气候变化的脆弱性评价
气候变化问题是当前人类社会普遍关心的问题，也是关系到环境保护和社会可持续发展的重大科学问题。在全球气候变化的背景下，宁夏的气候也发生了一系列的变化，干旱、夏季高温、暴雨、冰雹、干热风等自然灾害不断发生且频率和强度在增加，特别是春季干旱呈现出了频率增加，日数增多，强度增强等新的变化趋势，而且中部干旱带比南部山区增强的趋势更明显，灾害造成的损失增大。
为适应气候变化，减轻气候变化对宁夏中南部地区的不利影响，为宁夏树立适应气候变化农业综合开发典型案例，带动当地农业经济发展和农民脱贫致富，在全球环境基金（GEF）赠款“适应气候变化农业综合开发”项目的资助下，由宁夏气象科学研究所牵头，开展了《宁夏中部干旱带节水型高效农业综合实用技术示范与推广》项目，旨在根据当地历史气候变化事实，结合未来气候变化趋势，在对气候变化对当地农业生产影响评估的基础上，开展适合当地的农业适应气候变化实用技术试验研究与技术示范。通过具体的适应技术措施的试验和示范带动作用，促进当地农民充分认识气候变化对当地农业的影响，主动采用试验示范所确定的应对气候变化农业适应技术，改变种植结构，采取关键期节水补灌等具体适应技术，提高农业产量和产值，降低干旱等重大气象灾害的威胁和影响，增强当地农业适应气候变化的能力。
2010~2011年，在同心县下马关开展了宁夏中部干旱带节水型高效农业技术研究与示范工作。
经过试验示范，取得了一批实用性成果，筛选出了适应当地气候的马铃薯、玉米新品种，解决了马铃薯抗旱补灌技术、玉米抗旱补灌技术，在作物需水关键期、谷子引种气候适应性、节水补灌技术等领域取得了一些实用性技术。开展了大面积的试验示范，进行了惠及广大村民的适应气候变化技术培训，增强了当地农民抵御气候变化的能力，实现了农业增产，农民增收。通过4个典型案例的多项试验研究与示范推广，找到了一条当地农业适应气候变化的道路，促进了地方经济发展。
不同玉米品种筛选及节水补灌技术
一、试验示范期间气象条件
（一）气温和降水量
2010~2011年试验示范期间，均遇到了旱年，2010年属于当地常见的干旱年，2011年遭遇了历史上较少见的长时段持续干旱少雨和持续高温天气，作物受旱极其严重，中部干旱带旱地减产幅度超过50%，部分玉米绝产，马铃薯严重减产。从中可看出两年的气温波动相似，2011年气温总体高于2010年，其中，4月下旬比去年偏高，5月上中旬相似，5月下旬至6月上旬明显偏高，6月下旬偏低，7月份至8月中旬相似，均为持续高温天气，8月中旬后期明显偏低，下旬偏高，9月上旬相当。
根据自动气象站的实测资料，统计2010年稳定通过10℃积温：下马关为3118.2℃，申家滩为2934.1℃，红寺堡为3191.2℃。试验示范区的玉米4月24日播种，9月28日成熟，期间≥10℃以上积温为2998.8℃；玉米全生育期间降水214.4mm，作物实际耗水为223.4mm，远远低于玉米600~800mm的需水量。马铃薯于4月24日播种，不同品种于9月25日~10月2日成熟，期间10℃以上积温为2958.2℃~3047.4℃，期间降水量为211.4~217.6mm，马铃薯实际耗水不同品种为290.4~306.6mm，也少于450mm的理论需水量。
（二）土壤水分
根据2010～2011年逐旬0～50cm平均土壤湿度测定结果及其与历年平均值的对比（图6-1），2010年，玉米、马铃薯于4月下旬播种，至5月中旬0~50cm土壤湿度与历年同期相当，属于干旱阶段。2011年，中部干旱带土壤水分状况总体上远差于历年平均状况，也远低于2010年。从时间分布上，4月下旬至5月上旬的作物播种期，0~50cm土壤湿度在6.5%左右，干旱严重，玉米、马铃薯无法适期播种。但6月下旬出现了有效降水，土壤湿度上升至7.5%。加上持续高温，土壤水分迅速恶化，最低至5%，部分地区至凋萎湿度以下，玉米下部枯萎，马铃薯下部叶片变黄。
