻率及其年際變化趨勢(shì)進(jìn)行了分析。結(jié)果表明玉米各生育階段需水量區(qū)域間差異較小, 而不同種植季玉米間差異較大。秋玉米需水量顯著低于春玉米和夏玉米, 春玉米需水量與夏玉米相近, 且三季玉米的需水量隨年份呈顯著下降趨勢(shì), 尤其是以鄂中地區(qū)需水量下降最多, 平均達(dá) -18.62 mm (10a)–1。鄂北、鄂中及鄂東南區(qū)域三季玉米播種-拔節(jié)階段均以發(fā)生澇災(zāi)為主, 其中重澇發(fā)生頻率較高; 鄂北及鄂中地區(qū)三季玉米拔節(jié)-完熟期主要以發(fā)生輕度干旱為主, 尤其是灌漿期間旱災(zāi)發(fā)生頻率較高; 在鄂東南春玉米與夏玉米拔節(jié)-吐絲期間澇災(zāi)發(fā)生頻率要高于旱災(zāi), 灌漿期間三季玉米均以旱災(zāi)較多, 尤其是夏玉米與秋玉米旱災(zāi)要重于春玉米。各地區(qū)三季玉米不同生育時(shí)期旱澇年際變化趨勢(shì)不顯著。從降低旱澇脅迫風(fēng)險(xiǎn)考慮, 建議鄂北地區(qū)主要發(fā)展夏玉米、鄂中及鄂東南地區(qū)主要發(fā)展春玉米, 適當(dāng)控制秋玉米面積; 三季玉米拔節(jié)前均要注意防澇, 拔節(jié)后注意防旱。

玉米; 需水量; 水分盈虧指數(shù); 旱澇頻率; 年際變化趨勢(shì)

作物需水量通常指在適宜的土壤水分和肥力水平下, 作物經(jīng)過(guò)正常生長(zhǎng)發(fā)育, 獲得高產(chǎn)時(shí)的植株蒸騰、棵間蒸發(fā)以及構(gòu)成植株體的水量之和。而在實(shí)際計(jì)算中一般認(rèn)為作物需水量在數(shù)量上等于高產(chǎn)水平下的植株蒸騰量與棵間蒸發(fā)量之和[1-2]。作物需水量的估算和預(yù)測(cè)是評(píng)價(jià)作物水分利用及水分脅迫程度的基礎(chǔ)[3], 對(duì)于制定合理的節(jié)水灌溉制度, 研究區(qū)域農(nóng)業(yè)水資源的供需平衡關(guān)系, 對(duì)于氣候變化響應(yīng)及應(yīng)對(duì)措施的決策有重要意義[4-5]。國(guó)內(nèi)外對(duì)作物需水量的估算方法較多[6], 如FAO-56雙作物系數(shù)法[7]、雙涌源能量守恒模型[8]、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)估算法[9]等。目前認(rèn)為比較精確且應(yīng)用最多的是FAO推薦的Penman-Monteith法[7], 在我國(guó)得到了驗(yàn)證[10]及廣泛應(yīng)用[3-4,11-12]。農(nóng)業(yè)旱澇主要由降水異常引起的, 作物受旱澇的程度主要受其需水量與土壤供水量平衡的影響。目前在農(nóng)業(yè)旱澇研究上通常用兩類(lèi)指標(biāo)來(lái)反映其發(fā)生程度與規(guī)律, 第一類(lèi)是降水量指標(biāo), 如降水距平百分率[13]、標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù)[14]、Z指數(shù)[15]等, 這類(lèi)指標(biāo)能夠反映水分供應(yīng)的情況; 第二類(lèi)指標(biāo)如綜合氣象干旱指數(shù)CI[16]、相對(duì)濕潤(rùn)度指數(shù)[17]、作物水分盈虧指數(shù)[3]等, 能夠反映水分供需的變化。其中作物水分盈虧指數(shù)(CWSDI)是最常用的作物旱澇診斷指標(biāo)之一[12,18], 能夠較好地反映土壤、植物和氣象三方面因素對(duì)作物的綜合影響, 比較真實(shí)地反映出作物水分虧缺狀況[19]。

湖北省地處長(zhǎng)江中游, 光、熱、水資源豐富, 屬于一年兩熟和三熟的多熟制區(qū)域, 80%的土地面積為玉米適宜種植區(qū)[20-21], 可種植春玉米、夏玉米和秋玉米。春玉米生長(zhǎng)季多為3月至8月, 夏玉米多為5月至10月, 秋玉米多為7月至11月上旬。作為重要的飼料用糧, 湖北玉米產(chǎn)需缺口較大, 玉米種植效益較高, 加之湖北省種植業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整, 拉動(dòng)了近年來(lái)湖北玉米的快速發(fā)展[20]。2014年湖北玉米種植面積為 64.2萬(wàn)公頃, 總產(chǎn)為 293萬(wàn)噸, 分別比2003年增加了47.0%和42.8%[22], 其發(fā)展速度超過(guò)了第一大作物的水稻與第二大作物小麥。湖北玉米生產(chǎn)對(duì)促進(jìn)當(dāng)?shù)匦竽翗I(yè)的可持續(xù)發(fā)展及種植業(yè)合理調(diào)整均有重要的意義。雖然湖北省降水資源豐富, 但年內(nèi)及年際間分配不均, 且變率大, 需水關(guān)鍵期往往與降水多的時(shí)段不重合, 常導(dǎo)致漬澇、干旱發(fā)生, 對(duì)產(chǎn)量影響較大[23]。目前針對(duì)北方玉米主產(chǎn)區(qū)旱澇災(zāi)害時(shí)空變化規(guī)律及其對(duì)玉米生產(chǎn)影響的研究較多[3,12,19], 但針對(duì)長(zhǎng)江中游低丘平原區(qū)不同種植季玉米需水規(guī)律及旱澇災(zāi)害的研究卻較少。本研究將利用湖北低丘平原區(qū)1980—2014年8個(gè)地面氣象臺(tái)站的逐日氣象資料, 分析不同種植季玉米需水量的時(shí)空變化特點(diǎn)及年際變化趨勢(shì), 并結(jié)合玉米不同生育期內(nèi)有效降水量分析玉米水分盈缺指數(shù), 評(píng)價(jià)旱澇發(fā)生規(guī)律, 為湖北省玉米生產(chǎn)的合理區(qū)域布局、防災(zāi)減災(zāi)、氣候變化響應(yīng)等提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)與決策依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域與氣象數(shù)據(jù)來(lái)源

選取湖北省低丘平原區(qū)有完整35年歷史氣象資料的8個(gè)基準(zhǔn)氣象臺(tái)站1980—2014年觀測(cè)的氣象資料, 包括鄂北的老河口、棗陽(yáng); 鄂中的荊州、鐘祥、天門(mén); 鄂東南的英山、黃石、嘉魚(yú)等。各站點(diǎn)的地理位置、經(jīng)度、緯度及海拔高度見(jiàn)圖1。鄂西南及鄂西北為海拔500 m以上的山地春玉米區(qū), 不列為本文研究區(qū)域。氣象資料包括平均本站氣壓、日平均氣溫、最高氣溫、最低氣溫、降水量、日照時(shí)數(shù)、平均水汽壓、相對(duì)濕度、平均風(fēng)速等。上述氣象資料來(lái)自中國(guó)氣象局國(guó)家氣象信息中心(http://data. cma.cn/)。

