李 鵬1,王 歡1,毛曉宇1,馮前進(jìn)1,李 琦1,王 愷1,高 超

(1.河南省駐馬店水文水資源勘測局,河南 駐馬店450003;2.寧波大學(xué) 地理與空間信息技術(shù)系,浙江 寧波 315000)

氣候變化已成為目前科學(xué)界普遍關(guān)注的環(huán)境問題之一,氣候變化會對生態(tài)系統(tǒng)和社會經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生災(zāi)難性影響,農(nóng)業(yè)是受氣候變化影響最脆弱的行業(yè)之一[1-3]。我國是世界上季風(fēng)氣候最顯著的國家之一,氣候復(fù)雜多樣,加上地形復(fù)雜,地勢高低懸殊,加劇了我國氣候復(fù)雜的多樣性,是世界上主要的“氣候脆弱區(qū)”之一。我國農(nóng)業(yè)的主要?dú)庀鬄?zāi)害分析表明,干旱災(zāi)害是對農(nóng)作物產(chǎn)量影響最大、分布區(qū)域最廣、發(fā)生最頻繁的氣象災(zāi)害。1990—2016年,我國平均每年干旱受災(zāi)面積約為1935萬hm2,直接經(jīng)濟(jì)損失約553.68億元。小麥?zhǔn)侨蠊任镏?是我國北方地區(qū)種植面積最廣的主要糧食作物,在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中占有重要地位。冬小麥生長受影響的主要原因是農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害,也是一直困擾小麥生產(chǎn)的重要問題。因此,深入研究氣候變化背景下冬小麥干旱形成機(jī)制等問題,對冬小麥生產(chǎn)的防災(zāi)減災(zāi)等具有重要的指導(dǎo)意義和理論價(jià)值[3]。

冬小麥干旱災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)形成過程的研究需深化。冬小麥干旱是由降水不足或異常減少引起水分供需矛盾,主要受地表溫度、蒸散發(fā)、土壤特性和作物的生理或生態(tài)特性的綜合影響[4]。在時(shí)間尺度上,冬小麥干旱災(zāi)害是逐漸發(fā)展而最終成災(zāi)的,發(fā)生非常緩慢,不易察覺,災(zāi)前無明顯征兆,需要精準(zhǔn)刻畫其孕育、形成和發(fā)展的時(shí)間軸線。在空間尺度上,其形成原因和空間分布特征復(fù)雜,與眾多的自然環(huán)境因素,如氣象條件、水文條件、冬小麥生長條件、地貌、地質(zhì)等下墊面因素有關(guān),需要詳盡推演其空間格局。冬小麥干旱缺水的原因雖然多而復(fù)雜,但歸納起來則不外乎氣象、地形、農(nóng)業(yè)生物和人類活動四個方面[5]。冬小麥干旱的實(shí)質(zhì)是由于水資源時(shí)間和空間分布不匹配,造成下墊面上種植的冬小麥生長需水量與水資源供給量的不平衡所致[6,7]。

1 冬小麥干旱災(zāi)害時(shí)空特征研究

冬小麥干旱判別指標(biāo):國際上,干旱一般被分為氣象干旱、農(nóng)業(yè)干旱、水文干旱和社會經(jīng)濟(jì)干旱四種類型。氣象干旱的發(fā)展和結(jié)束速度相對較快,是造成其他三種干旱的根本原因。冬小麥等農(nóng)業(yè)干旱發(fā)生與否由氣象干旱發(fā)生的地點(diǎn)、時(shí)間和種植結(jié)構(gòu)決定[8]。對冬小麥干旱判別的指標(biāo)有四大類:①氣象指標(biāo)。如降水距平百分率、Z指數(shù)、Palmer干旱指數(shù)(PDSI)、標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù)(SPI)、標(biāo)準(zhǔn)化降水蒸散指數(shù)(SPEI)、Bhalme-Mooley干旱指標(biāo)(BMDI)等[9,10]。②土壤墑情指標(biāo)。如土壤相對濕度指標(biāo)、土壤區(qū)域綜合相對濕潤指數(shù)等[11]。③生理生態(tài)指標(biāo)。如葉水勢指標(biāo)、作物水分脅迫指數(shù)(CWSI)、水分虧缺指數(shù)(WDI)、氣孔導(dǎo)度指標(biāo)、光合速率指標(biāo)和蒸騰速率指標(biāo)等表征方法[12]。④綜合性指標(biāo)。在考慮有效供水量和作物實(shí)際需水量等因素基礎(chǔ)上,構(gòu)建的反映農(nóng)作物旱澇狀況的指標(biāo),如從作物水量供需平衡角度,選擇有效供水量、作物需水量、地下水利用量指標(biāo)綜合評估干旱的形成和發(fā)展[13]。

