气候变化对西北半干旱地区马铃薯生产影响的研究

发布时间：2017-07-03 03:15

  本文关键词：气候变化对西北半干旱地区马铃薯生产影响的研究

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【摘要】：马铃薯是我国西北半干旱地区的主要粮食作物之一,具有适应性强、生育期短、营养丰富、抗灾能力强的特点,并且产量高、增产潜力大,是我国仅次于水稻、小麦、玉米的第四大主粮作物。大力推进马铃薯产业,是我国确保粮食安全的一项重要策略。近几十年来,全球气候变暖对中国西北半干旱地区马铃薯的生产造成了不利影响,马铃薯主产区产量总体呈下降趋势。而研究马铃薯生长对气候变化的响应机理,以及未来的气候条件会对马铃薯的生长发育、产量造成何种影响,如何调整生产种植制度来应对气候变化的不利影响,这些对于西北半干旱地区马铃薯生产具有重要的意义。本文利用1961-2010年的逐日气象观测数据和RCP4.5情景下区域气候模式RegCM4模拟的1961-2060的逐日气象数据,结合WOFOST作物生长模型,定量分析了气候变化对研究区农业气候资源、马铃薯温度适宜度、水分适宜度、光照适宜度、马铃薯种植区划、马铃薯生育期和产量的影响趋势和程度,并结合定西市马铃薯分期播种实验和WOFOST模拟结果,分析论证了优化播期以应对气候变暖这一措施方案的可行性,还计算了未来气候条件下研究区最佳播种期的变化趋势和特征,以期为研究区的马铃薯生产种植提供一个可靠的参考和依据。本文得到的主要结论如下：1.过去几十年(1961-2010),研究区气候总体呈现“暖干化”特征,而在RCP4.5情景下,这一趋势将会持续,即未来50年(2011-2060)研究区总体气候仍将趋于“暖干化”,在此背景下,研究区马铃薯主要生育期(4-9月)内的热量资源,包括日平均温度、≥10℃积温、最热月平均温度以及日最高温度30℃的天数都呈增加趋势,反映马铃薯适播期的稳定通过6℃界限温度的初日则呈现逐渐提前的趋势；而水分资源,包括马铃薯生育期内降水量、参考蒸散、水分盈亏都呈现波动下降的趋势。马铃薯属于喜凉作物,气候“暖干化”导致的一系列热量资源和水分资源的变化对马铃薯的生长发育和产量形成起到负面作用。2.研究区马铃薯生育期内的温度适宜度、水分适宜度、光照适宜度都呈现下降趋势；选取对马铃薯生长起主要作用的环境因子(海拔、坡度、植被覆盖度)和关键气候因子(6-7月降水、4-9月≥10℃积温、7月平均气温、4-9月干燥度),并通过AHP层次分析法确定各因子权重,计算求得1km分辨率的马铃薯种植区划图,可以看到,马铃薯种植适宜区主要分布在研究区中西部地区,北界为甘肃武威中部、宁夏中部到榆林西部一线,南界为甘肃陇南到陕西关中北部一线。未来随着气候变化,适宜区呈现南界北移和面积缩小的趋势。3. WOFOST模型模拟的产量结果说明,在未来气候变化的背景下,研究区大部分地区马铃薯产量都将呈现下降趋势；未来50年(2011-2060),通过改善灌溉条件,可以在研究区的西北部地区,包括武威南部、兰州、白银以及宁夏西北部地区大幅度增加马铃薯产量,一定程度上补偿气候变化对马铃薯的负面影响。而气候变暖对马铃薯生育期的影响主要表现在适播期提前,各发育期提前,全生育期时间缩短三个方面。4.从定西市2010年马铃薯分期播种的实验结果可以看出,5月底或6月初是定西地区马铃薯的最佳播种期,较传统播种期推迟30天左右。通过WOFOST模型得到的定西2010年最佳播期为6月9日前后,与实验结论一致。在此基础上,模拟了整个研究区40个站1961-2060年的最适播种期并插值到1km分辨率栅格上,结果表明,未来研究区马铃薯的最佳播期呈现后延的趋势,这说明,优化播期是应对气候变暖对马铃薯影响的有效措施,而基于区域气候模式和作物模型获得的未来各个站点的马铃薯最佳播种期数据,不仅为同类研究提供了一个新的思路,也为当地的马铃薯生产规划提供了一个参考和依据。
【关键词】：马铃薯 气候变化 优化播期 种植区划 适宜度
【学位授予单位】：南京信息工程大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S532;S162.54
【目录】：

