基于DSSAT模型的宁夏马铃薯生产的适应对策

将DSSAT作物模型与PRECIS区域气候模式相嵌套,在25km×25km网格尺度上,模拟未来气候情景下宁夏马铃薯的生产.结果表明在B2排放情景下,假定作物品种和播期不变,考虑未来大气中CO2的肥效作用,在2020S和2050S,宁夏马铃薯的生育期可能缩短5%和3%,产量则可能增加11.3%和13.3%;如果品种不变、播期提前,马铃薯的生育期将延长,产量将会增加,但播期提前超过10d后,增产幅度将减小;如果改种温度敏感系数低的品种,马铃薯的生育期将延长、产量提高.因此,在宁夏地区,应采取播期提前或培育温度敏感系数低的马铃薯新品种以适应当地未来的气候变化.     

气候变化情景下我国水稻产量变化模拟

利用中国随机天气模型将IPCC最新推荐的气候模式HadCM2和ECHAM4与作物模式CERESRICE3．5相连接，模拟了未来4种气候情景下我国主要水稻产区产量的变化趋势。结果表明：（1）未来气候情景下，水稻产量大多表现为不同程度的减产趋势，其中早稻减产幅度最大；地区上以东北地区减产幅度最大。（2）若不取温室气体减排措施，2056年我国水稻产量较2030年减产程度更加明显；即使采取温室气体减排措施，水稻产量下降的趋势也没有大的改变；（3）高海拔地区在未来气候情景下表现出一定的增产趋势。     

基于APSIM模型的2015-2100年气候变化对中国玉米生产力影响

全球气候变化直接影响作物生产。玉米是中国种植面积最大的粮食作物，系统探究未来气候变化对其生产力的影响对保障玉米高产稳产和粮食安全具有重要意义。为探究未来气候变化对中国玉米生产力影响，该研究基于SSP1-2.6和SSP5-8.5 共2种气候情景（shared socioeconomic pathways，SSP）1981-2100年逐日气象资料以及中国气象局农业气象观测站玉米生育期数据和土壤数据，使用调参验证后的农业生产系统模拟模型（agricultural production systems simulator，APSIM-Maize）解析了气候变化对中国玉米主产区高产性和稳产性的影响。结果表明：1）未来气候情景下，中国玉米主产区生育期内气温和≥10 ℃有效积温总体呈增加趋势，SSP5-8.5气候情景下升温幅度高于SSP1-2.6气候情景；降水量年际波动大，变化趋势不显著；太阳总辐射呈先增加后减少趋势。2）若不采取适应措施，未来气候变化使玉米全生育期、营养生长期和生殖生长期总体呈缩短趋势，且SSP5-8.5情景下缩短幅度大于SSP1-2.6情景，2080 s缩短幅度大于2030 s和2050 s。3）无适应措施条件下，未来气候变化下研究区域玉米光温潜在产量和雨养潜在产量总体呈下降趋势，SSP5-8.5情景下较SSP1-2.6情景下减产效应更大，2个情景光温潜在产量减产率平均值分别为13.8%和11.9%，雨养潜在产量减产率平均值分别为17.5%和14.0%。玉米潜在产量的稳定性略有提高，但区域间存在差异。因此，未来气候变化使中国玉米生产力总体下降，稳定性略有提高。研究为未来玉米高产稳产和中国玉米种植区划提供理论依据。     