1.2 研究方法

1.2.1 玉米生育階段的確定 湖北省玉米按播種時(shí)間可分為春玉米、夏玉米和秋玉米[24]。根據(jù)當(dāng)?shù)氐纳a(chǎn)習(xí)慣, 鄂東南春玉米的播種期定為3月15日和3月25日; 鄂中春玉米的播種期定為3月20日和3月30日; 鄂北春玉米的播種期定為3月25日和4月5日。各區(qū)域油后夏玉米的播種時(shí)間一般為5月20日左右, 麥后夏玉米的播種時(shí)間一般為6月5日左右。本文選定5月20日和6月5日作為夏玉米的播種期; 各區(qū)域秋玉米一般為7月20日播種。溫度是影響作物生長(zhǎng)發(fā)育進(jìn)程的重要環(huán)境因子, 作物完成某個(gè)生育階段需要一定的積溫, 因此積溫被用于推斷作物各個(gè)生育時(shí)期出現(xiàn)的一種常見(jiàn)指標(biāo)[25]。本文以湖北省推廣的早中熟玉米品種鄭單958為例,根據(jù)作者2012年和2013年在湖北省東南及中部區(qū)域開(kāi)展的分期播種試驗(yàn), 獲得其各生育階段需要的≥10℃有效積溫(表1)。根據(jù)播種期和階段積溫來(lái)推算各區(qū)域氣象臺(tái)站1980—2014年玉米拔節(jié)、吐絲、乳熟、完熟等出現(xiàn)的日期。

圖1 研究區(qū)氣象站點(diǎn)的分布(經(jīng)度°E, 緯度°N, 海拔高度m)Fig 1 Distribution of meteorological stations (Longitude°E, Latitude°N, Altitude m) in the studied area

表1 鄭單958各個(gè)生育階段≥10℃有效積溫Table 1 Effective accumulated temperature (≥10℃) for different developmental stages of Zhengdan 958 (°C d)

1.2.2 玉米需水量 采用聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織(FAO)推薦的方法[7]計(jì)算玉米需水量(ETc)。

式中, ETc為作物需水量(mm d–1); ET0為參考作物日蒸 散 量 (mm d–1), 利 用 FAO (1998)修 訂 的Penman-Monteith公式計(jì)算研究區(qū)域各站點(diǎn)參考作物蒸散量(ET0)[7]。Kc為作物系數(shù), 采用1998年FAO推薦的分段單值平均法計(jì)算[3]。根據(jù)該方法, 把玉米全生育期作物系數(shù)變化過(guò)程概化為在 4個(gè)階段的 3個(gè)值(Kcini, Kcmid, Kcend), 如圖2所示, Kcini= 0.3,Kcmid= 1.2, Kcend= 0.5。

式中, Kci為第i天的作物系數(shù); i為整個(gè)生育期間隔的天數(shù)之日序數(shù); L為生育期間隔天數(shù); Kcprev為i天之前生育期的作物系數(shù); Kcnext為i天之后生育期的作物系數(shù); Lstage為 i天所處生育期間隔日數(shù); ∑(Lprev)為i天之前的所有生育期間隔日數(shù)的總和。

1.2.3 水分盈虧指數(shù)及旱澇等級(jí)的確定 在農(nóng)業(yè)氣象研究領(lǐng)域, 為了準(zhǔn)確反映玉米各生育階段的需水特性及水分供應(yīng)狀況, 通?；谧魑锼痔澣敝笖?shù)構(gòu)建玉米生育階段水分盈虧指數(shù) CWSDI (crop water surplus deficit index)表征水分盈虧程度[3]。

圖2 玉米全生育期作物系數(shù)變化Fig. 2 Changes of crop coefficient during the whole growth period of maize

式中, CWSDIi為第i生育階段水分盈虧指數(shù)(%); Pei為第i生育階段有效降水量(mm); ETci為第i生育階段的作物需水量(mm)。當(dāng)CWSDIi＞ 0時(shí)第i生育階段水分盈余; 當(dāng) CWSDIi= 0時(shí)水分收支平衡; 當(dāng)CWSDIi＜ 0時(shí)水分虧缺。水分盈虧指數(shù)包含了降水量和作物需水量?jī)身?xiàng)因子, 能反映實(shí)際供水量與作物最大水分需要量的平衡關(guān)系, 可以較好地表征作物旱澇狀況。

對(duì)于旱作物, 有效降雨量指總降雨量中能夠保存在作物根系層中用于滿(mǎn)足作物蒸發(fā)蒸騰需要的那部分雨量, 不包括地表徑流和滲漏至作物根系吸水層以下的部分。國(guó)內(nèi)外對(duì)有效降水量的估算方法較多[26]。本文采用國(guó)內(nèi)常用的經(jīng)驗(yàn)公式法, 該方法計(jì)算簡(jiǎn)便, 被國(guó)內(nèi)的一些學(xué)者采用[27]。

式中, Pei為 i日有效降水量(mm); Pi為 i日降水量(mm); αj為有效利用系數(shù)。一般情況下, 當(dāng) Pi≤ 5 mm時(shí)αj= 0; 當(dāng)5 mm ＜ Pi≤ 50 mm時(shí)αj= 0.9; 當(dāng)Pi＞ 50 mm時(shí)αj= 0.75。

參考高曉容等[3]旱澇等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn), 確定玉米各生育階段標(biāo)準(zhǔn)為重澇 CWSDI ＞ 85%, 輕澇 45% ＜CWSDI ≤ 85%, 正常-45% ＜ CWSDI ≤ 45%, 輕旱-85% ＜ CWSDI ≤ -45%, 重旱CWSDI ≤ -85%。統(tǒng)計(jì)不同區(qū)域氣象臺(tái)站各年份旱澇等級(jí)的發(fā)生頻率。1.2.4 趨勢(shì)檢驗(yàn) 玉米需水量、水分盈虧指數(shù)、氣溫、降水、風(fēng)速、濕度等年際變化趨勢(shì), 可用氣候趨勢(shì)系數(shù)和氣候傾向率反映[28-29]。氣候趨勢(shì)系數(shù)(rxt)為n個(gè)時(shí)刻(年)所對(duì)應(yīng)的要素序列與自然數(shù)列1, 2, …, n的相關(guān)系數(shù)。

式中, n為年數(shù); xi為第i年要素值;x為樣本均值;t = (n + 1)/2。通常使用t檢驗(yàn)法檢驗(yàn)氣候趨勢(shì)是否顯著。如果 n個(gè)時(shí)刻所對(duì)應(yīng)的要素序列與自然數(shù)列顯著相關(guān), 表示該要素氣候趨勢(shì)存在明顯增加(減少)趨勢(shì)。

將玉米需水量或氣象要素(x)的長(zhǎng)期變化趨勢(shì)采用線性回歸方程分析。

式中, t為年份序列號(hào)(t = 1, 2, …, n); a0為常數(shù); a1為回歸系數(shù), 當(dāng) a1為正或負(fù)時(shí)要素在計(jì)算時(shí)段內(nèi)線性增加或減弱。10a1稱(chēng)為氣候傾向率(Tr), 表示要素每10年的變化率, 其中正值表示要素呈增加趨勢(shì), 負(fù)值呈減少趨勢(shì)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同種植季玉米需水量的時(shí)空變化及其影響因子分析

