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课题申请书课 题 名 称 干旱对我国冬小麦产量影响及预测理论研究申 请 者 工 作 单 位 南京信息工程大学应用气象学院 通 讯 地 址 南京市宁六路219号 邮 政 编 码 210044 联 系 电 话 E m a i l 申 请 日 期 2014/10/1 基本信息表项目基本信息名 称干旱对我国冬小麦产量影响及预测理论研究研究类别A. 基础研究 B. 应用基础 C. 开发研究起止年月2014/10/12017/10/1所属学科应用气象学申请金额6000申请者信息姓 名身份证号性 别年龄专业应用气象学位本科职称主要研究领域农业 气象工作单位南京信息工程大学应用气象学院不 含 申 请 者课 题 组 主 要 成 员总人数高级中级初级博士后博士生硕士生参加单位1应用气象学院姓名性别职称联系电话单位名称项目分工签字查、阅文献制定技术路线摘要（限300字以内）：请简要说明该项目的研究对象、拟采用的研究方法，拟解决的科学问题。该项目以水分胁迫对冬小麦产量的影响为研究对象，以南京信息工程大学农业气象实验站为研究基地，采用对比试验，田间调查法，数学物理模拟法、统计学方法、遥感法等，研究作物产量与需水量之间的密切关系，重点研究干旱对冬小麦产量带来的影响，以及导致其减产的关键时期。结合作物综合水分生产关系，建立冬小麦不同的生长发育期和需水量之间的关系，进行对冬小麦产量的预测理论研究，揭示水分对冬小麦产量的作用机理。在技术支持的情况下，建立冬小麦产量和当地降水状况的预报模型。主题词（不超过4个）干旱、冬小麦、产量、机理备注：以下各项如现有空间不够，可自行增加。一、立项依据（包括项目研究意义，国内外研究现状、水平和发展趋势，并附主要参考文献及出处）：研究意义：根据有关资料，项目区位于31.432.6N，118.22119.4E,气候属于亚热带湿润气候，四季分明，光能充足，年平均气温16，春季多晴天，夏季高温闷热，秋季干燥凉爽，冬季寒冷、干燥。南京春秋短、冬夏长，冬夏温差显著,水分对农业生产影响较大。通过小麦生长试验，研究了干旱对小麦形态和生理指标的影响。结果表明，各种干旱处理均降低了小麦幼苗的株高、根长和干、鲜重，增加了小麦幼苗根冠比。同时，造成小麦脂质和蛋白质氧化损伤。适宜的栽培措施、适度的干旱锻炼，可以明显提高小麦的抗干旱胁迫能力。对小麦幼苗叶面喷施氯化胆碱，可以缓解干旱对小麦造成的伤害。干旱是指在相对广阔的地区,长期无降水或降水异常偏少的气候背景下,水分供求严重不足的一种现象。Palmer将干旱定义为:在数月或数年内,水分供应持续低于气候上所期望的水分供给的一个时段。它综合了水分亏缺量和持续时间因子对于干旱程度的影响,且水分亏缺量是根据水分平衡方法求得,与当地经济所需要的降水量挂钩,并考虑了前期天气条件,具有较好时空可比性,是评估干旱程度较好指数。有研究结果指出:由于作物在生长过程中绝大部分需水量来源于土壤,因此,土壤中水份含量多寡直接影响作物生长发育,用土壤含水量指标确定早情最为直观。作物产量与需水量之间存在着密切的关系, 年降水多,作物产量相对高,降水少单产量就低。但应该指出降水量与产量关系不存在某种线性关系,仅就降水而言,作物单产不仅与降水量相关,还与降水的分配是否符合农时即所谓逢时有关。旱灾一直以来是我国影响范围最广的农业自然灾害，2011年更是受到旱灾影响，贵州、广西、湖南、云南、重庆等地区受灾严重，受旱地区降水普遍不到200毫米。由降水持续偏少导致江河、湖泊水位异常偏低，水体面积减少明显，农作物绝收。干旱对作物各生育期都会发生危害, 但作物的不同生育阶段对干旱的敏感性不一样.作物在水分临界期出现旱灾将影响到作物的发育, 特别是产量。分析干旱灾害, 采取有效措施降低干旱的损失, 通过耕作保墒( 包括适时耕翻、耙耱、镇压、中耕、铲耥等) 防旱措施, 覆盖栽培防旱,通过施肥增加抗旱能力, 选用耐旱作物和抗旱品种.