北方雨养春小麦适应气候暖干化的机理研究

The Northeast China and North China are the main rain-fed spring wheat producing areas in China. The agroclimatic resources in these locations have changed due to significant warming and drying climate change during the last decade, which therefore led to critical influence on growth development and yield production of spring wheat. Conducting research on adaptation mechanisms of rain-fed spring wheat in response to warming and drying climate can provide significant scientific foundations for sustainable development of rain-fed spring wheat production. We select the semi-arid (Middle-eastern Inner Mongolia) and semi-humid (Northern Heilongjiang) regions as typical study areas. Based on the observed long-term data from agricultural meteorological stations, different climate scenarios and our previous work on model development on phenology simulation, we will simulate the growth and development processes of spring wheat under different seeding dates and phonological genotypes in response to warming and drying climate. We will also analyze the interactions effect of cultivar adjustment (crop self-adaptation) and seeding date adjustment (artificial adaptation). Consequently, a resource optimization model in a climate-smart agriculture way will be proposed on how to make full use of crop self-adaptation and artificial adaptation of rain-fed spring wheat under the two climate types.

中国东北和华北地区是雨养春小麦的主产区。近几十年来这些地区的气候呈现明显的暖干化趋势，由此引起农业气候资源的改变，并对这些区域春小麦生长发育和产量形成产生了显著影响。研究雨养春小麦适应气候暖干化的机理可以为气候变化背景下中国雨养春小麦生产的可持续发展提供科学依据。本研究以典型半干旱（内蒙古中东部）和半湿润（黑龙江省中北部）春小麦种植区为研究区域，以多个农业气象站多年观测资料和不同气候情景数据为基础，结合申请者在前期有关作物模型改进和播种期的模拟工作，模拟不同播种期与品种调整方案下，雨养春小麦对气候暖干化的响应特征。在此基础上，分析春小麦品种调整（作物自适应）和播种期调整（人为适应）之间的交互作用，并提出两种气候类型区雨养春小麦生产充分利用作物自适应机制与人为适应机制优化配置的气候智能型栽培模式。

中国农业生态系统脆弱，极易受到极端天气、气候事件的影响。在全球气候变化的大背景下，中国的农业生态系统脆弱性更加明显。本课题组在原有研究方案的基础上，将研究对象拓展为小麦和玉米，选择气候暖干化严重的中国北部和西北农区为研究区域，运用统计模型和作物模型研究了作物生长发育对气候变化的应答机制。在此基础上，提出了趋利避害的作物适应性应对途径。.上述研究得出的主要结果和结论包括：（1）统计模型结果表明，中国北部冬麦区各生育阶段≥0℃积温（或越冬期负积温）与多个生育期的相关性显著，生育阶段积温的变化可能直接或间接影响了冬小麦的生长发育。越冬期负积温与返青、拔节、抽穗、乳熟和成熟期相关性最大，且与冬后多个生育期呈现一致的时空变异特征，其时空变异性可能是造成冬小麦冬后生育期在时空上存在差异的原因。（2）未来中国北部冬麦区冬小麦需水量减少，但干旱情况依然严峻，干旱频率和风险在空间上存在东西差异。研究区东部在播种-越冬阶段的中旱和重旱频率较高，其余阶段则为重旱和特旱较高。研究区西部在冬小麦各生育阶段的中旱频率较高，但随着冬小麦的生长重旱和特旱频率增加。未来冬小麦播种-越冬、越冬期、返青-拔节、拔节-抽穗和全生育期的干旱风险由西至东逐渐增大。（3）作物模型结果表明，为了降低由于气候变暖导致的减产，需要进一步同农田栽培管理措施来解决由于温度升高导致的作物蒸散减少。由于气候变化对中国西北北部春玉米土壤水分渗漏没有显著影响，因此，其对氮素淋洗影响不显著。在整个玉米生长季，通过改变作物地上部吸氮能力来减少氮素淋洗收效甚微。因此，在该地区适应气候变化战略研究中，不适合将品种改良作为优先研究事项。.基于上述研究，本课题组已经发表了论文2篇，其中SCI文章1篇，中文文章1篇。另外，有2篇SCI文章待投稿。