增温、干旱胁迫对海伦地区大豆影响的模拟研究

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气候变化是影响农业生产的重要因素之一。气候变暖使得全球地表温度缓慢上升,高温、干旱等极端自然灾害频繁发生,对粮食安全造成了严重的危害。大豆是我国最重要的油料作物之一,也是东北地区的主要农产品,近年来不断变化的气候条件为大豆的生长带来了许多不确定的隐患。本研究借助WOFOST作物模型,以黑龙江省海伦市为研究区域,基于当地的气象资料、土壤资料、及大豆生长试验资料,在大豆的不同生育期进行胁迫模拟,分析高温及干旱胁迫对大豆的生育期、叶面积指数以及干物质产量的影响。具体结果如下:(1)在参数敏感性分析的基础上,调整模型参数,将模拟值与实测值对比,计算各项误差,结果表明在产量方面,实际值与模拟值的平均绝对误差(MAE)为77,平均相对误差(MRE)为0.031,均方根误差(RMSE)为86.113,相对均方根误差(RRMSE)值达到3.5%,各项误差均在合理范围之内。生育期方面,开花期模拟值与实测值的R2为0.9412,成熟期模拟值与实测值的R2为0.98,二者的线性拟合精度都较高。证实经过调参本地化后的WOFOST模型模拟效果与海伦地区大豆生长的实际非常接近,可以用于海伦地区大豆生长发育的进一步研究。(2)计算气温与距平指数,分析试验期间的气温波动幅度,再对比气温及降水距平指数与产量相对偏差,选取气温距平指数为0.106,降水距平指数为-0.2,产量的相对偏差为-0.10的2017年作为基准年。输入所有的参数并运行模型,将模型输出的结果作为参照值。(3)在基准年的参数基础上修改气象数据模拟高温胁迫及干旱胁迫,胁迫处理分为两个不同阶段,一是全生育期阶段,二是开花期至鼓粒期阶段。将修改后的数据分别输入模型进行模拟,记录生育期、叶面积指数、总地上部分干重(Total Above Ground Production,TAGP)和地上部贮藏器官总干物质重(Total Dry Weight of Living Storage Organs,TWSO)等指标,分析不同时期的增温和干旱胁迫对大豆生育期及产量的影响。(4)输出结果表明,在大豆全生育期胁迫处理中,增温处理明显缩短了大豆的生育期长度,同时叶面积指数也有明显的减小,且增温幅度越大,影响越明显,其中在增温3℃的情况下大豆生育期缩短了30天,叶面积指数下降了0.73。干物质积累方面,增温使得大豆的每一部分干物质重都出现了不同程度的下降,其中直接关系大豆产量的TWSO(荚部产量)值在增温1℃时降低3.37%,在增温2℃时降低6.69%,在增温3℃时降低11.09%。干旱胁迫下,大豆的生育期未有明显影响,但是叶面积指数及产量也有不同程度的下降,干旱程度越高,下降越多。(5)大豆开花期至鼓粒期胁迫处理结果表明,这一阶段的胁迫处理对大豆生长的影响较大,尤其是对叶面积指数的影响。在干物质积累方面,无论是增温模拟还是干旱模拟,开花期至鼓粒期处理的结果均与全生育期阶段处理的结果相似。开花期至鼓粒期阶段是大豆生长的重要阶段,在这一阶段发生高温及干旱将对大豆的干物质积累造成较大的影响。
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