中國黃淮海夏玉米區(qū)玉米光溫生產(chǎn)潛力時空演變特征模擬分析.pdf

1、在中國玉米的播種面積與總產(chǎn)量分別占我國糧食作物播種面積與總產(chǎn)的30.3％和33.7％，位列我國糧食作物第一和第二位。在全球變暖的氣候大背景下，氣候變化對作物生產(chǎn)已經(jīng)產(chǎn)生了明顯的制約。因此明確我國玉米光溫生產(chǎn)潛力的時空演變特征，對準(zhǔn)確評估過去氣候變化對我國玉米已經(jīng)產(chǎn)生的影響以及預(yù)測未來氣候變化對我國玉米生產(chǎn)可能產(chǎn)生的影響，保障我國糧食安全具有重要意義。我國夏玉米種植區(qū)域（集中分布在黃淮海夏播玉米區(qū)）的播種面積和總產(chǎn)量分別占了全國玉米生產(chǎn)比

2、例的34.7％和36.8％。本研究以我國夏玉米為研究對象，首先通過搜集我國黃淮海夏玉米區(qū)玉米田間觀測數(shù)據(jù)（生育期、產(chǎn)量等）與同期逐日氣象數(shù)據(jù)資料（太陽總輻射、最低溫度、最高溫度等），對通用作物生長模型GECROS進(jìn)行參數(shù)調(diào)試和模型驗(yàn)證。以我國黃淮海夏玉米區(qū)63個標(biāo)準(zhǔn)氣象站點(diǎn)1961-2007的逐日氣象數(shù)據(jù)資料作為模型輸入，利用經(jīng)過調(diào)試和驗(yàn)證的GECROS模型模擬了我國黃淮海夏玉米區(qū)1961-2007的夏玉米光溫生產(chǎn)潛力，并結(jié)合GIS分析

3、了我國黃淮海夏玉米區(qū)玉米潛在產(chǎn)量及生長季內(nèi)的光熱資源和生育期時空演變特征;在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步利用GECROS模型模擬分析了光溫變化條件下我國夏玉米潛在產(chǎn)量的變化特征，明確了溫度和光照變化對我國夏玉米潛在產(chǎn)量影響的程度與貢獻(xiàn)。主要研究結(jié)果如下:
　　1.GECROS模型參數(shù)調(diào)試與檢驗(yàn):本研究通過對黃淮海夏玉米區(qū)的主栽品種鄭單958、農(nóng)大108以及煙單14的生長觀測數(shù)據(jù)及同期逐日氣象資料來調(diào)試和驗(yàn)證模型的品種參數(shù)。首先使用各站點(diǎn)觀測的

4、發(fā)育期數(shù)據(jù)（包括出苗日期、吐絲日期、成熟日期）確定夏玉米發(fā)育速率參數(shù)值:基本營養(yǎng)生長期最小熱時間(MTDV)和生殖生長期最小熱時間(MTDR);通過使用調(diào)試之后的生長發(fā)育參數(shù)，驗(yàn)證不同站點(diǎn)夏玉米光溫生產(chǎn)潛力的模擬效果。結(jié)果表明，出苗—吐絲期和出苗—成熟期的模擬值與實(shí)測值之間的決定系數(shù)R2(CoefficientofDetermination)分別為0.91和0.9，均方根差RMSE(RootMeanSquareError)分別為1.22

5、d和1.26d;模擬光溫生產(chǎn)潛力與實(shí)際觀測產(chǎn)量呈正相關(guān)，R2為0.76。通過校正的GECROS模型能夠準(zhǔn)確模擬我國夏玉米區(qū)玉米生長發(fā)育和產(chǎn)量形成，獲得的模型參數(shù)能夠用于夏玉米生長發(fā)育和產(chǎn)量形成的模擬研究。
　　2.我國夏玉米光溫生產(chǎn)潛力及其時空演變特征:分別以鄭單958、農(nóng)大108、煙單14作為本區(qū)代表品種，將我國黃淮海夏玉米區(qū)的63個標(biāo)準(zhǔn)氣象站點(diǎn)1961-2007年的逐日氣象數(shù)據(jù)（最低溫度、最高溫度、太陽總輻射等）輸入經(jīng)過調(diào)試和

