东北三省水稻产量差与效率差解析

发布时间：2020-04-01 11:10

【摘要】：东北三省是中国粳稻主产区,水稻种植面积和产量占全国粳稻的50%以上,东北水稻生产对保证国家口粮安全具有重要意义,同时东北三省也是受气候变化影响最显著的地区之一。目前东北水稻产量远低于其潜在产量,如何利用有限耕地生产更多的水稻已经成为东北水稻生产目前面临的重大问题。本文以东北三省水稻为研究对象,根据行政区划和黑龙江省积温带划分标准将研究区域分为Ⅰ区辽宁省、Ⅱ区吉林省、Ⅲ区黑龙江省第一二积温带和Ⅳ区黑龙江第三四积温带4个亚区,基于1981—2016年气候资料、农业气象观测站水稻实测资料和统计资料,综合运用ORYZA(v3)水稻模型、数理统计方法及GIS技术,分析气候变化背景下水稻不同层次产量潜力时空分布特征,明确各层次产量差,揭示限制水稻产量提升的主要因子,分析各产量水平的资源利用效率及效率差,为提升东北三省水稻产量和资源利用效率提供科学依据和参考。论文主要结论如下:(1)在作物品种不变的前提下,过去36年最高气温、最低气温和总辐射变化对水稻光温潜在产量影响均为负效应,其影响为每10年分别减少228.6 kg ha-1、143.7 kg ha-1和66.4 kg·ha-1,而散射辐射变化对产量有正效应,提高产量12%左右;考虑品种更替条件下,最高气温、最低气温和辐射变化对水稻潜在产量有正面影响,平均每10年分别增加449.2 kg·ha-1、683.1 kg ha-1和677.8 kg ha-1,散射辐射对产量有正效应,提高产量11～13%。未来气候变化且品种不变情景下,2020-2050年水稻潜在产量平均每10年减少57 kg·ha-1。(2)1981—2016年水稻光温潜在产量、高产高效产量、模拟农户产量和农户实际产量平均为12978 kg·ha-1、9969 kg·ha-1、7355 kg·ha-1和6409 kg ha-1,光温潜在产量呈明显的经向和纬向分布特征,即由南向北,由西向东递减。在气候变化背景下,全区水稻光温潜在产量、高产高效产量、模拟农户产量和农户实际产量每10年分别增加519 kg ha-1 237 kg ha-1、906kg·ha-1和1494 kg·ha-1。(3)1981—2016年,东北水稻光温潜在产量与农户实际产量之间的产量差整体呈由西南向东北逐渐减小的趋势,该产量差平均为6569 kg·ha-1,约占潜在产量的51%,过去36年呈降低趋势,每10年降低210kg·ha-1;水稻光温潜在产量与高产高效产量之间的产量差平均为3009kg·ha-1,约占潜在产量的23%,每10年增加384 kg ha-1;水稻高产高效产量与农户实际产量之间的产量差平均值为3560 kg·ha-1,占水稻潜在产量的28%,每10年增加663 kg·ha-1。(4)东北三省水稻光温潜在条件下、高产高效条件下和模拟农户条件下光能利用率和热量资源利用率整体呈北高南低的分布趋势,各区域光温潜在条件下利用率高产高效条件下利用率模拟农户条件下利用率。近36年全区光能利用率整体呈增加趋势,热量利用率整体呈轻微减少的趋势。各区域光照资源有效率从高到低依次为:Ⅰ区Ⅲ区Ⅱ区Ⅳ区;热量资源有效率从高到低依次为:Ⅳ区Ⅱ区Ⅰ区Ⅲ区。(5)过去36年全区水稻高产高效条件和模拟农户条件下水分利用效率均呈增加趋势,农户栽培管理措施对水分利用效率的限制由高到低依次为:Ⅰ区Ⅳ区Ⅱ区Ⅲ区;过去36年水稻高产高效条件和模拟农户条件下氮肥偏生产力均呈增加趋势,农户栽培管理措施对氮肥利用效率的限制由高到低依次为:Ⅳ区Ⅲ区Ⅰ区Ⅱ区。
【图文】：

