气候变化和技术进步对华北冬小麦-夏玉米产量的协同影响及其解析研究

我国粮食生产受到气候变化和技术进步的双重影响。华北平原小麦和玉米生产系统是我国粮食生产的重要组成部分，近30年来，冬小麦和夏玉米产量显著增加，但气候变化和技术进步对产量的协同影响机制仍不清楚。以华北平原冬小麦-夏玉米作为对象，研究气候变化和技术进步对生产系统的协同影响并解析其产量贡献，对采取应对措施适应气候变化、保障我国粮食安全有十分重要的意义。本研究拟基于华北平原主要农业气象试验站近30年的冬小麦－夏玉米轮作体系田间试验观测数据、华北平原产量统计资料和典型站点大田试验，将农田生态系统模型(APSIM)和统计模型相结合，用于分离气候变化与品种、播种期、灌溉和施肥管理技术变化对华北平原冬小麦和夏玉米产量变化的相对贡献，揭示气候变化与技术进步对冬小麦－夏玉米产量的协同作用。研究结果将有助于采取措施解除华北平原小麦-玉米生产系统来自暖干化气候和日趋加大的旱灾风险的严重威胁。

粮食生产受到气候变化和技术进步的双重影响，为准确评估未来气候变化对我国粮食安全的影响，需要揭示二者对我国粮食生产协同影响的机制。围绕这个科学问题，本项目以华北平原小麦—玉米轮作系统为研究对象，深入挖掘农业气象试验站近30年的作物生产观测资料，以农田生态系统模型(APSIM)为核心研究方法，对华北平原小麦-玉米轮作系统过去30年来的发育期和产量变化进程进行了模拟，取得的主要研究成果如下：（1）定量了不同年代小麦和玉米品种花前和花后所需有效积温的变化，构建了小麦和玉米品种遗传参数库，为进一步评价未来气候变化对小麦和玉米生产的影响提供了基础数据库。（2）揭示了华北平原作物发育期对气候变化和品种演变的响应机制，发现品种变化对小麦和玉米发育期的影响可与气候变化的影响相比。在不考虑品种变化的条件下，温度增加导致冬小麦营养生长期显著缩短，特别是播种－拔节阶段。品种演变帮助稳定了小麦的生长季长度，显著延长了玉米的灌浆期长度。（3）分离了气候变化与品种、播种期、灌溉和施肥管理技术变化对华北平原冬小麦和夏玉米产量变化的相对贡献，气候变化对小麦和玉米的生产潜力主要表现为负贡献，生长季缩短以及干物质生长率的降低导致小麦的潜在产量下降，而玉米潜在产量下降主要由于生长季辐射的降低。品种选择和种植密度的提高对华北平原玉米产量增加有显著的贡献，收获指数的提高促进了小麦产量的提升。（4）在气候变暖的背景下，气候变化与技术进步的协同作用提升了小麦-玉米轮作系统生产潜力，适应气候变化的“两晚”技术可使小麦-玉米轮作系统产量增加4%-6%。本项目已发表SCI文章5篇，中文核心期刊2篇。研究结果对评估未来气候变化对粮食生产的影响和采取适应措施应对气候变化具有重要的参考价值。