發(fā)布時(shí)間：2020-08-11 08:49

【摘要】：氣候變暖背景下高溫發(fā)生頻率不斷增加,利用作物生長(zhǎng)模型評(píng)估氣候變化影響、制定氣候變化適應(yīng)措施對(duì)指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有重要意義。發(fā)育期模塊和生物量累積(RUE)模塊是作物模型的核心模塊,準(zhǔn)確模擬玉米生長(zhǎng)發(fā)育對(duì)溫度的響應(yīng)有助于提高作物模型對(duì)產(chǎn)量的模擬精度,降低模型評(píng)估未來(lái)氣候變化影響的不確定性。選擇生育期較長(zhǎng)的玉米品種是適應(yīng)氣候變暖最有效的措施之一,但當(dāng)前玉米品種是否完全利用了玉米潛在生長(zhǎng)季以及延長(zhǎng)玉米生育期的增產(chǎn)空間等科學(xué)問(wèn)題有待明確。本文以我國(guó)東北-西南玉米帶為研究對(duì)象,利用各玉米種植區(qū)內(nèi)代表性農(nóng)業(yè)氣象觀測(cè)站(以下簡(jiǎn)稱農(nóng)氣站)的玉米生長(zhǎng)發(fā)育觀測(cè)資料,選取國(guó)際上常用的發(fā)育期模型進(jìn)行比較,探究未來(lái)氣候情景下發(fā)育期模擬結(jié)果的不確定性;在此基礎(chǔ)上,挖掘文獻(xiàn)數(shù)據(jù)并構(gòu)建人工氣候室高溫控制試驗(yàn),比較當(dāng)前主要作物模型中玉米生長(zhǎng)發(fā)育溫度響應(yīng)模塊的模擬精度,推導(dǎo)出基于Wang-Engel函數(shù)的玉米生長(zhǎng)發(fā)育溫度響應(yīng)曲線并將其嵌套入APSIM模型中,比較改進(jìn)前后APSIM模型對(duì)未來(lái)氣候變化情景下模擬玉米發(fā)育期和產(chǎn)量的差異;基于農(nóng)氣站玉米發(fā)育期的長(zhǎng)期觀測(cè)資料,分析在氣候變暖背景下,各玉米種植區(qū)的潛在生長(zhǎng)季利用率,并基于改進(jìn)后的APSIM模型探究延長(zhǎng)玉米生育期對(duì)產(chǎn)量的影響及其限制因素。主要研究結(jié)果如下:(1)當(dāng)前氣候條件下,6種常用發(fā)育期模型(SIMCOY,MAIS,Beta,WOFOST,CERES和APSIM)經(jīng)調(diào)參后均可以達(dá)到可接受的精度(NRMSE均小于8%)。未來(lái)氣候變化情景下,除Beta模型模擬華北地區(qū)玉米吐絲期和成熟期推遲外,其他模型模擬的3個(gè)種植區(qū)玉米吐絲期和成熟期均呈提前趨勢(shì)。發(fā)育期模型之間的不確定性隨溫度的升高而增加,特別表現(xiàn)在華北地區(qū)夏玉米的發(fā)育期。華北地區(qū)夏玉米發(fā)育期模擬存在的不確定性最大,東北和西南地區(qū)的春玉米發(fā)育期模擬的不確定性較小。(2)葉片伸長(zhǎng)、葉片出現(xiàn)和階段發(fā)育(出苗-穗原基始期、出苗-開(kāi)花期/吐絲期)過(guò)程的溫度響應(yīng)函數(shù)一致。Wang-Engel曲線可以最好地描述實(shí)測(cè)玉米生長(zhǎng)發(fā)育速率-溫度關(guān)系,玉米發(fā)育過(guò)程的三基點(diǎn)溫度為5℃(下限溫度,Tb)、30℃(最適溫度,To)和41℃(上限溫度,Tc)。玉米生物量累積(即光能利用率RUE)過(guò)程的三基點(diǎn)溫度為2℃(Tb)、24℃(To)和38℃(Tc)。葉片生長(zhǎng)、階段發(fā)育及RUE的三基點(diǎn)溫度均低于APSIM模型中設(shè)置的三基點(diǎn)溫度。改進(jìn)前后APSIM模擬的未來(lái)變暖情景下玉米開(kāi)花期和成熟期存在較大差異,但模擬的玉米產(chǎn)量差異相對(duì)較小。(3)當(dāng)前種植制度下,各玉米種植區(qū)平均潛在生長(zhǎng)季利用率華北地區(qū)(88.7%)東北地區(qū)(84.6%)西南地區(qū)(81.6%)西北地區(qū)(63.9%)。2000s以前,玉米品種花前花后積溫比例約為1.5～1.7,2000s后,玉米品種花前花后積溫比例降低,約為1.0-1.6,反映了新培育的玉米品種灌漿期延長(zhǎng)。當(dāng)前氣候條件下,各玉米種植區(qū)玉米生長(zhǎng)季可繼續(xù)延長(zhǎng)14d左右,玉米潛在產(chǎn)量達(dá)到最大;但雨養(yǎng)條件下產(chǎn)量變異增大。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：S513
【圖文】：

型光周期響應(yīng)函數(shù)見(jiàn)表１－３。溫度和光周期對(duì)作物發(fā)育期的交互作用可通過(guò)相加或相乘函逡逑數(shù)表示（Ｙａｎ邋ａｎｄ邋Ｗａｌｌａｃｅ，邋１９９８），也有研究指出光周期會(huì)影響作物發(fā)育的最適溫度，同逡逑樣溫度也會(huì)影響作物的臨界光周期（圖１－２）邋（ＣｒａｕｆＵｒｄ邋ａｎｄ邋Ｗｈｅｅｌｅｒ，邋２００９）。未來(lái)氣候變逡逑暖條件下，超過(guò)最適溫度的日數(shù)增加，光周期在一定程度上可調(diào)節(jié)作物的最適溫度以適應(yīng)逡逑氣候變化（Ｅｌｌｉｓ邋ｅｔ邋ａｌ．，邋１９９２）。因此，溫度和光周期對(duì)作物發(fā)育期的交互作用仍然值得深逡逑入研宄。逡逑５逡逑

圖I-4.技術(shù)路城圈

本研宄首先選取了東北－西南玉米帶１０個(gè)代表站點(diǎn)來(lái)進(jìn)行發(fā)育期模型的比較研宄（圖逡逑２－１）。１０個(gè)研宄站點(diǎn)分布在我國(guó)主要玉米生產(chǎn)區(qū)，包括中國(guó)東北地區(qū)的海倫，樺甸和朝逡逑陽(yáng)，華北地區(qū)的北京、濟(jì)寧和駐馬店，以及西南地區(qū)的豐都、樂(lè)山、普定和陸良（圖２－逡逑１）。這１０個(gè)站點(diǎn)跨越了大尺度氣候區(qū)，覆蓋了我國(guó)玉米帶的主要?dú)夂蝾愋�，具有不同的逡逑種植制度。表２－１詳細(xì)列出了站點(diǎn)信息、代表性玉米品種和連續(xù)種植年限。在１０個(gè)站點(diǎn)逡逑中選取了東北地區(qū)朝陽(yáng)站點(diǎn)，華北地區(qū)北京站點(diǎn)和西南部地區(qū)豐都站點(diǎn)研究當(dāng)前和未來(lái)氣逡逑候變化情景下玉米生長(zhǎng)季的溫度分布變化特征。逡逑１３逡逑

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