湖北省玉米的需水量約為300～440 mm, 不同種植季玉米各生育階段需水量差別較大(表2)。對(duì)同一季玉米而言, 玉米全生育期需水量及各生育階段需水量區(qū)域間差異不顯著; 就同一區(qū)域而言, 不同種植季玉米各個(gè)生育階段需水量差異較明顯(P ＜0.05)。播種–拔節(jié)期間, 鄂北、鄂中及鄂東南等3個(gè)種植區(qū)域均表現(xiàn)出春玉米需水量顯著高于夏玉米與秋玉米, 在鄂中及鄂東南區(qū)域秋玉米該階段需水量又顯著高于夏玉米。在拔節(jié)–吐絲階段春玉米需水量與夏玉米相當(dāng), 均顯著高于秋玉米。在吐絲–乳熟階段, 以夏玉米的需水量最高, 秋玉米的需水量顯著低于春玉米與夏玉米。在乳熟–完熟階段, 鄂北地區(qū)三季玉米需水量差異不明顯, 而鄂中和鄂東南地區(qū)春玉米和夏玉米的需水量相當(dāng), 但均明顯多于秋玉米。從整個(gè)生育期看, 3個(gè)區(qū)域均表現(xiàn)出秋玉米需水量顯著低于春玉米和夏玉米, 而春玉米需水量與夏玉米差異不顯著。

由表 2可知, 玉米不同生育階段需水量年際間普遍呈下降趨勢(shì), 不同生育階段及區(qū)域間有差異。在鄂北地區(qū), 三季玉米全生育期的需水量隨年份均呈顯著下降趨勢(shì), 尤以秋玉米下降最快, 其總需水量的下降主要發(fā)生在吐絲后, 吐絲前沒(méi)有顯著變化;春玉米除吐絲–乳熟階段需水量沒(méi)有變化外, 其余生育階段的需水量均呈顯著下降趨勢(shì), 程度相當(dāng);而該區(qū)域夏玉米各個(gè)生育階段的需水量均顯著下降,以吐絲–乳熟階段下降最快。在鄂中地區(qū), 三季玉米的需水量均隨年份呈顯著下降趨勢(shì), 下降程度與鄂北地區(qū)相當(dāng), 其中春玉米與夏玉米各個(gè)生育階段均呈顯著下降趨勢(shì), 均以吐絲–乳熟階段下降最快; 而秋玉米除拔節(jié)–吐絲階段外, 其余生育階段的需水量均隨年份顯著下降。在鄂東南區(qū), 春玉米與夏玉米的總需水量沒(méi)有出現(xiàn)年際間下降趨勢(shì); 而秋玉米下降趨勢(shì)明顯, 其下降程度明顯低于鄂北及鄂中地區(qū), 主要在拔節(jié)-吐絲及乳熟-完熟階段下降明顯。在鄂東南區(qū), 春玉米播種–拔節(jié)、夏玉米乳熟–完熟階段的需水量也有顯著下降, 但總需水量沒(méi)有變化。

表2 35年來(lái)不同種植季玉米各生育階段的平均需水量(WR, mm)及其氣候傾向率[Tr, mm (10a)–1]Table 2 Water requirement (WR, mm) and climate tendency rate [Tr, mm (10a)–1] at each growth stage of maize planted in different seasons during 35 years

相關(guān)分析表明, 氣溫、降水、風(fēng)速及相對(duì)濕度均對(duì)玉米需水量有顯著影響(表 3)。氣溫對(duì)玉米需水量的影響表現(xiàn)出不同種植季及生育階段的差異性。春玉米播種-拔節(jié)階段需水量與氣溫呈極顯著負(fù)相關(guān), 而乳熟-完熟階段則呈顯著正相關(guān); 夏玉米播種-拔節(jié)階段需水量與氣溫呈極顯著負(fù)相關(guān), 而拔節(jié)-乳熟階段則呈顯著正相關(guān); 秋玉米吐絲前的需水量與氣溫呈顯著正相關(guān), 而吐絲后則呈極顯著負(fù)相關(guān)。降水對(duì)玉米需水量的影響也表現(xiàn)出季節(jié)差異。春玉米乳熟后、夏玉米拔節(jié)后及秋玉米拔節(jié)前需水量均與降水呈顯著負(fù)相關(guān), 而秋玉米乳熟后的需水量則與降水顯著正相關(guān)。風(fēng)速與玉米需水量表現(xiàn)出較一致的正相關(guān),尤其是夏玉米整個(gè)生育階段的需水量均與風(fēng)速顯著正相關(guān), 春玉米與秋玉米主要是在苗期與乳熟后受風(fēng)速影響顯著。相對(duì)濕度則與春玉米乳熟后、夏玉米拔節(jié)后、秋玉米拔節(jié)前的需水量顯著負(fù)相關(guān)。

表3 玉米需水量與氣象因子的相關(guān)系數(shù)Table 3 Correlation coefficients between maize water requirement and meteorological factors

從表4看出玉米各生育階段四類(lèi)氣象要素表現(xiàn)出不同的年際變化趨勢(shì)。氣溫的年際趨勢(shì)普遍上升,鄂北、鄂中春玉米拔節(jié)前及吐絲–乳熟階段、夏玉米吐絲前及乳熟-完熟階段, 秋玉米吐絲后等階段氣溫升高趨勢(shì)顯著; 而在鄂東南區(qū), 主要是春玉米拔節(jié)前及秋玉米吐絲后趨勢(shì)明顯。除鄂東南春玉米拔節(jié)前及秋玉米乳熟后降水有顯著下降趨勢(shì)外, 其他生育階段及鄂中、鄂北地區(qū)均沒(méi)有明顯的變化趨勢(shì)。風(fēng)速普遍呈下降趨勢(shì), 有顯著下降趨勢(shì)的區(qū)域及時(shí)期包括鄂北秋玉米乳熟–完熟階段, 鄂中的春玉米吐絲前、夏玉米拔節(jié)前及秋玉米拔節(jié)后, 鄂東南春玉米及夏玉米拔節(jié)前。相對(duì)濕度也呈普遍下降趨勢(shì),下降趨勢(shì)顯著的區(qū)域及時(shí)期包括鄂北及鄂中的春玉米拔節(jié)前及吐絲后、鄂東南春玉米拔節(jié)前; 鄂北及鄂中的夏玉米; 鄂北秋玉米拔節(jié)前、鄂中秋玉米吐絲前及乳熟后、鄂東南秋玉米乳熟后。

2.2 不同區(qū)域玉米各生育期水分盈虧指數(shù)的變化

從表 5看出, 春玉米播種—拔節(jié)期間各生產(chǎn)區(qū)域CWSDI均大于0, 出現(xiàn)水分盈余, 且由鄂北向鄂東南水分的盈余增加; 在鄂北及鄂中地區(qū)春玉米拔節(jié)-乳熟期間 CWSDI均小于 0, 出現(xiàn)水分虧缺, 而在鄂東南地區(qū)該階段表現(xiàn)為水分盈余。夏玉米播種至拔節(jié)期間3個(gè)地區(qū)均出現(xiàn)水分盈余; 夏玉米拔節(jié)-吐絲期間, 在鄂北地區(qū)水分虧缺, 而在鄂中及鄂東南區(qū)為水分盈余; 夏玉米吐絲-完熟期在3個(gè)地區(qū)均表現(xiàn)為水分虧缺。秋玉米播種-拔節(jié)時(shí)期 3個(gè)地區(qū)CWSDI均大于 0, 水分盈余較多; 而秋玉米拔節(jié)至完熟階段, 三地區(qū)均表現(xiàn)為水分虧缺, 尤其是吐絲–乳熟期間水分虧缺較多。不同區(qū)域玉米各生育階段水分盈虧指數(shù)年際變化趨勢(shì)不盡相同, 但趨勢(shì)差異均不顯著。