冬小麥干旱時(shí)空過程研究:對時(shí)空過程的研究主要包括冬小麥干旱發(fā)生頻率、強(qiáng)度和空間分布等方面。微觀尺度上,以田間試驗(yàn)或單個氣象站點(diǎn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),從農(nóng)作物水分供需平衡原理出發(fā),構(gòu)建冬小麥全生長階段和關(guān)鍵發(fā)育階段的旱澇指數(shù),或構(gòu)建單點(diǎn)作物模型,研究干旱發(fā)生時(shí)間的變遷過程等[14];宏觀尺度上,以多個氣象站點(diǎn)或行政區(qū)劃單元內(nèi)的降水、溫度數(shù)據(jù)等為依托,借助不同的數(shù)學(xué)模型來模擬月尺度及其以上時(shí)間尺度的干旱過程,其空間分辨率較低,多數(shù)以區(qū)域性的干旱趨勢分析和等級劃分等研究為主[15]。 冬小麥干旱時(shí)空過程研究新方向?yàn)?由于冬小麥干旱表現(xiàn)為連續(xù)、復(fù)雜的綜合現(xiàn)象,在較短時(shí)間尺度上干旱表現(xiàn)特征在農(nóng)作物方面難以察覺而被忽視,因此需要相對實(shí)時(shí)的干旱評估來判斷農(nóng)作物旱情。利用遙感技術(shù)可通過大尺度空間參數(shù)反演,得出農(nóng)作物蒸散量、產(chǎn)量和水分生產(chǎn)力等[16]。因此,可嘗試結(jié)合遙感、地理信息系統(tǒng)和能量平衡模型方法,對冬小麥干旱形成過程及其演化等開展研究[17]。

2 冬小麥生長需水量研究

作物需水量概念:作物需水量一般是指在較適宜的土壤水分和肥力條件下,作物通過正常生長發(fā)育,獲得在高產(chǎn)狀態(tài)下的植株蒸騰、棵間蒸發(fā)和構(gòu)成植株體的水量之和[18]。在冬小麥生長用水方面,冬小麥需水量是最主要的消耗部分,不但受地形、土壤特性等下墊面因素和氣象因素等影響,而且隨著作物的發(fā)育狀況表現(xiàn)出較大差異[19]。