• 摘要6-8
• Abstract8-11
• 第一章 绪论11-29
• 1.1 研究意义11-13
• 1.2 国内外研究进展13-24
• 1.2.1 西北地区气候变化概况13-16
• 1.2.2 气候变化对农业生产的影响16-19
• 1.2.3 区域气候模式研究进展及应用19-22
• 1.2.4 作物模型研究进展及应用22-24
• 1.3 研究目标与内容24-26
• 1.3.1 研究目标25
• 1.3.2 研究内容25-26
• 1.4 技术路线26-29
• 第二章 研究区概况与研究资料29-45
• 2.1 研究区概况29-34
• 2.1.1 行政区划及农业发展概况29-30
• 2.1.2 自然地理概况30-34
• 2.2 研究数据34-38
• 2.2.1 气象数据34-36
• 2.2.2 作物数据36-37
• 2.2.3 土壤数据37
• 2.2.4 植被覆盖数据37
• 2.2.5 数字高程模型37-38
• 2.3 数据处理38-45
• 2.3.1 ANUSPLIN插值38-40
• 2.3.2 气候情景数据订正40-45
• 第三章 西北马铃薯主产区气候变化特征45-77
• 3.1 研究方法45-47
• 3.1.1 突变检验分析法45
• 3.1.2 太阳辐射计算45-46
• 3.1.3 光合有效辐射46
• 3.1.4 参考作物蒸散模型46-47
• 3.2 研究区基本气候要素变化特征47-52
• 3.2.1 平均气温时空变化特征47-49
• 3.2.2 降水时空变化特征49-52
• 3.3 西北马铃薯主产区生长季内农业气候要素变化特征52-75
• 3.3.1 热量变化特征53-61
• 3.3.2 水分变化特征61-70
• 3.3.3 马铃薯生长季内光合有效辐射变化特征70-72
• 3.3.4 稳定通过6℃初日72-75
• 3.4 本章小结75-77
• 第四章 研究区马铃薯气候适宜性分析77-105
• 4.1 研究方法77-83
• 4.1.1 农业气候适宜度模型77-81
• 4.1.2 农业气候资源系统评价模型81
• 4.1.3 波动指标81-82
• 4.1.4 AHP层次分析法82-83
• 4.2 农业气候适宜度的时空变化83-92
• 4.2.1 温度适宜度83-86
• 4.2.2 水分适宜度86-89
• 4.2.3 光照适宜度89-92
• 4.3 农业气候适宜度综合评价92-95
• 4.4 马铃薯气候适宜性区划95-102
• 4.4.1 确定评价指标96-97
• 4.4.2 指标的权重分配97-98
• 4.4.3 区划指标分级方案98-99
• 4.4.4 马铃薯气候区划结果99-102
• 4.5 本章小结102-105
• 第五章 气候变化对马铃薯发育期及产量影响的模拟研究105-129
• 5.1 WOFOST模型简介105-107
• 5.1.1 WOFOST模型的输入105-106
• 5.1.2 WOFOST的主要模拟过程106-107
• 5.2 WOFOST模型运行方式的改进107-108
• 5.3 WOFOST模型数据库建立108-109
• 5.3.1 气象数据108-109
• 5.3.2 土壤数据109
• 5.4 马铃薯作物参数敏感性分析及调整109-116
• 5.4.2 作物参数敏感性分析110-113
• 5.4.3 作物参数调整113-114
• 5.4.4 WOFOST模型验证114-116
• 5.5 基于光温水的产量模拟116-117
• 5.6 马铃薯产量的模拟与预测117-122
• 5.6.1 模拟产量的时空变化分析117-120
• 5.6.2 马铃薯产量的波动性120-121
• 5.6.3 未来马铃薯产量相对于基准期的变化121-122
• 5.7 马铃薯发育期的模拟与预测122-126
• 5.7.1 播种-出苗天数122-123
• 5.7.2 出苗-开花天数123-124
• 5.7.3 开花-成熟天数124-125
• 5.7.4 全生育期天数125-126
• 5.8 本章小结126-129
• 第六章 马铃薯播期优化实验及模拟研究129-151
• 6.1 田间分期播种试验130-141
• 6.1.1 试验设计130
• 6.1.2 观测项目与方法130-131
• 6.1.3 实验结果与分析131-141
• 6.1.4 实验小结141
• 6.2 WOFOST分期模拟验证141-145
• 6.2.1 模拟方案设置142
• 6.2.2 田间实验模拟结果验证142-145
• 6.3 马铃薯最佳播期的模拟与预测145-148
• 6.4 本章小结148-151
• 第七章 结论与展望151-155
• 7.1 主要结论151-152
• 7.2 特色与创新152-153
• 7.3 问题与展望153-155
• 参考文献155-163
• 科研成果163-165
• 致谢165-166

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本文编号：512209