2.3 不同區(qū)域玉米旱澇發(fā)生頻率

從圖3看出, 在鄂北地區(qū), 春玉米播種–拔節(jié)階段旱災(zāi)和澇災(zāi)發(fā)生頻率基本相當(dāng), 分別為 20.7%和21.5%; 春玉米拔節(jié)–完熟期間旱災(zāi)發(fā)生較多, 平均為49.3%, 以輕旱為主, 且吐絲–乳熟期間最易發(fā)生旱災(zāi),影響春玉米灌漿。該區(qū)域夏玉米播種–拔節(jié)階段旱澇災(zāi)害發(fā)生頻率達(dá)70.0%, 其中重澇發(fā)生頻率占55.1%; 拔節(jié)–吐絲時(shí)期旱澇災(zāi)害發(fā)生頻率為53.6%, 其中旱災(zāi)發(fā)生頻率占67.9%; 吐絲–完熟時(shí)期旱災(zāi)發(fā)生頻率平均為55.0%, 其中輕旱發(fā)生頻率平均占81.6%。該區(qū)域秋玉米播種–拔節(jié)階段主要發(fā)生澇災(zāi), 其中重澇發(fā)生頻率高達(dá) 54.3%; 拔節(jié)–吐絲階段旱澇災(zāi)害發(fā)生頻率為65.7%, 其中旱災(zāi)發(fā)生頻率占 71.7%; 吐絲–完熟階段主要以旱災(zāi)為主, 其中輕旱發(fā)生頻率平均為50.0%。

表4 35年不同區(qū)域玉米各生育期氣象要素的氣候傾向率(Tr)Table 4 Climate tendency rate (Tr) of meteorological factors at each growth stage of maize during 35 years

表5 35年來(lái)不同區(qū)域玉米各生育期平均水分盈虧指數(shù)(CWSDI, %)及其氣候傾向率[Tr, % (10a)–1]Table 5 Crop water surplus deficit index (CWSDI) and climate tendency rate (Tr, % [10a]–1) at each growth stage of maize in different regions during 35 years

在鄂中地區(qū), 春玉米播種-拔節(jié)階段主要發(fā)生澇災(zāi), 其中重澇發(fā)生頻率為 45.7%; 拔節(jié)-乳熟階段旱澇災(zāi)害發(fā)生頻率平均為 43.6%, 其中輕旱發(fā)生頻率平均占65.7%; 乳熟-完熟階段旱澇災(zāi)害發(fā)生頻率為 61.4%, 其中旱災(zāi)以輕旱為主, 澇災(zāi)中重澇和輕澇發(fā)生頻率相當(dāng)。該區(qū)域夏玉米播種-拔節(jié)階段主要發(fā)生澇災(zāi), 其中重澇發(fā)生頻率達(dá) 61.0%; 拔節(jié)-吐絲階段旱澇災(zāi)害發(fā)生頻率為 53.8%, 其中旱災(zāi)以輕旱為主, 澇災(zāi)以重澇為主; 吐絲-完熟階段旱災(zāi)發(fā)生頻率平均為53.8%, 其中輕旱發(fā)生頻率平均占67.7%。該區(qū)域秋玉米播種-拔節(jié)階段澇災(zāi)發(fā)生頻率為58.1%, 其中重澇發(fā)生頻率占 81.9%; 拔節(jié)-吐絲階段旱災(zāi)發(fā)生頻率為 43.8%, 其中輕旱和重旱發(fā)生頻率相當(dāng); 吐絲-完熟階段旱災(zāi)發(fā)生頻率平均為 64.8%,其中輕旱發(fā)生頻率平均占65.4%。

圖3 不同區(qū)域種植季玉米各時(shí)期旱澇頻率分布Fig. 3 Drought and waterlogging frequency distribution at each growth stage of maize planted in different seasons in different regions

在鄂東南地區(qū), 春玉米播種-拔節(jié)階段主要發(fā)生澇災(zāi), 其中重澇發(fā)生頻率高達(dá) 74.3%; 拔節(jié)-吐絲階段旱澇災(zāi)害發(fā)生頻率為 43.8%, 其中旱災(zāi)以輕旱程度為主, 澇災(zāi)以輕澇程度為主; 吐絲-完熟階段旱澇災(zāi)害發(fā)生頻率平均為 46.2%, 其中旱災(zāi)以輕旱程度為主, 澇災(zāi)以重澇程度為主。該區(qū)域夏玉米播種-拔節(jié)階段主要發(fā)生澇災(zāi), 其中重澇發(fā)生頻率高達(dá)78.1%; 拔節(jié)-吐絲階段澇災(zāi)發(fā)生頻率為 44.7%, 其中重澇發(fā)生頻率占74.5%; 吐絲-完熟階段旱災(zāi)發(fā)生頻率平均為 50.0%, 其中輕旱發(fā)生頻率平均占80.7%。該區(qū)域秋玉米播種-拔節(jié)期間澇災(zāi)發(fā)生頻率為 58.1%, 其中重澇發(fā)生頻率占 83.6%; 拔節(jié)-吐絲階段旱澇災(zāi)害發(fā)生頻率為 59.0%, 其中旱災(zāi)發(fā)生頻率占 66.1%; 吐絲-乳熟階段旱災(zāi)發(fā)生頻率達(dá) 70.5%,其中輕旱發(fā)生頻率占58.2%; 乳熟-完熟階段旱災(zāi)發(fā)生頻率為58.1%, 其中輕旱和重旱發(fā)生頻率相差不大。

3 討論

玉米需水量是玉米栽培管理、制定灌溉制度的依據(jù), 在我國(guó)玉米主產(chǎn)區(qū)得到了較多的關(guān)注[3,5,30],而對(duì)長(zhǎng)江中游玉米需水量卻鮮有研究報(bào)道。肖俊夫等[30]研究發(fā)現(xiàn)春玉米的需水量高于夏玉米, 且區(qū)域間的變化較大, 變化在400～700 mm之間, 夏玉米需水量變化在350～400 mm。本研究表明湖北省的春玉米需水量約 430 mm左右, 與黃淮海區(qū)春玉米需水量相當(dāng)[31], 但區(qū)域間變異較小。湖北省夏玉米的需水量與春玉米相當(dāng), 區(qū)域上的變異也較小, 要高于北方夏玉米需水量[30-31]。湖北省 3個(gè)生產(chǎn)區(qū)域春玉米、夏玉米和秋玉米需水量最大的時(shí)期均為吐絲—乳熟時(shí)期, 這與王宏等[32]研究結(jié)果一致。湖北省各種植季玉米需水量具有明顯的年際變化規(guī)律, 1980—2014年間, 鄂中、鄂北三季玉米需水量隨年份均呈顯著下降趨勢(shì), 尤以秋玉米下降趨勢(shì)最明顯, 達(dá)22 mm (10a)–1, 而鄂東南區(qū)域玉米需水量則沒(méi)有顯著的年際變化(表2)。也有研究表明黃淮海、華北地區(qū)、四川盆地玉米需水量近50年來(lái)存在顯著的年際下降趨勢(shì)[31,33-34]。而東北地區(qū)玉米需水量在近50年內(nèi)沒(méi)有明顯的年際變化[3]。

