抽穗后高温干旱互作对冬小麦产量形成影响的模拟研究

基本信息
批准号:31801260
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:27.00
负责人:刘兵
学科分类:
依托单位:南京农业大学
批准年份:2018
结题年份:2021
起止时间:2019-01-01 - 2021-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:曹卫星,邱小雷,Raheel Osman,陈健,叶紫,张东正
关键词:
极端气候作物生长过程模型模型构建胁迫响应效应评估
结项摘要

Climate extreme events, e.g. heat stress and drought stress during reproductive stage have detrimental effects on wheat growth and yield formation. Quantifying the impacts of climate extreme events on wheat production is urgent for early-warning of food security risks in China and worldwide. Process-based crop growth models have become the most widely-used quantitative tools for prediction of crop productivity, but most existing crop models, which showed pool response in predicting the effects of heat stress and drought stress, especially their interactions, on wheat growth and yield formation, need substantial improvement in model mechanism and predictability. Based on a series of wheat pot experiments with different treatments of heat stress, drought stress and their interactions in the artificial climate chamber, this study aims to study the physiological mechanisms of impacts on wheat growth and productivity under different stress combinations. Moreover, based on the exiting experiment and literature data, and by using systematic analysis method and dynamic modelling technology, the dynamic characteristics of growth process, grain development, plant senescence, production of assimilate, distribution of assimilate and yield formation in wheat will be quantified. Furthermore, on the basis of the existing simulation model of wheat growth 'WheatGrow', the simulation model of wheat yield formation under heat stress, drought stress and their interactions during the reproductive stage will be developed. Finally, by integrating with the GIS technology and the scenarios of future climate, the impacts on main wheat production areas in China of post-heading heat stress and drought stress in the future climate conditions can be quantitatively analyzed. The expected results will provide quantitative tools and technical approaches for the security of wheat production in China and the establishment of adaptive strategy in the future climate conditions.

生育后期高温和干旱胁迫等极端气候事件对小麦生长发育和产量形成具有非常不利影响,如何准确定量预测极端气候事件下小麦生产力已成为国内外粮食安全预测预警所迫切需要解决的关键技术之一。基于过程的作物产量形成模拟模型为生产力预测提供了量化工具,但已有作物模拟模型并没有很好体现高温、干旱胁迫及二者互作对作物产量形成影响的生理过程,模型解释性和预测性有待提高。因此,通过在全自动人工气候室实施高温干旱互作处理的小麦盆栽试验,明确不同高温干旱互作对小麦产量形成的影响和生理机制,进一步利用系统分析方法和动态建模技术,基于课题组已有WheatGrow模型,构建抽穗后高温干旱胁迫下小麦产量形成模拟模型,并利用独立年份盆栽和大田高温干旱试验对新建立模型进行校正和检验;最后结合GIS 和未来气候情景,量化未来气候下高温干旱胁迫对我国小麦主产区生产力的影响。研究结果为未来气候下我国小麦安全生产及适应性对策制定提供支撑。

项目摘要

高温和干旱胁迫等极端气候事件对小麦生产力形成具有显著不利影响,迫切需要定量预测极端气候对小麦生产力的影响。基于过程的作物生长模拟模型为生产力预测提供了量化工具,但已有作物模拟模型并没有很好体现高温和干旱胁迫互作对小麦产量形成影响的生理过程,模型的解释性和预测性有待提高。因此,本项目通过在全自动人工气候室实施不同品种、不同时期、不同高温水平和不同干旱程度的高温干旱互作试验,明确了小麦生长发育和产量形成指标在抽穗后高温干旱胁迫互作下的动态变化规律,发现高温和干旱胁迫对小麦光合特征参数存在显著互作效应;在解析小麦蒸腾蒸散和冠层温度对抽穗后高温干旱胁迫互作的生理生态响应机制基础上,基于Penman-Monteith方法和Jarvis模型构建了高温干旱胁迫互作对小麦蒸腾蒸散和冠层温度影响的模型算法;利用独立试验数据对所构建的预测模型进行检验发现,改进后模型对高温干旱互作处理期间的小麦气孔导度、蒸腾蒸散和冠层温度的预测误差分别降低57.14%、22.43%和40.27%,对大田增温试验中小麦产量、穗粒数和粒重的预测误差较原模型分别降低25%、12%和52%;利用改进后的WheatGrow模型,结合不同气候变化情景和GIS技术,量化了基准年代和增温1.5oC、增温2.0oC、RCP8.5情景下高温胁迫对我国冬小麦主产区小麦生产力的影响。结果发现高温胁迫对小麦产量减产效应在我国冬小麦主产区的空间分布表现为显著的“南低北高”特征,不同气候增温情景下所有高温胁迫指标及减产效应的空间分布较为一致,其中在北部冬麦区和黄淮冬麦区高温胁迫在基准年代和未来增温情景下造成的减产损失平均为2.6%、2.1%和3.9%、2.6%。研究结果将为定量预测和评估未来气候条件下我国小麦生产力提供可靠的数字化工具,对于气候变化背景下粮食安全预测预警和应对气候变化的措施制定具有重要意义。

