气候变化对东北玉米生长和产量影响的观测与模拟

发布时间：2017-03-27 10:03

  本文关键词：气候变化对东北玉米生长和产量影响的观测与模拟，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：目前研究气候变化对农业生产影响的方法主要集中在试验和模拟两个方面,本研究应用这两种方法,以气候变化对我国东北地区玉米产量影响为中心,从单站点到区域,对不同气候因子及未来气候条件对东北玉米生产的影响进行了观测试验和模型模拟。首先,利用开顶式生长箱(OTCs)和农田开放式增温系统(FATI),从形态结构、光合作用、干物质积累和发育期等方面,系统地观测了[CO2]、温度和降水等气候因了及其交互作用对玉米产量的影响。然后,基于观测数据,应用CERES-Maize模型模拟了多降水梯度、不同生育时期降水变化和[CO2]、温度交互作用下玉米产量的变化。最后,选用区域气候模式BCC_CSM1.1-RegCM4.0与CERES-Maize模型链接,模拟了未来气候条件下东北地区玉米产量的空间分布。主要结论如下：(1)[CO2]升高和降水增加的交互作用使玉米籽粒产量和生物产量均升高,升高幅度因不同[CO2]和降水增加量而不同,以550μmol·mol-1[CO2]和降水增加15%交互作用下产量为最高,450μmol·mol-1[CO2]次之,390μmol·mol-1 [CO2]最小。同时,穗粒数、穗粒重、穗长和穗粗等穗部性状值均随二因子交互作用而升高,表明了玉米果穗库容的扩充,是增产的外在表现。二因子交互作用下叶片净光合速率(Pn)、水分利用效率(WUE)、最大净光合速率(Pnmax)、光饱和点(LSP)和叶绿素含量升高,蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)降低,解释了增产的内在生理原因。二因子交互作用使玉米株高、穗位高升高,茎粗增加,叶面积变大,这些是增产的外部形态原因。(2)增温和降水增加的交互作用下,玉米的全生育期天数明显减少、籽粒产量下降。伴随减产的穗部性状为穗长、穗粒重、行数和行粒数等指标显著下降(p0.05),而瘪粒数和秃尖长大幅度增加。增温对玉米叶片的Pn、Tr、Gs和光响应参数Pnmax、LSP具有明显的抑制作用,而降水有一定的促进作用,同时增温增水可以在一定程度上缓解增温的负效应。形态结构方面,株高、穗位高、茎粗、叶面积和干物质积累量均随增温而有较大程度降低,而随降水增加15%而有小幅度升高,同时增温增水时降低幅度变小(3)对[CO2]和降水变化对玉米影响的模拟分为全生育期降水变化和各生育时期降水变化两种情形。全生育期降水变化条件下,玉米籽粒产量随降水增加而增加,随[CO2]升高而升高,390、450和550μmol·mol-1[CO2]下,降水增加30%时产量达到峰值。各生育期降水变化条件下,抽雄吐丝期和乳熟期水分变化对籽粒产量的影响较大,拔节期和苗期较小。另外,增温、[CO2]和不同降水梯度共同作用对玉米产量影响的模拟表明玉米籽粒产量明显下降。(4) BCC_CSM1.1-RegCM4.0区域气候模式可为作物模拟提供气候数据。引入该模式并与作物模型CERES-Maize相链接,通过验证,得出模拟效果比较理想,表明BCC_CSM1.1-RegCM4.0区域气候模式可以为作物模型提供未来逐日气象数据,满足模拟需要。(5)未来我国东北地区玉米产量主要以减产为主,局部地区有增产趋势。较1971-2000年,2036-2065年东北大部分地区产量下降,最低减产17.50%；高产区向吉林东北部、黑龙江省南部扩展,最高增产14.17%。另外,黑龙江北部有增产趋势。(6)东北地区未来气候条件变化剧烈。未来年平均最高气温和最低气温明显升高,空间分布上都呈现为由南向北逐渐减少；降水区域分布不均匀,空间上呈现由东南向西北减少的趋势；年平均辐射量有所减少,局部地区有所增加,空间分布趋势为由西向东逐渐减少。
【关键词】：玉米 气候变化 CERES-Maize 区域气候模式 产量
【学位授予单位】：中国气象科学研究院
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S513;S162.53
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第一章 绪论12-24
• 1.1 研究背景12-13
• 1.2 国内外研究进展13-21
• 1.2.1 水分变化对作物的影响13-14
• 1.2.2 CO_2浓度升高对作物的影响14-15
• 1.2.3 温度变化对作物的影响15-16
