黄淮海平原小麦的极端气候灾害风险评价及其适应研究

The response and adaptation of crop growth and yield to extreme climate disasters have been hot topics in the fields of climate change and agriculture. We have focused on quantitatively distinguishing the contribution of climate and management measures to crop yield variation supported by Youth Science Funds. We have found that crop production has increased significantly in the past 30 years in the Huang-Huai-Hai Plain. However, the occurrence frequency, grade and extent of extreme climate disasters have been more and more in the Huang-Huai-Hai Plain, which resulted in the increasing variation and instability of crop yield. In this project, wheat in the Huang-Huai-Hai Plain will be taken as an example. The data of field scale and regional scale will be used, and crop model and empirical model will be adopted. We will quantitatively distinguish the contribution of different extreme climate disasters in different growth periods to crop yield variation. The scientific monitor indicator system will be built for extreme climate disasters, and risk of extreme climate disasters to wheat yield will be assessed in the study area. Finally, we will present the suitable crop management measurements for better adaptation to extreme climate disasters. The purpose of this project is to provide scientific basis on rising adaptation ability of agriculture to climate change and to deal with the negative effects of climate change on agriculture in the Huang-Huai-Hai Plain.

作物生长发育和产量对极端气候灾害的响应与适应是气候变化与农业领域中的热点问题。申请人的青年科学基金项目研究了定量区分气候变化对作物产量变异的贡献方法，发现近30年中，黄淮海平原的粮食产量虽具有显著上升的趋势，但极端气候灾害的发生却呈现频率越来越高、程度越来越大、面积越来越广的新特点，导致了粮食产量的波动性和不稳定性增强。本项目拟在青年科学基金项目的基础上，基于农业气象站点尺度的观测数据和县级、省级尺度的统计数据，以黄淮海平原小麦为例，在点和面两种尺度上，应用作物机理模型和经验统计模型，定量区分黄淮海平原不同生育期的极端气候灾害对小麦产量变异的贡献程度；建立科学合理的极端气候灾害监测的指标体系；评价气候变化下极端气候灾害对作物产量的影响风险；提出有效地应对极端气候灾害的作物管理措施。本项目旨在提升黄淮海平原农业对极端气候灾害的适应能力，为农业适应气候变化和保障粮食安全提供科学依据。

作物生长发育和产量对极端气候灾害的响应与适应是气候变化与农业领域中的热点问题。黄淮海平原近30年的粮食产量虽具有显著上升的趋势，但极端气候灾害的发生却呈现频率越来越高、程度越来越大、面积越来越广的新特点，导致了粮食产量的波动性和不稳定性增强。项目研究的主要内容及结果如下：1.定量区分黄淮海平原不同生育期极端气候灾害对小麦产量变异的贡献程度。结果表明，1980年以来，黄淮海平原冬小麦生长季的极端高温有加剧趋势，空间上自东向西逐渐加重；极端生长度日对冬小麦产量在县级、省级和区域尺度均呈明显的负效应。2.建立科学合理的极端气候灾害监测指标体系。研究选择黄淮海平原近30年基于小麦物候期的每个气象站点的干旱指数（SPEI）作为干旱监测指标，发现不同时段黄淮海平原的干旱分布格局变化很大；1983年以来，干旱显著影响了黄淮海平原大部分尤其是南部地区的小麦产量，而对人为灌溉设施较好地区的小麦产量影响不大，粮食产量随干旱程度的增加并未减少，部分地区甚至仍有增加趋势。3.评价气候变化下极端气候灾害对作物产量的影响风险。研究表明，灌溉对极高温具有显著的降温作用，而对极低温具有升温作用，且干旱区比湿润区降温效果更明显；气候增暖提供了北方1970s以来耕地开垦的足够的热量条件，而干旱并未成为1990s-2000s耕地开垦的限制因子。政策、社会经济等人为因素对中国北方的耕地变化也起到了重要作用。研究进一步计算了站点尺度小麦生长及产量对极端高温的响应，结果表明用34℃以上的高温度日（HDD）来代表极端高温与实际情况高度相符，黄淮海平原的极端高温在空间上变异性很大；同时应用一元线性回归模型，分析了小麦产量的损失风险。4.有效应对极端气候灾害的作物管理措施。提出气候变化影响研究应与农民适应对策如品种的更替、耕作制度变化、灌溉措施的改善等相结合来进行研究。项目的研究可以提升黄淮海平原农业对极端气候灾害的适应能力，为农业适应气候变化和保障粮食安全提供科学依据。