基于IPCC SRES A1B 情景下的福建省水稻生产模拟研究

选择福建省作为研究区域,根据地形特点划分了3个水稻种植区,选取17个样点及9个代表性品种,采用2006—2007年的逐日气象资料及同期区试产量资料对作物的遗传参数进行了调试;根据IPCC排放情景特别报告(SRES)中的A1B方案,利用区域气候模式PRECIS构建的气候变化情景文件与作物模型(CERES-Rice)耦合,采用雨养与灌溉两种方式,并综合考虑未来CO2浓度增加带来的直接增益效应,模拟了未来2020s及2040s气候变化对福建省水稻生产的影响。结果表明:无论是雨养方式还是灌溉方式,未来全省各稻区水稻生育期在两种情景下都将缩短,单季稻生育期天数减少幅度最大,2040s情景下达到20 d以上。未来双季稻种植区早稻与单季稻均表现为减产。2020s情景下闽东南稻区早稻减产率达到12.4%(雨养)和11.3%(灌溉);闽西北双季稻区早稻减产程度略小。单季稻区雨养水稻7.1%及灌溉水稻2.1%的减产主要来自中熟品种的负贡献。2040s减产幅度将进一步加大。与此相反,未来两种情景下双季稻区后季稻均表现为增产,但产量波动性较大。2020s情景下闽西北双季稻区灌溉后季稻产量增产达到21.0%,增产幅度大于闽东南地区的10.6%;雨养方式下后季稻增产幅度略小。2040s各稻区后季稻增产幅度将减小。未来水稻生长季的土壤水分条件将变得不如目前湿润,与之相关各稻区灌溉需要量均有所增加。总之,由于大气CO2肥效作用可在一定程度上提高未来气候变化下后季稻产量,全省水稻总产近期将有所增加,雨养与灌溉方式下分别增长0.4%及1.7%,但变化趋势是随着未来温度的增加总产将减少,负贡献主要来自于单季稻和早稻。     

未来气候情景下农牧交错带不同灌溉水平马铃薯产量和水分利用效率

未来气候变化对农牧交错带不同灌溉水平马铃薯产量和水分利用的影响鲜有研究。该研究基于农牧交错带张北和武川站不同灌溉条件下大田试验数据评估了APSIM-Potato模型的适应性;基于33个全球气候模式(global climate model,GCM)通过统计降尺度方法获得的未来2个气候情景(RCP4.5和RCP8.5)逐日气候数据驱动APSIM-Potato模型,模拟未来气候变化对不同灌溉水平(灌1水、灌2水、灌3水和灌4水)马铃薯产量和水分利用的影响。结果表明:APSIM-Potato模型能够较好地模拟2个站点马铃薯产量和土壤水分动态。2个站点实测产量和模拟产量的相对误差均小于22.6%,实测土壤水分和模拟土壤水分相对均方根误差均小于18.1%。基于33个GCM模拟结果,2030 s、2060 s和2090 s马铃薯生育期温度、CO2浓度、总降水量和总辐射量相比于基准期(1981-2010)均呈增加趋势。相比于基准期灌1水、灌2水、灌3水和灌4水马铃薯产量,张北站和武川站在RCP4.5情景下均有提升,张北站为4.1%~36.2%,武川站为2.5%~13.6%。RCP8.5情景下,2个站点分别提升3.1%~36.8%和3.1%~38.5%。且2个气候情景下均是灌1水情景下马铃薯产量提升最高。2个气候情景下,马铃薯水分利用效率在2030 s-2090 s均呈增加趋势。研究结果表明未来气候变化对农牧交错带地区马铃薯产量和水分利用效率具有积极影响,未来气候情景下该地区更适宜灌溉马铃薯的生产。     

2001-2100年中国区域季节平均温度变化的时空格局

基于1km分辨率长时间序列温度数据集,采用距平法、Mann-Kendall趋势检验法和Sen’s斜率估计法，分析四季平均气温在历史时期（2001−2020年）与未来时期（2021−2100年）低强迫情景（SSP119）、中等强迫情景（SSP245）和高强迫情景（SSP585）下的变化幅度和变化趋势的时空格局，以期为气候变暖背景下制定详细的区域适应性策略提供依据。结果表明：（1）相比历史时期，未来时期在3个情景下的四季均温总体上升，且夏季增温区域面积最大，其中SSP119情景下增温1～2℃的区域占66.70%，SSP245和SSP585情景下增加2℃以上的区域分别占37.37%和99.06%；同时，3个SSP情景下的季节均温的整体变化幅度具有显著差异，SSP119情景下较缓和，SSP245情景次之，SSP585情景增温幅度最大。（2）在历史时期，相比其他季节，春季均温的显著上升速率最快（0.68±0.24℃∙10a⁻¹），且面积占比最大（14.44%），主要分布于华北、云贵川和江浙局部区域。（3）在未来时期，中国区域季节均温呈总体上升趋势，且具有显著的空间差异；其中，在SSP119情景下，春季和冬季均温显著上升的区域主要集中于中国南部和青藏高原局部区域，面积占比分别为29.03%和25.58%，在SSP245和SSP585情景下，中国所有区域的季节均温呈显著上升趋势；在SSP585情景下，北方的季节均温显著上升速率比南方快，全国区域在冬季的显著上升速率最快（0.66±0.09℃∙10a⁻¹）。     

