华北春旱

科技工作者之家 2020-11-17

华北春旱是指华北地区春季的干旱。原因是华北地区春季气温回升快,蒸发较强 ;夏季风弱,雨季未到,降水较少;春耕需水量大,但雨季未到,地下水位低。

概念华北春旱原因分为以下几类:(1)从雨带移动规律看,春季雨带还在华南地区,正在逐步北进,而华北尚未进入雨季;(2)华北地区是典型的季风气候,春季增温快,蒸发量较大;(3)华北地区春季正值春耕,对水需求量大;(4)其他因素:华北人口众多,工农业发达,用水量大,污染较严重。

从自然和社会两方面来考虑:

(1)自然:1.北方地区由于受单一气流(冷气流)的影响,加之,气温的迅速上升,蒸发加剧,而形成了春旱天气;2.多大风,加速水分蒸发;3.主要仍受西北风影响,东南风带来得水汽少,降水少;4.河流刚结束枯水期,径流量小。

(2)社会:1.农作物进入生长期,需水量大,农业用水增加;2.工业生产和生活用水量增加,造成水资源短缺。

华北平原春旱原因及治理措施华北平原(North China Plain)是中国三大平原之一,又称黄淮海平原,是中国东部大平原的重要组成部分,部分在渤海—华北盆地。位于北纬32°~40°,东经114°~121°。北抵燕山南麓,南达大别山北侧,西倚太行山一伏牛山,东临渤海和黄海,跨越京、津、冀、鲁、豫、皖、苏7省市,面积30万平方千米。平原地势平坦,河湖众多,交通便利,经济发达,自古即为中国政治、经济、文化中心,平原人口和耕地面积约占中国的1/5。

华北平原是华北陆台上的新生代断陷区。晚第三纪和第四纪时期,形成连片的大平原,与此同时平原边缘断块山地相对隆起,大平原轮廓日趋鲜明。新生代相对下沉,接受了较厚的沉积,局部沉积竟达千米。

华北平原海拔多不及百米,地势平缓倾斜。由山麓向滨海顺序出现洪积倾斜平原、洪积一冲积扇形平原、冲积平原、冲积一湖积平原、海积一冲积平原、海积平原等地貌类型。黄河、淮河、海河、滦河等河流所塑造的地貌构成了华北平原的主体,即黄河冲积扇平原;淮河中下游平原;海河中下游平原;滦河下游冲积扇平原。

黄河在孟津以下形成了巨大的冲积扇,扇缘向东直逼鲁西南山地丘陵的西侧。黄河冲积扇的中轴部位淤积较高,成为华北平原上的“分水脊”,并将淮河、海河两大水系分隔南北。黄河冲积扇上尚保留有决口改道所遗留的大量沙岗、洼地、故道等地形。在黄河冲积扇前缘与鲁西南山地之间分布。

干旱的分析方法:干旱的分析一般需要注意从两个方面进行,一是水的来源减少,比如降水减少;融雪减少等;二是水的去向增加,比如蒸发增加,工农业用水增加等。

华北平原春旱的自然原因是:①春季锋面雨带还没有到达,降水少; ②春季气温回升快,蒸发量大; ③春季农业用水增加。

治理措施:合理提取地下水;修建水库等水利工程;跨流域调水;人工增雨,海水淡化;发展节水农业;工业用水循环利用;提高公民的节水意识。1

华北春旱年型对冬小麦影响的模拟试验应用科学问题的提出华北地区是我国主要产麦区,小麦产量占全国总产量的近一半,因此华北地区小麦产量的高低对全国农业生产具有举足轻重的影响。本区年降水量70%以上集中在夏季,春季(3月—5月)降水量占年降水量不足20%,不仅量少,变率大,而且干旱常在冬小麦需水关键期,特别是4、5月份,缺水量占全生育期的2/3左右。华北地区农业用水缺口很大,平水年缺水39×108以上,估计到2000年平水年农业缺水仍在30×108以上;春旱形势十分严峻。从适水种植角度看不适宜冬小麦大面积种植,但从本区小麦产量对农业影响的重要地位看,还必须大面积种植,而且还要高产稳产。因此,春季干旱将严重困扰本区的冬小麦生产。这里就提出了一个十分重要的应用科学问题:如何定量、科学地诊断和评价不同春旱程度对冬小麦生长发育和产量的影响。本试验利用中国气象局农业气象试验基地周围的保定、涿州、霸州、任邱、廊坊5个站1961年—1990年3月—5月逐日降水资料,及谱分析方法筛选出冬小麦的春季干旱年型。利用大型活动式遮雨棚遮挡自然降水,通过定量喷灌模拟不同春旱年型下的自然降水和降水时段,进行田间试验。研究不同春旱年型对冬小麦生长发育和产量形成的影响,以期对不同春旱年型对冬小麦生长发育和产量的影响作出定量的评价,为灾后评估和政府决策提供科学依据。

