黃淮海平原是我國主要的糧食生產(chǎn)地之一,受全球氣候變化的影響,區(qū)域干旱、高溫頻發(fā),成為影響該區(qū)作物生產(chǎn)的主要氣象災(zāi)害。本研究分析了黃淮海平原夏玉米生長季的干旱、高溫發(fā)生的時空分布特征,利用統(tǒng)計數(shù)據(jù)并結(jié)合APSIM模型分析干旱、高溫對玉米產(chǎn)量的影響。主要研究結(jié)果如下:1、黃淮海平原夏玉米季降水和干旱的時空分布特征黃淮海平原1981-2015年夏玉米季降水時空分布不均,西北部降水較少,東南部地區(qū)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。各生育階段播種至拔節(jié)期(S-J)、拔節(jié)期至開花期(J-F)和開花期至成熟期(F-M)的降水量分別占全生育期的38%、25%和37%。夏玉米全生育期降水氣候傾向率的空間分布由西北向東南呈升高趨勢,但各生育階段黃淮海平原大部分區(qū)域降水的氣候傾向率未達到顯著水平,該區(qū)多年降水變化不顯著。黃淮海平原1981-2015年夏玉米季各生育階段的干旱發(fā)生頻率均約33%,不同年代的干旱發(fā)生頻率表現(xiàn)為1981-1990年較高。黃淮海平原夏玉米全生育期標(biāo)準(zhǔn)化降水蒸散指數(shù)(SPEI)變化趨勢的空間分布規(guī)律是由西北向東南逐漸增加,北部、西南部地區(qū)呈變干趨勢,但不顯著,東南部地區(qū)表現(xiàn)為顯著的增濕趨勢。2、黃淮海平原高溫和干旱高溫復(fù)合脅迫的時空分布特征黃淮海區(qū)域1981-2015年夏玉米季不同生育階段高溫發(fā)生天數(shù)(EHD)的空間分布規(guī)律為由東北向西南呈增加趨勢,營養(yǎng)生長階段高溫出現(xiàn)頻率較高。研究區(qū)域內(nèi)夏玉米季高溫累積度日(EDD)的空間分布特征表現(xiàn)為由東向西逐漸增加的趨勢,夏玉米全生育期不同年代的EDD在2011-2015年最高,播種期到拔節(jié)期EDD占全生育期的56.5%。黃淮海平原EDD變化趨勢整體表現(xiàn)為增溫趨勢,夏玉米全生育期大部分地區(qū)增溫顯著,播種到拔節(jié)期和開花到成熟期,極端高溫顯著升高區(qū)域主要分布在黃淮海區(qū)域北部和東部地區(qū),拔節(jié)期到開花期東北部和東南部局地高溫有顯著升高趨勢。不同生育階段干旱、高溫復(fù)合脅迫的發(fā)生規(guī)律表現(xiàn)為J-FS-JS-MF-M,比較不同年代復(fù)合脅迫發(fā)生率得到2006-2015年干旱、高溫復(fù)合脅迫的發(fā)生風(fēng)險要高于1981-1990年。3、干旱、高溫對夏玉米產(chǎn)量的影響黃淮海區(qū)域1981-2014年干旱極端高溫年型(SPEI≤-0.5,EDD各站點EDD中位數(shù)值)出現(xiàn)的頻率為23.18%,該年型下氣候條件導(dǎo)致減產(chǎn)風(fēng)險最高,約58%的年份去趨勢產(chǎn)量小于零。黃淮海平原夏玉米全生育期去趨勢產(chǎn)量與SPEI呈正相關(guān)關(guān)系,與EDD呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系,表明干旱和高溫的發(fā)生均導(dǎo)致該區(qū)域玉米產(chǎn)量下降。分析各生育階段產(chǎn)量與SPEI、EDD的相關(guān)性結(jié)果表明,J-F階段干旱、高溫是影響玉米產(chǎn)量的關(guān)鍵階段。通過構(gòu)建產(chǎn)量與SPEI、EDD的回歸模型得到,夏玉米季SPEI下降1導(dǎo)致產(chǎn)量下降0.02%,EDD升高10℃ · d導(dǎo)致產(chǎn)量下降約1.07%。干旱、高溫每10年變化趨勢對產(chǎn)量的影響結(jié)果表明,夏玉米季SPEI的變化趨勢導(dǎo)致產(chǎn)量下降0.02%,EDD的變化趨勢導(dǎo)致產(chǎn)量下降0.82%,各生育階段的結(jié)果均表現(xiàn)出近35年來EDD的變化趨勢對黃淮海平原玉米生產(chǎn)造成的負(fù)面影響更大。4、基于APSIM模型分析不同氣候情景下干旱、高溫對夏玉米產(chǎn)量的影響APSIM模型模擬結(jié)果表明,吳橋站點兩個玉米品種浚單20和鄭單958在1981-2017年正常氣候條件下的平均產(chǎn)量分別為7590 kg ha-1和8358 kg ha-1,品種間產(chǎn)量差異不顯著。在玉米生長季降水減少10%、降水減少20%、最高溫增加1℃和最高溫增加2℃四種氣候情景下造成不同程度的玉米產(chǎn)量損失,其中降水減少20%造成的產(chǎn)量損失最大。進一步研究黃淮海平原干旱高溫的發(fā)生對玉米產(chǎn)量的影響,結(jié)果表明干旱、高溫單一氣候因素的變化導(dǎo)致產(chǎn)量下降,但減產(chǎn)率不顯著,復(fù)合脅迫的發(fā)生導(dǎo)致研究區(qū)域內(nèi)玉米產(chǎn)量大幅下降,超過單一變量的影響,其產(chǎn)量水平與正常氣候模式下的產(chǎn)量差異顯著。
【學(xué)位單位】：中國農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：S513;S423
【部分圖文】：