作物需水量測算方法:國內(nèi)外對冬小麥需水量的研究較多,可以分為:①田間試驗(yàn)方法。主要有土壤水量平衡法和微氣象學(xué)法兩類[20]。土壤水量平衡法的原理是依據(jù)水量平衡,在計(jì)算固定時(shí)間內(nèi)田間作物降水量、土壤儲水量差值、灌溉水量、地下水補(bǔ)給量、地面徑流量、土壤水分滲漏量的基礎(chǔ)上,依據(jù)水量平衡公式計(jì)算得出作物一段時(shí)間內(nèi)的蒸發(fā)蒸騰量作為需水量;微氣象學(xué)法主要包括空氣動力學(xué)、渦度相關(guān)和能量平衡—空氣動力學(xué)阻抗綜合法等,該方法是將水分、田間管理、氣候條件等多種因素排列組合在一起,既耗時(shí)費(fèi)力,又無法同時(shí)完成,且田間試驗(yàn)結(jié)果在拓展應(yīng)用中的風(fēng)險(xiǎn)較大,難以從區(qū)域尺度上升到空間尺度[21]。②經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算法。主要分為直接計(jì)算法和間接計(jì)算法。直接計(jì)算法是依據(jù)主要的氣象因子與作物需水量的經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算;間接計(jì)算法是通過參考作物需水與作物系數(shù)進(jìn)行作物需水量計(jì)算。作物需水量的計(jì)算最常用的方法是通過計(jì)算參考作物蒸發(fā)蒸騰量,如Priestley-Taylor法、Blaney-Criddle法、FAO56 Penman-Montieth法等。其中,FAO56 Penman-Montieth是聯(lián)合國糧農(nóng)組織(FAO)推薦的標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算方法,具有計(jì)算精度較高、物理學(xué)基礎(chǔ)嚴(yán)密等特點(diǎn)[22]。③作物模型模擬方法。作物模型模擬方法是以作物生理生態(tài)原理為基礎(chǔ)[23],用以定量描述“氣候—土壤—冬小麥”系統(tǒng)中光照、溫度、水分等狀況對作物生長發(fā)育的影響,核心是量化整個作物生產(chǎn)系統(tǒng)知識的綜合和生理生態(tài)過程及其相互關(guān)系[24]。

冬小麥作物需水量研究內(nèi)容:人們對冬小麥生長需水量的研究主要集中在:①冬小麥作物需水量規(guī)律研究,主要是關(guān)注田間試驗(yàn)下生長階段、水分狀況與冬小麥產(chǎn)量之間關(guān)系的研究,為合理的灌溉計(jì)劃等做基礎(chǔ)支撐[25,26]。②冬小麥需水量空間分布特征多采用繪制區(qū)域冬小麥需水量等直線分布圖的方法,但多數(shù)研究基于氣象觀測站點(diǎn)計(jì)算單個站點(diǎn)代表的地區(qū)冬小麥需水量,再借助ArcGIS空間分析工具中的反距離權(quán)重法(IDW)或克里金(Kriging)等插值法[27,28]簡單地由站點(diǎn)數(shù)據(jù)插值轉(zhuǎn)換為區(qū)域數(shù)據(jù)。需水量由微觀尺度的點(diǎn)數(shù)據(jù)擴(kuò)展到區(qū)域宏觀尺度的方法尚有改進(jìn)空間,同時(shí)對下墊面因素的考慮也可進(jìn)一步細(xì)化。

冬小麥作物需水量研究新視角:冬小麥需水研究方法一般是假定下墊面為均勻狀態(tài),但在區(qū)域需水量估算中,由于地形起伏或是裸地作物混存,大多冬小麥耕種的下墊面很少呈均勻狀態(tài)。同時(shí),冬小麥需水是一個涉及氣象、水文、土壤等眾多方面的復(fù)雜系統(tǒng),因此區(qū)域尺度冬小麥需水量估算不宜僅采用田間尺度作物需水量的計(jì)算方法[29]。

國內(nèi)外對利用遙感技術(shù)估算區(qū)域作物蒸散發(fā)和需水的研究主要有:①在地表熱量平衡方程的基礎(chǔ)上,利用遙感數(shù)據(jù)獲取土壤熱通量和感熱通量、地表熱量平衡方程中的凈輻射等相關(guān)參數(shù)[30-32];②以Penman-Monteith等蒸發(fā)量估算公式為基礎(chǔ),結(jié)合地表熱量平衡方程,直接估算出蒸散量[33]。在區(qū)域作物需水研究中,遙感技術(shù)具有其他手段無法比擬的優(yōu)勢。隨著地理信息系統(tǒng)的飛速發(fā)展,利用GIS技術(shù)的空間分析功能和DEM數(shù)據(jù),開發(fā)基于柵格數(shù)據(jù)庫和尺度先驗(yàn)知識的分布式估算模型,可用于處理作物需水量的空間分布不均勻性。區(qū)域尺度空間遙感技術(shù)突破了因下墊面幾何結(jié)構(gòu)和物理屬性的水平非均勻性而難以將“點(diǎn)”上觀測成果應(yīng)用到“面”上的局限,避免了傳統(tǒng)水量平衡方法在時(shí)間分辨率上的缺陷,因此區(qū)域尺度遙感技術(shù)將為今后區(qū)域尺度作物需水量的研究提供新方法、新思路[34]。

