中國冬小麥光溫生產(chǎn)潛力時空演變特征模擬分析.pdf

1、小麥?zhǔn)侵袊谌蠹Z食作物，2009到2011年連續(xù)三年播種面積占糧食作物總面積的22％左右，產(chǎn)量占糧食總產(chǎn)的20％以上，其中冬小麥占小麥播種面積和產(chǎn)量的90％以上。在全球變暖的背景下，氣候變化給我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，因此明確氣候變化對我國冬小麥光溫生產(chǎn)潛力的時空演變特征，對科學(xué)評估氣候變化對我國冬小麥生產(chǎn)的可能影響，保障我國糧食安全具有重要意義。為此，本研究首先搜集我國冬麥區(qū)農(nóng)業(yè)氣象觀測站和品種區(qū)域試驗冬小麥作物資料（生育期、產(chǎn)

2、量等）與同期逐日氣象數(shù)據(jù)（太陽總輻射、最低溫度、最高溫度等），對通用性作物生長模型GECROS的參數(shù)進行調(diào)試和驗證;以我國冬麥區(qū)內(nèi)256個標(biāo)準(zhǔn)氣象站點1961-2007的逐日氣象數(shù)據(jù)作為模型輸入，利用經(jīng)過調(diào)試和驗證的GECROS模型模擬了我國冬麥區(qū)冬小麥的光溫生產(chǎn)潛力，分析了我國冬小麥光溫生產(chǎn)潛力時空演變特征;在此基礎(chǔ)上，進一步利用GECROS模型模擬分析光溫變化條件下冬小麥光溫生產(chǎn)潛力的變化特征，明確了溫度和太陽輻射變化對我國冬小麥光

3、溫生產(chǎn)潛力的可能影響。主要研究結(jié)果如下:
　　1.GECROS模型參數(shù)調(diào)試與檢驗:分別以冀麥30、濟麥20、揚麥15、川麥42和綿陽26作為北部冬麥區(qū)、黃淮冬麥區(qū)、長江中下游冬麥區(qū)、西南冬麥區(qū)和華南冬麥區(qū)代表品種，以中國農(nóng)業(yè)氣象站點和品種區(qū)域試驗冬小麥作物資料及同期逐日氣象數(shù)據(jù)對GECROS模型進行調(diào)試和驗證，并以品種區(qū)域試驗中的實際產(chǎn)量資料，驗證不同生態(tài)條件下光溫生產(chǎn)潛力的模擬效果。結(jié)果表明，模擬出苗——開花期和出苗——成熟期與

4、觀測值決定系數(shù)R2分別為0.96和0.98，均方根差RMSE分別為4.3d和3.8d;模擬光溫生產(chǎn)潛力與實際觀測產(chǎn)量決定系數(shù)R2為0.81。校正后的GECROS模型可較為準(zhǔn)確地模擬不同區(qū)域冬小麥生長發(fā)育，能夠應(yīng)用于不同地區(qū)冬小麥生長發(fā)育和光溫生產(chǎn)潛力模擬研究。
　　2.中國冬小麥光溫生產(chǎn)潛力的時空分布特征:分別以冀麥30、濟麥20、揚麥15、川麥42和綿陽26作為北部冬麥區(qū)、黃淮冬麥區(qū)、長江中下游冬麥區(qū)、西南冬麥區(qū)和華南冬麥區(qū)代表

5、品種，將我國冬麥區(qū)內(nèi)256個標(biāo)準(zhǔn)氣象站點1961-2007年間的逐日氣象數(shù)據(jù)（太陽總輻射、最低溫度、最高溫度等）輸入經(jīng)過調(diào)試和檢驗的GECROS模型，模擬了我國冬麥區(qū)1961-2007年間冬小麥光溫生產(chǎn)潛力，并分析了其時空演變特征。結(jié)果表明，北部冬麥區(qū)光溫生產(chǎn)潛力變化范圍在10086.76～11603.28kg·hm-2之間，平均值為10692.05kg·hm-2;黃淮冬麥區(qū)光溫生產(chǎn)潛力變化范圍在10546.50～13397.28kg·

6、hm-2之間，平均值為11386.03kg·hm-2;長江中下游冬麥區(qū)光溫生產(chǎn)潛力變化范圍在6290.13～10432.67kg·hm-2之間，平均值為8291.32kg·hm-2;西南冬麥區(qū)光溫生產(chǎn)潛力變化范圍在5483.95～13036.60kg·hm-2之間，平均值為8533.70kg·hm-2;華南冬麥區(qū)光溫生產(chǎn)潛力變化范圍在3902.36～11604.8kg·hm-2之間，平均值為6167.78kg·hm-2。1961-200

