气候变化背景下鄱阳湖平原粮食生产力提升机制研究

Poyang Lake plain is one of classic Lake Plain, one of the commodity grain bases of China, which has a pivotal position. Under the background of global climate change, the spatial and temporal distribution differences for agroclimatic resources are becoming more obvious. Correspondingly, the agroclimatic resource availability, as represented by Agroclimatic Resource Index, is also significantly changed. This change could greatly influence distribution of major cropping systems and crop yields. A deep and scientific analysis of responese and pormotion mechanism of grain spacial productivity to climate change, which make a important role for increasing grain yield in Poyang Lake Plain and food security in China. In this study, we propose to analyze the spatial distribution patterns of major cropping systems and their evolution through using remote sensing images, as well as explore the relationship of the agroclimatic resource effectiveness with planting areas of major cropping systems to reveal the climatic driving mechanism on change of crop production spatial pattern. Besides, we explore the technological driving mechanism on change of crop production spatial pattern, by simulate the yearly yields of cropping systems under variety alternative. Base on these analyses, we will quantitatively indentify, evaluate the impacts of climate change and technology on grain productivity in Poyang Lake Plain. This research will provide scientific guides for local farmers to appropriately adjust the cropping systems according to the changes of agroclimatic resources and thus maintain high crop yields in Poyang Plain.

鄱阳湖平原是中国典型“湖区平原”商品粮基地，粮食生产具有举足轻重的地位。全球气候变化背景下，鄱阳湖平原气候资源有效性亦发生明显变化，影响与制约该区域种植模式的布局和粮食产量，科学解析当地粮食生产力对气候变化响应机制及其可提升空间，对鄱阳湖地区粮食增产和我国粮食安全具有重要的作用。本研究以鄱阳湖地区粮食生产力为研究对象，基于历史和未来格点气候资料、农业统计资料、多时序遥感影像资料，综合利用田间试验、遥感、作物模型和数理统计方法，分析鄱阳湖平原粮食生产空间演变特征；分析不同种植模式下的气候资源有效性，从气候资源有效性的角度，分析粮食生产力的气候驱动机制；基于本土化的作物模型，分析作物、品种更替后的主要种植模式的周年产量，揭示粮食生产力空间差异及驱动机制；从气候资源有效性与品种角度分析气候与技术对鄱阳湖平原粮食产量提升的贡献，为保障鄱阳湖平原粮食产量增加提供重要的科学依据。

气候变化背景下，气象灾害频发，影响南方主要粮食作物的生产，其中以双季稻为甚。为此，本研究为了明白气候变化背景下鄱阳湖流域甚至南方水稻种植区对气候响应，以及在这种背景下水稻产量提升的途径，本研究首先分析了南方稻区近60年来主要气候变化特征，同时，分析了气候变化背景下不同稻作制的气候适宜性的时空特征，在这基础上，筛选了影响长江中下游双季稻产量形成的主要气候因子，特别对影响江西省晚稻产量形成的36个气候因子进行了分析，明确对晚稻生产的负效应和正效应气候因子，以及这些因子对水稻产量形成的贡献率，并对江西省水稻各级产量差进行了分析，为鄱阳湖平原主要粮食产量（特别是双季稻）的产量提升提供科学依据。研究结果表明，近60多年以来，南方稻区的气温呈显著的升高趋势，每10年升高0.21 oC，水稻的热量资源（>=10oC的有效积温）呈每10年以44.4oCd的趋势增加；年日照时数呈每10年57小时的速度在减少，大部分地区温度生长季内降水量呈增加的趋势。总体上南方稻区呈湿热化发展。气候变化背景下南方各种植制度的气候适宜性在降低。其中影响南方水稻生产的主要气候因子是早稻的前期低温阴雨，中后期的干旱与高温，晚稻则是早期的高温与干旱，后期的低温与干旱。水稻产量差结果显示，水稻各级产量差均呈不同程度的减少趋势，说明江西省水稻超高产、高产高效、农户产量均呈有不同程度的增加。水稻总产量差的上限决定于水稻潜在产量，水稻潜在产量主要受到气候因子变化的影响；水稻高产高效水平和超高产水平之间的产量差距，是为了达到资源的高效利用需要的产量代价，是可以通过改善栽培密度、品种和水肥管理措施能够提升的水稻产量空间。高产高效水平产量与农户实际产量之间的产量差是由于农户管理水平，土壤气候条件和经济市场政策等众多原因导致，田间管理措施的进步可缩小这种产量差距。