气候变化情景下中国小麦产量风险及其影响机制

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过去以增暖为主要标志的气候变化对全球作物产量产生的消极影响大于积极影响。历史上长期的增温趋势总体上也使得我国小麦产量下降。为了减少气候变化对作物生产的不利影响以保障粮食供应,急需加强作物产量对气候变化的响应和适应研究。小麦是我国三大粮食作物之一,保证小麦产量对保证国家粮食安全至关重要。本文基于中国小麦种植区划,结合典型浓度路径排放情景(RCPs)下的气候预估结果,利用作物模型模拟基准期(1981-2010)和未来两个时期(2011-2040和2041-2070)不同气候情景(RCP2.6、RCP4.5和RCP8.5)下各种植区的小麦产量。在此基础上,结合平均减产率、减产累积概率和总减产风险等指标构建综合评价体系评价未来气候变化情景下各小麦种植区产量风险。从“气候变化—物候变化—产量变化”的角度出发,逐步分析累积热时、累积降水和累积太阳总辐射变化对产量变化的影响,识别影响未来时期小麦产量的主要因素,提出适应性策略。主要研究结论如下:  (1)在未来气候变化情景下,不同地区春、冬小麦开花期和成熟期相比基准期有不同程度的提前,但其发生时间的先后顺序在空间分布上和基准期基本保持一致。同时,未来时期各种植区春、冬小麦产量的空间分布模式和基准期也基本相同。  (2)未来时期春小麦产量变化相对稳定,只有西北春麦区产量在显著下降;冬小麦产量变化波动范围较大,除了青藏春冬麦区和新疆冬春麦区冬小麦产量普遍表现为增产外,其余5个冬麦区普遍表现为减产。基于概率密度曲线和累积概率曲线的概率分析结果发现各个种植区2011-2040时期的产量变化幅度相对较小且分布较为集中,2041-2070时期产量变化表现出更为明显的增产或减产变化特征,累积减产或增产概率随之升高。  (3)总体上,小麦种植区的总减产风险在2041-2070时期的风险值普遍高于2011-2040时期的风险值,且在RCP8.5情景下的风险值通常也高于RCP2.6和RCP4.5情景。在未来气候变化情景下,西北春麦区和黄淮冬麦区这两个小麦主产区将成为小麦减产高风险区,是未来小麦生产的重点适应区。  (4)未来时期西北春麦区和黄淮冬麦区小麦生长季所在月份内日平均温度整体显著上升、雨季降水增加、日太阳总辐射基本不变。升温使得开花期和成熟期提前,从而使得对应的生长阶段及生长阶段内的气候条件发生改变,最终导致小麦产量下降。  (5)未来时期小麦产量变化对营养生长阶段累积热时变化、营养生长阶段累积太阳总辐射变化以及生殖生长阶段累积太阳总辐射变化最为敏感。未来时期小麦减产的主要影响因素是营养生长阶段累积太阳总辐射的下降和营养生长阶段累积热时的增加。理论上,引入具有高热量需求的耐高温品种可以同时兼顾累积热时和累积太阳总辐射对产量的不同影响,是减缓气候变化对小麦产量的消极影响的有效适应性策略。
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