3 冬小麥生長有效降水量研究

有效降水量概念:有效降水量是指作物生長期內(nèi)降水量去除徑流量、作物截留量等,實(shí)際補(bǔ)充到根層土壤中的凈水量,即總降水量中的有效部分[35]。有效降水量受多種因素的影響,地形地貌、土壤特性、作物種類、農(nóng)業(yè)耕作管理措施等因素都會直接或間接地影響有效降水量的大小[36]。

有效降水量估算方法:①田間儀器直接測定法。蒸滲儀是研究生態(tài)系統(tǒng)中水分平衡及其相關(guān)參數(shù)的一個重要方法,主要通過土壤稱重系統(tǒng)、監(jiān)測系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)來研究柱狀土壤中水分運(yùn)移、水分平衡等相關(guān)的影響因素。蒸滲儀測定法是目前精確研究有效降水量最有效、最直接的方法之一,但蒸滲儀測定僅局限于定點(diǎn)監(jiān)測,無法實(shí)現(xiàn)對大面積土壤的實(shí)時(shí)動態(tài)監(jiān)測[26]。②經(jīng)驗(yàn)公式法。該法常在生產(chǎn)實(shí)踐中使用有效利用系數(shù)來計(jì)算有效降水量,稱為有效利用系數(shù)法,如Hershfield諾模圖計(jì)算模式[37]和USDA-SCS計(jì)算模式等[38]。③水量平衡法。水量平衡法是眾多學(xué)者研究的熱點(diǎn)之一[39]。土壤水量平衡方法能描述確定地區(qū)有效降水量特征,同時(shí)考慮了所有必要的水量平衡項(xiàng),如降水、徑流、入滲、蒸散和深層滲漏。該模型以自然規(guī)律為基礎(chǔ),以天或周為時(shí)間步長,精確模擬實(shí)際土壤水分和氣候條件的動態(tài)特性,適用于不同的土壤條件和氣候。

冬小麥有效降水量研究內(nèi)容:對冬小麥有效降水量的研究主要集中在:①改進(jìn)冬小麥有效降水量估算方法,嘗試改進(jìn)有效降水量的計(jì)算模式[39]。②冬小麥各生育階段生長期的有效降水量變化特征,計(jì)算冬小麥不同生育階段有效降水量并分析其空間分布特征等,為提高降水利用率,制定科學(xué)灌溉決策方案提供支撐[40-42]。

冬小麥有效降水量研究新方向:冬小麥有效降水量研究主要從生態(tài)效應(yīng)的角度出發(fā),而有效降水量的本質(zhì)是降水落到地面進(jìn)入土壤后,再通過土壤水分間接被冬小麥利用或?qū)ζ渌鷳B(tài)環(huán)節(jié)產(chǎn)生影響。因此,從土壤水分遷移和轉(zhuǎn)化的角度去研究有效降水能更好地理解這一概念。有效降水量等于總降水量減去徑流量、蒸發(fā)量和深層滲漏量,保留在根區(qū)并能供植物利用,因此在計(jì)算有效降水量時(shí)需要考慮地形、巖性、土壤的影響。當(dāng)前多數(shù)地區(qū)采用當(dāng)?shù)氐慕?jīng)驗(yàn)公式,存在機(jī)理性缺乏,難于應(yīng)用到其他地區(qū)。新的發(fā)展方向是在分析多種模型結(jié)果的基礎(chǔ)上,把研究成果轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)形式,或通過在冬小麥生產(chǎn)過程中對復(fù)雜的地形和下墊面條件等環(huán)境變量進(jìn)行相關(guān)分析,構(gòu)建作物生育期有效降水量的優(yōu)化模型及其與復(fù)雜下墊面因素如地形地貌和土壤特性等關(guān)系的多元地理空間模型,從區(qū)域尺度出發(fā)研究有效降水量的空間格局演化等[42]。

