黄淮海平原夏玉米季干旱、高温的发生特征及对产量的影响

发布时间：2020-09-09 09:42

　　黄淮海平原是我国主要的粮食生产地之一,受全球气候变化的影响,区域干旱、高温频发,成为影响该区作物生产的主要气象灾害。本研究分析了黄淮海平原夏玉米生长季的干旱、高温发生的时空分布特征,利用统计数据并结合APSIM模型分析干旱、高温对玉米产量的影响。主要研究结果如下:1、黄淮海平原夏玉米季降水和干旱的时空分布特征黄淮海平原1981-2015年夏玉米季降水时空分布不均,西北部降水较少,东南部地区降水最多,夏玉米全生育期(S-M)不同年代的降水量在2001-2010年最多。各生育阶段播种至拔节期(S-J)、拔节期至开花期(J-F)和开花期至成熟期(F-M)的降水量分别占全生育期的38%、25%和37%。夏玉米全生育期降水气候倾向率的空间分布由西北向东南呈升高趋势,但各生育阶段黄淮海平原大部分区域降水的气候倾向率未达到显著水平,该区多年降水变化不显著。黄淮海平原1981-2015年夏玉米季各生育阶段的干旱发生频率均约33%,不同年代的干旱发生频率表现为1981-1990年较高。黄淮海平原夏玉米全生育期标准化降水蒸散指数(SPEI)变化趋势的空间分布规律是由西北向东南逐渐增加,北部、西南部地区呈变干趋势,但不显著,东南部地区表现为显著的增湿趋势。2、黄淮海平原高温和干旱高温复合胁迫的时空分布特征黄淮海区域1981-2015年夏玉米季不同生育阶段高温发生天数(EHD)的空间分布规律为由东北向西南呈增加趋势,营养生长阶段高温出现频率较高。研究区域内夏玉米季高温累积度日(EDD)的空间分布特征表现为由东向西逐渐增加的趋势,夏玉米全生育期不同年代的EDD在2011-2015年最高,播种期到拔节期EDD占全生育期的56.5%。黄淮海平原EDD变化趋势整体表现为增温趋势,夏玉米全生育期大部分地区增温显著,播种到拔节期和开花到成熟期,极端高温显著升高区域主要分布在黄淮海区域北部和东部地区,拔节期到开花期东北部和东南部局地高温有显著升高趋势。不同生育阶段干旱、高温复合胁迫的发生规律表现为J-FS-JS-MF-M,比较不同年代复合胁迫发生率得到2006-2015年干旱、高温复合胁迫的发生风险要高于1981-1990年。3、干旱、高温对夏玉米产量的影响黄淮海区域1981-2014年干旱极端高温年型(SPEI≤-0.5,EDD各站点EDD中位数值)出现的频率为23.18%,该年型下气候条件导致减产风险最高,约58%的年份去趋势产量小于零。黄淮海平原夏玉米全生育期去趋势产量与SPEI呈正相关关系,与EDD呈显著负相关关系,表明干旱和高温的发生均导致该区域玉米产量下降。分析各生育阶段产量与SPEI、EDD的相关性结果表明,J-F阶段干旱、高温是影响玉米产量的关键阶段。通过构建产量与SPEI、EDD的回归模型得到,夏玉米季SPEI下降1导致产量下降0.02%,EDD升高10℃ · d导致产量下降约1.07%。干旱、高温每10年变化趋势对产量的影响结果表明,夏玉米季SPEI的变化趋势导致产量下降0.02%,EDD的变化趋势导致产量下降0.82%,各生育阶段的结果均表现出近35年来EDD的变化趋势对黄淮海平原玉米生产造成的负面影响更大。4、基于APSIM模型分析不同气候情景下干旱、高温对夏玉米产量的影响APSIM模型模拟结果表明,吴桥站点两个玉米品种浚单20和郑单958在1981-2017年正常气候条件下的平均产量分别为7590 kg ha-1和8358 kg ha-1,品种间产量差异不显著。在玉米生长季降水减少10%、降水减少20%、最高温增加1℃和最高温增加2℃四种气候情景下造成不同程度的玉米产量损失,其中降水减少20%造成的产量损失最大。进一步研究黄淮海平原干旱高温的发生对玉米产量的影响,结果表明干旱、高温单一气候因素的变化导致产量下降,但减产率不显著,复合胁迫的发生导致研究区域内玉米产量大幅下降,超过单一变量的影响,其产量水平与正常气候模式下的产量差异显著。
【学位单位】：中国农业大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2018
【中图分类】：S513;S423
【部分图文】：

