中國黃淮海夏玉米區(qū)玉米光溫生產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量分別占我國糧食作物播種面積與總產的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已經產生了明顯的制約。因此明確我國玉米光溫生產潛力的時空演變特征，對準確評估過去氣候變化對我國玉米已經產生的影響以及預測未來氣候變化對我國玉米生產可能產生的影響，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)）的播種面積和總產量分別占了全國玉米生產比

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進行參數(shù)調試和模型驗證。以我國黃淮海夏玉米區(qū)63個標準氣象站點1961-2007的逐日氣象數(shù)據(jù)資料作為模型輸入，利用經過調試和驗證的GECROS模型模擬了我國黃淮海夏玉米區(qū)1961-2007的夏玉米光溫生產潛力，并結合GIS分析

3、了我國黃淮海夏玉米區(qū)玉米潛在產量及生長季內的光熱資源和生育期時空演變特征;在此基礎上，進一步利用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量影響的程度與貢獻。主要研究結果如下:
　　1.GECROS模型參數(shù)調試與檢驗:本研究通過對黃淮海夏玉米區(qū)的主栽品種鄭單958、農大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試和驗證模型的品種參數(shù)。首先使用各站點觀測的

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);通過使用調試之后的生長發(fā)育參數(shù)，驗證不同站點夏玉米光溫生產潛力的模擬效果。結果表明，出苗—吐絲期和出苗—成熟期的模擬值與實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;模擬光溫生產潛力與實際觀測產量呈正相關，R2為0.76。通過校正的GECROS模型能夠準確模擬我國夏玉米區(qū)玉米生長發(fā)育和產量形成，獲得的模型參數(shù)能夠用于夏玉米生長發(fā)育和產量形成的模擬研究。
　　2.我國夏玉米光溫生產潛力及其時空演變特征:分別以鄭單958、農大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個標準氣象站點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）輸入經過調試和

6、檢驗的GECROS模型，模擬了我國黃淮海夏玉米區(qū)1961-2007年夏玉米光溫生產潛力，并分析了其時空演變特征。結果表明，我國黃淮海夏玉米區(qū)不同品種間光溫生產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光溫生產潛力最高，其次是農大108，而煙單14最小。夏玉米鄭單958的光溫生產潛力變化范圍在11630～18857kg·hm-2之間，平均值為14301kg·hm-2;農大108的光溫生產潛力變化范圍在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;農大108的光溫生產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潛力的影響:以夏玉米品種鄭單958為例進行分析研究，首先分別計算1961-2007年47年間夏玉米生長期內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潛力的影響。結果表明:1961-2007年間，我國黃淮海夏玉米區(qū)夏玉米生長季內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潛力的影響程度，引用公式Y=(Tr×Ts)/(Pr×Ps)來計算

11、1961-2007年間溫度和太陽輻射變化對夏玉米光溫生產潛力影響的比率。通過分析得出我國黃淮海夏玉米區(qū)97％的站點玉米光溫生產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光熱資源及其對我國夏玉米光溫生產潛力的影響，其影響為本區(qū)夏玉米光溫生產潛力47年來呈現(xiàn)下降趨勢，原因主要是太陽輻射下降所導致。研究結果