4 冬小麥干旱過程的缺水環(huán)節(jié)和干旱形成機(jī)制

冬小麥缺水量概念:干旱缺水是限制冬小麥生產(chǎn)的主要因素。冬小麥需水量和有效降水量的差值為冬小麥缺水量[41]。為了緩解干旱給予冬小麥的灌溉措施等即是為彌補(bǔ)此部分的缺水量,研究缺水量的時(shí)空分布可為合理的灌溉提供科學(xué)依據(jù),而若能精準(zhǔn)預(yù)估缺水量空間分布格局,對制定合理的節(jié)水灌溉制度和提高農(nóng)田水分利用效率具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

冬小麥缺水量研究內(nèi)容:①影響缺水量的因子分析。研究氣象、地形等因子與冬小麥需水量和缺水量之間關(guān)系,分析影響缺水量的主導(dǎo)因子等[7]。②缺水量對冬小麥生長的影響。分析不同缺水量對冬小麥葉面積和莖稈直徑等生理指標(biāo)的影響等方面[43]。③缺水量空間分布模型研究。以水量平衡方程為基礎(chǔ),從冬小麥生產(chǎn)過程的有效降水量和作物需水量角度進(jìn)行分析,構(gòu)建空間分布模型;利用ENWATBAL模型[44]或作物生長模型DS-SAT和AquaCrop等[45]模型等對冬小麥耗水規(guī)律、缺水量進(jìn)行時(shí)空分布模擬,分析干旱形成機(jī)制,為灌區(qū)的合理灌溉提供理論依據(jù)[46]。

冬小麥缺水環(huán)節(jié)和干旱形成機(jī)制研究:冬小麥干旱的發(fā)生強(qiáng)度、持續(xù)時(shí)間與氣象、地形、土壤植被等下墊面因素密切相關(guān),水分在這些因素之間遷移和轉(zhuǎn)化,任何一個環(huán)節(jié)不暢都會影響冬小麥干旱的形成和發(fā)展,此類水分遷移不暢的環(huán)節(jié)稱為冬小麥干旱缺水環(huán)節(jié)。對缺水環(huán)節(jié)和干旱形成機(jī)制的研究主要有:①從農(nóng)作物的水分供需變化規(guī)律著手,從宏觀上的流域或行政區(qū)劃邊界角度出發(fā),在對氣象站點(diǎn)觀測數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)上,選定能反映農(nóng)作物旱情、旱象的干旱指標(biāo),研究冬小麥缺水過程等問題[41]。②從冬小麥干旱脅迫的適應(yīng)性和田間試驗(yàn)角度,研究土壤缺水導(dǎo)致的干旱脅迫對冬小麥生理生化系統(tǒng)的影響,側(cè)重冬小麥作物生理特性適應(yīng)干旱并增強(qiáng)土壤水分利用效率的研究等[47]。③從小麥抗旱對策角度,從冬小麥耕作制度角度出發(fā),研究冬小麥干旱形成過程中涉及到的土壤前期底墑、植被涵養(yǎng)水源、徑流補(bǔ)給、調(diào)節(jié)土壤水分狀況、冬小麥地膜覆蓋保墑等環(huán)節(jié),探討影響干旱形成因素,提出干旱缺水地區(qū)冬小麥生產(chǎn)的科學(xué)合理灌溉模式[48]。

綜上所述,冬小麥缺水環(huán)節(jié)和干旱形成機(jī)制的研究目前較多的是從田間試驗(yàn)等微觀尺度或從流域、行政區(qū)等宏觀尺度出發(fā),缺乏基于格網(wǎng)化的研究,以及同時(shí)考慮復(fù)雜下墊面因素介于微觀和宏觀尺度之間的研究。

