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基于全国560个站点1961～2008年气象资料和不同作物(冬小麦、夏玉米、棉花和大豆)的产量、土壤湿度、灌溉量资料,依据农田水分平衡原理,结合作物产量-水分关系、作物水分亏缺敏感指数,分析作物在不同发育期的水分亏缺率、水分亏缺量与减产率之间的关系,构建冬小麦、夏玉米、棉花和大豆不同发育期的节水灌溉气象等级指标。耦合风险原理,构建长年代水分亏缺序列,采用基于信息扩散的软直方图方法计算得到作物各发育期Ⅰ～Ⅲ级水分亏缺率、不同水分亏缺量出现的风险概率,绘制自然条件下冬小麦、夏玉米、棉花和大豆节水灌溉气象等级风险区划图,分析作物发育期水分亏缺风险,为优化农业灌溉、指导农业生产提供理论依据。研究结论如下:1)基于FAO-1979作物产量-水分函数,研究了作物水分亏缺率与减产率的关系,建立了相关拟合函数方程,可用于衡量灌溉成本与增产效益,优化灌溉制度;2)揭示了4种作物水分亏缺多年平均值的空间分布:冬小麦水分亏缺严重区主要分布在我国华北、西南和新疆地区;在广西-湖南-湖北-河南-河北地区,夏玉米水分亏缺率在0～40%;棉花水分亏缺率主要分布在黄淮地区以北和新疆地区;东北春大豆平均水分亏缺率一般在20%～60%;3)基于农田水分亏缺与减产率的对应关系,得到了4种作物的节水灌溉气象等级指标。冬小麦生育期节水灌溉气象等级指标(%):[15,35)、[35,50)和≥50;播种-拔节:[20,40)、[40,60)和≥60;拔节-抽穗:[15,30)、[30,45)和≥45;抽穗-成熟:[15,30)、[30,50)和≥50。玉米生育期等级指标(%):[10,25)、[25,45)和≥45;播种-拔节:[15,30)、[30,45)和≥45;拔节-抽穗:[15,25)、[25,45)和≥45;抽穗-成熟:[15,30)、[30,40)和≥40。棉花生育期等级指标(%):[15,30)、[30,50)和≥50;播种-现蕾:[20,40)、[40,60)和≥60;现蕾-开花:[20,35)、[35,45)和≥45;开花-吐絮:[20,35)、[35,50)和≥50。大豆生育期等级指标(%):[15,35)、[35,50)和≥50%;播种-分枝:[20,40)、[40,60)和≥60;分枝-结荚:[20,30)、[30,45)和≥45;结荚-成熟:[15,30)、[30,45)和≥45。4)编制了4种作物自然状态下的水分亏缺风险,绘制不同节水灌溉气象等级出现的风险分布、综合风险分布和不同水分亏缺量风险分布图。量化灌溉风险,为优化灌溉制度、提高水分利用率提供理论支撑。