IPCC SRES A2和B2情景下我国玉米产量变化模拟

利用最新的温室气体和SO2 排放方案,即政府间气候变化委员会(IPCC)排放情景特别报告(SRES)的A2和B2方案,通过区域气候模式和区域作物模型模拟了未来2080s我国玉米产量的变化。主要结果如下:两种温室气体排放方案下,A2方案对我国玉米产量造成的负面影响大于 B2方案;气候变化对灌溉玉米造成的负面影响大于雨养玉米;气候变化造成玉米单产的变化表现为大多数玉米主产区减产,而非玉米主产区增产。     

基于WOFOST模型分析不同气候情景对辽宁典型雨养春玉米产量的影响

气温、降水和辐射是农作物生长发育必需的基本气候要素，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增减，具有喜温喜水特性的玉米其生长发育对气候变化的响应更为敏感。本研究基于辽宁省新民和朝阳地区近40a气象数据分析各气候要素变化特征，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，利用田间实测数据对WOFOST模型进行校准和适用性检验，并将该模型用于模拟不同气候情景下辽宁典型雨养春玉米产量变化。结果表明：（1）验证后的WOFOST模型能较好地模拟两站点春玉米产量，其模拟值与实测值的相对均方根误差分别为8.78%和5.96%，一致性系数分别为0.82和0.96。（2）新民和朝阳两地在设定的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。在气温增加，降水减少，辐射增强的不同梯度气候情景下，新民（气温+1.2℃，降水量−25%，辐射+4%）和朝阳（气温+1.4℃，降水量−25%，辐射+3%）减产幅度分别达92.5%和85.9%，接近雨养春玉米绝产的警戒气候情景。（3）新民春玉米产量受降水影响显著，朝阳则对气温变化响应敏感，而两地产量对给定比例的辐射变化均未表现出明显波动。     

气候变化情景下东北地区玉米产量变化模拟

WOFOST作物模型在东北地区玉米适应性验证的基础上,结合气候模型BCC-T63输出的未来60年(2011～2070年)气候情景资料,模拟分析了未来气候变化情景下我国东北地区玉米生育期和产量变化情况。模拟结果显示:未来气候变化情景下,玉米生育期将缩短,其中,中熟玉米平均缩短3.4 d,晚熟玉米平均缩短1.1 d;玉米产量将相应下降,中熟玉米平均减产3.5%,晚熟玉米平均减产2.1%。     

SRES A2、B2情景下宁夏地区日较差、夏季日数及霜冻日数变化的初步分析

利用Hadley气候预测与研究中心的区域气候模式系统PRECIS（Providing Regional Climate for ImpactsStudies）进行宁夏地区SRES A2、B2情景下2071-2100年（2080s时段）日较差、夏季日数及霜冻日数变化响应的初步分析。将ECMWF1979-1993年的再分析数据（ERA15）作为边界条件驱动PRECIS模拟宁夏地区的日较差、夏季日数及霜冻日数。模拟值与台站实际观测资料进行的对比分析表明,PRECIS能够模拟出宁夏地区这些极端指标的空间分布差异和年际变化,总体上来说,日较差、夏季日数模拟值偏大,南部地区霜冻日数的模拟值偏小。3个极端指标气候基准时段（1961-1990年）的模拟频率和观测频率的对比分析表明,PRECIS能够模拟出极端指标的频率分布。另外,用观测数据对模式数据进行了订正,经验证,订正后的值与观测值的吻合程度明显提高。相对于Baseline,SRES A2、B2情景下2080s宁夏大部地区的日较差将减少;夏季日数将增加,两种情景下平均每年增量分别可达69d和48d;而霜冻日数将减少,两种情景下平均每年减少量分别可达50d和36d。     

