基于作物生长模拟和遥感信息同化的西南地区玉米旱灾风险评价研究

Recently, more frequent drought disasters have been happened in China, the study on the mechanism and spatial–temporal variations of agricultural drought could be very helpful for enhancing the capability of agricultural drought disaster risk management and reducing drought impact and losses. The primary goal of this project is to explore crop yield response of corn to water stress and to assess the disastrous risk at different growth stage in typical drought area of southwestern part of China. Crop growth model is built based on field experimental data and is used to analysis the relationship between crop growth and water stress. A regional corn growth model is built based on assimilating time-sequence remote sensing parameter with Leaf Area Index and evapotranspiration as the coupling factors; a drought evaluation index considering water stress impact is developed to clarify the relationship between water stress impact and yield loss rate on different growth stage. Based on corn natural vulnerability assessment, the spatial and temporal features of agricultural drought risk of corn in drought area of southwestern area is analyzed. This study can provide a scientific evidence for implementing dynamic assessment management of agricultural drought risk.

近年来我国干旱灾害严重，研究农业旱灾发生发展机理和时空分布规律，对于增强区域应对农业干旱能力、降低旱灾影响和损失具有重要的现实意义。围绕如何从区域尺度定量描述作物不同生长阶段对干旱胁迫的响应机制及成灾风险的关键科学问题，本项目以干旱灾害频发的西南典型旱区玉米作物为研究对象，基于田间试验数据构建农田尺度作物生长模型，探明作物长势与水分胁迫的定量关系；以叶面积指数和蒸散量为耦合因子，构建基于同化时序遥感信息的区域作物生长模拟模型；提出水分胁迫因子的干旱致灾强度评价指标，通过玉米作物自然脆弱性评价，量化分析不同生长阶段干旱强度指标与作物减产率的映射关系，识别西南典型旱区玉米作物不同生长阶段的旱灾风险时空变化特征。研究成果可为实现农业干旱灾害动态风险管理提供科学依据和技术支撑。

本项目以干旱灾害频发的西南典型旱区玉米作物为研究对象，一方面结合田间试验和田间尺度作物生长模型，探明作物生长参数与水分胁迫的定量关系；另一方面构建区域作物生长模拟模型，模拟分析不同生长阶段干旱强度指标与作物减产率的量化关系，识别龙川江流域玉米作物生育期旱灾风险时空变化特征。具体如下：.（1）农田尺度玉米作物生长对水分胁迫的响应机制分析.通过玉米分生育期不同受旱处理试验结果可知，苗期干旱胁迫达到一定程度会抑制玉米叶片的生长，而适度轻微干旱胁迫却能促进玉米叶片的生长；拔节期不同受旱胁迫均对玉米叶片生长产生抑制，受旱程度越大，抑制作用越强。灌浆期不同程度受旱胁迫均对叶片生长有抑制，而且会加速老叶的衰老脱落，受旱胁迫程度越大，老叶衰退速度越快。.（2）基于遥感信息同化的区域尺度玉米作物生长模型构建.基于气象、土壤、土地利用、田间管理等数据建立区域尺度玉米生长模型，以率定得到的田间作物参数确定区域模型初始作物参数范围，通过县域时序ET模型模拟值与遥感反演值进行参数优化和不确定性分析，再通过县域产量统计值验证估产精度。县域产量模拟精度较高，R2均大于0.7，所有县域NS系数大于0.5。.（3）西南典型玉米种植区干旱灾害驱动机制识别及旱灾风险评估.基于每个生长季的致灾强度指数以及玉米产量损失率绘制致灾水平成灾风险系列图，50年一遇风险水平下，旱灾损失率在50%以上的乡镇达到49%，100年一遇风险水平下，旱灾损失率在50%的乡镇达到83%，确定了龙川江流域防范玉米早灾风险的关键区域。对于分生育期旱灾风险育期，玉米旱灾的致灾风险呈现先升高再降低后升高的趋势，抽穗期一成熟期是玉米旱灾致灾高风险时期，而从成灾风险来看，拔节期一抽穗期是玉米旱灾成灾高风险时期．应该加强风险的防范。.本项目相关研究结论可为西南地区实现农业干旱灾害动态风险管理提供科学依据和技术支撑。