DOI:https://doi.org/10.1016/j.agwat.2024.109122
主要内容:
地下水在调节气象干旱(MD)向农业干旱(AD)转变过程中起着关键作用,但其在作物生长过程中的具体影响尚不清楚。本研究利用Aquacrop模型模拟了冬小麦和夏玉米在情景1(地下水位1 m深度)、情景2(地下水位2 m深度)、情景3(地下水位3 m深度)和情景4(地下水位4 m深度)4种情景下的日有效根区土壤湿度和年产量。基于模拟数据,计算了4种情景下干旱事件的传播概率、传播时间(PT)、转换率和干旱特征变化,揭示了地下水位对气象干旱向农业干旱传播的具体影响。
主要结论:
结果表明:(1)干旱传播的概率随地下水位下降或MD严重程度的增加而增大。值得注意的是,地下水位从1 m下降到2 m,干旱传播概率显著上升,冬小麦和夏玉米的传播概率平均分别上升114.0 %和118.9 %。(2)地下水位每下降1 m,旱灾发生时间缩短2—4 d。当旱灾严重程度由重度加剧到极度加剧时,夏玉米和冬小麦物候期平均分别缩短8 d和10 d。两种作物在出苗、灌浆和成熟期均表现出较短的旱灾发生时间,在分蘖和抽穗期则表现出较长的旱灾发生时间。(3)总体而言,地下水位下降加速了干旱事件的转化速度,尤其在低地下水位时,干旱事件的持续时间更长、强度更大。(4)淮北平原冬小麦和夏玉米的最适地下水位分别约为1 m和2 m。这些研究结果为增强淮北平原的抗旱能力、优化灌溉和地下水管理提供了宝贵的见解。
主要图表:
图3.研究流程图。
图4. 1988 —2017年四种情景下冬小麦生长季SWDI。
图5. 1989 —2018年四种情景下夏玉米生长季的SWDI。
图 6.四种情景下作物生长期干旱传播的概率。k 表示 SPEI 的累积时间尺度(以天为单位)。红色表示观察到 MD 干旱时的传播概率(即 SPEI<-1),而蓝色、橙色和绿色分别表示中度(即 −1.5 < SPEI ≤ 1.0)、严重(即 −2.0 < SPEI ≤ 1.5)和极端(即 SPEI<-2)MD 严重程度。
图7.四种情景下不同干旱程度下作物生长期干旱蔓延时间。S-1、S-2、S-3和S-4分别表示情景1、情景2、情景3和情景4。
图8.四种情景下不同干旱程度下作物各物候期干旱蔓延时间。S-1、S-2、S-3和S-4分别表示情景1、情景2、情景3和情景4。
图9.三种情景下冬小麦和夏玉米出苗、分蘖、抽穗、灌浆和成熟期的翻译速率,“总计”代表从出苗到成熟的整个作物生育期。S-2、S-3和S-4分别表示情景2、情景3和情景4。
图10 .三种情景下重叠MD和AD的干旱持续时间和严重程度。为简单起见,干旱严重程度以正值表示,即干旱严重程度值300等于-300。
图11.四种情景下1989—2018年冬小麦产量模拟结果。
图13.干旱传播概率分布。
图14.情景3下冬小麦全生育期干旱蔓延概率图。
图15.基于2012–2018年观测数据的地下水埋深与干旱蔓延时间的关系。
图16.作物不同生育期气象因子与根系生长特征。(a)、(c)代表冬小麦,(b)、(d)代表夏玉米。气象因子包括TEM(平均气温)、SSD(平均日照时数)、WIN(平均风速)、RHU(平均相对湿度)、ETc(作物需水量)。