适应气候变化的黄淮海平原农业生产管理优化模式研究

采取有效的农业生产管理模式适应气候变化，是当前气候变化与粮食安全领域的热点问题。本项目选取黄淮海平原主要作物小麦和玉米为研究对象，基于该区1981年以来的农业气象试验站农业生产数据、农户调查数据、县域统计数据以及遥感数据产品，结合过去逐日气象数据和未来区域气候模式数据，应用作物机理模型（CERES-Wheat、CERES-Maize）、地统计、曲面建模、GIS和遥感应用技术，研究点与区域尺度、时间与空间尺度上气候变化和管理措施对黄淮海平原作物生产的影响，阐明气候变化和管理措施对小麦和玉米的生育期和产量时空变异的影响机制；建立不同因素与产量时空变异之间的关系模型，定量区分气候变化和管理措施对作物产量变化的贡献程度；提炼黄淮海平原适应气候变化的农业生产管理优化模式。本研究可为合理采取有效的管理模式保障或提高粮食产量、应对气候变化对农业带来的负面影响提供科学依据。

气候变化对作物生长发育和产量影响的贡献程度是气候变化与农业领域中的热点问题。本项目选取黄淮海平原为研究区，基于该区近30年的农业气象站点作物生长发育及产量数据、县域不同种类作物产量的统计数据以及多期土地利用现状和变化数据，结合过去30年研究区作物生长季逐日气象数据，应用作物机理模型、统计模型、地统计、曲面建模、GIS 等技术，研究点与区域尺度、时间与空间尺度上气候变化和管理措施对黄淮海平原作物生产的影响，阐明气候变化和管理措施对作物生育期和产量时空变异的影响机制；建立不同因素与产量时空变异之间的关系模型，定量区分气候变化和管理措施对作物产量变化的贡献程度。研究结果表明：（1）过去30年物候变化（如冬小麦开花期和成熟期提前）的主要驱动因素是气候变化，品种更换在一定程度上减缓了气候变化对物候的影响。（2）黄淮海平原小麦和玉米生长季温度(ΔT)随时间的变化趋势均以增暖为主，但小麦生长季增暖幅度（0.3—1.0℃/10a）大于玉米（0—0.6℃/10a）。小麦和玉米生长季降雨一阶差分随时间的变化趋势有正有负，小麦生长季降雨趋势主要在-100—50mm/10a，玉米生长季降雨趋势则在-100—100 mm/10a，小麦和玉米生长季降雨一阶差分的时间趋势的空间分异规律各不相同。对于辐射来说，小麦和玉米生长季的辐射一阶差分均有降低的趋势，玉米比小麦降低趋势更大。（3）黄淮海平原生长季温度每升高1℃，小麦产量以增产为主，而玉米产量则以减产为主，不同地区增产和减产幅度不同，一般在±20%以内。对于降雨来说，在生长季阶段每增加10%，黄淮海平原地区的南部和北部的作物产量对降雨的响应不同，即：小麦和玉米在北部地区产量随降雨的增多而增加，而在南部地区产量随降雨增加则有所降低，范围均大致在±5%以内。对于辐射来说，除玉米在黄淮海平原北部的部分地区随辐射增加产量有所降低外，黄淮海平原作物产量随辐射增加会增产，幅度大部分在20%以内。另外，极端温度变化也对黄淮海平原的小麦产量产生了一定影响。本研究可为合理采取有效的管理模式保障或提高粮食产量、应对气候变化对农业带来的负面影响提供科学依据。在将来的研究中，需要进一步分析极端气候灾害对作物生长发育和产量的影响，能更加明确气候变化对作物产量的贡献程度，为我国农业适应气候变化提供科学支撑。