6、檢驗(yàn)的GECROS模型，模擬了我國黃淮海夏玉米區(qū)1961-2007年夏玉米光溫生產(chǎn)潛力，并分析了其時空演變特征。結(jié)果表明，我國黃淮海夏玉米區(qū)不同品種間光溫生產(chǎn)潛力的變化趨勢均呈由西南向東北方向增加。品種之間鄭單958光溫生產(chǎn)潛力最高，其次是農(nóng)大108，而煙單14最小。夏玉米鄭單958的光溫生產(chǎn)潛力變化范圍在11630～18857kg·hm-2之間，平均值為14301kg·hm-2;農(nóng)大108的光溫生產(chǎn)潛力變化范圍在10951～16056

7、kg·hm-2之間，平均值為13874kg·hm-2;煙單14的光溫生產(chǎn)潛力變化范圍在9242～12730kg·hm-2之間，平均值為11163kg·hm-2。在1961-2007年47年間，鄭單958的光溫生產(chǎn)潛力年代際變化率變化范圍在-5.7％～0.9％·10a-1之間，平均值為-3.1％·10a-1;農(nóng)大108的光溫生產(chǎn)潛力年代際變化率變化范圍在-8.6％～0.6％·10a-1之間，平均值為-3.8％·10a-1;煙單14的光溫生

8、產(chǎn)潛力年代際變化率變化范圍在-6.3％～1.6％·10a-1之間，平均值為-2.6％·10a-1。在時間上不同夏玉米品種47年間下降趨勢皆呈現(xiàn)出前期下降較快、中期平緩、后期下降又變快的趨勢。
　　3.夏玉米生長季內(nèi)光熱資源的時空演變特征以及光熱資源變化對夏玉米光溫生產(chǎn)潛力的影響:以夏玉米品種鄭單958為例進(jìn)行分析研究，首先分別計(jì)算1961-2007年47年間夏玉米生長期內(nèi)的光溫年代際時空變化特征，然后利用GECROS模型模擬分析以

9、1961-2007年每日光溫條件為基準(zhǔn)條件，僅改變每日太陽總輻射（減少10％）或者溫度（增加1℃）對我國夏玉米光溫生產(chǎn)潛力的影響。結(jié)果表明:1961-2007年間，我國黃淮海夏玉米區(qū)夏玉米生長季內(nèi)太陽總輻射變化范圍在-6.7％～-0.4％·10a-1之間，平均值為-3.3％·10a-1。河南東南及安徽西北地區(qū)太陽輻射降幅顯著，而膠東半島、關(guān)中平原及河北北部地區(qū)太陽輻射降幅相對較小。太陽輻射減少10％，夏玉米光溫生產(chǎn)潛力變化范圍在-16.

10、9％～-9.4％之間，平均值為-12.7％;1961-2007年間，我國黃淮海夏玉米生長季內(nèi)溫度變化范圍在-0.08℃～0.37℃·10a-1之間，平均值為0.13℃·10a-1。顯著升溫地區(qū)在河北北部及京津地區(qū)，而河南南部地區(qū)溫度呈下降趨勢。溫度升高1℃，夏玉米光溫生產(chǎn)潛力變化范圍在-10.3％～-1.3％之間，平均值為-6.1％。為了量化分析光溫資源變化對我國夏玉米生產(chǎn)潛力的影響程度，引用公式Y(jié)=(Tr×Ts)/(Pr×Ps)來計(jì)算

11、1961-2007年間溫度和太陽輻射變化對夏玉米光溫生產(chǎn)潛力影響的比率。通過分析得出我國黃淮海夏玉米區(qū)97％的站點(diǎn)玉米光溫生產(chǎn)潛力變化是由太陽輻射變化引起的。
　　本研究明確了1961-2007年間我國黃淮海夏玉米區(qū)夏玉米光溫生產(chǎn)潛力的時空演變特征，為由本區(qū)的西南向東北逐漸增加，分析了夏玉米生長季內(nèi)光熱資源及其對我國夏玉米光溫生產(chǎn)潛力的影響，其影響為本區(qū)夏玉米光溫生產(chǎn)潛力47年來呈現(xiàn)下降趨勢，原因主要是太陽輻射下降所導(dǎo)致。研究結(jié)果