【摘要】：氣候變暖背景下高溫發(fā)生頻率不斷增加,利用作物生長模型評估氣候變化影響、制定氣候變化適應(yīng)措施對指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有重要意義。發(fā)育期模塊和生物量累積(RUE)模塊是作物模型的核心模塊,準(zhǔn)確模擬玉米生長發(fā)育對溫度的響應(yīng)有助于提高作物模型對產(chǎn)量的模擬精度,降低模型評估未來氣候變化影響的不確定性。選擇生育期較長的玉米品種是適應(yīng)氣候變暖最有效的措施之一,但當(dāng)前玉米品種是否完全利用了玉米潛在生長季以及延長玉米生育期的增產(chǎn)空間等科學(xué)問題有待明確。本文以我國東北-西南玉米帶為研究對象,利用各玉米種植區(qū)內(nèi)代表性農(nóng)業(yè)氣象觀測站(以下簡稱農(nóng)氣站)的玉米生長發(fā)育觀測資料,選取國際上常用的發(fā)育期模型進(jìn)行比較,探究未來氣候情景下發(fā)育期模擬結(jié)果的不確定性;在此基礎(chǔ)上,挖掘文獻(xiàn)數(shù)據(jù)并構(gòu)建人工氣候室高溫控制試驗,比較當(dāng)前主要作物模型中玉米生長發(fā)育溫度響應(yīng)模塊的模擬精度,推導(dǎo)出基于Wang-Engel函數(shù)的玉米生長發(fā)育溫度響應(yīng)曲線并將其嵌套入APSIM模型中,比較改進(jìn)前后APSIM模型對未來氣候變化情景下模擬玉米發(fā)育期和產(chǎn)量的差異;基于農(nóng)氣站玉米發(fā)育期的長期觀測資料,分析在氣候變暖背景下,各玉米種植區(qū)的潛在生長季利用率,并基于改進(jìn)后的APSIM模型探究延長玉米生育期對產(chǎn)量的影響及其限制因素。主要研究結(jié)果如下:(1)當(dāng)前氣候條件下,6種常用發(fā)育期模型(SIMCOY,MAIS,Beta,WOFOST,CERES和APSIM)經(jīng)調(diào)參后均可以達(dá)到可接受的精度(NRMSE均小于8%)。未來氣候變化情景下,除Beta模型模擬華北地區(qū)玉米吐絲期和成熟期推遲外,其他模型模擬的3個種植區(qū)玉米吐絲期和成熟期均呈提前趨勢。發(fā)育期模型之間的不確定性隨溫度的升高而增加,特別表現(xiàn)在華北地區(qū)夏玉米的發(fā)育期。華北地區(qū)夏玉米發(fā)育期模擬存在的不確定性最大,東北和西南地區(qū)的春玉米發(fā)育期模擬的不確定性較小。(2)葉片伸長、葉片出現(xiàn)和階段發(fā)育(出苗-穗原基始期、出苗-開花期/吐絲期)過程的溫度響應(yīng)函數(shù)一致。Wang-Engel曲線可以最好地描述實測玉米生長發(fā)育速率-溫度關(guān)系,玉米發(fā)育過程的三基點(diǎn)溫度為5℃(下限溫度,Tb)、30℃(最適溫度,To)和41℃(上限溫度,Tc)。玉米生物量累積(即光能利用率RUE)過程的三基點(diǎn)溫度為2℃(Tb)、24℃(To)和38℃(Tc)。葉片生長、階段發(fā)育及RUE的三基點(diǎn)溫度均低于APSIM模型中設(shè)置的三基點(diǎn)溫度。改進(jìn)前后APSIM模擬的未來變暖情景下玉米開花期和成熟期存在較大差異,但模擬的玉米產(chǎn)量差異相對較小。(3)當(dāng)前種植制度下,各玉米種植區(qū)平均潛在生長季利用率華北地區(qū)(88.7%)東北地區(qū)(84.6%)西南地區(qū)(81.6%)西北地區(qū)(63.9%)。2000s以前,玉米品種花前花后積溫比例約為1.5～1.7,2000s后,玉米品種花前花后積溫比例降低,約為1.0-1.6,反映了新培育的玉米品種灌漿期延長。當(dāng)前氣候條件下,各玉米種植區(qū)玉米生長季可繼續(xù)延長14d左右,玉米潛在產(chǎn)量達(dá)到最大;但雨養(yǎng)條件下產(chǎn)量變異增大。
【學(xué)位授予單位】：中國農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：S513
【圖文】：

型光周期響應(yīng)函數(shù)見表１－３。溫度和光周期對作物發(fā)育期的交互作用可通過相加或相乘函逡逑數(shù)表示（Ｙａｎ邋ａｎｄ邋Ｗａｌｌａｃｅ，邋１９９８），也有研究指出光周期會影響作物發(fā)育的最適溫度，同逡逑樣溫度也會影響作物的臨界光周期（圖１－２）邋（ＣｒａｕｆＵｒｄ邋ａｎｄ邋Ｗｈｅｅｌｅｒ，邋２００９）。未來氣候變逡逑暖條件下，超過最適溫度的日數(shù)增加，光周期在一定程度上可調(diào)節(jié)作物的最適溫度以適應(yīng)逡逑氣候變化（Ｅｌｌｉｓ邋ｅｔ邋ａｌ．，邋１９９２）。因此，溫度和光周期對作物發(fā)育期的交互作用仍然值得深逡逑入研宄。逡逑５逡逑

圖I-4.技術(shù)路城圈

本研宄首先選取了東北－西南玉米帶１０個代表站點(diǎn)來進(jìn)行發(fā)育期模型的比較研宄（圖逡逑２－１）。１０個研宄站點(diǎn)分布在我國主要玉米生產(chǎn)區(qū)，包括中國東北地區(qū)的海倫，樺甸和朝逡逑陽，華北地區(qū)的北京、濟(jì)寧和駐馬店，以及西南地區(qū)的豐都、樂山、普定和陸良（圖２－逡逑１）。這１０個站點(diǎn)跨越了大尺度氣候區(qū)，覆蓋了我國玉米帶的主要?dú)夂蝾愋�，具有不同的逡逑種植制度。表２－１詳細(xì)列出了站點(diǎn)信息、代表性玉米品種和連續(xù)種植年限。在１０個站點(diǎn)逡逑中選取了東北地區(qū)朝陽站點(diǎn)，華北地區(qū)北京站點(diǎn)和西南部地區(qū)豐都站點(diǎn)研究當(dāng)前和未來氣逡逑候變化情景下玉米生長季的溫度分布變化特征。逡逑１３逡逑

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本文編號：2788859