
6种复种模式在宁夏引黄灌区推广的气候可行性研究
Climatic Feasibility Research on the Popularization of Six Multiple Cropping Systems in Ningxia Yellow River Irrigation Area
为了探讨宁夏引黄灌区气候资源变化特征及不同复种模式的气候资源利用率及农业气象灾害频率,进而精准研究气候变化背景下不同复种模式在引黄灌区推广的气候可行性,为引黄灌区优化作物布局结构、提高气候资源利用率提供理论支撑。2019—2020年,在宁夏吴忠市对冬小麦—水稻、冬小麦—青贮玉米、冬牧草—水稻、春小麦—饲草大麦、饲草大麦—向日葵和冬牧草-青贮玉米6种复种模式开展大田交叉试验,以气象数据、田间试验数据、社会经济数据为基础,分析各种复种模式的气候资源利用率及农业气象灾害发生频率,探究宁夏引黄灌区不同复种模式大面积推广的气候可行性。结果表明:1971—2020年,宁夏引黄灌区热量资源显著增加,日照资源和降水资源变化不明显,复种模式的光能利用率和光温资源利用率分别比现有单种模式的高0.16%、18.66%。结合气候资源保证率和农业气象灾害(冬小麦/冬牧草越冬冻害、小麦干热风、水稻低温冷害,青贮玉米高温热害/倒伏)发生频率,得到6种复种模式在不同区域的可推广性:冬牧草—水稻适合在贺兰、银川、利通区和大武口区推广,在惠农、陶乐、永宁、中宁、平罗和青铜峡可小范围试种;冬小麦—水稻可在利通区推广,在青铜峡、中宁、永宁和银川小范围试种;冬小麦—青贮玉米适合在利通区、青铜峡和中宁可推广,永宁和银川可将这种模式作为“两年三熟制”的选择;春小麦—饲草大麦、饲草大麦—向日葵和冬牧草—青贮玉米在宁夏引黄灌区各地均可推广。气候变暖为宁夏引黄灌区开展复种提供了有利条件,现有的单种模式的光能利用率和光温资源利用率平均值均低于复种模式,各地发生农业气象灾害频率不同,应因地制宜地推广复种模式,提高气候资源利用率和单位面积产出。
To explore the change characteristics of climate resources, the utilization rate of climate resources and the frequency of agrometeorological disasters of different multiple cropping models in the Yellow River irrigation area of Ningxia, and then precisely study the climatic feasibility of the promotion of different multiple cropping models in the Yellow River irrigation area under the background of climate change, so as to provide theoretical support for optimizing the crop layout structure and improving the utilization rate of climate resources in the Yellow River irrigation area, six field crossover experiments of multiple cropping of winter wheat—rice, winter wheat—silage corn, winter herbage—rice, spring wheat—forage barley, forage barley—sunflower and winter herbage—silage corn, were carried out from 2019 to 2020 in Wuzhong City, Ningxia. Based on meteorological data, field experiment data and socio-economic data, the utilization rate of climate resources and the frequency of agrometeorological disasters of various multiple cropping modes were analyzed to explore the climatic feasibility of large-scale extension of different multiple cropping models in the irrigated area of Yellow River in Ningxia. The results showed that the heat resources increased significantly, while the sunshine resources and precipitation resources did not change significantly during 1971 to 2020. The light energy utilization rate and light temperature resources utilization rate of the complex mode were 0.16% and 18.66% higher than the existing single mode, respectively. Combined with the guarantee rate of climate resources and the occurrence frequency of agrometeorological disasters (winter wheat/winter herbage overwintering freezing damage, dry hot air of wheat, low temperature freezing damage of rice, high temperature heat damage/lodging of silage corn), we got the scalability of six multiple cropping models in different regions: winter herbage—rice was suitable for promotion in Helan, Yinchuan, Litong District and Dawukou District, and could be tested in a small range in Huinong, Taole, Yongning, Zhongning, Pingluo and Qingtongxia; winter wheat—rice could be popularized in Litong District and planted in small areas in Qingtongxia, Zhongning, Yongning and Yinchuan; winter wheat—silage corn was suitable for promotion in Litong District, Qingtongxia and Zhongning, and Yongning and Yinchuan could use the model for the choice of “three-ripening system in two years”; spring wheat—forage barley, forage barley—sunflower and winter herbage—silage corn could be popularized in all irrigation area of Yellow River in Ningxia. Climate warming provides favorable conditions for multiple cropping in the irrigated area of Yellow River in Ningxia. The average utilization rate of light energy and light temperature resources of the existing single model is lower than that of the multi-cropping model. The frequency of agrometeorological disasters is different in different regions. Therefore, the multi-cropping model should be promoted according to local conditions to improve the utilization rate of climate resources and the output per unit area.