5 冬小麥干旱災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)研究

冬小麥干旱災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評估的主要內(nèi)容(圖1):①致災(zāi)因子的危險(xiǎn)性評估。主要包括在不同孕災(zāi)環(huán)境中的致災(zāi)因子引發(fā)的災(zāi)害種類,致災(zāi)因子的時(shí)空分布、頻率、強(qiáng)度、持續(xù)時(shí)間、作用周期、致災(zāi)因子等級及其概率等[49]。②承災(zāi)體脆弱性或易損性評估。針對冬小麥生產(chǎn)對氣候變化的敏感性與脆弱性研究,不但探究農(nóng)業(yè)生產(chǎn)面臨的氣候變異風(fēng)險(xiǎn)和氣候變化的響應(yīng),而且研究減緩氣候變化對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的負(fù)面影響、開展適應(yīng)行動等[50]。③災(zāi)情期望損失評估和災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)綜合評估。干旱對冬小麥產(chǎn)量影響的風(fēng)險(xiǎn)評估較復(fù)雜,目前多為冬小麥產(chǎn)量的風(fēng)險(xiǎn)評估或生產(chǎn)潛力的冬小麥風(fēng)險(xiǎn)評估[51]。

圖1 冬小麥干旱機(jī)制辨析與災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)研究關(guān)系

冬小麥干旱災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評估方法:①指標(biāo)綜合評估方法。以指標(biāo)為核心,側(cè)重于災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)的選取、優(yōu)化以及權(quán)重的計(jì)算,干旱災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)系統(tǒng)分為危險(xiǎn)性、暴露性、災(zāi)損敏感性、抗旱能力四個子系統(tǒng),建立冬小麥干旱災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評估指標(biāo)體系[52]。②數(shù)據(jù)概率評估方法。以歷史災(zāi)害和災(zāi)損數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),借助數(shù)學(xué)模型對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析和災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評估[53]。③情景模擬評估方法。綜合遙感、地理信息技術(shù)和數(shù)值模式等復(fù)雜系統(tǒng)仿真建模手段,模擬未來情景可能發(fā)生的災(zāi)害過程,實(shí)現(xiàn)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的可視化表達(dá),對冬小麥干旱風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行動態(tài)評估[54]。

冬小麥干旱災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評估研究展望:氣候變化對冬小麥干旱的影響主要表現(xiàn)在致災(zāi)因子的變化和干旱形成的各個環(huán)節(jié),同時(shí)對冬小麥干旱災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的致災(zāi)因子、孕災(zāi)環(huán)境、承災(zāi)體和防災(zāi)、減災(zāi)能力等多個因素也會產(chǎn)生一定影響。在氣候變化背景下,應(yīng)對冬小麥干旱災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的研究已成為災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)管理新的方向[55]。揭示氣候變化背景下冬小麥干旱災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)時(shí)空變化特征及其規(guī)律性,開展冬小麥干旱災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)變化評估研究將成為未來的研究熱點(diǎn)。

6 研究述評

就冬小麥干旱缺水環(huán)節(jié)和形成機(jī)制而言,相關(guān)學(xué)者已開展大量研究工作,但仍有一定的提升空間,在研究方法上主要有:①以田間試驗(yàn)為基礎(chǔ)進(jìn)行冬小麥生理特征角度的干旱微觀尺度研究。②以不考慮下墊面影響的區(qū)域統(tǒng)計(jì)方法的冬小麥干旱宏觀尺度研究。但兩者之間不能相互結(jié)合,田間試驗(yàn)和區(qū)域統(tǒng)計(jì)模型研究是互為補(bǔ)充的關(guān)系,可嘗試綜合考慮復(fù)雜下墊面地理要素的中觀尺度與上述兩種研究方法。③研究內(nèi)容上,冬小麥干旱缺水量準(zhǔn)確估算、缺水環(huán)節(jié)查找和干旱形成機(jī)理分析等有待深化。以往研究多建立在田間試驗(yàn)或區(qū)域性氣象站點(diǎn)數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)上,對冬小麥干旱缺水環(huán)節(jié)預(yù)測不準(zhǔn)確。從宏觀上分析某個流域或行政區(qū)冬小麥干旱發(fā)生的可能性,不能具體定位哪些位置可能發(fā)生干旱,同時(shí)對冬小麥需水量的精確測算、有效降水量的確定等尚有改進(jìn)空間,對冬小麥干旱的形成機(jī)制也需要進(jìn)一步深入探討。