玉米需水量的變化除與田間栽培管理措施有關(guān)外, 還與氣候等環(huán)境因子的變化有關(guān)。郝振純等[35]研究表明長(zhǎng)江流域中游區(qū)域潛在蒸散量呈下降趨勢(shì),這也可能是導(dǎo)致該區(qū)域玉米需水量年際間顯著下降的原因。有研究表明玉米需水量與氣溫正相關(guān)[31,36],而劉曉英等[33]研究認(rèn)為氣溫對(duì)華北地區(qū)玉米需水量的變化沒(méi)有顯著影響。本研究表明湖北省春玉米乳熟-完熟、夏玉米拔節(jié)-乳熟及秋玉米播種至吐絲階段需水量與氣溫正相關(guān), 此期處于每年6月下旬至8月上旬的高溫期, 高溫導(dǎo)致玉米蒸騰及蒸發(fā)加大,需水量增加; 而春玉米和夏玉米播種-拔節(jié)期以及秋玉米吐絲-完熟期的需水量與氣溫呈顯著負(fù)相關(guān),這可能是由于該階段氣溫顯著升高(表4), 玉米生育期變短[37], 需水量減少?？梢?jiàn), 作物需水量與氣溫的關(guān)系具時(shí)空差異性, 還需要更多的研究去驗(yàn)證, 以便為深入認(rèn)識(shí)氣候變暖對(duì)作物的復(fù)雜影響提供更多的證據(jù)。本研究中湖北春玉米、夏玉米及秋玉米某些生育階段的需水量與風(fēng)速呈正相關(guān), 與降水和相對(duì)濕度呈負(fù)相關(guān)(表 3), 該規(guī)律與前人研究結(jié)果[31,36]基本一致。玉米需水量變化是受太陽(yáng)輻射、溫度、平均風(fēng)速、平均相對(duì)濕度、降水綜合影響的結(jié)果[31]。閆苗祥等[38]研究認(rèn)為, 玉米生育期內(nèi)氣溫隨年份呈增加趨勢(shì), 相對(duì)濕度隨年份呈減少趨勢(shì), 本文研究表明湖北省不同種植季玉米各時(shí)期氣溫隨年份呈顯著增加趨勢(shì), 降水、風(fēng)速以及相對(duì)濕度呈顯著減少趨勢(shì)。劉曉英等[33]認(rèn)為華北地區(qū)日照與風(fēng)速減小是玉米需水量下降的主要原因。黃淮海區(qū)玉米需水量的下降則與降水及風(fēng)速的下降有關(guān)[31]。本研究表明鄂中及鄂北地區(qū)春玉米、夏玉米需水量年際下降趨勢(shì)明顯, 可能是該階段風(fēng)速及相對(duì)濕度隨年份顯著下降所致(表4)。

玉米受旱澇影響的程度主要是玉米需水量、當(dāng)?shù)赜行Ы邓俊⒌匦瓮寥佬钏芰Φ染C合作用的結(jié)果, 具有明顯的季節(jié)性與區(qū)域性特征。利用水分盈虧指數(shù)法, 高曉容等[3]發(fā)現(xiàn)東北玉米抽雄前旱澇發(fā)生頻率較低, 但抽雄后中度旱澇發(fā)生頻率較高, 且今年來(lái)有干旱化的趨勢(shì); 淮河流域夏玉米各生育階段均有不同程度的水分虧缺, 尤以中部地區(qū)干旱化程度較重[39]; 張玉芳等[40]研究發(fā)現(xiàn)四川盆地玉米全生育期干旱風(fēng)險(xiǎn)重度區(qū)主要集中在盆中淺丘區(qū)、盆東平行嶺谷區(qū)大部及盆南丘陵區(qū)部分區(qū)域。黃晚華等[41]發(fā)現(xiàn)湖南春玉米干旱頻率較高的時(shí)段主要在玉米抽雄－吐絲階段及其后的生育階段, 且隨生育期后移干旱頻率明顯增加, 以輕旱程度為主, 以湘中南的衡陽(yáng)及周邊一帶干旱頻率最高。本文研究表明湖北不同區(qū)域各種植季玉米播種–拔節(jié)階段主要以發(fā)生澇災(zāi)為主, 其余時(shí)期均主要發(fā)生旱災(zāi)頻率較高,與湖南省春玉米的旱澇規(guī)律較相似[41]。另外, 湖北不同區(qū)域各季玉米的水分盈虧指數(shù)(CWSDI)沒(méi)有明顯的年際變化趨勢(shì), 說(shuō)明玉米旱澇發(fā)生頻率沒(méi)有變化。而隋月等[42]利用水分虧缺指數(shù)(CWDI)研究表明,長(zhǎng)江中下游地區(qū)春玉米在七葉到拔節(jié)階段的干旱強(qiáng)度明顯增加, 在吐絲后到乳熟階段呈減小趨勢(shì); 夏玉米在拔節(jié)到乳熟階段的干旱呈減輕趨勢(shì)。該研究中水分虧缺指數(shù)(CWDI)的計(jì)算主要用于干旱等級(jí)劃分, 沒(méi)有考慮水分盈余時(shí)造成的澇漬影響, 這可能是與本研究的某些結(jié)果不盡一致的原因。

4 結(jié)論

湖北省低丘平原區(qū)不同種植季玉米需水量有較大差異, 其中春玉米與夏玉米需水量相當(dāng), 而秋玉米需水量則明顯減少。各季玉米需水量在鄂中及鄂北地區(qū)均有顯著的年際下降趨勢(shì), 但其旱澇發(fā)生頻率則年際變化不顯著。從近35年湖北玉米旱澇發(fā)生規(guī)律看, 鄂中及鄂東南春玉米苗期漬害發(fā)生頻率較高, 拔節(jié)后主要以發(fā)生干旱為主; 鄂北春玉米苗期漬害相對(duì)較輕, 而吐絲–乳熟階段干旱程度要重于鄂中及鄂東南地區(qū)。在 3個(gè)區(qū)域夏玉米與秋玉米苗期均以發(fā)生澇災(zāi)為主, 拔節(jié)后以發(fā)生干旱為主。然而, 與春玉米及夏玉米相比, 秋玉米在拔節(jié)—乳熟階段發(fā)生重旱的頻率要高于夏玉米及春玉米。從減少干旱風(fēng)險(xiǎn)及防災(zāi)投入考慮, 建議在鄂北地區(qū)主要發(fā)展夏玉米、鄂中及鄂東南地區(qū)主要發(fā)展春玉米,適當(dāng)控制秋玉米面積。在鄂東南及鄂中地區(qū), 要注意玉米苗期的防澇, 生育中后期防旱; 在鄂北地區(qū)主要注意防旱。

