中国不同区域冬小麦产量潜力及资源利用效率研究

发布时间：2020-04-25 09:56

【摘要】：在人口和粮食刚性需求增加、作物产量提升缓慢甚至发生停滞的背景下,如何进一步提升粮食产量,提高资源利用效率,实现农业的可持续发展既是关系到粮食安全的国家重大需求,也是科学研究中普遍关注的热点问题。小麦是世界三大粮食作物之一,也是我国主要粮食作物,如此严峻的形势下,解析我国不同冬麦区内冬小麦产量的限制因子及其限制程度,明确各区域小麦资源利用效率,对提升小麦产量具有理论与实践意义。本研究以我国冬小麦主产区为研究对象,基于农业气象观测站数据对农业生产系统模拟模型APSIM进行参数调整和验证,利用调参验证后的APSIM模型,考虑了不同区域间的品种更替特征,模拟分析了 1981-2015年研究区域内光温、光温水、光温水土肥潜在产量以及实际产量的高产稳产性及适宜性分布特征,定量了水分、土壤和氮肥、农户管理水平及农业技术等因素对实际产量高产性和稳产性的影响程度,并进一步评价了各冬麦区不同层次产量条件下冬小麦的资源利用效率。主要结论如下:(1)APSIM-Wheat模型对光能利用效率RUE(Radiation use efficiency)比较敏感。依据前人研究方法对各冬麦区典型站点RUE进行校验,RUE校验后模型模拟的光温潜在产量提升显著,其中冬小麦生长季内平均散射辐射比例较大的武汉(长江中下游冬麦区)和郑州(黄淮冬麦区)产量分别提升20.1%和14.9%,散射辐射比例较小的昆明(西南冬麦区)和北京(北部冬麦区)分别提升7.9%和7.6%。(2)我国冬小麦光温潜在产量的最适宜区主要分布于黄淮冬麦区的山东、河北东南部、河南西北部,以及西南冬麦区的云南北部和四川南部地区;雨养/灌溉潜在产量的最适宜区主要分布于北部冬麦区的辽宁南部,以及黄淮冬麦区的山东、河北东南部、江苏北部、安徽北部、河南北部、山西南部和陕西中部地区;气候土壤氮肥潜在产量的最适宜区主要分布于北部冬麦区的辽宁南部,黄淮冬麦区的山东南部、河南大部分地区和陕西东南部;实际产量的最适宜区主要分布于北部冬麦区东部,黄淮冬麦区东部的山东省西部、河南省北部和江苏省北部,西南冬麦区内四川省中部及长江中下游冬麦区的江苏省中部。(3)水分、土壤和氮肥以及农户管理水平及农业技术对研究区域内冬小麦产量的影响程度分别占冬小麦光温潜在产量的19.8%、11.1%和30.9%;土壤和氮肥以及农户管理水平及农业技术使冬小麦产量的变异系数增加了 5.2%和0.7%,水分使冬小麦产量的变异系数降低了 1.5%。就整个研究区域以及北部冬麦区和黄淮冬麦区而言,农户管理水平及农业技术是影响冬小麦产量高产稳产性的主要因素;在长江中下游冬麦区,水分是影响冬小麦产量高产性的主要因素,农户管理水平及农业技术是影响产量稳产性的主要因素;在西南冬麦区,农户管理水平及农业技术是影响冬小麦产量高产性的主要因素,水分是影响冬小麦产量稳产性的主要因素。(4)研究区域内不同冬麦区之间冬小麦生长季内的光能利用效率和热量利用效率为北方高于南方。水分利用效率仅长江中下游冬麦区表现为在光温水土肥生产水平下最大,说明该区域高产高效水肥管理技术提高了冬小麦的水分利用效率,而其他冬麦区不同生产水平下的水分利用效率无一致性规律;水分利用效率在不同冬麦区之间表现为北部冬麦区最小,西南冬麦区最大。氮肥偏生产力和氮肥农学效率均表现为光温水土肥生产水平下最高;不同冬麦区之间表现为北部冬麦区、黄淮冬麦区和长江中下游冬麦区高于西南冬麦区。
【图文】：

点分布,气象站,日总量,气象数据

气象数据来源于中国气象科学数据共享服务网（ｈｔｔｐ：／／ｃｄｃ．ｃｍａ．ｇｏｖ．ｃｎ／ｈｏｍｅ．ｄｏ），涵盖了研逡逑宄区域内２０５个气象站点１９８１－２０１５年３５年的逐日气象数据，主要包括日最高气温、日最低气温、逡逑日平均气温、降水量、日照时数、平均相对湿度、平均风速等。气象站点的分布见图２－１。逡逑辐射实测数据来自于气象科学数据共享服务网中的中国气象辐射基本要素日值数据集，其中逡逑包括研究区域内共６１个总辐射观测站１９８１－２０１５年３５年的总辐射日总量、散射辐射曰总量、水逡逑平面直接辐射日总量等。逡逑１３逡逑

观测站,总辐射,站点,冬麦

Ｆｉｇ．邋３－２邋Ｔｈｅ邋ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｒａｄｉａｔｉｏｎ邋ｓｔａｔｉｏｎｓ邋ｉｎ邋ｔｈｉｓ邋ｓｔｕｄｙ邋ｒｅｇｉｏｎ逡逑据各冬麦区辐射观测站分布及数据时间序列的完整性，各冬麦区选取一个冬麦区－北京，黄淮冬麦区－郑州，长江中下游冬麦区－武汉，西南冬麦区－麦生长季内１９８０－２０１５年散射辐射比例变化如图３－３所示。近３５年来北个典型站点的散射辐射比例平均值分别为５３．１％、６６．０％、７１．５％和５１．１％明台站散射辐射比例近３５年呈下降趋势（速率为－０．３％邋１０＾）外，，北京、站均呈增加趋势，且郑州台站以每十年升高１．８％的趋势显著增加。分
【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】：S512.11

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