新排放情景下福建省水稻生产适应性调整研究

摘要

自古以来，农业的发展都依托于气候，农业生产与气候息息相关。而农业应对气候变化的种种表象均表现出了极大的敏感性与脆弱性，这使得关于气候变化对粮食生产的不利影响问题受到国际社会的普遍关注。因此，气候变化对农业影响的评价研究及其适应性措施的探讨成为当前农业及气候变化领域的重大研究课题。因此，本文选择福建省为研究区域，评估未来气候变化对水稻生产的影响，并在此基础上进一步分析未来可能的的适应性调整措施，以对未来气候变化的影响做出更为科学合理的评估。 本研究首先根据福建省发布的农业气候资源的分布状况及福建省作物的相应区划与优化布局等资料为依托，将福建省从整体上划分为3个稻区（闽东南双季稻区、闽西北双季稻区及闽西北山地单季稻区），利用2011—2012年的逐日气象资料及同期区试作物资料对各稻区7个水稻代表性品种的遗传参数进行了调试与确定。然后根据IPCC第五次评估报告(AR5)中所提出的4种典型浓度路径的排放情景，选取RCP4.5和RCP8.5这两种排放情景，利用BCC_CSM(Beijing Climate Center Climate System Model)气候模式基于这两种情景下的气候预估结果，分别生成了本研究所在区域内的在基准（1981-2005年）和未来（2021-2050年）两种时段下的气候变化情景。接着将生成的情景耦合嵌套水稻生长模型CERES-Rice，而水稻的供水方式选择雨养与灌溉两种，最后分别模拟分析了气候变化对福建省水稻生产的影响，以及未来不同情景下水稻生育期各主要气象要素时空分布特点及年际间的波动规律。在此基础上，进一步模拟分析各水稻种植区未来不同情景下品种与播期的可能调整，并将调整结果重新代入作物模型进行模拟，评估未来适应性调整后全省水稻生产的变化情况，同时估算在适应性调整前后全省水稻总产的可能变化。本文主要研究结果如下： （1）未来气候变化情景下福建省各稻区水稻生育期内温度明显升高，增幅最大可达2.3℃；水稻生育内总辐射呈现减少趋势，减少幅度最大不超过2成；早稻及单季稻生育期内降水略有减少，后季稻生育期内降水总量则增加显著。 （2）随未来温度的升高，水稻生育期将明显缩短，其中单季稻生育期缩短时间最长，可达10天以上；在双季稻种植区，闽东南双季稻区后季稻生育期缩短天数较早稻更为明显；闽西北双季稻区早稻与后季稻生育期的变化相近。产量的模拟结果显示，不考虑CO2肥效作用时，无论早稻、后季稻、单季稻，其产量相对于基准年份均普遍减产，减产幅度不超过12%，其中雨养水稻的减产幅度略高于灌溉水稻；空间上看，研究区域内各稻区水稻的产量下降趋势明显，闽西北稻区的双季稻产量下降最为显著，仅有处在闽东南稻区和闽西北山地单季稻区少部分站点的水稻产量表现为轻微增产。不同情景下水稻产量变化也有所差别，其中RCP8.5情景下水稻的减产幅度明显大于RCP4.5情景。而在考虑CO2肥效作用时，模拟结果较为乐观，各研究站点普遍表现为增产，最大增产幅度可达15.2%。而在闽西北双季稻区仍有部分站点表现为小幅减产。对各稻区稳产性的分析结果表明，单季稻的稳产性介于早稻与后季稻之间。各双季稻区后季稻的稳产性均不如早稻，且变化幅度较大，预示着未来后季稻产量年际间波动幅度较大，其中闽东南双季稻区后季稻的稳产性变化幅度最大。不同气候变化情景的模拟结果显示，RCP8.5情景下水稻的稳产性总体上较RCP4.5情景更差，表明随着未来温度的升高，产量的年际间的波动将加大，但灌溉可在一定程度上提高水稻的稳产性，而CO2肥效作用可以提高产量，对水稻稳产性影响不大。 （3）根据上述模拟结果进行品种更替和播期调整的模拟实验，模拟筛选过程中在保证水稻高产的同时也要兼顾其稳产性。结果显示，两种情景下，各稻区适宜种植的水稻品种均为晚熟品种。对于早稻和单季稻来说，大部分样点的最佳播期均较当前播期提前5-10d，而后季稻大多数地区播期均将推迟5d-10d，尤以推迟10d较多。在进行适应性调整后，各稻区的水稻单产则可进一步提高。在RCP4.5和RCP8.5这两种情景下，闽东南稻区的早稻单产较之未作适应性调整时依次增加1.6%和1.9%，后季稻依次增加13.5%和9.8%；闽西北双季稻区早稻的模拟产量依次提高1.4%和1.0%，后季稻依次提高11.5%和7.9%；闽西北山地单季稻区的模拟产量依次增产14.1%和13.7%。在综合考虑适应性措施后，福建省各稻区总产也有明显提高，在RCP4.5和RCP8.5两种情景下，较未作适应性调整前分别提高8.6%和7.5%。

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