[1] 陳玉民, 郭國(guó)雙, 王廣興, 康紹忠, 羅懷彬, 張大中. 中國(guó)主要作物需水量與灌溉. 北京: 水利電力出版社, 1995 Chen Y M, Guo G S, Wang G X, Kang S Z, Luo H B, Zhang D Z. Main Crop Water Requirement and Irrigation of China. Beijing: Water Resources and Electric Power Press, 1995 (in Chinese)

[2] 陳鳳, 蔡煥杰, 王健. 秸稈覆蓋條件下玉米需水量及作物系數(shù)的試驗(yàn)研究. 灌溉排水學(xué)報(bào), 2004, 23(1): 41–43 Chen F, Cai H J, Wang J. Evaluation of crop water requirement and crop coefficient of straw-mulched summer maize. J Irrig Drain, 2004, 23(1): 41–43 (in Chinese with English abstract)

[3] 高曉容, 王春乙, 張繼權(quán), 薛緒掌. 近50年?yáng)|北玉米生育階段需水量及旱澇時(shí)空變化. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào), 2012, 28(12): 101–109 Gao X R, Wang C Y, Zhang J Q, Xue X Z. Crop water requirement and temporal-spatial variation of drought and flood disaster during growth stages for maize in northeast China during past 50 years. Trans CSAE, 2012, 28(12): 101–109 (in Chinese with English abstract)

[4] 孔箐鋅, 張海林, 陳阜, 宋振偉. 基于 SIMETAW 模型的北京地區(qū)主要作物需水量估算. 中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2009, 14(5): 109–115 Kong Q X, Zhang H L, Chen F, Song Z W. Estimation of main crop water requirement in Beijing based on SIMETAW model. J Chin Agric Univ, 2009, 14(5): 109–115 (in Chinese with English abstract)

[5] 馮慧敏, 張光輝, 王電龍, 田言亮, 王金哲, 嚴(yán)明疆. 華北平原糧食作物需水量對(duì)氣候變化的響應(yīng)特征. 中國(guó)水土保持科學(xué), 2015, 13(3): 130–136 Feng H M, Zhang G H, Wang D L, Tian Y L, Wang J Z, Yan M J. Response characteristics of grain crop water requirement to climate change in North China Plain. Sci Soil Water Conserv, 2015, 13(3): 130–136 (in Chinese with English abstract)

[6] 劉丙軍, 邵東國(guó), 沈新平. 作物需水時(shí)空尺度特征研究進(jìn)展.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào), 2007, 23(5): 258–264 Liu B J, Shao D G, Shen X P. Advances in researches on the spatial-temporal features of crop water requirement. Trans CSAE, 2007, 23(5): 258–264 ( in Chinese)

[7] Allen R G, Pereira L S, Raes D, Smith M. Crop Evapotranspiration-Guidelines for Computing Crop Water Requirements. In: FAO Irrigation and Drainage Paper 56. FAO, Rome, 1998, 300(9), D05109

[8] 于嬋, 朝倫巴根, 高瑞忠, 柴建華. 無(wú)水分脅迫下行作物蒸發(fā)與雙涌源能量分配和交換關(guān)系. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào), 2006, 17(5): 83–84 Yu C, Chao-Lun-Ba-Gen, Gao R Z, Chai J H. Relationships between row crop evapotranspiration and two sources- energy partition and exchange under non-water stress condition. Chin J Appl Ecol, 2006, 17(5): 83–84 (in Chinese with English abstract)

[9] 高瑞忠, 朝倫巴根, 于嬋, 朱仲元, 柴建華. 基于隨機(jī)樣本的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型估算參考作物騰發(fā)量. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào), 2006, 22(2): 42–45 Gao R Z, Chao-Lun-Ba-Gen, Yu C, Zhu Z Y, Chai J H. Estimating reference crop evapotranspiration using artificial neural network based on random samples. Trans CSAE, 2006, 22(2): 42–45 (in Chinese with English abstract)

[10] 劉鈺, Pereira L S. 對(duì) FAO推薦的作物系數(shù)計(jì)算方法的驗(yàn)證.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào), 2000, 16(5): 26–30 Liu Y, Pereira L S. Validation of FAO methods for estimating crop coefficients. Trans CSAE, 2000, 16(5): 26–30 (in Chinese with English abstract)

[11] 宋妮, 孫景生, 王景雷, 陳智芳, 劉祖貴. 河南省冬小麥需水量的時(shí)空變化及影響因素. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào), 2014, 25: 1693–1700 Song N, Sun J S, Wang J L, Chen Z F, Liu Z G. Temporal and spatial variation of water requirement of winter wheat and its influencing factors in Henan Province, China. Chin J Appl Ecol, 2014, 25: 1693–1700 (in Chinese with English abstract)

[12] 王曉東, 馬曉群, 許瑩, 陳超. 淮河流域主要農(nóng)作物全生育期水分盈虧時(shí)空變化分析. 資源科學(xué), 2013, 35: 665–672 Wang X D, Ma X Q, Xu Y, Chen C. Temporal analysis of the crop water surplus deficit index for the whole growth period in the Huaihe Basin. Resour Sci, 2013, 35: 665–672 (in Chinese with English abstract)

[13] 陳少勇, 郭俊瑞, 吳超. 基于降水量距平百分率的中國(guó)西南和華南地區(qū)的冬旱特征. 自然災(zāi)害學(xué)報(bào), 2015, 24(1): 23–31 Chen S Y, Guo J R, Wu C. Characteristics of winter drought in southwest-south China based on precipitation anomaly percentage. J Nat Disaster, 2015, 24(1): 23–31 (in Chinese with English abstract)

[14] 黃晚華, 楊曉光, 李茂松, 張曉煜, 王明田, 代姝瑋, 馬潔華.基于標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù)的中國(guó)南方季節(jié)性干旱近58a演變特征.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào), 2010, 26(7): 50–59 Huang W H, Yang X G, Li M S, Zhang X Y, Wang M T, Dai S W, Ma J H. Evolution characteristics of seasonal drought in the south of China during the past 58 years based on standardized precipitation index. Trans CSAE, 2010, 26(7): 50–59 (in Chinese with English abstract)

[15] 袁文平, 周廣勝. 標(biāo)準(zhǔn)化降水指標(biāo)與Z指數(shù)在我國(guó)應(yīng)用的對(duì)比分析. 植物生態(tài)學(xué)報(bào), 2004, 28: 523–529 Yuan W P, Zhou G S. Comparison between standardized precipitation index and z_index in China. Chin J Plant Ecol, 2004, 28: 523–529 (in Chinese with English abstract)

[16] 張婧, 梁樹(shù)柏, 許曉光, 張金滿(mǎn), 于智強(qiáng), 劉偉榮. 基于 CI指數(shù)的河北省近 50年干旱時(shí)空分布特征. 資源科學(xué), 2012, 34:1089–1094 Zhang J, Liang S B, Xu X G, Zhang J M, Yu Z Q, Liu W R. Temporal and spatial distribution characteristics of droughts for recent 50 years in Hebei Province based on meteorological drought composite index. Resour Sci, 2012, 34: 1089–1094 (in Chinese with English abstract)

[17] 王明田, 王翔, 黃晚華, 張玉芳, 馬均. 基于相對(duì)濕潤(rùn)度指數(shù)的西南地區(qū)季節(jié)性干旱時(shí)空分布特征. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào), 2012, 28(19): 85–92 Wang M T, Wang X, Huang W H, Zhang Y F, Ma J. Temporal and spatial distribution of seasonal drought in Southwest of China based on relative moisture index. Trans CSAE, 2012, 28(19): 85–92 (in Chinese with English abstract)

