气候变暖背景下华北地区冬小麦-夏玉米产量对连续干期的响应机制研究

本研究通过冬小麦-夏玉米作物模式长期田间定位试验，以1995年来积累的田间实验数据为基础，定量研究不同灌溉保证率条件下华北地区冬小麦-夏玉米种植模式对连续干期（Dry Spell）的响应机制，结合作物不同生育期的响应特点，探讨关键连续干期对作物产量的影响，提出关键连续干期的可靠判别标准；深度挖掘华北地区国家基准（基本）气象站50年来的高分辨率（逐日）气象数据，揭示气候变暖背景下华北地区连续干期事件的发生频率、趋势、时空特征；结合区域农业统计资料和长期定位实验成果，查明连续干期事件与华北地区冬小麦-夏玉米减产的定量关系和成灾机制，明确区域作物产量的波动基线。本研究可指导华北地区无灌溉条件的冬小麦-夏玉米生产，并为灌溉高产区提供农业水资源调控基线，是制定区域粮食生产、水资源配置以及农业灾害应对措施等适应气候变化策略的重要基础。

本项目以华北地区粮食生产最典型的冬小麦－夏玉米作物模式为对象，结合田间定位实验和近50年逐日气象资料和农作物物候、粮食产量资料，开展了区域气候变暖特征、连续干期发生频率、强度和时空特征、变化趋势研究，探讨了气候变化、连续干期等对华北地区农作物生产的影响特征。构建了连续干期等极端气候事件的阈值提取方法，分析了全国及华北地区近50年来连续干期事件阈值的空间格局、时空变化特征，结果表明，华北区连续干期事件频率和强度呈明显增大趋势；海河流域及典型站点连续干期、极端降水事件的时空特征研究表明，1990年代以来暴雨频次和强度减弱，连续干期事件频度和强度加强，特别是河北平原地区形成了一个连续干期事件增强明显的区域，总体上区域干旱程度加重。分析了华北平原近50年的气候变暖特征及其对农业的基本影响，太行山山前平原区>10ºC活动积温累积日数近20年增加了10天以上，冬小麦生育期是主要的增温季节，而夏玉米生育期积温在华北北部地区略有增加，南部地区变化不明显。冬小麦-夏玉米系统对气候变暖及连续干期的响应特点的定位实验研究结果表明，对雨养处理，冬小麦产量水平与全生育期降水量呈明显的同相位变化趋势，降水多则产量高；丰水年份，冬小麦雨养处理和灌溉处理的产量水平差异较小，而干旱年份，雨养处理的减产更为明显。冬小麦对连续干期的响应具有一定的累积效应，且少量自然降雨对缓解累积效应的作用不明显，本结果从另一个角度验证了华北地区北部半干旱区冬小麦生产过程中灌溉的必要性。夏玉米生育期内连续干期事件对产量影响明显，CDDmax越大，雨养夏玉米产量负距平越大。连续干期对华北地区粮食生产的影响特征研究表明，雨养区粮食气候产量主要与极端农业气候干旱事件的发生频率和强度有关，呈反位相关系，尤其是极端农业气候干旱事件发生次数多、强度又大的年份，粮食产量受害减产的几率更大。本研究去的的成果对加深气候变暖、连续干期等极端事件对华北地区粮食生产的影响特征的认识，构建作物系统的适应性调整策略具有一定的参考价值。