从大面积持续均衡增产出发, 以热量为主, 兼顾水分、光照、土壤肥力和生产水平, 合理搭配, 因地制宜, 选择适合的品种, 有利于提高农作物产量, 增加农民收入。干旱不仅造成了小麦的减产，还对小麦等粮食价格造成影响。通过查阅相关文献,可以总结得出干旱对小麦的生长的影响，并做出合理的补救措施，保证冬小麦产量的稳定。国内外研究现状、水平和发展趋势：干旱已成为一个焦点的问题，直接影响到工农业生产和居民日常生活，受到国内外学者的广泛关注。在20世纪头20年, 主要以降水来监测干旱，最早用累积降水短缺程度或降水距平来度量干旱, 并在美国、英国、印度和俄罗斯等国得到了广泛应用。Abbe和Henry认为仅依靠气候统计不能给出农业干旱时段和强度的精确概念。1916 年Munger假设干旱的强度与干旱持续时间的平方成正比, 提出了一个年际和地区间可比较的森林火险客观度指数。Kincer 通过分析降水季节分布和不同强度降水天数, 设计了一个更实用的干旱指数。Blumenstock还提出了利用概率理论来计算的干旱指数。随着卫星遥感技术的发展和监测手段的多样化, 早在1995 年Kogan 就尝试将卫星遥感资料计算的植被条件指数(VCI) 用于干旱监测。Ghulam先后提出了植被条件反照率干旱指数(VCDA)和正交干旱指数(PDI) 。Brown等又将遥感信息与气象信息组合建立了植被干旱响应指数(VegDRI)。Matthews 等结合G IS 进行气候变化对土壤水分亏缺影响的评价。在全球范围内,尤其是在干旱和半干旱区,干旱胁迫是限制陆地生态系统生产力的主要环境因子(Boyer, 1982),干旱胁迫影响到的主要生理过程是光合作用(Chaves, 1991; Cornic, 1994; Lawlor,1995)。而光合作用是陆地生态系统生产力的最终来源(Chapinet al., 2002)。大量研究表明干旱可以通过抑制光合作用而降低GPP(Ciaiset al., 2005;Griffinet al., 2004;Miyashitaet al., 2005;宋霞等,2006)。干旱不仅可以抑制光合作用,还可以影响生态系统的自养呼吸和异养呼吸(Palta &Nobel, 1989a,1989b; Burtonet al., 1998; Davidsonet al., 1998),进而间接影响陆地生态系统生产力。1987一1988年,在中国科学院北京农业生态系统试验站进行又小麦不同生育期干早处理的盆栽试验。.陶盆直径25厘米,高30厘米,每盆装土干重为11,8事公斤，种植品种大冬麦丰抗二号。试验结果表明,小麦各生育期的干旱都能导致减产,但减产的程度却大不相同,如孕穗期对干早最敏感,而蜡熟期则影响不大。因此在水源有限的情况下、,应根据这一规律及土壤和天气的实际状况合理安排用水。自2010年10月中下旬以来，我国北方冬麦区多达百日余无降水，这对小麦幼苗的生长造成严重影响。据国家防总2月8日统计，全国作物受旱面积达1.12亿亩。叶笃正等指出:在1961 -1990年,长江流域旱涝灾害所造成的损失约占整个气象灾害损失的78%,而干旱就占其中的50%。干旱灾害的损失之所以如此严重,与干旱经常发生、持续时间长、受灾面积大有关。有资料记载,1984年全球降水量偏少2倍标准差以上,致使几十万人死亡,数百万人迁徙,甚至出现瘟疫和战争问题,总计有2.510人口受灾。王素艳等在干旱对我国北方冬小麦的影响中指出：据自然水分亏缺率,划分出5种干早年型:轻早、中早、重早、严重干早和极端干早,与其相应的缺水率分别为70%。A类不同干早年型的实际减产率分别为21%,该类指标适用于山东东部及中部的部分地区、陕西南部渭河一带、河北中部的部分地区;B类不同干早年型的实际减产率分别为40%,该类指标适用于本区的其它地区。分析结果表明,自然水分亏缺造成冬小麦光温生产潜力减产的风险水平在各地差异较大:山东呈由南向北、由东向西增大的趋势,其它地区则呈由南向北增大的趋势,且在整个北方地区具有一定的连片性和区域性。