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玉米是我国目前产量和种植面积最大的粮食作物,对保障我国粮食安全和经济社会可持续发展具有重要作用。以气候变暖为主要特征的全球气候变化是各界学者的共识,与灌溉农业相比,旱作农业更易受到气候变化的影响。气候变化对作物产量及其水分利用效率的影响是当前的一个研究热点,但专门针对旱作农业的研究较少,且通常采用统计回归的分析方法,未能揭示旱作作物生长发育对气候变化的响应规律,难以对旱作农业应对气候变化策略制定和农业生产布局规划形成支撑。以基于田间尺度作物生产水足迹的核算方法为基础,利用CERES-Maize模型综合评价气候变化对旱作玉米产量和水分利用效率的影响。研究选择中国第一大作物—玉米为研究对象,以北方典型旱作农业区的陕西中部渭北旱塬为研究区域,通过多年的玉米田间试验数据评估CERES-Maize模型在渭北旱塬地区的适宜性,并利用区域气候模式RegCM4.0输出气象数据,分析渭北旱塬在RCP2.6和RCP8.5两种气候情景下玉米产量和水分利用效率的变化趋势。获得的主要进展如下:(1)CERES-Maize模型可以很好地模拟旱作玉米产量和物候期,该模型在渭北旱塬旱作农业区有很好的适用性。玉米物候期和产量的模拟值与观测值之间的平均绝对相对误差(Absolute relative error,ARE)和平均相对均方根误差(Normalized root mean suare error,NRMSE)在1.17%~8.27%之间,模拟值和实测值之间的一致性指数(d)和决定系数(R~2)均值分别为0.94和0.80。同时,模型对玉米全生育期累计蒸发蒸腾量的模拟也比较准确。(2)1961~2016年气候变化总体呈暖干化趋势,2017~2050年气温呈显著上升趋势,降水量呈明显增加趋势。1961~2016年,研究区两站点温度呈显著上升趋势,太阳辐射、降水量、风速及相对湿度总体呈下降趋势,变旱趋势明显。2017~2050年RCP2.6和RCP8.5气候情景下,两站点温度呈显著上升趋势,太阳辐射和风速呈波动性上升趋势,降水量和相对湿度呈波动性微减趋势;与历史时段相比,降水量有明显增加,两种情景的增幅非常接近,增幅分别为9.59%和9.24%。(3)气温上升幅度过大对玉米单产有明显的负面影响,施肥量与玉米生产水足迹呈负相关关系。在RCP2.6气候情景下,随着温度升高和生育期有效降水量的增加,玉米产量呈上升趋势,在RCP8.5情景下,随着温度升高和生育期有效降水的减少,玉米产量呈下降趋势;在RCP2.6气候情景下,玉米蒸发蒸腾量年际变化可划分为快速上升期(2017~2027)和波动性下降期(2027~2050);在RCP8.5气候情景下,玉米蒸发蒸腾量年际变化呈现出波动性微增(2017~2039)和较快上升(2039~2050)两个阶段变化趋势。RCP8.5情景下玉米产量和蒸发蒸腾量均值高于RCP2.6情景,两种气候情景下玉米生产水足迹基本相同,均值为0.38 m~3/kg,2050年前均呈下降趋势。(4)气象因素、农业生产资料投入和管理水平对玉米生产水足迹影响明显,提高降水利用率和肥料生产率是降低旱作玉米生产水足迹的关键。降水量和施肥量对玉米产量正面影响最大,气温上升幅度过大对玉米单产有明显的负面影响;敏感性分析显示,玉米蒸发蒸腾量对相对湿度(-1.11)敏感性最高,其次是日最高气温、日照时数、风速、日最低气温(0.01);贡献率分析显示,日最高气温(4.51%)对玉米蒸发蒸腾量的贡献率最大,其次是相对湿度、风速、日最低气温和日照时数(0.35%)。为有效应对气候变化对旱作作物产量造成的负面影响,应进一步提高资源利用效率,发展循环农业,减少温室气体排放量,防止气温的过快升高;采取保护性耕作措施,改善土壤结构,增强土壤蓄水保墒效果;采取农田微集雨措施和适宜的农艺节水模式,发展集雨补灌,筛选和培育节水抗旱新品种,提高降水利用率和利用效率;做好干旱等自然灾害的预警和应对工作,降低灾害对玉米产量的影响。