基于AEZ模型的河南省冬小麦产量差时空分布规律

摘要

全球气候变暖趋势逐渐增强，并成为备受世界关注的重大生态问题。气候变化必然会引起农业生产相关的气候资源在数量、质量以及时空分布上发生变化，加大对农业生产的影响程度和波动性。因此，在人类活动引起的气候变化尚未被有效控制的前提下，客观地评价河南省气候变暖的趋势及对该区域作物生产潜力造成的影响，为河南省应对气候变化制定合理的农田种植制度并提出切实可行的应对措施提供科学依据。本研究对于未来气候背景下河南省冬小麦生产潜力的挖掘，实现冬小麦持续增产有着重要的理论和实际意义。 各种产量差的分析可以揭示作物产量的提升空间及研究区域内各限制因子对作物增产的制约作用。研究气候变化背景下的产量差距有助于我们理解气候要素对作物产量差的限制作用。目前关于气候变化对作物产量差距影响的研究通常集中在较大的尺度上，本研究为了提高计算结果的准确性，将河南省分为5个类型区:Ⅰ，豫北种植区;Ⅱ，豫东种植区;Ⅲ，浅山丘陵盆地种植区;Ⅳ，淮北平原、南阳盆地种植区;Ⅴ，豫南稻茬麦区，利用14个气象站点1961-2013以及RCP4.5情景下2021-2050年的气象资料，通过AEZ模型计算获得该省的冬小麦生产潜力，再根据产量差法计算获得YG1-2、YG2-3以及YG2-a3个等级的产量差。通过分析气候变化趋势、冬小麦生产潜力的变化特征以及产量差的时空分布特征，主要获得以下结论: (1)1961-2013年，河南省冬小麦生育期内日照时数的多年平均值为1248.6h，日照时数随着时间推移波动下降;冬小麦生育期内气温的多年平均值为8.8℃，气温随着时间推移波动上升。冬小麦生育期内降水量的多年平均值为240.2mm，降水量随着时间推移波动下降。空间分布上:河南省1961-2013年冬小麦的光合生产潜力与光温生产潜力均自东北向西南递减，气候生产潜力自南向北递减。 (2)河南省1981-2010年14个研究站点的大田平均产量范围为1202-7498kg·hm-2，对大田平均产量的分析表明，14个站点平均产量存在较大差异，冬小麦产量总体呈逐渐增加趋势。河南省1961-2013年冬小麦的光合生产潜力范围为47800-64983kg·hm-2，呈波动下降的趋势;冬小麦光温生产潜力范围为7157-9972kg·hm-2，呈波动增加的趋势。冬小麦气候生产潜力范围在1034-9417kg·hm-2，14个站点53年内气候生产潜力无明显变化。 (3)从时间变化上看，河南省冬小麦YG1-2差距总体呈年代际波动下降;YG2-3差距呈现出“Ⅴ型”，谷值在1981-1990年;Ⅰ、Ⅱ、Ⅴ区YG2-a差距呈现递减趋势，而Ⅲ和Ⅳ区则先增加再减少。从空间变化上看，河南省冬小麦YG1-2差距自东北向西南递减，YG2-3差距自北向南递减，而YG2-a差距自东向西递增。各区域冬小麦增产潜力的排序为:Ⅲ区＞Ⅴ区＞Ⅳ区＞Ⅱ区＞Ⅰ区。非气象因素是限制当地冬小麦产量差缩小的主要因素，通过改善非气象因素，如:改良冬小麦品种、提升现代农业生产技术、合理使用农药化肥、合理布局优质小麦区域等，可缩小不同区域冬小麦的产量差距。 (4) RCP4.5情景下2021-2050年河南省冬小麦生育期内日照时数的多年平均值为1360.6h，随着时间推移波动上升;冬小麦生育期内气温的多年平均值为9.5℃，随着时间推移波动上升;冬小麦生育期内降水量的多年平均值为517.7mm，随着时间推移基本不变，但是波动性较大。空间分布上:河南省2021-2050年冬小麦的光合生产潜力自东北向西南递减，光温生产潜力自东北向西南递减，气候生产潜力自西南向东北递减。 (5)河南省2021-2050年冬小麦的光合生产潜力范围为52528-62735kg·hm2;光温生产潜力范围为8012-11138kg·hm2;气候生产潜力范围为2286-11138kg·hm2。2021-2050年河南省YG1-2差距无明显变化;空间分布上河南省冬小麦YG1-2差距自东北向西南递减，表明未来热量条件对当地冬小麦光合生产潜力的限制由东北向西南减小。河南省冬小麦YG2-3差距大体呈现出“Ⅴ型”，谷值在2031-2040年，且14个站点30年内无明显变化;空间分布上河南省冬小麦YG2-3差距自东北向西南递减，表明未来降水量对当地冬小麦光温生产潜力的限制由东北向西南减小。与基准时段(1961-2013年)相比，未来河南热量条件对冬小麦光合生产潜力的制约程度增加，水分对冬小麦光温生产潜力的制约程度减少。

目录

声明

摘要

第一章绪论

1．1研究目的及意义

1．1．1研究背景

1．1．2研究意义

1．2国内外研究进展

1．2．1气候变化对作物产量的影响

1．2．2作物生产潜力

1．2．3 AEZ模型

1．2．4作物产量差

1．2．5未来气候背景下的作物生产潜力

1．3研究内容

1．4技术路线

第二章资料与方法

2．1研究区域背景

2．1．1地理位置及特点

2．1．2气候条件及分区

2．2研究方法

2．2．1作物模型模拟方法

2．2．2产量差的含义及计算方法

2．3资料来源

2．4软件环境

第三章河南省冬小麦生产潜力分析

3．1气候变化趋势

3．1．1生育期内日照时数年际变化

3．1．2生育期内平均气温年际变化

3．1．3生育期内降水量年际变化

3．2 1981-2010年河南省冬小麦大田平均产量变化趋势

3．3冬小麦各级生产潜力的时间变化趋势

3．3．1光合生产潜力

3．3．2光温生产潜力

3．3．3气候生产潜力

3．4光合生产潜力与光温生产潜力的差距(YG1-2)

3．5光温生产潜力与气候生产潜力的差距(YG2-3)

3．6光温生产潜力与大田平均产量的产量差距(YG2-a)

3．7本章小结

第四章未来气候情景下河南省冬小麦的生产潜力分析

4．1 RCPs情景

4．2天气发生器

4．3模拟方法

4．4温度法在河南地区的适用性

4．5未来气候变化趋势

4．5．2生育期内平均温度年际变化

4．5．3生育期内降水量年际变化

4．6冬小麦各级生产潜力的时间变化趋势

4．6．1光合生产潜力

4．6．2光温生产潜力

4．6．3气候生产潜力

4．7光合生产潜力与光温生产潜力的差距(YG1-2)

4．8光温生产潜力与气候生产潜力的差距(YG2-3)

4．9不同时段光合生产潜力与光温生产潜力差距(YG1-2)的变化

4．10不同时段光温生产潜力与气候生产潜力差距(YG2-3)的变化

4．11本章小结

第五章结论与展望

5．1主要结论

5．2讨论

5．3特色与创新

5．4存在问题及展望

参考文献

作者简介

致谢