SRES A1B情景下未来宁夏玉米生育期气候资源变化分析

玉米是宁夏的三大粮食作物之一,其种植分布广泛,中部干旱带和南部山区基本属于雨养玉米区,气候条件对当地的玉米生产影响很大。观测到的气候变化已经对当地农业造成不利影响,未来SRES A2和B2情景下宁夏地区的气候变化研究也有一定成果。由于气候变化引发宁夏的气温和降水出现异常,为分析未来中等排放情景下气候变化可能对当地玉米生产造成的影响,本文利用订正后的英国Hadley气候中心区域气候模式PRECIS模拟的情景数据,分析了SRES A1B情景下宁夏未来2020s、2050s和2080s时段相对于气候基准时段(1961—1990年)的玉米生育期(4—9月)平均气温、最高气温、最低气温、≥10℃有效积温和降水的变化,具体方法为先分析气候基准时段宁夏的气候要素分布并与实际状况进行比较,再将未来3个时段的气象要素与气候基准时段求差值(其中降水用距平百分率表示),分析未来玉米生育期的气候变化。结果表明:平均、最高和最低气温以及≥10℃有效积温的模拟值普遍低于实际值,且具有相似的北高南低的空间分布状态,而降水的模拟值在大范围区域内高于实测值,亦呈现出相似的南高北低分布状态,总体来讲模拟值可以较合理地反映出宁夏的实际状况。相对于气候基准时段,未来各气象要素总体表现为增加,且增幅随时间推移而加大;未来最高气温在宁夏南部增加剧烈,平均气温、最低气温和≥10℃有效积温在宁夏北部增加较多,降水则呈现北增南减的分布。在未来3个时段,最高气温和降水分别为增量最大和波动最大的气象要素,出现极端高温天气和发生干旱或洪涝等异常气候事件的可能性增大。总体上看,未来气温升高对宁夏北部灌区的玉米生产有一定促进作用,尤其是≥10℃有效积温的增加可以提供更充足的热量;而南部山区气温增加虽然对玉米生产有利,但是未来降水的减少将会给雨养玉米造成不利影响,应当采取合理的应对措施。     

宁夏马铃薯种植的气候分区和风险评估

利用1978-2007年的马铃薯产量资料,直线滑动平均得出宁夏马铃薯的相对气象产量,并通过积分回归方法分析得出宁夏马铃薯种植气候分区指标,在地理信息系统软件支持下,利用小网格资源推算法,细化了基本气候资源分布。考虑有灌溉条件和无灌溉条件两种情况,分别对马铃薯种植进行气候分区。结果表明：不考虑灌溉条件时,宁夏马铃薯种植的适宜区主要分布在宁夏南部地区,次适宜区和可种植区主要分布在宁夏中部,不适宜种植区主要分布在北部;当考虑灌溉条件时,可种植区范围在宁夏北部明显增加。并采用歉年减产率、变异系数和减产率〈-10%的年份比重形成的综合风险指数,来评估宁夏马铃薯种植的风险。分析得出：马铃薯种植的低风险区主要包括宁夏南部,中风险区主要包括盐池、中卫、中宁等地区,高风险区包括宁夏北部的大部分地区和中部的海原和同心。     

宁南旱区沟垄覆盖改善土壤水热状况提高马铃薯产量

垄覆塑料地膜沟内覆盖集雨种植模式可影响土壤水热状况,促进作物生长,提高作物的产量和水分利用效率。为探讨旱作条件下沟垄二元覆盖的土壤水热效应对马铃薯产量的影响效果,于2015年在宁南旱区设置垄覆地膜沟内覆盖不同材料(普通塑料地膜、玉米秸秆、生物降解膜、麻纤维地膜及液态地膜),以垄覆地膜沟不覆盖为对照,研究沟垄二元覆盖模式对土壤水分、耕层土壤温度、马铃薯生长、产量及水分利用效率的影响。结果表明:垄覆地膜沟覆地膜处理在马铃薯前期、中期土壤蓄水量较对照显著增加(P0.05),垄覆地膜沟覆秸秆处理在马铃薯生育后期土壤蓄水量最高(P0.05)。垄覆地膜沟覆地膜处理增温效果明显,马铃薯全生育期0~25 cm土壤温度较对照显著增加(P0.05),而垄覆地膜沟覆秸秆处理较对照显著降低(P0.05)。在马铃薯整个生育期,垄覆地膜沟覆秸秆处理植株株高和茎粗均明显高于对照处理(P0.05),在马铃薯生育后期垄覆地膜沟覆秸秆处理的地上部生物量显著高于对照处理(P0.05)。沟垄二元覆盖模式下马铃薯增产效果以垄覆地膜沟覆秸秆处理最为显著,较对照增产56.1%(P0.05),且水分利用效率最高(81.1kg/(hm2·mm))。总之,垄覆地膜沟覆秸秆处理对改善土壤水热状况,提高马铃薯水分利用效率和产量的效果显著,建议在宁南旱区进行推广应用。     

