论文部分内容阅读
气候是影响作物生长发育和产量形成的重要因素。随着全球气候变化,评估气候变化对农业生产的影响以及探究多种农艺应对措施对保证未来粮食安全具有重要意义。本文以中国关中地区为研究区域,首先利用杨凌站点2009-2012年夏玉米（品种为“郑单958”）和长武站点2017-2018年春玉米（品种为“先玉335”）试验数据对APSIM-Maize模型进行参数率定和验证;然后基于两个站点1971-2010年的历史气象数据,利用36种全球气候模式（GCMs）和NWAI-WG统计降尺度方法预测该地区在RCP4.5和RCP8.5两种排放情景下未来2031-2060（2050s）和2071-2100（2090s）的气候变化;最后运用验证后的APSIM-Maize模型结合气象数据模拟在20种播期和密度组合情景下,玉米在充分灌溉和雨养条件下的生长发育和产量形成,探究该地区玉米生长的主要气候影响因子,量化玉米的生产潜力,评估未来气候变化对该地区玉米生产潜力的影响以及优化播期和密度的交互作用应对气候变化影响的有效性。主要研究结果包括:（1）APSIM-Maize模型校正和验证结果表明:玉米开花期、成熟期和籽粒产量模拟值与实测值的决定系数（R2）分别为0.95、0.90和0.76,开花期和成熟期模拟值与实测值的均方根误差（RMSE）分别为2和5天,籽粒产量实测值和模拟值的归一化均方根误差（NRMSE）为12%;验证结果表明APSIM-Maize模型在模拟关中地区玉米生长发育和产量形成过程具有较好的适应性。（2）基于1971-2010年历史气候下常规播期和密度组合的模拟结果显示:夏玉米平均潜在和雨养产量为8756和4236 kg ha-1,春玉米为13138和6163 kg ha-1,通过灌溉夏玉米和春玉米最高可以增产52%和53%;降雨量是该地区玉米生长的主要气候影响因子;适当推迟播期和提高种植密度可以有效提高该地区玉米生产潜力和水分利用效率,夏玉米潜在和雨养产量可提高20.0%和24.2%,春玉米可提高21.7%和22.8%,夏玉米潜在和雨养水分利用效率可提高22.7%和20.8%,春玉米可提高14.4%和20.0%。（3）未来气候情景下,玉米生育期内的平均温度、太阳辐射和降雨量将会增加。气候变化将导致玉米生育期缩短,耗水量增大,从而降低生产潜力。其中,温度上升是主要气候影响因子。夏玉米潜在和雨养产量将会下降14.5-37.1%和23.9-51.2%,春玉米下降14.1-36.7%和20.1-36.7%,夏玉米潜在和雨养水分利用效率下降19.7-44.2%和24.0-50.8%,春玉米下降24.6-51.2%和22.5-45.2%。（4）适当的推迟播期和提高种植密度可以有效缓解气候变化对玉米的消极影响。随着播期推迟1-2周以及密度提高为8-10株m-2时,夏玉米潜在和雨养产量可提高7.8-13.1%和0.5-5.6%,春玉米可提高12.4-24.0%和3.1-17.0%。随着产量增加,玉米水分利用效率也显著提高,特别是潜在情景下,夏玉米可提高10.2-18.1%,春玉米可提高22.7-35.9%。然而,干旱胁迫导致玉米潜在和雨养产量增长幅度不同步,将会增大产量差。总之,本研究结果表明未来气候变化将会导致我国关中地区的玉米生产潜力下降,但是优化播期和种植密度可以有效缓解未来气候变化的消极影响,而水分胁迫依然是限制该地区玉米生产潜力提升的重要问题。因此,在未来的研究中,结合耐高温和耐旱玉米品种、合适的灌溉措施、地膜覆盖等保水措施以及其他的农艺措施可能会有效地应对未来气候变化对该地区玉米的消极影响。