西北半干旱区作物轮作系统对气候变暖的响应

气候变暖对西北半干旱区作物生产提出了严峻挑战。20世纪80年代以来，科学家开展了气候变暖对作物生长发育及产量的影响研究，取得了显著的研究进展。但是，作为长时间尺度上的作物轮作系统，气候变暖对其究竟有怎样的影响，仍不清楚。我们采用"日光温室控制试验"研究表明：气候变暖使西北半干旱区豌豆-春小麦-马铃薯轮作系统全生育期缩短，总产量下降。当日平均温度升高1.2℃时, 轮作系统全生育期缩短23d,减产7.8%；当日平均温度升高2.0℃时, 全生育期缩短42d,减产9.4%。但对轮作系统前茬作物播种期和收获期提前或推迟对后茬作物在生长季长度，作物对光照、热量、降水，以及土壤水分和养分等资源利用效率等方面的影响有待研究。本研究采用FACE与红外线辐射器田间增温模拟试验，进行气候变暖对豌豆-春小麦-马铃薯典型作物轮作系统的影响机理研究,为西北半干旱区作物生产应对气候变暖提供理论参考依据。

中国西北地区横跨青藏高原与黄土高原，包括陕西、甘肃、青海、新疆、宁夏、内蒙的部分地区，既有干旱半干旱区、半湿润偏旱区，也有阴湿高寒区，属于气候变化敏感区。近半个世纪以来，西北地区气候经历了高温、干旱、暖冬等一系列变化，对粮食和食品安全产生了重大影响。针对气候变暖对西北半干旱区作物生产带来的严重的挑战，选择豌豆-春小麦-马铃薯典型轮作系统为研究对象，开展气候变暖对豌豆-春小麦-马铃薯轮作系统的影响研究。试验基地设在宁夏固原农业气象试验站，属于典型的半干旱雨养农业区。根据计划任务书的要求，2011-2015年度采用FACE与增温试验，开展增温与CO2浓度升高对豌豆-小麦-马铃薯轮作系统作物生理生态、生长发育，土壤水分、养分的影响研究。研究发现（1）CO2浓度升高，作物各器官生物量增加，增加的同化碳向根系分配，作物根茎比增加。CO2浓度升高将加强植物碳代谢，降低氮代谢，可适度增加作物产量，但影响作物水分利用效率。（2）温度升高1.40C，豌豆全生育期天数减少10天，产量降低11.1%；温度升高2.20C，豌豆全生育期天数减少17天，产量降低17.5%。日均温度升高可以显著减少豌豆的水分利用效率。日均温度升高1.4-2.2℃，水分利用效率减少1.3-2.3 kg/hm2 mm，下降18.8-33.3%。（3）增温 0.6–1.4ºC，冬小麦水分利用效率有明显的增加趋势。但是当温度升高到1.4ºC，作物水分利用效率出现下降，增加温度1.4-2.2 ºC，水分利用效率下降0.25 kg/hm2 mm。（4）增温0.5-1.5℃时,马铃薯水分利用效率呈明显增加趋势。但是当增温超过1.5℃时,水分利用效率出现了显著的下降趋势。（5）增温0.5-2.00C，导致雨养区豌豆-春小麦-马铃薯轮作系统作物全生育期天数缩短11-42d，产量降低3.2-9.4%。增温0.5-2.00C，豌豆-春小麦-马铃薯轮作系统作物水分利用效率下降3.0-12.4%。（6）气候变暖对作物品质产生明显影响。随着温度升高，马铃薯块茎中干物质和淀粉呈明显的增加趋势,粗蛋白质和还原糖呈明显的减少趋势,维生素C呈先增加后减少趋势。随着温度升高，豌豆淀粉、蛋白质、碳水化合物、灰分、能量等物质含量呈明显的增加趋势。在国内外学术期刊发表论文5篇，资助出版学术专著2部，获省级科技进步二等奖2项，国家科技进步二等奖1项。