模拟试验结果分析(1)同春旱年型对冬小麦生长发育的影响

①不同春旱年型对冬小麦根系生长发育的影响

对根数的影响。在冬小麦拔节前期,根的数量差异不大(表1),14a一遇春旱处理甚至比CK多6.5%,随着干旱程度的增加,不同春旱处理对根的数量的影响越来越明显。不同春旱年型对冬小麦生育中期的开花期的根数影响最大,最小比CK根数减小44.8%;在抽穗期,春旱对冬小麦根数影响相对较小,最小比CK根数减少13%。虽然各个发育期根数随春旱年型的增加而减少,样本间有所波动,甚至个别样本还略有增加,但其总趋势是随着春旱程度的增加根的数量减少。各个发育期平均,3、5、7、10、14a一遇的春旱处理,其根数分别比CK减少13.4%、19.0%、18.9%、26.6%、23.6%。因此随着春旱年型的增加,冬小麦根的数量减少,将不利于冬小麦对土壤水分的吸收利用。

对根系干重的影响。比较3月28日、4月25日、5月14日不同春旱年型下冬小麦的根干重变化曲线,随着春旱年型的增加,根系的生长速度逐渐下降,根系干重逐渐降低。在3月28日不同春旱年型处理的根干重在同一水平上,由于后期干旱程度的不同,使得CK和干旱程度较轻的3a一遇春旱处理的根系干重明显大于5、7、10、14a一遇春旱处理。

②不同春旱年型对冬小麦茎生长发育的影响

对茎干重的影响。在冬小麦拔节期,7、14a一遇春旱处理的茎干重比CK分别高36.3%、21.1%,其后随着春旱年型的增加,冬小麦各个发育期的茎干重明显减少。其中在成熟期10a一遇的春旱处理的茎干重比CK减少了43.3%,即10a一遇的春旱处理,冬小麦成熟期的茎干重仅为CK的56.7%。各个发育期平均,3、5、7、10、14a一遇的春旱处理茎干重分别比CK少了10.7%、16.5%、19.4%、28.1%、32.4%。可见随着春旱程度的增加,冬小麦主茎的生长发育和干物质累积明显减少,主茎长势变弱,直接影响到冬小麦对水分和营养物质的输送和分配。

对株高的影响。随着春旱年型的增加,冬小麦植株逐渐变矮,其中以成熟期和灌浆期干旱影响最大,成熟期、灌浆期14a一遇的春旱处理其株高分别比CK减少28.6%、24.7%。各发育期平均,3、5、7、10、14a一遇的春旱处理冬小麦株高分别比CK减少了0.4%、3.2%、7.8%、12.3%、16.1%。即随着春旱程度的增加,冬小麦植株明显矮化。

③不同春旱年型对冬小麦叶生长发育的影响

对叶面积系数的影响。比较3月28日、4月25日、5月14日不同春旱年型下叶面积变化曲线,叶片的叶面积变化与茎干重变化呈类似趋势,只是在生育后期,由于叶片衰老,叶面积明显减小。前期CK、3、5a一遇春旱处理的叶面积还低于7、10、14a一遇春旱处理,但由于其春旱程度较轻,后期叶面积均赶上并超过了7、10、14a’一遇春旱处理,且在叶面积回落后亦保持此态势。以5月14日CK的叶面积为基准,3、5、7、10、14a一遇春旱处理的叶面积分别比CK减少了14.0%、15.5%、24.7%、36.4%、32.4%。此外根据发育期观察,最大叶面积出现的时间各处理间亦不一致,春旱程度较重的7、10、14a处理出现较早,干旱加速了冬小麦叶片的衰老进程。

对叶片数的影响。比较4月25日、5月14日、5月29日不同春旱年型下的黄、绿叶片数,在4月25日取样中CK、3、5a一遇春旱处理的黄叶数还大于7、10、14a一遇春旱处理,随着春旱程度的增加,到5月14日、5月29日,7、10、14a遇春旱处理的黄叶数明显高于CK、3、5a一遇春旱处理,显然干旱加速了冬小麦叶片的衰老进程。

随着春旱年型的增加,干旱程度加强,冬小麦绿叶片数呈逐渐减少的趋势,到5月29日3、5、7、10、14a一遇的春旱处理其绿叶片数分别比CK减少了13.6%、24.7%、46.9%、45.7%、60.5%。

