摘要
工业化以来全球变暖问题已导致温度、降水等气候要素出现一定变化，未来气候也将持续发生改变。气候变化明显影响了农作物的生长和生产力，因此农作物产量极易受到未来长期气候变化的影响。但未来长期趋势变化只能表示气候变化的一部分，围绕气候长期趋势变化中的波动，也是气候变化的另一个组成部分。气候变化不仅改变了长期气候趋势，也改变了其波动的幅度。因此，应同时研究气候的趋势与波动对农作物产量的影响。 小麦作为我国主要的粮食作物之一，播种面积约占全国粮食作物播种总面积的五分之一。而华北平原作为我国最大的小麦生产基地，属于典型的温带季风气候，气候要素年际波动大，降水时空分布不均，受到气候趋势与气候波动的明显影响。因此研究气候变化趋势和气候波动对华北平原小麦单产的影响，有利于改进当地小麦的农业管理措施，提高小麦对气候变化的适应能力和减轻小麦受到气候灾害的风险，进而保障我国粮食生产安全。基于此，本论文使用面板回归模型研究了过去二十一年气候因素对华北平原冬小麦单产变化的贡献，并使用经过本地化作物品种参数校验的DSSAT-CERES-Wheat模型，模拟分析了未来气温、降水和辐射的趋势和波动对华北平原冬小麦单产的影响和贡献率。 研究得到初步结论如下: 第一，经过品种调参校正后的DSSAT-CERES-Wheat作物模型，能够较好运用于研究未来气候趋势和波动变化对华北平原冬小麦单产的影响。经过品种调参校正后的DSSAT-CERES-Wheat模型，对华北平原六个冬小麦品种的播种到开花天数、播种到成熟天数、单位面积产量模拟的标准均方根误差分别为3.80％、2.70％和5.70％，表明该模型可以很好地模拟华北平原冬小麦生长发育过程。据此模型，对未来气候趋势和波动变化对华北平原冬小麦单产影响的模拟结果是合理的，表明其适合在华北平原地区进行未来气候趋势和波动变化对冬小麦单位面积产量影响的研究。 第二，过去二十一年气候因素对华北平原冬小麦单产变化的贡献约占四分之一。2000-2020年华北平原冬小麦单产呈增长趋势，大部分地区气候因子贡献占20％～30％，其中温度和辐射的贡献最大。温度呈增长趋势对冬小麦单产的影响为减产，辐射呈减少趋势对冬小麦单产的影响为减产。从区域上看，华北平原东北部温度对冬小麦单产的贡献更大，西南部辐射对冬小麦单产的贡献更大。降水由于过去二十一年变化不大，因此对产量变化贡献较小。 第三，未来温度趋势升高造成的减产作用和降水的波动程度减小造成的增产作用主导未来华北平原冬小麦单产变化。在未来气候变化的影响下，华北平原冬小麦单产与基准期相比将呈现为北部区增产，南部区减产。对于华北平原北部，降水是未来气候变化中导致冬小麦单产与基准期相比增加的主导因素。对于华北平原南部，温度是未来气候变化中导致冬小麦单产与基准期相比减少的主导因素。温度对冬小麦的减产作用主要来源于温度趋势升高的影响。而降水和辐射在不同种植方式区存在差异，在灌溉区降水导致冬小麦与基准期相比增产主要由于降水的波动程度减少的影响，而在雨养区主要是由于降水趋势增加的影响。在灌溉区辐射导致冬小麦与基准期相比减产主要由于辐射波动程度的减少的影响,而在雨养区主要由于辐射趋势增加的影响。另外，未来气候变化对冬小麦单产的影响程度在华北平原灌溉区存在区域性差异，温度的上升趋势所导致的减产作用随纬度降低而加剧，辐射波动程度的减弱所导致的减产作用也随纬度降低而加剧，而降水波动程度的减弱带来的增产作用随纬度降低而减弱。 第四，加强田间管理措施可以有效缓解未来辐射波动性的变化对华北平原冬小麦的减产影响，但无法有效缓解未来升温趋势的减产影响，需要依靠品种更新等技术进步手段。通过模型模拟发现，在各未来时段下，加强施肥和灌溉水平，可以在80％的程度上缓解未来辐射波动程度下降对冬小麦单产的不利影响，但是无法缓解未来温度的增加趋势的不利影响。 在目前已有研究中缺乏对华北平原气候趋势和波动对冬小麦单产影响的区域差异分析，并且缺少有关于如何缓解气候趋势与波动对冬小麦单产的不利影响的探讨。本文系统研究了未来温度、降水、辐射的趋势和波动对华北平原冬小麦单产的影响，分析了区域性变化规律，并且探究了田间管理措施对气候趋势与波动对冬小麦单产影响的缓解作用。本研究对提高华北平原农业生产应对未来气候变化的能力具有重要意义，为完善冬小麦田间管理提供了重要参考价值。
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