開展冬小麥干旱機(jī)制研究具有較好的理論和實(shí)踐研究意義:①從理論上豐富冬小麥干旱機(jī)制研究內(nèi)容。綜合考慮復(fù)雜下墊面因素(地形地貌和土壤特性等)對冬小麥干旱的影響,嘗試細(xì)化冬小麥干旱形成的時(shí)間變遷和空間格局演化過程,分析復(fù)雜下墊面條件下格網(wǎng)尺度的冬小麥缺水環(huán)節(jié)和干旱形成機(jī)制,探索在連接點(diǎn)尺度上田間試驗(yàn)的干旱機(jī)理研究與面尺度上區(qū)域宏觀的干旱分析研究,可為農(nóng)業(yè)干旱研究提供新的思路和研究角度,為豐富農(nóng)業(yè)干旱研究等提供支撐。②從實(shí)踐上加強(qiáng)冬小麥防災(zāi)減災(zāi)能力建設(shè)。從冬小麥干旱的缺水環(huán)節(jié)出發(fā),構(gòu)建格網(wǎng)尺度的冬小麥干旱評估模型,可精確評估干旱的時(shí)空分布特征,為合理灌溉等提供技術(shù)支撐;同時(shí),結(jié)合氣候變化預(yù)估數(shù)據(jù),評估不同氣候變化情景下冬小麥干旱災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn),可為建立冬小麥干旱預(yù)警、積極應(yīng)對氣候變化、減輕氣象災(zāi)害帶來的損失和提高流域防災(zāi)減災(zāi)能力提供科學(xué)支撐。

7 研究展望

為進(jìn)一步開展冬小麥干旱研究,特別是冬小麥干旱形成機(jī)制研究,亟需要加強(qiáng)的科學(xué)問題是:①如何細(xì)化需水量和有效降水量的空間格局研究？在當(dāng)前的研究中,冬小麥需水量和有效降水量研究多數(shù)是基于微觀尺度上的田間觀測或宏觀尺度上的經(jīng)驗(yàn)公式估算,較少開展冬小麥需水量和有效降水量的空間格局特征研究,尤其是缺乏結(jié)合格網(wǎng)化下墊面因素的中觀尺度分析。以田間試驗(yàn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),綜合考慮氣候、地形地貌、土壤特性、植被等格網(wǎng)化的下墊面因素,研究中觀尺度的冬小麥需水量、有效降水量的新模式,同時(shí)借助格網(wǎng)概念,嘗試將冬小麥干旱精準(zhǔn)定位在空間格網(wǎng)上,為冬小麥干旱防災(zāi)減災(zāi)等提供技術(shù)支撐。②如何確定冬小麥干旱的缺水環(huán)節(jié),干旱機(jī)制如何？干旱是冬小麥生長所需水分在時(shí)間和空間上沒有及時(shí)補(bǔ)給,水供給和分配環(huán)節(jié)出了問題。缺水是相對于作物的需水而言,作物缺水量即為有效降水量和需水量的差值。從農(nóng)作物的水分供需變化規(guī)律著手,通過田間試驗(yàn)和對下墊面因素分析,從“氣候—土壤—冬小麥”系統(tǒng)角度出發(fā)構(gòu)建缺水量空間分布模型,對冬小麥缺水量進(jìn)行深入研究并探討冬小麥的干旱形成機(jī)制。結(jié)合氣候模式數(shù)據(jù),開展不同氣候變化情景下的冬小麥需水量和缺水量的時(shí)空變異與模擬預(yù)測研究,分析未來氣候變化背景下中觀尺度冬小麥干旱與氣象因子等的關(guān)系,識別冬小麥干旱的時(shí)空演變特征,研判冬小麥的干旱風(fēng)險(xiǎn),為保障冬小麥生產(chǎn)提供理論依據(jù)。