7、7年間，北部冬麥區(qū)年代際變化率范圍在-3.0％·10a-1～0.094％·10a-1之間，平均下降幅度為-1.22％·10a-1;黃淮冬麥區(qū)變化范圍在-2.41％·10a-1～3.32％·10a-1之間，平均下降幅度為-0.467％·10a-1;長江中下游冬麥區(qū)變化范圍在-4.2％·10a-1～0.755％·10a-1之間，平均下降幅度為-1.48％·10a-1;西南冬麥區(qū)變化范圍在-5.92％·10a-1～0.494％·10a-1之間

8、，平均下降幅度為-2.16％·10a-1;華南冬麥區(qū)變化范圍在-7.14％·10a-1～-0.67％·10a-1之間，平均下降幅度為-3.46％·10a-1。
　　3.光溫變化對我國冬小麥光溫生產(chǎn)潛力的影響:利用GECROS模型，模擬分析以1961-2007年光溫條件為基準(zhǔn)，溫度增加1℃、太陽總輻射減少10％對我國冬麥區(qū)冬小麥光溫生產(chǎn)潛力的影響。結(jié)果表明，我國冬麥區(qū)冬小麥生長季內(nèi)的每日平均太陽輻射變化范圍在-5.44％·10a-1

9、～2.4％·10a-1之間，平均值為-1.67％·10a-1。太陽總輻射下降10％，北部冬麥區(qū)光溫生產(chǎn)潛力變化范圍在-5.34％～-3.7％之間，平均值為-4.44％;黃淮冬麥區(qū)光溫生產(chǎn)潛力變化范圍在-6.04％～-1.86％之間，平均值為-4.75％;長江中下游冬麥區(qū)光溫生產(chǎn)潛力變化范圍在-8.71％～-5.13％之間，平均值為-6.81％;西南冬麥區(qū)光溫生產(chǎn)潛力變化范圍在-10.1％～-3.46％之間，平均值為-7.24％;華南冬麥

10、區(qū)光溫生產(chǎn)潛力變化范圍在-10.3％～-4.39％之間，平均值為-8.02％。1961-2007年間，我國冬麥區(qū)冬小麥生長季內(nèi)的每日平均溫度變化范圍在0.03～0.696℃·10a-1之間，平均值為0.31℃·10a-1。日平均溫度升高1℃，北部冬麥區(qū)光溫生產(chǎn)潛力變化范圍在-4.65％～-0.827％之間，平均值為-1.96％;黃淮冬麥區(qū)光溫生產(chǎn)潛力變化范圍在-7.87％～-1.17％之間，平均值為-5.3％;長江中下游冬麥區(qū)光溫生產(chǎn)潛

11、力變化范圍在-8.60％～-3.98％之間，平均值為-6.40％;西南冬麥區(qū)光溫生產(chǎn)潛力變化范圍在-11.7％～-2.64％之間，平均值為-7.59％;華南冬麥區(qū)光溫生產(chǎn)潛力變化范圍在-10.4％～-6.1％之間，平均值為-7.5％。由于各麥區(qū)光溫資源變化不同步，其光溫生產(chǎn)潛力對光、溫變化的響應(yīng)程度也不同，因此，定量計算光溫變化對光溫生產(chǎn)潛力的貢獻比率，分析光溫變化對光溫生產(chǎn)潛力的影響程度。1961-2007年間，在北部冬麥區(qū)和黃淮冬麥

12、區(qū)，由溫度變化和由太陽輻射變化引起的光溫生產(chǎn)潛力下降區(qū)域，均占各麥區(qū)的50％左右;在長江中下游冬麥區(qū)、西南冬麥區(qū)和華南冬麥區(qū)，由溫度變化引起的光溫生產(chǎn)潛力下降區(qū)域分別占各麥區(qū)的75％、69％和85％。
　　本研究明確了1961-2007年間我國冬麥區(qū)冬小麥光溫生產(chǎn)潛力及其時空演變特征，分析了冬小麥生長季內(nèi)光溫變化對我國冬小麥光溫生產(chǎn)潛力的影響，研究結(jié)果可為進一步評估未來氣候變化對我國冬小麥生產(chǎn)的可能影響和制定相應(yīng)的應(yīng)對策略提供參考