积温对黑龙江省进行积温带划分，保证率采用经验频率法，具体指标见表２－１．黑龙江省水稻主产逡逑区集中在第一积温带至第四积温带，为了方便区域分析，本文将黑龙江省分为２大区域，将一二逡逑积温带、三四积温带分别进行分析（图２－１），对于第五积温带和第六积温带，由于这２个区域不逡逑是水稻的主要种植区，因此本文不做分析。逡逑表２－丨黑龙江省积温带划分标准逡逑Ｔａｂｌｅ邋２－１邋Ｉｎｄｉｃｅｓ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ａｃｃｕｍｕｌａｔｅｄ邋ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ邋ｚｏｎｅ邋（ＡＴＺ）邋ｉｎ邋Ｈｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇ邋Ｐｒｏｖｉｎｃｅ逦逡逑积温带指标逦第一积温带第二积温带逦第三积温带逦第四积温带逦第五积温带第六积温带逡逑Ｉｎｄｉｃｅｓ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ＡＴＺ逦Ｔｈｅ邋１Ｓ，ＡＴＺ逦Ｔｈｅ邋２ｎｄ邋ＡＴＺ逦Ｔｈｅ邋３邋ｒｄ邋ＡＴＺ逦Ｔｈｅ邋４ｔｈ邋ＡＴＺ逦Ｔｈｅ邋５ｔｈ邋ＡＦＺ逦Ｔｈｅ邋６ｔｈ邋ＡＴＺ逡逑２积温邋Ｃ°Ｃ邋ｄ）逦＞２７００逦２５００？２７００逦２３００－２５００逦２１００－２３００逦１９００－２１００逦＜１９００逦逡逑基于现有农业气象观测站分布特征，以及区域特征，本文将东北三省水稻可种植区分为４个逡逑亚区：丨区为辽宁省，Ｉ丨区为吉林省，ＩＩＩ区为黑龙江省第一二积温带，ＩＶ区为黑龙江省第三四积逡逑温带（图２－１）。逡逑１２０°邋Ｆ．邋１２５°邋Ｅ邋１３０°邋Ｆ．邋１３５°邋Ｆ．邋１４０°邋Ｆ，逡逑＾逡逑．一．＇．Ａ逦Ａ逡逑／ｘｙ－ｖ逦到逡逑二？逡逑．ｄｃ］

发０１１丫２八－＇１＾（０犷６１１１１１以＜２／．，１９９４）和０１１丫从１＞１（入路３１＼￥３１bh《／．，２００２），０尺丫乙＼２０００邋（８0１１１１１３１１逡逑ｅ／ａ／．，２００１邋）。ＯＲＹＺＡ（ｖ３）水稻模型是ＯＲＹＺＡ系列水稻模型的最新版本（Ｌｉ邋ｅＺａ／．，２０１７），具体的逡逑模型结构如图３－１所示。ＯＲＹＺＡ（ｖ３）水稻模型是对ＯＲＹＺＡ上一个版本ＯＲＹＺＡ２０００进行发展和逡逑改进，对原模型版本中的对水稻生长发育过程有重要影响的以下模块进行了校正，，包括水稻生长逡逑模块与土壤水分平衡模块，在水稻生长模块中增加了控制水稻生长临界温度及持续日数的参数，逡逑使模型在模拟低温冷害和高温热害条件下的准确性大大提高，在土壤水分平衡模块，细化了水稻逡逑田间灌溉措施设置，增加了更多的灌溉方案，有助于水稻大田管理模拟与实际更为一致，因此新逡逑版本大大提高了模型模拟水稻生理过程、灌溉管理措施及土壤水分动态变化的准确性（Ｌｉ邋ｅｒａ／．，逡逑２０１７；郭尔静等，２０１７）。逡逑ＯＲＹＺＡ（ｖ３）水稻模型在模拟水稻生育期过程中，用参数ＤＶＳ（Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ邋Ｓｔａｇｅ）来定量表示逡逑各个生育期
【学位授予单位】：中国农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S511

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本文编号：2610375