农业科技工作室，在遥感数据对研究农业干旱的研究中，将典型农业干旱遥感龄测指数分为4大类：土壤水分变化类、冠层温度变化类、植被水分变化类和作物形态及绿度变化类。其中土壤水分变化类指数比较适宜于农业旱情预警及土壤干旱型农业旱情的监测，这类指数中修正的垂直干旱指数MPDI可以较好地反映表层土壤水分的变化，并适宜于时序变化监测。冠层温度变化类指数不仅适宜于农业旱情预警，更适宜于农业旱情监测，这类指数中推荐选择基于上一，-S7特征空间的温度植被干旱指数TVDl；作物形态及绿度变化和植被水分变化类指数，较适宜于农业旱灾的顸警以及灾后评估。以MoDlS产品为遥感数据源，首先比较了13种典型遥感十旱指数的一致性。主要参考文献中文文献资料中国农业干旱的监测_预警和灾损评估_陈怀亮如何种好旱地冬小麦_余守愚我国长江黄河两流域旱涝规律成因与预测研究的进展_成果与问题_叶笃正农业干旱指标研究与进展_王密侠近百年来全球主要干旱区的干旱化特征分析_李新周近51年海河流域作物生长季干旱时空分布特征研究_孙艳玲华北冬小麦生长期旱情指标探讨_孙荣强Palmer干旱指数在华北干旱分析中的应用_卫捷旱涝灾害的分形研究方法_李伟基于GIS的气象灾害评估系统_干旱评估模块的研究_沙莎气象卫星遥感在干旱监测中的应用_居为民温度植被干旱指数法_TVDI_在_省略_淮海平原土壤湿度反演中的应用研究_王纯枝条件植被温度指数及其在干旱监测中的应用_王鹏新农业旱灾遥感监测方法综述_王颖杰基于3S技术的干旱灾害评估研究进展_李洁西北地区的干旱防御与可持续发展_彭珂珊高分子材料在旱地作物生产中的应用基础研究_宋宝兴中国旱灾农业承灾体脆弱性诊断与评价_英文_王静爱50年一遇严重干旱诊断分析_刘瑜秸秆覆盖在山区旱地冬小麦生产上的应用_宋凤鸣干旱对农业生产的影响_王秀云小麦不同生育期水分胁迫对产量的影响及干旱诊断方法初探_王宏黄淮海地区冬小麦_夏玉米生产力评价及其应用_王恩利干旱对陆地生态系统生产力的影响_田汉勤干旱对北方冬小麦产量影响的风险评估_王素艳陕西渭北旱原冬小麦产量与气象条件关系的研究_贾志宽不同发育期干旱对冬小麦灌浆和产量影响的模拟_张建平干旱对农作物的影响_王贵平旱地小麦品种生态型及栽培技术的研究_王德轩 近50年中国旱灾的时空变化_王静爱英文文献资料Luo Jungang, Xie Jiancang, Ruan Benqing, 2008. Fuzzy com-prehensive assessment model for water shortage risk based on entropy weight.Assessment on Agricultural Drought Risk Based onVariable Fuzzy Sets ModelDiversity of Antioxidant Content and Its Relationship to Grain Color andMorphological Characteristics in Winter Wheat GrainsStudies on Effeets of Wheat Water Stress at Different Development Stages on Yield and Drought Determinion.5.H1Ier,E.A.,T.A.Howell:InTaylor,J.W.,Jordan,W.R.andSinelair,T.R.,Eds.Limitations to Effieient Water Use in Crop Produetion.二、研究目标、研究内容和拟解决的关键问题： 研究目标通过干旱对我国冬小麦产量影响的研究，建立冬小麦不同的生长发育期和需水量之间的关系，结合作物综合水分生产关系，进行对冬小麦产量的预测理论研究。在技术支持的情况下，建立冬小麦产量和当地降水状况的预报模型。建立完善的基础数据库，实现基础数据的共享。