示意图,模型结构,示意图

中国农业大学博士学位论文逦ＤＳＳＡＴ模型综合考虑了不同作物的遗传特性、土壤特性、气候变化以及生产管理措施用于模拟作物在综合环境管理下的生长发育和最终产量。ＤＳＳＡＴ系列模型在评估农期和作物品种遗传特性对作物产量的影响方面存在一定的优势。该模型同样适用于单型区的作物生产模拟，其模拟结果可通过ＧＩＳ手段外插至区域水平。模型的输入与输于邋Ｗａｇｅｎｉｎｇｅｎ邋模型。逡逑ＡＰＳＩＭ邋（Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ邋Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ邋Ｓｙｓｔｅｍｓ邋Ｓｉｍｕｌａｔｏｒ）是对澳大利亚系列模型的总称，亚联科工组织（ＣＳＩＲＯ）和昆士兰州政府的农业生产研宄合作组（ＡＰＳＲＵ）共同开件系统，能够模拟全球范围内农业生态系统中主要组分的机理模型（Ａｓｓｅｎｇｅｆａ／．，邋１９９业生产中的决策制定、生产管理系统的设计和气象预报评估等均有较好的效果。ＡＰＳＩＭ心是土壤而非作物，尽管模型输出的依旧是作物产量，但其运行过程是以气象、作物等引起土壤特征的连续变化为主要目标（曹宏鑫等，２０１１）。ＡＰＳＩＭ模型的特色是将结果集成到一个公用的平台上，便于模型或模块之间的相互比较。用户在使用该模型自身需求选择相应的作物品种、土壤类型及其他功能子模块来配置满足自己需要的作模块之间的逻辑关系通过简单的“插——拔”功能实现（ＭｃＣｏｗｎｅ＾／．，邋１９９６），具体的图邋１－３邋所示（Ｋｅａｔｉｎｇ邋扣邋ａ／．，邋２００３）。逡逑

空间分布,开花期,生育阶段,拔节期

ｏｂ邋ｒ＾＞逦＾逦＾逦＾逦＾逡逑图３－５邋１９８１－２０１５年黄淮海平原夏玉米季各生育阶段干旱频率的空间分布特征（Ｓ－Ｍ表示播种到成熟期，Ｓ－Ｊ表逡逑示播种到拔节期，Ｊ－Ｆ表示拔节期到开花期，Ｆ－Ｍ表示开花期到成熟期）逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋３－５邋Ｓｐａｔｉａｌ邋ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｄｒｏｕｇｈｔ邋ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ邋ｆｏｒ邋ｓｕｍｍｅｒ邋ｍａｉｚｅ邋ｉｎ邋ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ邋ｇｒｏｗｔｈ邋ｐｅｒｉｏｄｓ邋ｉｎ邋ｔｈｅ邋Ｈｕａｎｇ－Ｈｕａｉ－Ｈａｉ逡逑Ｐｌａｉｎ邋（ＨＨＨＰ）邋ｄｕｒｉｎｇ邋ｔｈｅ邋ｐｅｒｉｏｄ邋ｆｒｏｍ邋１９８１邋ｔｏ邋２０１５邋（Ｓ－Ｍ邋ｉｓ邋ｓｏｗｉｎｇ邋ｔｏ邋ｍａｔｕｒｉｔｙ，邋Ｓ－Ｊ邋ｉｓ邋ｓｏｗｉｎｇ邋ｔｏ邋ｊｏｉｎｔｉｎｇ．邋Ｊ－Ｆ邋ｉｓ邋ｊｏｉｎｔｉｎｇ逡逑ｔｏ邋ｆｌｏｗｅｒｉｎｇ．邋Ｆ－Ｍ邋ｉｓ邋ｆｌｏｗｅｒｉｎｇ邋ｔｏ邋ｍａｔｕｒｉｔｙ）．逡逑近３５年，黄淮海平原夏玉米生长季各生育阶段干旱频率在不同年代际的空间分布特征如图逡逑３－６所示。Ｓ－ＭＰ介段，１９８１－１９９０年干旱频率较高的地区在山东东部地区，１９９１－２０００年黄淮海北逡逑部干旱频率高发，２0１丨－２０１５年干旱频率高发地在黄淮海西北部地区，不同年代际干旱频率的空逡逑间分布不稳定，在各关键生育阶段，干旱频率的空间分布亦表现为空间变异大，干旱频率高发地逡逑不稳定。对不同年代际、不同生育阶段的空间变化规律进行比较

开花期,拔节期,趋势检验,生育阶段

本研宄选用ＳＰＥＩ来反映降水量一￣蒸散量双重变化引起的干旱。通过计算夏玉米生长全生逡逑育期及各关键生育阶段的ＳＰＥＩ值，对各站点ＳＰＥＩ的时间序列进行趋势分析，研宄干旱发生是气逡逑候倾向率，并对气候倾向率进行Ｍａｎｎ－Ｋｅｎｄａｌｌ检验，结果如图３－７所示。在Ｓ－Ｍ阶段，研宄区逡逑域ＳＰＥＩ变化趋势的空间分布表现为由西北向东南部地区逐渐增高，黄淮海北部地区及西南部地逡逑区ＳＰＥＩ呈下降趋势，中部及东南部地区呈增湿趋势。在山东、安徽和江苏北部地区有显著的增逡逑湿趋势，霸州、砀山和淮安的增湿趋势通过了信度９０％的显著性检验，商丘、赣榆、惠民、济南、逡逑莒县、莘县、沂源和淄川的增湿趋势通过了信度９５％的显著性检验，而垦利的增湿趋势则达到了逡逑极显著水平，山东省大部分站点的ＳＰＥＩ变化表现了出显著增湿趋势。在Ｓ－Ｊ阶段，研宄区域ＳＰＥＩ逡逑变化趋势的空间分布表现为由北向南逐渐升高，黄淮海北部地区表现为变干趋势，主要集中在河逡逑北北部、北京和天津，其中乐亭和唐山两地ＳＰＥＩ下降趋势分别在９５％和９０％水平下通过了显著逡逑检验

【参考文献】