干旱阻止了冬小麦叶原基的产生和分化,使叶片数目较正常减少,4月25日黄叶与绿叶之和随春旱程度的增加而依次递减就说明了这一点。

对绿叶干重的影响。在拔节期,除5a一遇的春旱处理绿叶干重较CK稍有减少外,其它处理均比CK高,最大为7a一遇春旱处理,较CK高39.2%。随着干旱程度的加强,冬小麦干重随春旱年型的增加而明显减少;最小值为灌浆期14a一遇的春旱处理,绿叶干重比CK减少了71.3%,即14a一遇的春旱处理其绿叶干重仅为CK的28.7%。各个发育期平均,3、5、7、10、14a一遇春旱处理其绿叶干重分别比CK减少11.5%、21.4%、20.4%、20.0%、29.9%。绿叶干重的减少将使其叶面生物活性大为降低。众所周知,叶片是光合作用生产干物质的源,绿叶片数的多少关系到源的多少,叶面积的大小关系到源的大小,绿叶干重的大小关系到源的生物活性强弱。所以随着春旱程度的增加,由于源少、小、弱,必然导致其干物质生产量的降低。

④不同春旱年型对冬小麦总生物量干重的影响

在拔节期除5、10a一遇春旱处理的总生物量较CK稍偏低外,其它处理均较CK明显偏高,其后随着干旱程度的加强,冬小麦各发育期的总生物量随春旱年型的增加而明显降低。其中最小值在灌浆期14a一遇的春旱处理,总生物量干重比CK减少了36.1%,即在灌浆期14a一遇的春旱处理只累积了对照63.9%的总生物量。不同发育期比较,冬小麦开花—灌浆期,干旱对其生物量干重的影响较大。各发育期平均,3、5、7、10、14a一遇的春旱处理,冬小麦总生物量干重分别比CK减少了9.9%、16.4%、17.2%、23.5%、29.6%。上述结果是不同春旱年型对冬小麦根、茎、叶影响的综合反映;总生物量干重的减少必然导致最终产量的降低。

(2)不同春旱年型对冬小麦产量构成因素的影响

①不同春旱年型对分蘖数的影响

返青时,因前期管理措施相同,土壤湿度差异不大;返青后,温度迅速回升,冬小麦需水量增加。由于后期干旱程度的不同,土壤湿度发生差异,造成春生分蘖的差异。由表2可以看出:3月28日取样,总茎数差异不大(CK比其它处理还少),到4月25日CK的分蘖数已明显高于其它处理,且随着春旱年型的增加,冬小麦分蘖数逐渐减少。后期的有效分蘖亦随着春旱年型的增加而逐渐减少,到5月29日,3、5、7、10、14a一遇春旱处理,冬小麦的有效分蘖数分别比CK减少了6.7%、16.8%、17.9%、19.6%、23.5%。可见春旱使冬小麦的总分蘖数、有效分蘖数减少,单位面积的穗数减少。

②不同春旱年型对穗部发育状况的影响

随着春旱程度的增加,成熟时冬小麦穗数逐渐减少,穗长逐渐变短,穗粒数减少(表3)。不孕小穗数随干旱程度的加重而增加,这是由于冬小麦开花期遭遇干旱,影响了其传粉、受精,进而影响了结实率。

表3表明:随着春旱程度的增加,退化小穗数呈减少趋势,这可能由于冬小麦总分蘖数随春旱年型减轻而增加,CK及春旱较轻的处理群体中下层穗子较多,在子粒形成期光照条件不好,造成小花发育不良,逐渐退化。

研究结论上述研究得出以下结论:

(1)春季干旱延缓、破坏了冬小麦的正常生长发育,加快植株器官的衰老进程。

(2)随着春旱年型的增加,冬小麦根数减少,根系干重降低,根系生长速度降低,不利于根系对土壤水分的吸收和利用。

(3)随着春旱年型的增加,冬小麦叶面积减小,绿叶数减少,黄叶数增加,植株明显矮化;试验观察表明,严重春旱年型处理可明显提早成熟。

(4)随着春旱年型的增加,冬小麦茎、叶、总生物量干重逐渐降低。

(5)春季干旱使冬小麦春生分蘖减少,总穗数减少,穗长变短,穗粒数减少,不孕小穗数增加。3、5、7、10、14a一遇春旱处理的千粒重分别比CK减少了4.2%、5.5%、9.5%、13.7%、18.1%;产量分别降低2.6%、14.6%、22.1%、43.0%、47.2%。

(6)在春旱条件下,冬小麦千粒重、产量与春季3月—5月模拟降水量累积值有较好的指数曲线相关关系。当春季3月—5月模拟降水量累积值小于40mm时,冬小麦千粒重、产量随模拟降水量累积值的减少而亟剧下降,当春季3月—5月模拟降水量累积值大于40mm时,则模拟降水量累积值对冬小麦千粒重、产量影响相对较小。2

本词条内容贡献者为:

胡芳碧 - 副教授 - 西南大学

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