中國農(nóng)業(yè)大學(xué)博士學(xué)位論文邐ＤＳＳＡＴ模型綜合考慮了不同作物的遺傳特性、土壤特性、氣候變化以及生產(chǎn)管理措施用于模擬作物在綜合環(huán)境管理下的生長發(fā)育和最終產(chǎn)量。ＤＳＳＡＴ系列模型在評估農(nóng)期和作物品種遺傳特性對作物產(chǎn)量的影響方面存在一定的優(yōu)勢。該模型同樣適用于單型區(qū)的作物生產(chǎn)模擬，其模擬結(jié)果可通過ＧＩＳ手段外插至區(qū)域水平。模型的輸入與輸于邋Ｗａｇｅｎｉｎｇｅｎ邋模型。逡逑ＡＰＳＩＭ邋（Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ邋Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ邋Ｓｙｓｔｅｍｓ邋Ｓｉｍｕｌａｔｏｒ）是對澳大利亞系列模型的總稱，亞聯(lián)科工組織（ＣＳＩＲＯ）和昆士蘭州政府的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)研宄合作組（ＡＰＳＲＵ）共同開件系統(tǒng)，能夠模擬全球范圍內(nèi)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中主要組分的機理模型（Ａｓｓｅｎｇｅｆａ／．，邋１９９業(yè)生產(chǎn)中的決策制定、生產(chǎn)管理系統(tǒng)的設(shè)計和氣象預(yù)報評估等均有較好的效果。ＡＰＳＩＭ心是土壤而非作物，盡管模型輸出的依舊是作物產(chǎn)量，但其運行過程是以氣象、作物等引起土壤特征的連續(xù)變化為主要目標(biāo)（曹宏鑫等，２０１１）。ＡＰＳＩＭ模型的特色是將結(jié)果集成到一個公用的平臺上，便于模型或模塊之間的相互比較。用戶在使用該模型自身需求選擇相應(yīng)的作物品種、土壤類型及其他功能子模塊來配置滿足自己需要的作模塊之間的邏輯關(guān)系通過簡單的“插——拔”功能實現(xiàn)（ＭｃＣｏｗｎｅ＾／．，邋１９９６），具體的圖邋１－３邋所示（Ｋｅａｔｉｎｇ邋扣邋ａ／．，邋２００３）。逡逑

ｏｂ邋ｒ＾＞邐＾邐＾邐＾邐＾逡逑圖３－５邋１９８１－２０１５年黃淮海平原夏玉米季各生育階段干旱頻率的空間分布特征（Ｓ－Ｍ表示播種到成熟期，Ｓ－Ｊ表逡逑示播種到拔節(jié)期，Ｊ－Ｆ表示拔節(jié)期到開花期，Ｆ－Ｍ表示開花期到成熟期）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，黃淮海平原夏玉米生長季各生育階段干旱頻率在不同年代際的空間分布特征如圖逡逑３－６所示。Ｓ－ＭＰ介段，１９８１－１９９０年干旱頻率較高的地區(qū)在山東東部地區(qū)，１９９１－２０００年黃淮海北逡逑部干旱頻率高發(fā)，２0１丨－２０１５年干旱頻率高發(fā)地在黃淮海西北部地區(qū)，不同年代際干旱頻率的空逡逑間分布不穩(wěn)定，在各關(guān)鍵生育階段，干旱頻率的空間分布亦表現(xiàn)為空間變異大，干旱頻率高發(fā)地逡逑不穩(wěn)定。對不同年代際、不同生育階段的空間變化規(guī)律進行比較

本研宄選用ＳＰＥＩ來反映降水量一￣蒸散量雙重變化引起的干旱。通過計算夏玉米生長全生逡逑育期及各關(guān)鍵生育階段的ＳＰＥＩ值，對各站點ＳＰＥＩ的時間序列進行趨勢分析，研宄干旱發(fā)生是氣逡逑候傾向率，并對氣候傾向率進行Ｍａｎｎ－Ｋｅｎｄａｌｌ檢驗，結(jié)果如圖３－７所示。在Ｓ－Ｍ階段，研宄區(qū)逡逑域ＳＰＥＩ變化趨勢的空間分布表現(xiàn)為由西北向東南部地區(qū)逐漸增高，黃淮海北部地區(qū)及西南部地逡逑區(qū)ＳＰＥＩ呈下降趨勢，中部及東南部地區(qū)呈增濕趨勢。在山東、安徽和江蘇北部地區(qū)有顯著的增逡逑濕趨勢，霸州、碭山和淮安的增濕趨勢通過了信度９０％的顯著性檢驗，商丘、贛榆、惠民、濟南、逡逑莒縣、莘縣、沂源和淄川的增濕趨勢通過了信度９５％的顯著性檢驗，而墾利的增濕趨勢則達到了逡逑極顯著水平，山東省大部分站點的ＳＰＥＩ變化表現(xiàn)了出顯著增濕趨勢。在Ｓ－Ｊ階段，研宄區(qū)域ＳＰＥＩ逡逑變化趨勢的空間分布表現(xiàn)為由北向南逐漸升高，黃淮海北部地區(qū)表現(xiàn)為變干趨勢，主要集中在河逡逑北北部、北京和天津，其中樂亭和唐山兩地ＳＰＥＩ下降趨勢分別在９５％和９０％水平下通過了顯著逡逑檢驗

【參考文獻】

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本文編號：2814812