宁夏引黄灌区 / 复种 / 保证率 / 农业气象灾害 / 气候可行性 {{custom_keyword}} /
Ningxia Yellow River Irrigation Area / multiple cropping / guarantee rate / agrometeorological disasters / climatic feasibility {{custom_keyword}} /
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唐华俊, 吴文斌, 余强毅, 等. 农业土地系统研究及其关键科学问题[J]. 中国农业科学, 2015, 48(5):900-910.
如何科学合理利用土地是实现人类可持续发展的关键。随着人类对土地利用问题愈发关注,在“土地利用/土地覆盖变化”、“全球土地计划”等国际科学研究计划的推动下,“土地系统科学”的学科体系逐步形成,农业土地系统研究成为土地系统科学的热点方向之一。本文以全球土地计划与土地系统科学为指引,旨在明晰“农业土地系统”的概念,系统梳理农业土地系统研究的技术方法、内容对象以及关键科学问题,为进一步丰富和完善土地系统科学学科体系,推动全球变化、粮食安全及农业可持续研究提供参考。研究认为:第一,多维度格局探测与分析是农业土地系统研究的重要基础:农业土地系统不仅关注耕地与其他土地利用类型之间的相互转换特征、规律和过程,而且更为关注耕地内部多熟种植制度、农作物空间格局、利用集约度、综合生产能力等结构和功能的多维变化,因此,需要依靠多学科/数据的交汇、融合等手段来揭示农业土地系统的复杂特征;第二,多模型耦合的过程与机制解析是农业土地系统研究的核心内容:在明晰农业土地系统时空格局特征的基础上,通过建立土地系统格局与其影响因素之间的关系,并将这种关系在时间维度进行扩展,进而实现农业土地系统变化过程和机制的动态表达,目前,土地变化模型的建模手段已从传统单一的地理模型或经济模型研究转向模型耦合研究,以反映农业土地系统中“人类-环境”的复杂关系;第三,多内容的综合效应评估与调控是农业土地系统研究的关键任务:农业土地系统与全球变化、粮食安全及农业可持续发展等问题密切关联,农业土地系统时空格局探测、过程机制解析的最终目的在于通过协调农业土地系统与农业资源、环境和生态的相互关系,考虑不同系统之间的权衡优化关系,追求土地利用的最佳社会、经济和生态综合效益,以建立人地和谐、可持续的农业土地利用模式。解决农业土地系统研究的这些关键科学问题,将有力促进自然科学和社会科学的融合,推动土地系统科学及相关研究领域的发展。
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唐华俊, 吴文斌, 杨鹏, 等. 农作物空间格局遥感监测研究进展[J]. 中国农业科学, 2010, 43(14):2879-2888.
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吴文斌, 余强毅, 陆苗, 等. 耕地复种指数研究的关键科学问题[J]. 中国农业科学, 2018, 51(9):1681-1694.
在当前耕地外延式扩展难以满足、粮食单产提升难度加大的新形势下,提升耕地复种指数、走耕地内涵式集约利用模式,是确保未来我国粮食增产和国家粮食安全的重要途径。本文从农业土地系统科学视角出发,系统总结了耕地复种指数研究的总体研究框架和核心研究内容,全面梳理了国内外该领域的研究现状、进展及存在的问题。研究认为,第一,格局与过程探测是耕地复种指数研究的重要基础。不仅要关注耕地潜在或实际复种指数的数量、空间分布、区域差异及其时空变化过程,更要关注耕地复种指数的提升空间,科学描述可挖掘的复种潜力。第二,功能与效应分析是耕地复种指数研究的核心内容。现有研究多聚焦耕地复种指数提升对粮食产量增加的贡献作用,复种指数变化的生态环境效应研究以微观试验性研究为主;迫切需要建立综合效应分析框架,从不同的学科、视角和尺度揭示耕地复种指数对区域资源配置、社会经济和生态环境等的影响和反馈机制。第三,优化调控是耕地复种指数研究的关键任务。科学提出可持续挖掘和提升耕地复种潜力的策略,重点强化可持续性评估、障碍性因子分析和系统性优化调控等方面的研究,追求粮食安全、资源安全和生态安全的权衡协调,以建立人地和谐、可持续的农业土地利用模式。耕地复种本质上反映了复杂的“人-地”耦合关系,多数据、多尺度、多模型和多方法的综合研究将是未来耕地复种指数研究的重要发展方向,将会促进自然科学、工程科学和社会科学等多个学科门类的综合、交叉和集成研究。
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刘巽浩. 论我国耕地种植指数(复种)的潜力[J]. 作物杂志, 1997(3):1-3.