• 1.2.4 CO_2浓度升高与水分变化交互作用对作物的影响16-17
• 1.2.5 温度变化与水分变化交互作用对作物的影响17-18
• 1.2.6 温度、水分与CO_2浓度变化交互作用对作物的影响18-19
• 1.2.7 CERES模型的应用19-21
• 1.3 存在的问题21
• 1.4 研究的目的、内容和技术路线21-24
• 1.4.1 研究的目的21-22
• 1.4.2 研究的内容22
• 1.4.3 技术路线22-24
• 第二章 气候变化对玉米生长和产量影响的试验观测24-64
• 2.1 气候数据分析24-29
• 2.1.1 研究区域和资料24
• 2.1.2 资料来源24-25
• 2.1.3 结果分析25-29
• 2.2 CO_2浓度与降水交互作用对玉米的影响29-48
• 2.2.1 研究区概况29-30
• 2.2.2 试验设备30-31
• 2.2.3 供试材料和试验设计31-33
• 2.2.4 测定项目与方法33-34
• 2.2.5 数据处理与统计分析方法34
• 2.2.6 结果与分析34-45
• 2.2.7 结论与讨论45-48
• 2.3 温度与降水交互作用对玉米的影响48-64
• 2.3.1 研究区概况49
• 2.3.2 试验设备49-50
• 2.3.3 供试材料和试验设计50
• 2.3.4 测定项目与方法50
• 2.3.5 数据处理与统计分析方法50-51
• 2.3.6 结果与分析51-60
• 2.3.7 结论与讨论60-64
• 第三章 气候变化对玉米生长和产量影响的模型模拟64-94
• 3.1 CERES模型简介64-74
• 3.1.1 模型的原理64-68
• 3.1.2 模型的构成68-70
• 3.1.3 模型的输入和输出文件70
• 3.1.4 试验数据的建立70-71
• 3.1.5 遗传参数的确定71-73
• 3.1.6 模型的校准和检验结果分析方法73
• 3.1.7 全生育期水分利用效率(WUE’)的计算73-74
• 3.2 模型模拟技术路线74-76
• 3.3 模型参数的调试及结果验证76-78
• 3.4 模拟结果与分析78-89
• 3.4.1 CO_2浓度和全生育期降水变化交互作用下玉米各指标的变化78-81
• 3.4.2 CO_2浓度和各生育时期降水变化交互作用下玉米各指标的变化81-87
• 3.4.3 温度、CO_2浓度和全生育期降水变化交互作用下玉米各指标的变化87-89
• 3.5 结论与讨论89-94
• 3.5.1 CO_2浓度和全生育期降水变化交互作用对玉米的影响91
• 3.5.2 CO_2浓度和各生育时期降水变化交互作用对玉米的影响91-92
• 3.5.3 温度、CO_2浓度和全生育期降水变化交互作用对玉米的影响92-94
• 第四章 未来气候变化对东北玉米产量影响的模拟94-110
• 4.1 气候模式简介94
• 4.2 区域气候模式BCC_CSM1.1-RegCM4.0简介94-96
• 4.3 RegCM4.0使用的新排放情景96-97
• 4.4 气候模式与作物模型的链接97
• 4.5 模拟方法97-99
• 4.6 模拟结果与分析99-107
• 4.6.1 BCC_CSM1.1-RegCM4.0与CERES-Maize链接的验证99-101
• 4.6.2 BCC_CSM1.1-RegCM4.0气候数据分析101-106
• 4.6.3 东北玉米产量变化趋势106-107
• 4.7 结论与讨论107-110
• 第五章 结论与展望110-116
• 5.1 主要结论110-113
• 5.1.1 CO_2浓度和降水交互作用对玉米生长发育与产量的影响的观测110-111
• 5.1.2 增温和降水交互作用对玉米生长发育与产量的影响的观测111
• 5.1.3 CO_2浓度、温度与水分交互作用对玉米生长和产量影响的模拟111-112
• 5.1.4 基于区域气候模式BCC_CSM1.1-RegCM4.0的东北玉米产量模拟112
• 5.1.5 东北地区历史和未来气候条件的比较112-113
• 5.2 特色与创新113
• 5.3 存在的问题及研究展望113-116
• 5.3.1 存在的问题113-114
• 5.3.2 研究展望114-116
• 参考文献116-132
• 致谢132-134
• 个人简介134-135

  本文关键词：气候变化对东北玉米生长和产量影响的观测与模拟，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：270214