[18] 張艷紅, 呂厚荃, 李森. 作物水分虧缺指數(shù)在農(nóng)業(yè)干旱監(jiān)測(cè)中的適用性. 氣象科技, 2008, 36(5): 84–88 Zhang Y H, Lyu H Q, Li S. Applicability of crop water deficit index in agricultural drought monitoring. Meteorol Sci Technol, 2008, 36(5): 84–88 (in Chinese with English abstract)

[19] 尹海霞, 張勃, 張建香, 張調(diào)風(fēng), 李小亞, 靳自寶. 近 50年來(lái)甘肅省河?xùn)|地區(qū)春玉米干旱時(shí)空特征分析. 資源科學(xué), 2012, 34: 2347–2355 Yin H X, Zhang B, Zhang J X, Zhang T F, Li X Y, Jin Z B. Spatial-temporal characteristics of drought and spring maize in eastern Gansu. Resour Sci, 2012, 34: 2347–2355 (in Chinese with English abstract)

[20] 展茗, 趙明, 劉永忠, 徐尚忠. 湖北省玉米產(chǎn)需矛盾及提升玉米生產(chǎn)科技水平對(duì)策. 湖北農(nóng)業(yè)科學(xué), 2010, 49: 802–806 Zhan M, Zhao M, Liu Y Z, Xu S Z. Enhance maize production technology, alleviate the contradiction between production and demands of maize in Hubei Province. Hubei Agric Sci, 2010, 49: 802–806 (in Chinese with English abstract)

[21] 佟屏亞. 我國(guó)玉米生產(chǎn)現(xiàn)狀和發(fā)展策略. 科技導(dǎo)報(bào), 1997, 15(11): 22–25 Tong P Y. Present State on Production of China’s Corn and Its Developmental Strategy. Sci Technol Rev, 1997, 15(11): 22–25 (in Chinese)

[22] 張為民. 中國(guó)農(nóng)村統(tǒng)計(jì)年鑒(2015). 北京: 中國(guó)統(tǒng)計(jì)出版社, 2015 Zhang W M. China Rural Statistical Yearbook (2015). Beijing: China Statistical Press, 2015 (in Chinese)

[23] 高素華. 中國(guó)農(nóng)業(yè)氣候資源及主要農(nóng)作物產(chǎn)量變化圖集. 北京: 氣象出版社, 1995. pp 36–37 Gao S H. China Agricultural Climate Resources and Main Crop Yield Changes Atlas. Beijing: China Meteorological Press, 1995. pp 36–37 (in Chinese)

[24] 羿國(guó)香, 曹鵬. 湖北玉米生產(chǎn)實(shí)用技術(shù). 武漢: 湖北科學(xué)技術(shù)出版社, 2015 Yi G X, Cao P. Practical Technology of Maize Production in Hubei. Wuhan: Hubei Science & Technology Press, 2015 (in Chinese)

[25] McMaster G S, Wilhelm W W. Growing degree-days: one equation, two interpretations. Agric For Meteorol, 1997, 87: 291–300

[26] 劉戰(zhàn)東, 段愛(ài)旺, 肖俊夫, 劉祖貴. 旱作物生育期有效降水量計(jì)算模式研究進(jìn)展. 灌溉排水學(xué)報(bào), 2007, 26(3): 27–30 Liu Z D, Duan A W, Xiao J F, Liu Z G. Research progress on calculation methods of effective rainfall in growing period on dry crop. J Irrig Drain, 2007, 26(3): 27–30 (in Chinese with English abstract)

[27] 康紹忠, 蔡煥杰, 張富倉(cāng), 劉曉明, 梁銀麗. 節(jié)水農(nóng)業(yè)中作物水分管理基本理論問(wèn)題的探討. 水利學(xué)報(bào), 1996, (5): 9–17 Kang S Z, Cai H J, Zhang F C, Liu X M, Liang Y L. Discussion on crop water management for water saving agriculture. J Hydraul Eng, 1996, (5): 9–17 (in Chinese with English abstract)

[28] 欒兆擎, 章光新, 鄧偉, 胡金明, 周德民. 松嫩平原50年來(lái)氣溫及降水變化分析. 中國(guó)農(nóng)業(yè)氣象, 2007, 28: 355–358 Luan Z Q, Zhang G X, Deng W, Hu J M, Zhou D M. Studies on changes of air temperature and precipitation for last 50 years in Songnen Plain. Chin J Agrometeorol, 2007, 28: 355–358 (in Chinese with English abstract)

[29] 宋妮, 孫景生, 王景雷, 陳智芳, 劉祖貴. 河南省冬小麥需水量的時(shí)空變化及影響因素. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào), 2014, 25: 1693–1700 Song N, Sun J S, Wang J L, Chen Z F, Liu Z G. Temporal and spatial variation of water requirement of winter wheat and its influencing factors in Henan Province, China. Chin J Appl Ecol, 2014, 25: 1693–1700 (in Chinese with English abstract)

[30] 肖俊夫, 劉戰(zhàn)東, 陳玉民. 中國(guó)玉米需水量與需水規(guī)律研究.玉米科學(xué), 2008, 16(4): 21–25 Xiao J F, Liu Z D, Chen Y M. Study on the water requirement and water requirement regulation of maize in China. J Maize Sci, 2008, 16(4): 21–25

[31] 楊曉琳, 黃晶, 陳阜, 褚慶全. 黃淮海農(nóng)作區(qū)玉米需水量時(shí)空變化特征比較研究. 中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2011, 16(5): 26–31 Yang X L, Huang J, Chen F, Chu Q Q. Comparison of temporal and spatial variation of water requirements of corn in Huang-Huai-Hai farming system region. J Chin Agric Univ, 2011, 16(5): 26–31 (in Chinese with English abstract)

[32] 王宏, 譚國(guó)明, 孫慶川, 周賀玲. 承德春玉米需水量變化及其與氣象因子的關(guān)系. 氣象與環(huán)境學(xué)報(bào), 2012, 28(4): 69–72 Wang H, Tan G M, Sun Q C, Zhou H L. Variation of spring corn water requirement and its relationship with the meteorological factors in Chengde, Hebei Province. J Meteorol Environ, 2012, 28(4): 69–72 (in Chinese with English abstract)

[33] 劉曉英, 李玉中, 郝衛(wèi)平. 華北主要作物需水量近 50年變化趨勢(shì)及原因. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào), 2005, 21(10): 155–159 Liu X Y, Li Y Z, Hao W P. Trend and causes of water requirement of main crops in North China in recent 50 years. Trans CSAE, 2005, 21(10): 155–159 (in Chinese with English abstract)

[34] 龐艷梅, 陳超, 潘學(xué)標(biāo). 1961—2010年四川盆地玉米有效降水和需水量的變化特征. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào), 2015(增刊-1): 133–141 Pang Y M, Chen C, Pan X B. Variation characteristics of maize effective precipitation and water requirement in Sichuan basin during 1961–2010. Trans CSAE, 2015(suppl-1): 133–141 (in Chinese with English abstract)

