华北冬小麦对阶段性气候异常的响应及阈值研究

Clarify the response of crops to weather/climate extremes and identify adaptation measures are more significant to guarantee food security in China. The project is represented by major grain producing areas of North China and combines methods of field experimental observation and crop modeling of winter wheat. The research launches to explore correlation between the law of historical abnormal climate characteristics and the effects on winter wheat yield by the historical meteorological data reanalysis and future comparative analysis, then refining and summarizing the major effects of internal and annual periodic climate anomaly on the yield and growth stages of winter wheat, which can explicate the key trigger points of wheat growth stage and climate variables. Moreover, According to the relevant indications of historical data and future climate scenarios (RCP), the research then evaluate future climate anomaly regularity and its influence on winter wheat and put forward the regional optimized adaptation measures. The study ultimately aims to provide early warning and emergency response to disaster risk in North China and provide technology reserves for crop production system and to ensure the stability and ascend of winter wheat yield.

明确作物不同生育阶段对气候异常的响应及其风险阈值对保障粮食安全具有重要意义。本项目以华北粮食主产区冬小麦为对象，采用田间观测资料与作物模型模拟相结合方法，从历史气象资料再分析出发，通过作物模型将历史异常气候的规律特征和对不同生育阶段冬小麦影响程度进行关联性对比分析，并结合历史和实测田间数据，提炼和总结年内及年际阶段性气候异常对不同生育阶段冬小麦产量和产量构成的影响，明确影响触发的关键生育期及气候因子阈值，根据历史的关联性指征和未来气候变化情景数据（RCP情景），辨析未来气候异常的阶段性规律特征，进而通过作物模型和气候情景嵌套模拟，预估未来阶段性气候异常对冬小麦影响，评估适应技术的潜在减损能力，以期为华北冬小麦生产提供灾害风险预警及应急技术储备。

明确冬小麦对阶段性气候异常响应及其风险阈值对保障国家粮食安全具有重要意义。项目依据华北冬小麦生产主要气象灾害类别，以干旱、温升和降水波动为重点，结合气象观测资料和未来气候情景数据，采用极端气候指数、SPEI指标、结构方程模型、作物模拟模型方法，研究了华北冬小麦生长季的极端气候时空变化特征及对冬小麦关键期的影响，评估了未来气候异常规律和冬小麦产量变化关系。研究结果表明，华北冬小麦主要气象灾害依次为干旱＞洪涝＞低温＞冰雹，1960-2017年极端气候指数具有明显的年际变化趋势和较大变化速率，阶段性气候异常以干旱为主，但极端洪涝事件依然存在，旱涝对产量影响关联通径系数为-0.34和-0.36，达到显著水平(P<0.01)。冬小麦拔节-抽穗期阶段性干旱减产最明显，可达到35%，灌浆期干旱可减产10%，减产趋势由南向北逐渐加重。综合温度和降水的影响，以维持产量稳定性为考量，温升3℃时不同的降水增加幅度可缓解减产效应，但温升4-5℃时则表现出持续减产趋势。未来RCP8.5情景下，干旱对华北冬小麦减产率可达42%-54%，灌溉两水减损能力达23-26%，比一水减损约提高7%。在华北水资源紧张地区，建议首先考虑拔节水的灌溉需求，灌二水条件下推荐拔节水和灌浆水组合模式。项目构建完成华北冬小麦种植管理、土壤、气候文件数据库一套；发表SCI论文5篇，出版中文专著1部，提交咨询报告1份；1人担任IPCC报告主要作者，2人担任“第四次气候变化国家评估报告”领衔专家，9人次参加FAO、IFAD、ICARDA等国际交流并做主题报告；进站博士后1人，培养研究生5名，其中1名研究生获国家奖学金，1名遴选赴日短期交流。项目顺利完成各项工作任务并实现预定目标。