Long-term climate change impacts on agricultural productivity in eastern China

Increasing atmospheric greenhouse gas concentrations are expected to induce significant climate change over the next century and beyond, but the impacts on society remain highly uncertain. This work examines potential climate change impacts on the productivity of five major crops in eastern China: canola, corn, potato, rice, and winter wheat. In addition to determining domain-wide trends, the objective is to identify vulnerable and emergent regions under future climate conditions, defined as having a greater than 10% decrease and increase in productivity, respectively. Data from the ICTP RegCM3 regional climate model for baseline (1961–1990) and future (2071–2100) periods under A2 scenario conditions are used as input for the EPIC agro-ecosystem simulation model in the domain [30°N, 108°E] to [42°N, 123°E]. Simulations are performed with and without the enhanced CO₂-fertilization effect. Results indicate that aggregate potential productivity (i.e. if the crop is grown everywhere) increases 6.5% for rice, 8.3% for canola, 18.6% for corn, 22.9% for potato, and 24.9% for winter wheat, although with significant spatial variability for each crop. However, without the enhanced CO₂-fertilization effect, potential productivity declines in all cases ranging from 2.5 to 12%. Interannual yield variability remains constant or declines in all cases except rice. Climate variables are found to be more significant drivers of simulated yield changes than changes in soil properties, except in the case of potato production in the northwest where the effects of wind erosion are more significant. Overall, in the future period corn and winter wheat benefit significantly in the North China Plain, rice remains dominant in the southeast and emerges in the northeast, potato and corn yields become viable in the northwest, and potato yields suffer in the southwest with no other crop emerging as a clear beneficiary from among those simulated in this study.     

未来气候变化对重庆地区冬小麦产量的影响

分析重庆地区40 a来气候变化对冬小麦产量的影响,用WOFOST作物模型与BCC-T63气候模式相结合,定量化地估算未来50 a(2001-2050年)重庆地区冬小麦产量变化趋势。结果表明:在目前的品种和生产条件下,未来气候变化后重庆地区冬小麦的产量变化波动不是很大,减产幅度在2.0%~5.0%,平均减产3.0%。     

内蒙古马铃薯主产区基础地力及增产潜力研究

【目的】内蒙古是我国马铃薯主产省份之一,探究内蒙古马铃薯主产区基础地力状况,评价基础地力和施肥对马铃薯产量的关系,为指导不同生态区及土壤肥力下的马铃薯科学施肥提供理论依据。【方法】收集2006-2015年在内蒙古4个马铃薯主产区开展的1118个试验点无肥区(CK)和施氮磷钾肥(NPK)处理的马铃薯产量数据。以无肥区马铃薯产量来评价土壤的基础地力,计算基础地力对产量的贡献率。采用边界线拟合方法预测马铃薯最大潜在产量,计算其可获得的产量差,进而明确基础地力对主产区马铃薯产量及产量差的影响。采用稳定性指数和可持续性指数,评估基础地力对马铃薯产量稳定性和可持续性的影响。【结果】内蒙古阴山南麓区、阴山北麓区、燕山丘陵区、大兴安岭北麓区马铃薯基础地力产量分别为13.10、14.67、15.71和16.45t/hm^2;氮磷钾推荐施肥产量依次在20.90、23.17、25.34、26.54 t/hm^2;平均基础地力贡献率分别为57.6%、62.7%、63.9%和66.2%。随着土壤基础地力的提升,土壤基础地力对产量的贡献率逐渐增大。马铃薯施肥产量与土壤基础地力呈显著正相关,阴山南麓区、阴山北麓区、燕山丘陵区、大兴安岭北麓区马铃薯施肥产量与土壤基础地力直线拟合决定系数分别为0.769、0.876、0.770和0.790 (P <0.0001)。随着土壤基础地力的提升,马铃薯施肥产量与预测的最高施肥产量的差值变小,施肥产量的稳定性指数下降,可持续性指数增大。【结论】内蒙古马铃薯各主产区的土壤基础地力产量、施肥产量及地力贡献率存在差异,其中,燕山丘陵区、大兴安岭北麓区的马铃薯基础地力产量、施肥产量及地力贡献率指标均显著高于阴山南麓区。阴山南麓区、阴山北麓区、燕山丘陵区、大兴安岭北麓区施肥可获得的最高预测产量分别为53.68、62.87、65.39和69.65 t/hm^2。土壤基础地力与马铃薯施用化肥的增产效果呈显著负相关,土壤基础地力的提高增大了产量的可持续性指数,有利于马铃薯的高产、稳产。随着土壤基础地力的提升,土壤对产量的贡献率增加,施肥可获得的产量潜力增大。     