为比较中部干旱带近两年旱情在全区的位置，我们以典型干旱时段（2011年8月8日）土壤测墒结果来分析旱情分布。中部干旱带土壤湿度在3%～10%之间，兴仁、海原土壤湿度在10%，盐池、韦州不足5%，大部地区土壤墒情明显不足，盐池、韦州、下马关、预旺等地土壤湿度均低于5%，处于凋萎湿度以下。由于气温异常偏高、降水少，土壤失墒明显，旱情蔓延加重。8月上旬末与2007～2011年同期相比，除兴仁、海原、隆德和泾源的土壤水分含量高于平均值外，其他地区低于平均值。受严重旱情影响，这些地区的旱地地膜玉米普遍枯萎，下部6~7片叶枯黄，玉米停止生长，无法吐丝，相当一部分玉米枯死，玉米严重减产，部分玉米绝产。旱地马铃薯处于开花结薯初期，高温和严重干旱导致马铃薯植株矮小，下部叶片枯黄，开花期明显缩短，大部分花脱落，结薯少，薯块仅2～4cm，远远小于去年同期的5～8cm，平均单株结薯1～2个，远远少于去年的3～5个。干旱持续到8月中旬，14～20日出现了30～50mm的普雨，玉米、马铃薯得以恢复生长，但部分玉米已枯黄，减产严重。
严重干旱发生的时段正值山区马铃薯块茎膨大期，玉米吐丝和灌浆初期，干旱导致玉米严重减产。马铃薯开花结薯初期是产量形成关键时段，持续高温无雨天气使马铃薯严重受旱，平均单株结薯率严重不足，8月中下旬的降雨能使濒临死亡的马铃薯得以继续存活，但产量严重下降。
（三）植被指数（NDVI）遥感监测结果比较
从2010~2011年8月上旬归一化植被指数（NDVI）遥感监测结果及其与近5年同期对比，可以看出这两年的旱情分布和在近5年中所处的位置（图6-2）。中部干旱带的盐池大部分地区2011年不如2010、2007和2006年同期，明显不如2009年，好于2008年，海原、同心、原州区北部、彭阳北部长势明显不如2010年同期，与2008年同期相当，同心东部2011年是近6年最差的，2010年好于2011年和2008年同期，但差于其余几年。南部山区2011年作物长势也比2010年差，接近2006年，好于2007~2009年同期，特别是明显好于2008年同期。2010年南部山区作物长势是近6年中最好的一年。
二、我区中部干旱带玉米生产现状
玉米是宁夏中部干旱带的最主要秋粮作物，随着气候变暖，宁夏中部干旱带热量资源增加，加上水利工程的日趋增多，玉米种植面积有逐年扩大的趋势，单位面积产量也维持在较高水平。近5年平均种植面积达4.3万hm2，总产量升至34.8万t，分别占中部干旱带近5年秋粮平均播种面积和总产的25.6%和72.9%，即以秋粮播种面积的1/4产出了秋粮总产的近3/4。
宁夏中部干旱带玉米种植历史经历了3个阶段。1981~1986年期间，中部干旱带以旱作为主，几乎不种玉米，玉米单产在1000~2000kg/hm2之间，产量低而不稳。固海扬水骨干工程于1986年9月竣工，增加灌溉面积2.6万hm2，1987年开始，中部干旱带灌溉玉米面积开始逐渐增加，单产上升到3000~5000kg/hm2。1995~2000年，随着盐环定扬水工程的投入使用，增加灌溉面积1.5万hm2，玉米种植面积扩大到1.5万hm2，总产量上升到10万t，单产上升到5000~6500kg/hm2。2001~2010年期间，我区又开工建设了红寺堡扬水工程和固海扩灌扬水工程，即宁夏扶贫扬黄灌溉一期工程，红寺堡扬水工程灌溉面积3.67万hm2，固海扩灌扬水工程新增灌溉面积1.67万hm2。两大扬水工程2009年灌溉面积达到4.8万hm2，大部分发展灌溉玉米，还为2万hm2特色经济作物抗旱补灌提供了水源保障。截至2010年，中部干旱带玉米种植面积达到4.67万hm2，总产上升到38.3万t，单位面积产量由6000kg/hm2上升到8000kg/hm2以上，已经超过传统灌区麦套玉米的玉米产量水平。
三、玉米适应气候变化中面临的主要问题