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李露, 杨玲, 廖允成, 等. 黄土高原半湿润区旱地一年两熟复种模式土壤水分效应[J]. 干旱地区农业研究, 2010, 28(4):145-151.
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杜桂娟, 曹敏建, 马凤江, 等. 沈阳地区3种新型复种模式物质生产及资源利用效率分析[J]. 干旱地区农业研究, 2012, 30(6):38-43,133.
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刘志辉, 潘高峰, 陈文, 等. 品种搭配对湖北省玉米-晚稻复种产量及资源效率的影响[J]. 作物学报, 2020, 46(12):1945-1957.
玉米-晚稻复种(M-R)能协同口粮与饲料用量生产, 近年来开始在长江中游地区发展, 其周年丰产高效技术还有待系统研究与完善, 而合理的前后季品种搭配是发挥玉-稻产量潜力的重要基础。因此, 本研究选取不同的玉米与晚稻品种, 于2015年与2017年在湖北省不同区域观测了不同品种搭配模式产量表现与资源利用效率。结果表明, 不同热量条件下品种搭配模式对M-R周年产量与资源生产效率影响显著。积温较多时以中熟玉米搭配晚籼稻品种周年产量与光、热、水资源效率具有明显优势; 反之则以早熟玉米品种搭配晚籼稻产量与资源生产效率较高。各品种搭配模式对周年有效积温(GDD<sub>≥10°C</sub>)的利用率可达95.6%~100.0%, 且前后季积温分配比值(TR)与M-R周年相对产量呈显著的非线性关系; 当GDD<sub>≥10°C</sub>利用率为97.0%~98.5%且TR为1.06~1.08时, M-R可获得较高的周年产量。因此, 可依据当地的热量资源条件及合理TR比值, 进行玉米、晚稻品种选择搭配。据此, 湖北省南部积温较高的区域宜选择生育期125 d以内的高产玉米品种与全生育期140 d以内的晚稻品种进行搭配; 而在积温相对偏少的中北部区域, 宜选择生育期120 d以内的高产玉米品种与全生育期130 d以内的晚稻品种进行搭配。
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杨滨娟, 孙丹平, 张颖睿, 等. 长江中游地区水旱复种轮作模式资源利用率比较研究[J]. 中国生态农业学报, 2018, 26(8):1197-1205.
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丁明军, 陈倩, 辛良杰, 等. 1999—2013年中国耕地复种指数的时空演变格局[J]. 地理学报, 2015, 70(7):1080-1090.
耕地复种是中国普遍的农业种植制度,对保障国家粮食安全和促进农村经济发展十分必要。本文基于1999-2013年1 km×1 km旬SPOT-NDVI数据和3期耕地数据,利用S-G (Savitzky-Golay)滤波方法,重建了农作物生长NDVI曲线;基于二次差分算法及相关阈值限定,提取了各时相复种指数;分析了1999-2013年中国耕地复种指数的时空变化过程。结果表明:① 中国耕地复种指数从北到南逐渐增加,其中种植制度上43.48%的耕地实行一年一熟,56.39%的耕地实行一年两熟,仅有0.13%的耕地实行一年三熟。② 1999-2013年间,中国耕地复种指数整体上呈现显著上升趋势,年均增加约为1.29%(P < 0.001);但空间差异明显,复种指数显著降低(P < 0.1)的耕地仅占全国耕地的2.12%,主要分布在河北、北京、天津交界地区,安徽中部,四川的成都平原,江西的鄱阳湖平原,湖南的北部和南部以及广西的中部;16.40%的耕地复种指数显著上升(P < 0.1),主要分布在甘肃的东部,陕西的渭河平原,山西的西部,河北、山东和天津交界处,山东的山东半岛和湖北的江汉平原。③ 耕地复种指数年际变化率与地形起伏和经济发展水平具有较好的相关关系:起伏度增强,复种指数上升;经济发展水平提高,复种指数降低。
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