项目成果
{{index+1}}

{{i.achievement_title}}

{{i.achievement_title}}

DOI:{{i.doi}}
发表时间:{{i.publish_year}}

暂无此项成果

数据更新时间:2023-05-31

其他相关文献

1

基于一维TiO2纳米管阵列薄膜的β伏特效应研究

基于一维TiO2纳米管阵列薄膜的β伏特效应研究

DOI:10.7498/aps.67.20171903
发表时间:2018
2

粗颗粒土的静止土压力系数非线性分析与计算方法

粗颗粒土的静止土压力系数非线性分析与计算方法

DOI:10.16285/j.rsm.2019.1280
发表时间:2019
3

特斯拉涡轮机运行性能研究综述

特斯拉涡轮机运行性能研究综述

DOI:10.16507/j.issn.1006-6055.2021.09.006
发表时间:2021
4

硬件木马:关键问题研究进展及新动向

硬件木马:关键问题研究进展及新动向

DOI:
发表时间:2018
5

中国参与全球价值链的环境效应分析

中国参与全球价值链的环境效应分析

DOI:10.12062/cpre.20181019
发表时间:2019

刘兵的其他基金

批准号:81603709
批准年份:2016
资助金额:17.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:10671001
批准年份:2006
资助金额:16.00
项目类别:面上项目
批准号:31370297
批准年份:2013
资助金额:82.00
项目类别:面上项目
批准号:11705151
批准年份:2017
资助金额:28.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:11371030
批准年份:2013
资助金额:62.00
项目类别:面上项目
批准号:30871410
批准年份:2008
资助金额:29.00
项目类别:面上项目
批准号:51469028
批准年份:2014
资助金额:48.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:71072149
批准年份:2010
资助金额:26.00
项目类别:面上项目
批准号:21701095
批准年份:2017
资助金额:22.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61403394
批准年份:2014
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:71801176
批准年份:2018
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:10971001
批准年份:2009
资助金额:26.00
项目类别:面上项目
批准号:30770921
批准年份:2007
资助金额:30.00
项目类别:面上项目
批准号:51802062
批准年份:2018
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:21704072
批准年份:2017
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61903284
批准年份:2019
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81872181
批准年份:2018
资助金额:54.00
项目类别:面上项目
批准号:31371185
批准年份:2013
资助金额:97.00
项目类别:面上项目
批准号:31800207
批准年份:2018
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31900571
批准年份:2019
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31571249
批准年份:2015
资助金额:63.00
项目类别:面上项目
批准号:30300181
批准年份:2003
资助金额:18.00
项目类别:青年科学基金项目

相似国自然基金

1

干旱对冬小麦生长及产量的影响模拟研究

批准号:41601562
批准年份:2016
负责人:王前锋
学科分类:D0716
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
2

基于非充分灌溉水氮互作对冬小麦产量品质调控机理

批准号:U1404528
批准年份:2014
负责人:刘小飞
学科分类:E0902
资助金额:27.00
项目类别:联合基金项目
3

弱光及氮肥互作对冬小麦叶源特性、氮素利用率及产量影响的研究

批准号:31560370
批准年份:2015
负责人:赵奇
学科分类:C1310
资助金额:41.00
项目类别:地区科学基金项目
4

花后短暂高温渍水逆境对冬小麦产量和品质的影响机理及其氮素调控

批准号:31071356
批准年份:2010
负责人:李金才
学科分类:C1309
资助金额:32.00
项目类别:面上项目