Impacts of climate change on irrigated potato production in a humid climate

The impacts of climate change on the irrigation water requirements and yield of potatoes (Solanum tuberosum L.) grown in England have been assessed, by combining the downscaled outputs from an ensemble of general circulation models (GCM) with a potato crop growth model. The SUBSTOR-Potato model (embedded within the DSSAT program) was used to simulate the baseline and future irrigation needs (mm) and yield (t ha⁻¹) for selected emissions scenario (SRES A1FI and B1) for the 2050s, including CO₂ fertilisation effects. The simulated baseline yields were validated against independent experimental and field data using four reference sites. Probabilistic distribution functions and histograms were derived to assess GCM modelling uncertainty on future irrigation needs. Assuming crop husbandry factors are unchanged, farm yields would show only marginal increases (3-6%) due to climate change owing to limitations in nitrogen availability. In contrast, future potential yields, without restrictions in water or fertiliser, are expected to increase by 13-16%. Future average irrigation needs, assuming unconstrained water availability, are predicted to increase by 14-30%, depending on emissions scenario. The present ‘design’ capacity for irrigation infrastructure would fail to meet future peak irrigation needs in nearly 50% of years. Adaptation options for growers to cope with these impacts are discussed.     

马铃薯产量品质与氮磷钾吸收利用的关系

【目的】分析马铃薯品种(系)产量和品质在不同栽培条件下与养分吸收及利用的关系,为马铃薯科学施肥提供理论基础。【方法】在宁夏固原和甘肃定西开展马铃薯品种(系)田间试验,宁夏收集了76份品种(系),甘肃收集了83份,马铃薯试验均采用当地水肥管理技术。成熟期测定产量及产量构成因素,取样分析马铃薯品质和氮磷钾养分含量,以及土壤有机质和速效养分含量。【结果】两地马铃薯块茎产量差异不显著。将马铃薯产量分为<30 t/hm² (低)、30～45 t/hm² (中)和>45 t/hm² (高) 3个等级,宁夏种植的76个品种(系)中低产、中产、高产的占比分别为27.6%、34.2%、38.2%,甘肃种植的83个品种(系)中的占比分别为15.7%、49.4%、34.9%。随着不同马铃薯品种(系)产量的不断增加,干物质和淀粉含量呈现增加趋势,而蛋白质含量则呈现降低趋势。无论产量水平高低,每生产1 t马铃薯块茎需吸收N 2.9 kg、P 0.5 kg、K 4.0 kg。产量与氮磷钾养分吸收量呈显著正相关,维生素C和蛋白质含量与氮磷...     

覆膜和密度对宁南旱地马铃薯产量及水分利用效率的影响

以庄薯3号为供试材料,采用大田试验,研究覆膜对不同栽培密度条件下土壤储水量、马铃薯产量构成、产量以及水分利用效率的影响。结果表明:地膜覆盖可明显提高0—40,40—100 cm土壤储水量,提高了马铃薯块茎产量（25.2%）和水分利用效率（28.0%）;不论覆膜与否,适宜的马铃薯密度可提高马铃薯产量和水分利用效率,趋势为6.0万株/hm² > 7.5万株/hm² > 4.5万株/hm²,但地膜覆盖优于裸地。因此,在宁南旱地马铃薯覆膜栽培条件下密度为6.0万株/hm²时,能有效减少土壤水分消耗,同时实现马铃薯高产。