东北地区玉米对气候变化的响应及适应性评估

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近年来全球气候变化加剧。气候是一个复杂的系统,各气候要素综合反映气候系统的动态,作物本身也是一个复杂的动态系统,作物生长发育与气候之间的关系是气候系统多个因子与作物系统协同作用的结果。但现有气候变化对农业影响的认识大多基于温度、水分和CO2浓度单因子或双因子的分析,缺乏长期的、多因子的研究,而在目前全球变化情况下,光、温、水都可能会是粮食作物实现高产的限制因子,因此目前单因子或者双因子的研究制约着气候变化对粮食生产能力的全面认识。  气候变化在农业影响中广泛存在着多种评价形式,但适应性研究较少。传统的影响评价研究没有考虑系统在特定压力下的适应能力,对于区域应对气候变化的决策制定意义有限。  本文以东北地区玉米为例,使用统计和模型模拟的方法分析了过去30年,气候变化对玉米产量的影响,并基于东北地区典型农业气象试验站1981-2009年的玉米发育观测资料,评价了东北地区玉米与气候变化的适应性。主要研究结论如下:  (1)东北地区近30年具有显著变暖的趋势,与温度形成对比的是研究区域玉米生长季内的降水,基本呈下降趋势。日照时数多数地区增加,小部分地区呈下降趋势。东北地区各气候类型区的全生育期平均最高气温和最低气温的变化呈上升趋势。生殖生长阶段最高气温上升比较显著,达到0.3-0.8℃/10a,营养生长阶段(S1)的最低气温上升最为显著,达到0.5-0.8℃/10a。日照时数在生殖生长阶段的增加比较显著,达到5-25h/10a,但在部分地区中由于营养生长阶段该地区日照时数呈降低趋势,导致全生育期的日照时数呈降低趋势,平均降低5-6h/10a。降水量在各个气候类型区的关键生育期内都呈减少趋势,达到70-110mm/10a。各个气候类型区的全生育期的温度和降水变化趋势一致,而日照时数的变化趋势在各个气候类型区以及各气候类型区的各发育时期比较复杂。  (2)玉米产量对积温变化均较敏感。在温度较高地区,对平均最低温度的变化较敏感;温度较低地区,对平均最高温度的变化较敏感。在降水较多地区,玉米产量对降水和日照时数的变化较敏感;降水较少地区,玉米产量对日较差和日照时数的变化较敏感。平均气温的变化对东北地区玉米产量的影响,只有在低温区(类型三)为正,达到5~15%左右;在其他地区均为负值,说明温度升高对于东北玉米产量造成不利影响。过去30a,降水对玉米产量的影响总体呈负效应,为-12~5%左右。日照时数对玉米产量的影响总体为负效应,-12~-3%左右。  平均气温的变化对东北地区玉米产量的贡献与影响基本一致,只有在低温区(类型三)为正,达到20~60%左右;在其他地区均为负值,说明东北地区平均温度对玉米产量造成的贡献是负面的。过去30a,降水和日照时数对玉米产量的影响均为负效应。  (3)玉米营养生长期多呈减少趋势,生殖生长期长度及全生育期多呈增加趋势。与发育期及生育期长度变化趋势不同的是,各站点玉米生育期内有效积温的变化具有一致的增加趋势,证实东北玉米完成生育期所需有效积温对气候变暖存在明显的适应过程。气候变化背景下,由于降水量的减少,很多地区降水量低于当地玉米生长所需的最适范围,补充灌溉在一定范围内可以缓解气候变化带来的负面影响。由于气候变化背景下温度的上升,适当提前播期,可以促进玉米产量的形成。
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