關中地區(qū)冬小麥水分產量效應及氣候變化條件下產量響應模擬研究.pdf

1、水分虧缺對冬小麥的生長發(fā)育有著重要作用，不合理的灌溉制度既會對冬小麥的生長產生不利影響，還會造成水資源的浪費。隨著未來氣候的變化，水資源狀況也會隨之發(fā)生變化，且會對冬小麥的生長產生一定的影響。因此，本研究以2011-2012和2012-2013年遮雨棚下3個水分處理(充分灌溉，100％ET;輕度水分虧缺，80％ET;重度水分虧缺，60％ET)以及大田試驗3個水分處理(同上）和3個種植密度處理（密播340 kg hm-2;適宜播種，240

2、 kg hm-2;稀播，140 kg hm-2）的冬小麥小區(qū)試驗為基礎，分析了不同水分或不同水分及密度條件下冬小麥的需水規(guī)律。同時，利用試驗數(shù)據(jù)校驗了CSM(Cropping System Model)-CERES-Wheat作物模型，對關中地區(qū)冬小麥進行播期優(yōu)化。選取國際耦合模式比較計劃第五階段(CMIP5)中5種全球氣候模式(GCMs，Global Climate Models)在不同典型濃度路徑(RCPs)情景下對關中地區(qū)2020

3、-2100年氣候變化情況進行預測，并用CERES-Wheat模型模擬基于不同氣候變化情景模式下冬小麥的響應情況。本研究得出主要結論如下:
　　(1)分析不同水分脅迫處理對冬小麥生長和產量的影響，表明拔節(jié)期是冬小麥對水分最敏感的生育時期，其次是開花期，在這一階段實施水分脅迫會導致冬小麥地上生物量、產量及水分利用效率降低。分蘗期的水分脅迫不會對產量造成嚴重影響。對于無遮雨設施的大田試驗，密播和輕度水分虧缺的灌溉管理措施可以獲得最大產量

4、及較高的水分利用效率。
　　(2)應用大田試驗數(shù)據(jù)表明了CSM-CERES-Wheat模型在關中地區(qū)的適用性，CERES-Wheat模型可以較好模擬關中地區(qū)冬小麥的物候期、成熟期地上生物量、產量，其模擬值與實測值的歸一化均方根誤差（RMSEn）分別為小于2％、15.4％和14.8％。對葉面積指數(shù)的模擬結果一般，而對冬小麥生育期內累積生物量的模擬結果略差，尤其是對葉片累積生物量的模擬誤差較大，模擬值與實測值的RMSEn達到70％。應

5、用模型中的季節(jié)性分析模塊，利用30年的歷史氣象數(shù)據(jù)(1984-2013)對不同水分和種植密度情景的冬小麥在7個不同播種日期下的產量進行模擬。結果表明，播種日期從9月7日推移到10月27日，雨養(yǎng)情景下的作物產量平均減少36.7％。通過季節(jié)性分析的模擬結果與關中地區(qū)的播種模式結合分析，得到該地區(qū)的最佳播種日期為10月7日左右，具體播種情況可根據(jù)當年的農藝措施及氣候條件進行微調整。
　　(3)應用遮雨棚下冬小麥試驗數(shù)據(jù)，利用CSM-CE

6、RES-Wheat模型中Priestley-Taylor(PT)和FAO-56 Penman Monteith(PM)兩種估算作物蒸發(fā)蒸騰量的方法模擬了冬小麥2011-2012和2012-2013兩個生長季的累積蒸發(fā)蒸騰量、日蒸發(fā)蒸騰量、土壤含水率、成熟期地上生物量以及產量，并進行了評價和比較。將基于兩種方法模擬的蒸發(fā)蒸騰量值與試驗區(qū)域內大型稱重式蒸滲儀的實測結果進行比較，結果表明，基于PT和FAO-56 PM方法的CERES-Whea

7、t模型均可以較準確地模擬冬小麥的蒸發(fā)蒸騰量，累積蒸發(fā)蒸騰量和日蒸發(fā)蒸騰量的誤差分別小于5.4％和3.4％。同時，模型還可以模擬土壤水分動態(tài)，在0～20 cm土層，CERES-Wheat模型的模擬值與實測值的RMSEn為39.38％，模擬結果較差，但是從20 cm開始，基于兩種方法的模擬值與實測值的RMSEn均小于23.1％，且對40-60 cm土層的模擬結果最好。另外，CSM-CERESWheat模型基于PT方法模擬的蒸發(fā)蒸騰量值小于基

8、于FAO-56 PM方法的模擬結果，而基于前者對土壤含水率的模擬值要高于基于后者的模擬結果。CERES-Wheat模型對冬小麥兩個生長季開花期和成熟期的模擬精度高，其模擬值和實測值的RMSEn分別為0.85％和0.58％。CERES-Wheat模型基于PT和FAO-56 PM兩種方法對冬小麥在2011-2012和2012-2013生長季地上生物量的模擬值與實測值的RMSEn分別為13.57％和22.76％，產量的RMSEn分別為11.8

9、0％和15.42％，模擬結果均較好?；赑T方法對地上生物量以及產量的模擬結果要高于FAO-56 PM方法，模型用兩種方法模擬的成熟期地上生物量及產量的RMSEn值均在25％以內。
　　(4)關中地區(qū)未來氣候變暖趨勢明顯，在不同的GCMs和典型濃度路徑情景模式下，最高溫度和最低溫度均呈上升趨勢，渭南地區(qū)HADCM3模型和RCP8.5典型濃度路徑情景模式下，2100年一月的最低氣溫增長幅度為16℃。在不同的月份降雨量變化不同，一般情