论文部分内容阅读
全球气候变暖将会造成极端天气、气候事件的频率及强度增强，气候灾害影响的区域增多，进而对生态系统及社会经济可持续发展造成不利影响。黄淮海平原是我国最大的冬麦区，由于冬小麦生长季正值降水稀少的时期，在冬小麦拔节、抽穗与灌浆的需水关键期水分亏缺严重，因此在冬小麦生产中干旱影响明显。本文在收集整理历史气象资料、气候情景数据、田间观测资料和土壤数据的基础上，分析了黄淮海平原冬小麦生长季及四个季节干旱的时空变化特征及其对气候变化的响应，以选定的6个农业种植亚区典型站点为轴线，探明了冬小麦不同生育阶段的气象干旱变化特征，然后借助DSSAT作物模型，模拟分析了过去30a与未来气候情景下的气象干旱对冬小麦产量的潜在影响，以期在气候变化的背景下，从关键生育期的角度，提升黄淮海平原干旱对冬小麦产量影响的认识，并为黄淮海平原气候变化背景下冬小麦实际生产抗旱减灾及合理灌溉提供科学依据。本文得出的主要结论如下：（1）明确了黄淮海平原四个季节和冬小麦生长季气象干旱特征。1961-2011a气象资料分析表明，近50a来冬小麦生长季的干旱总体趋势略有减轻，但趋势不显著并存在时段特征差异，其中1961—1988a，冬小麦生长季干旱趋势有所减轻，M-K检验显示1988a出现干旱突变，在随后近20a干旱趋势加重。从季节分析来看，春季、冬季以及冬小麦生长季干旱频率都达到90%以上，干旱趋势明显，四个季节中春、冬两季干旱最为严重；区域分布而言，整个黄淮海平原干旱程度及干旱频率均表现为由南向北递增的趋势，并在中北部地区为高频干旱区域。黄淮海平原冬小麦生长季干旱依次与降水、太阳辐射和相对湿度三个气候要素最为相关。（2）探明了典型站点冬小麦生育阶段气象干旱特点和气候发展趋势。由气象资料和农气站点田间观测资料结合分析表明，1981—2009a黄淮海平原北部地区的干旱持续期和程度均较南部明显，春季干旱对冬小麦影响更突出，但不同生育期干旱特征不同。冬小麦拔节—抽穗期大多数地区干旱趋势略有减弱，且南部地区干旱减弱与温度降低和降水增加密切相关，而北部地区主要缘于降水增加；抽穗—成熟期干旱趋势增加，但变化趋势不显著。南部地区在冬小麦各生育阶段将会随着相对湿度的减小而有干旱化的趋势，而在冬小麦全生育期随着太阳辐射量的减弱而干旱减轻，黄淮海平原在冬小麦生育后期将会随着风速的减小而呈湿润化的趋势。（3）借助DSSAT模型，在模型参数调整和应用校验基础上，模拟分析了近30a各农业亚区典型站点冬小麦关键需水生育阶段干旱对其产量的潜在影响。模拟结果表明，DSSAT模型的区域模拟效果良好，区域品种3H能够代表黄淮海平原冬小麦品种进行区域模拟。黄淮海平原冬小麦需水关键生育阶段潜在干旱减产率在1980s均呈现出明显的干旱灾损减轻的趋势。冬小麦拔节—抽穗期的潜在干旱减产率由南向北逐渐加重，黄淮海农作区Ⅰ区、Ⅱ区和Ⅲ区的减产率超过了-40%，Ⅳ区、Ⅴ区、Ⅵ区分别为-38%、-27%、-13%，这种干旱减产的区域分布由品种差异造成的影响不大，主要是由各地气候因素的差异所导致。（4）采用DSSAT模型进一步比较分析了RCP4.5、RCP8.5气候变化情景下，冬小麦关键需水生育阶段发生干旱对产量的潜在影响及其变化趋势。RCP4.5、RCP8.5情景下，黄淮海中部与南部地区冬小麦在拔节—抽穗期干旱减产率区域间变化趋势基本一致，RCP4.5情景下2010—2030a干旱减产率有增加的趋势，但2030—2050a干旱减产率均有降低趋势；RCP8.5情景下2020—2040a潜在干旱减产率有增加的趋势，在2040a后减产率则为降低的趋势。在冬小麦灌浆期，RCP4.5情景下，黄淮海南部地区未来40a干旱减产率为降低的趋势。黄淮海平原拔节—抽穗期与灌浆期的不同减产程度的累积概率，基本呈现由南向北递增的分布；且同等程度的减产，由拔节—抽穗期造成的概率要远远大于由灌浆期造成的概率；RCP8.5情景下在两个时期造成的减产概率普遍低于RCP4.5情景下的概率，RCP8.5情景下同等程度的减产由拔节—抽穗期与灌浆期造成的概率差，明显的小于RCP4.5情景下的概率差。（5）探讨了RCP4.5、RCP8.5气候变化情景下冬小麦关键需水生育阶段发生干旱减产的区域水平。未来40a黄淮海平原冬小麦拔节—抽穗期干旱潜在的减产程度严重，在RCP4.5情景下，Ⅰ区为干旱严重减产区域，Ⅱ区、Ⅲ区、Ⅳ区为重度干旱减产区域，Ⅴ区为中度减产区域，Ⅵ区为轻度减产区域；在RCP8.5情景下，Ⅰ区、Ⅱ区、Ⅲ区为重度干旱减产区域，Ⅳ区、Ⅴ区为中度干旱减产区域，Ⅵ区为轻度减产区域。而灌浆期干旱潜在的减产程度较轻，RCP4.5情景与RCP8.5情景下除Ⅰ区为中度干旱减产区域外，其他区域均为轻度干旱减产区域。较Baseline基准时段相比较，在冬小麦拔节—抽穗期，RCP4.5情景下，Ⅰ区、Ⅱ区、Ⅲ区、Ⅳ区的干旱风险增大，而Ⅴ区、Ⅵ区的干旱风险减小；在RCP8.5情景下，只有Ⅲ区干旱风险增加，其他亚区的干旱风险均减小；灌浆期两个情景一致，Ⅰ区、Ⅲ区的干旱风险增大，其他亚区的风险均减小。因此，在农业生产中不但要建立极端天气气候事件与自然灾害的早期预警系统，完善区域性农业科学管理与生产决策支撑体系，也同时应通过选择抗旱性较强的品种及调整耕种方式和管理措施，尤其是针对黄淮海平原春季干旱的灌溉设施等对策来适应气候变化。