气候变暖导致的农业气候资源的增加，中部干旱带灌溉面积的逐步扩大，玉米产量也明显增加，这得益于玉米品种、熟性和栽培管理技术等随着气候变暖和水资源变化所做出的适应性调整。根据气候情景分析和近年的试验研究，未来100年，中部干旱带气温会进一步升高，热量资源会进一步增多，春、夏季降水减少，干旱加剧，特别是异常旱涝年的降水波动加剧，干旱持续时间会进一步加长，灌溉水资源供需矛盾逐渐突出。在这种气候背景和气候趋势下，如何利用气候资源和节约水资源，进一步提高或保持灌溉玉米的产量水平是应对气候变化需要解决的主要问题。
中部干旱带尚有大面积的旱作农业区，面积远超过灌溉农业区，目前这些地区以地膜玉米、马铃薯和荞麦栽培为主，旱地地膜玉米的产量仍然徘徊在1000~2500kg/hm2之间，遇到严重干旱年份可绝产。随着气候变暖，热量资源虽然有所增加，但春、夏季降水有减少的趋势，干旱持续时间延长，旱灾严重程度加剧。近年来，随着山区人畜饮水工程的建设，在玉米需水关键期或严重干旱时段，利用蓄水池、水窖开展集水补灌成为可能。为适应气候暖干化的趋势，开展中部干旱带旱地玉米抗旱、抗病虫新品种的筛选和秋覆膜、关键期补灌等综合节水补灌保苗技术的试验示范，是当前适应气候变化迫切需要解决的问题。
四、节水型玉米补灌技术的研究内容与方法
2010～2011年在同心下马关五里墩村开展旱地玉米耐旱、抗病虫品种的筛选试验，根据当地气候条件、玉米品种抗旱性、产量等综合性状，从各地若干个玉米品种中初步筛选出12个适合当地气候条件的玉米品种，开展旱地抗病新品种筛选试验。供试品种为正大22号、郑单14号、金穗9号、宁原单19号、长城799、强盛12号、强盛16号、登海3672、先锋335、DK656、陇单3号、中单2号，以品种DK656为对照。试验地面积180m2，随机区组排列，统一采用穴补灌覆膜种植方式，设置2个不同补灌次数处理，重复3次。以不补灌为对照，5月12日对试验地进行了除草剂土壤封闭，出苗率95%。7月2日进行了玉米追肥。
生育期测定玉米各不同处理区株高、茎粗等生物量指标，并在玉米收获期测定不同处理区玉米的果穗长度、穗粗、秃顶度、穗行数、穗轴粗、单穗重、单穗粒数、百粒重等。
土壤湿度采用烘干称重法测定，每10天采集一次，每小区采集2点，采集深度为0~100cm，结合农业气象条件概率分析，确定出适宜我区中部干旱带气候背景下的补灌时期、补灌量和补灌次数，筛选出玉米不同生产条件下最佳补水时间、补水次数。
（一）不同补水次数对玉米生物性状的影响
2010~2011年开展了不同补水次数对玉米生物学性状影响的试验研究。补灌时间选择在干旱严重的玉米需水关键期，头水在拔节起身期（7月18日），二水在抽雄吐丝期（7月28日），结果表明，不同补水次数对玉米生物性状有一定影响。2010年补水2次和补水1次玉米的株高、穗位均比对照区玉米高，补水2次玉米的茎粗、穗粗均比对照区玉米的粗，但补水2次与补水1次玉米性状间的差异不明显，与2010年度降水次数、雨量较多有关。2011年补水2次和补水1次玉米的株高、穗位也比对照区玉米高，补水2次玉米的茎粗、穗粗也比对照区玉米的粗，补水2次与补水1次玉米有些性状间的差异不明显。从产量来看，补水2次的产量最高，比对照增产26.8%，补水1次比没有补水的处理平均增产24.1%。2011年7月、8月份严重干旱，在遭受长达70余天的严重春夏连旱情况下，需水关键期补水2次是不够的，可以预见，如果补水3次，产量还会增加，但增加的产量幅度与补水成本相比，补水效率会逐渐降低。
（二）不同补灌次数对玉米生理指标的影响
2010年7月29日测定了玉米不同补灌处理的光合速率等生理指标。补灌处理在全天大部分时段净光合速率高于对照，补灌1次和2次的差异不大。蒸腾速率也表现出相似的特点，补灌处理的蒸腾速率除13∶30外，其余时刻也均大于对照。从气孔导度来看，上午补灌处理的比对照大，且为全天差异最大时段，午后差异逐渐缩小。从叶面温度来看，各处理间的差异不显著。