[35] 郝振純, 楊榮榕, 陳新美, 陳璽, 梁之豪, 達(dá)娃頓珠. 1960–2011年長(zhǎng)江流域潛在蒸發(fā)量的時(shí)空變化特征. 冰川凍土, 2013, 35: 408–419 Hao Z C, Yang R R, Chen X M, Chen X, Liang Z H, Da-Wa-Dun-Zhu. Tempo-spatial patterns of the potential evaporation in the Yangtze River catchment for the period 1960-2011. J Glaciol Geocryol, 2013, 35: 408–419 (in Chinese with English abstract)

[36] 楊劍, 孫小舟. 西遼河流域春玉米需水量變化趨勢(shì). 華中師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2010, 44: 691–695 Yang J, Sun X Z. Climate-induced changes in spring maize water requirement in Xiliaohe river watershed. J Central China Norm Univ (Nat Sci), 2010, 44: 691–695 (in Chinese with English abstract)

[37] 王泓霏, 陳新平, 崔振嶺, 孟慶鋒. 氣候變化對(duì)邢臺(tái)夏玉米的影響及品種適應(yīng)性. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào), 2014, 25: 155–161 Wang H F, Chen X P, Cui Z L, Meng Q F. Impacts of climate change on summer maize production and adaptive selection of varieties in Xingtai County, Hebei, China. Chin J Appl Ecol, 2014, 25: 155–161 (in Chinese with English abstract)

[38] 閆苗祥, 楊軍耀. 鄭州市作物需水量影響因素主成分回歸分析. 節(jié)水灌溉, 2014, (7): 22–24 Yan M X, Yang J Y. The principal component regression analysis of impact factor of crop water requirement in Zhengzhou City. Water Sav Irrig, 2014, (7): 22–24 (in Chinese with English abstract)

[39] 張建軍, 王曉東. 淮河流域夏玉米關(guān)鍵期水分盈虧時(shí)空變化分析. 中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào), 2014, 30(21): 100–105 Zhang J J, Wang X D. Spatial-temporal analysis of the water surplus deficit index for the summer corn’ s key period in the Huaihe Basin. Chin Agric Bull, 2014, 30(21): 100–105 (in Chinese with English abstract)

[40] 張玉芳, 王明田, 劉娟, 董孝斌, 劉琰琰. 基于水分盈虧指數(shù)的四川省玉米生育期干旱時(shí)空變化特征分析. 中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào), 2013, 21: 236–242 Zhang Y F, Wang M T, Liu J, Dong X B, Liu Y Y. Spatiotemporal characteristics of drought at different maize growth stages in Sichuan Province as determined by water budget index. Chin J Eco-Agric, 2013, 21: 236–242 (in Chinese with English abstract)

[41] 黃晚華, 楊曉光, 曲輝輝, 馮利平, 黃彬香, 王靖, 施生錦, 武永峰, 張曉煜, 肖小平, 楊光立, 李茂松. 基于作物水分虧缺指數(shù)的春玉米季節(jié)性干旱時(shí)空特征分析. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào), 2009, 25(8): 28–34 Huang W H, Yang X G, Qu H H, Feng L P, Huang B X, Wang J, Shi S J, Wu Y F, Zhang X Y, Xiao X P, Yang G L, Li M S. Analysis of spatio-temporal characteristic on seasonal drought of spring maize based on crop water deficit index. Trans CSAE, 2009, 25(8): 28–34 (in Chinese with English abstract)

[42] 隋月, 黃晚華, 楊曉光, 李茂松. 氣候變化背景下中國(guó)南方地區(qū)季節(jié)性干旱特征與適應(yīng): IV. 基于作物水分虧缺指數(shù)的玉米干旱時(shí)空特征. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào), 2013, 24: 2590–2598 Sui Y, Huang W H, Yang X G, Li M S. Characteristics and adaptation of seasonal drought in southern China under the background of global climate change: IV. Spatiotemporal characteristics of drought for maize based on crop water deficit index. Chin J Appl Ecol, 2013, 24: 2590–2598 (in Chinese with English abstract)

Temporal-spatial Variation of Crop Water Requirement and Frequency of Drought and Waterlogging Disasters during Maize Growth Stages in Low Hilly Plain Area of Hubei Province in Last 35 Years

HE Jun-Ou1, LING Xiao-Xia1, ZHANG Jian-She3, ZHANG Meng1, MA Di1,2, SUN Meng1, LIU Yong-Zhong1, ZHAN Ming1,*, and ZHAO Ming2,*
1Key Laboratory of Crop Ecophysiology and Farming System in the Middle Reaches of the Yangtze River, Ministry of Agriculture / College of Plant Science and Technology, Huazhong Agricultural University, Wuhan 430070, China;2Institute of Crop Science, Chinese Academy of Agricultural Sciences / Key Laboratory of Crop Physiology and Ecology of Ministry of Agriculture, Beijing 100081, China;3Agricultural Technology Extension Station of Hubei Province, Wuhan 430070, China

Based on 35-year (1980-2014) meteorological data from eight benchmark long-term meteorological stations in low hilly plain area of Hubei province, we analyzed the temporal-spatial variation in water requirement and frequency of drought and waterlogging disasters in different growing stages of spring, summer and autumn maize in northern, central and southeastern regions of Hubei province. The water requirement at each growth stage of a certain maize season was similar among the three regions, but much different among maize seasons. The water requirement was obviously lower in autumn maize than in spring and summer maize, and similar between spring maize and summer maize. Maize water requirement in three production regions showed a significant downward trend in the process of year by year, especially in the area of central region, with a climate tendency rate of -18.62 mm (10a)–1. The maize in three planting seasons could easily encounter waterlogging during the period from sowing to jointing in each production region, with a higher occurrence frequency of heavy waterlogging. Light drought mainly occurred during the period from jointing to maturity in maize in three planting seasons in northern and central Hubei, whereasheavy drought occurred during maize grain filling period. In the region of southeastern Hubei, waterlogging occurrence frequency was higher than that of drought from jointing to silking in spring and summer maize. However, drought easily came up during grain filling period of maize in three planting seasons, especially summer maize and autumn maize met more frequent drought than spring maize in this period. The interannual variation of drought and waterlogging at different maize growth stages of three planting seasons in each region was not significant. Considering the mitigation in drought and waterlogging impact, it is recommended to preferentially develop summer maize in northern region, and spring maize in central and southeastern regions of Hubei province. Meanwhile, our study suggests that in production we should prevent waterlogging before maize jointing and drought after maize jointing in low hilly plain area of Hubei province.

Maize; Water requirement; Crop water surplus deficit index; Drought and waterlogging frequency; Interannual variation tendency

(

): 2016-10-24; Accepted(接受日期): 2017-04-19; Published online(網(wǎng)絡(luò)出版日期): 2017-05-23.

10.3724/SP.J.1006.2017.01536

本研究由國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(2016YFD0300308)和中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專(zhuān)項(xiàng)項(xiàng)目(2662015PY067)資助。

This study was supported by the National Key Research and Development Program of China (2016YFD0300308) and the Fundamental Research Funds for the Central Universities (2662015PY067).

*通訊作者(Corresponding authors): 展茗, E-mail: zhanming@mail.hzau.edu.cn; 趙明, E-mail: zhaomingcau@163.net

聯(lián)系方式: E-mail: 357783403@qq.com

URL: http://kns.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20170523.1856.002.html