研究内容为满足多个试验的观测要求，设计了3种试验样地。3个样地分别为：(1)靠外来积水进行灌溉的垄作试验区,代表了充分灌溉的试验区； (2)不考虑垄作积水的试验区,代表干旱的区域；(3)垄上积水耕作区,代表正常的田间耕作区。本试验对3个样地进行了同步观测。（1）在冬小麦不同的生长发育期，维持其正常生长的最适需水量；（2）在水分胁迫的情况下，冬小麦表现出来的一些生理特征；（3）影响冬小麦产量的关键期，以及这个时期对水分的需求量；（4）干旱对冬小麦产量带来的影响。拟解决的关键问题：（1）选种：选择适合浦口区气候条件的，抗旱的冬小麦优良品种，对当地的环境具有较强的适应性，发芽率要高；（2）选取试验单元：在南京信息工程大学农气站选址，在试验单元上选取9个2m2m的抽样单元，之后对每个单元进行抽样测量分析；（3）试验因素控制：本次试验是研究干旱对冬小麦产量的影响，因此水分作为关键因子，为了避免其他因子带来的误差，因明确可控因子和不可控因子。（4）仪器的使用：针对研究项目，购置相关的试验设备，需考察设备的实用性和针对性，对参与人员进行相关的培训。三、本项目的特色与创新之处：（1）采用数学物理模拟法，模拟研究冬小麦生长季内不同程度干旱对其灌浆过程和产量的影响。（2）采用遥感法，结合温度植被干旱指数法（TVDI）以及同步采样的土壤湿度数据，分析土壤湿度的时空分布特征，从而采取相应的灌溉措施，给予水分供给。以MoDlS产品为遥感数据源，首先比较了13种典型遥感十旱指数的一致性。（3）结合作物综合水分生产关系，利用统计学方法，在冬小麦整个生育期进行观察统计，建立冬小麦不同的生长发育期和需水量之间的关系，研究水分对冬小麦产量的作用机理，对产量预测理论进行探索研究。（4）适宜的栽培措施、适度的干旱锻炼，提高小麦的抗干旱胁迫能力。对小麦幼苗叶面喷施氯化胆碱，缓解干旱对小麦造成的伤害。四、课题的研究方法、技术路线或实验方案：研究方法：试验采用对比试验，田间调查法，数学物理模拟法、统计学方法、遥感法等，取样、及样品制备均根据严格要求进行。利用冬小麦干旱灾害风险指数，分析干旱灾害的频率、强度和因灾害造成的减产率。利用WOFOST作物生长模型，采用数值模拟的研究方法，模拟研究冬小麦生长季内不同程度干旱对其灌浆过程和产量的影响。在冬小麦整个生育期进行观察统计，可分为不同的生育时期或生长发育阶段，如播种期、出苗期、拔节期、开花期等，目的在于物候期预报，确定适宜的播种期、开花期。利用温度植被干旱指数法（TVDI）反演冬小麦4-5月份的土壤湿度，结合同步采样的土壤湿度数据，分析土壤湿度的时空分布特征，以及采取相应的灌溉措施，给予水分供给。结果表明多种遥感干旱指数对农业干旱的描述并非完全一致，而是存存聚类效应，类内相关性较好，类问相关性较差。结合农业干旱的发生过程，对上述聚类效应进行了分析，结论认为农业干旱发生时，引起了地表特征的若干变化，这砦变化町以总结为：土壤水分、冠层温度、作物形态及绿度、植被含水量4个方面。不同的遥感干旱指数利用不同的地表特征变化来描述农业干旱程度，因而造成了遥感干旱指数之间的不一致。技术路线及实验方案:因地制宜把各种蓄水、保水、节水、施肥、良种和栽培等措施综合配套，同时，继续加强完善新技术的引进试验和组合创新。如图所示：五、研究工作条件和基础：学校十分重视大学生科研能力的培养，积极鼓励学生申报课题项目，并积极地调动教师来指导我们进行自主研究性学习、参与实验或实践活动。学校教务处以及学院认真组织，加强实验室实训设备设施建设，取得了明显的成效，为项目的开展提供了良好的条件。另外学校及学院在经费、学分和免试研究生等政策上都给予支持。比如，参加各类项目并取得优异成绩的同学可以申请学分奖励，并在推荐研究生时综合成绩排名给予加分，给予优秀指导教师奖励等，这些扶持政策调动了广大师生的积极性并确保项目的顺利实施。此外，学校图书资料及网络数据库丰富，给各项项目配备了具有丰富经验的指导教师，各类实验室及基地无条件向项目组开放，并积极向项目组提供各方面便利条件，这些均为学生项