基于WOFOST分析不同气候情景对辽宁雨养春玉米产量的影响

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气温、降水和辐射是农作物生长发育必需的基本气象因素,其大小、波动及空间分布决定局部地区的种植结构和农产品产量丰欠。玉米作为喜温喜水的典型农作物其生长发育则对气候变化的响应更为敏感。在全球气候变化背景下,各气候要素以及要素间的相互作用对玉米生产的影响表现出复杂性和不确定性,因此研究玉米产量与主要气候要素的响应关系对充分利用自然资源、合理调整种植结构以及优化田间管理措施,保障我国粮食安全具有重要意义。以往众多的关联统计研究切实提高我们对作物产量中气候要素重要性的认识,但在作物生长机理及定量解释各气候要素与产量响应关系分析上仍存不足。本研究基于辽宁地区各气象站1981-2020年实测数据分析各气候要素年际间变化特征,根据局地气候暖干化趋势耦合气温、降水、辐射三要素构建不同气候情景,同时结合年干燥度将辽宁省划分为湿润区、半湿润区及半干旱区;利用辽宁省各农业气象观测站春玉米田间实测数据对WOFOST(WOrld FOod STudy)模型进行校准和适用性检验,将本地化的模型用于模拟不同气候情景下辽宁雨养春玉米产量变化情况,并归纳分析不同干湿气候区内春玉米产量对各气候要素的响应机理,主要结论有:(1)对辽宁地区过去40年气象资料分析表明气温、降水和辐射的变化趋势特点不同。日平均气温在各地区增温幅度虽有不同,但总体呈明显抬升趋势(P<0.01);年降水量虽然略有增加或减少幅度但变化趋势不显著;各地区日总辐射量的增减变化趋势虽不相同,但大部分站点辐射变化趋势通过显著性检验(P<0.05)。(2)利用辽宁省站点数据本地化WOFOST模型可提高其在局地的适用性;模型验证分析表明,经过校准的WOFOST模型模拟辽宁地区雨养春玉米产量各项精度评价指标均在误差允许范围内,故校准后的WOFOST模型可实现在不同气候情景下对研究站点内春玉米产量的有效模拟。(3)对辽宁省各气候区雨养春玉米在不同气候情景下的模拟分析显示:在研究设定的各气候要素变化范围内春玉米产量与气温呈负相关,与降水呈正相关;“辐射增加”情景对湿润区内春玉米产量发挥正效应,在半干旱区则表现出负效应。“气温增加与降水减少”情景下春玉米生产的干旱胁迫风险大大提高,春玉米产量可达到不同干湿气候区内各模拟气候情景下的最低值,表明该气候情景属于辽宁地区潜在极端气候,需要预警并加强春玉米生产宏观调控与管理,以免造成春玉米大幅减产和绝收。(4)气温、降水和辐射对辽宁省不同干湿气候区内雨养春玉米生产表现出不同影响。气温是影响辽宁省湿润区、半湿润区(瓦房店、熊岳和绥中)和半干旱区内春玉米产量的首要气候要素;降水是半湿润区(昌图、新民和鞍山)春玉米产量的敏感要素;而给定范围内的辐射波动则对除湿润区以外的地区春玉米的生产均未表现出明显波动。该论文有图20幅,表9个,参考文献91篇。
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