气候变化对松嫩平原玉米需水量的影响及其预测研究

在全球气候变暖背景下，过去50多年中我国东北地区旱情加重，地表水资源量减少，地下水超采严重，传统的雨养农业遭遇水资源短缺的挑战。未来气候变化将极有可能对我国东北粮食安全和粮食增产工程的预期效果产生不利的影响。东北地区松嫩平原是我国重要的粮食产区，也是我国的重要商品粮基地。以此典型区域为研究对象，开展气候变化背景下蒸散时空变异及其对玉米需水量的影响和预测的基础研究，对于节水灌溉管理和雨养农业的水分调控，提高农田水分利用效率具有重要意义。本项目基于田间试验和控制灌溉试验确定松嫩平原玉米作物需水系数，采用作物系数法计算玉米需水量，在此基础上预测未来气候变化情景下玉米需水量。分析过去50年松嫩平原气候变化与玉米生产之间的关系，识别气候变化对玉米种植结构和产量的影响，揭示气候变化对玉米耗水影响机制，为未来气候变化情景预测玉米耗水和灌溉水量提供科学依据。

以玉米为研究对象，选取松嫩平原20个国家气象台站和国家气象中心提供的格点气象数据，采用作物系数法和McCloud模型及P-M模型估算玉米需水量，应用水量平衡模型估算玉米灌溉需水量，分析玉米生育期内土壤水分动态变化及需水量变化规律。研究结果如下：.（1）处理1（灌溉定额为15%土壤田间最大持水量处理）的单穗籽粒干重、百粒重和穗粒数均高于其他处理和对照，但差异没达到显著水平；处理1产量显著高于其他处理和对照。.（2）在控制灌溉条件下，随着灌水定额的增加，0-60 cm土层土壤蓄水量减少；3个灌溉处理的土壤蓄水量值几乎都落在60%土壤持水量和85%土壤持水量之间，受到的干旱胁迫较轻；无灌溉处理部分土壤蓄水量值处在60%土壤持水量和萎蔫含水量之间，已经收到较严重的干旱胁迫。.（3）在控制灌溉条件下，随着灌溉水量的增加，玉米需水量呈增加的趋势；无灌溉处理实际作物系数略低于估算作物系数，处理1实际作物系数高出估算作物系数26.97%，处理2实际作物系数高出估算作物系数19.83%，处理3实际作物系数高出估算作物系数12.02%；联合修正P-M模型和作物系数法预测的土壤蓄水量与实测土壤蓄水量相关系数在0.8以上，具有极显著相关性，该可以作为土壤蓄水量的预测方法。.（4）历史时期和气候变化情景下，松嫩平原玉米全生育期和Lmid时段灌溉需水量等值线沿西南—东北方向递减，其中全生育期和Lmid时段2000s灌溉需水量临界等势线（灌溉需水量为0的等势线）分别比1970s北移70.2 km和53.4 km，全生育期和Lmid时段2040s灌溉需水量临界等势线分别比2010s北移30.9 km和55.2 km。.（5）历史时期和气候变化情景下玉米全生育期灌溉需水量随年代呈波动增加趋势，其中前者以29.1 mm/10a速度增加，后者以17.5 mm/10a速度增加。.（6）气候变化情景对玉米需水量的贡献率为波动上升，与1970s相比，2000s气候变化对玉米需水量的贡献率为22.1%，增加6.8亿m3灌溉水量；2040s气候变化对玉米需水量的贡献率为38.3%，增加12.6亿m3灌溉水量。