气候变化对冬小麦耗水及灌溉需水的影响研究

气候变化对作物耗水与灌溉需水的影响关系到粮食安全与水资源战略，也是气候、植被、水文相互作用研究中的关键科学问题。本研究拟以我国华北地区冬小麦为研究对象，在深入认识冬小麦耗水机理的基础上，选择合适的气候变化模式与冬小麦生长模型，分析不同气候变化情景下的作物耗水与灌溉需水。研究内容包括：（1）基于水量平衡的气候变化下作物灌溉需水研究；（2）大气环流模式输出气象数据的降尺度研究；（3）冬小麦生长与耗水的机理与模拟研究；（4）气候变化对冬小麦耗水的影响研究；（5）气候变化对冬小麦灌溉需水的影响研究。研究方法上，以山东位山与河北栾城试验站田间观测为基础，根据历史气象资料与IPCC提供的大气环流模式输出，采用CERES、WOFOST、ThuSPAC等冬小麦生长与耗水数值模拟模型，分析气候变化情景下的冬小麦生长、冬小麦耗水与冬小麦灌溉需水，同时基于水量平衡开展较大空间尺度的研究。

气候变化对作物需水的影响关系到水资源安全和粮食安全，是气候变化影响与适应研究的重要内容。冬小麦作为我国主要的粮食作物，主要分布在水资源短缺的华北地区，认识气候变化下的冬小麦灌溉需水变化规律对保障我国水资源安全与粮食安全至关重要。本项目以我国华北地区冬小麦为研究对象，在认识气候变化规律与冬小麦耗水机理的基础上，选择多种的气候变化模式（4个GCM和1个RCM）与冬小麦生长模型（ThuSPAC-Wheat、CERES-Wheat、SWAP等），分析不同气候变化情景下的作物耗水与灌溉需水。主要研究内容包括：（1）以山东位山试验站为主的灌溉试验与通量观测；（2）基于ThuSPAC-Wheat/CERES-Wheat假设情景永乐店冬小麦需水；（3）基于CERES-Wheat模型HadCM3模式多情景永乐店冬小麦需水；（4）基于FAO方法的MIROC3.2模式SRA1B情景我国灌溉需水量；（5）基于FAO方法的多模式SRA1B情景全球灌溉需水量；（6）基于SWAP模型的RCM模式SRA1B情景华北冬小麦需水。形成的主要结论包括：（1）气候变化背景下，当充分灌溉时，气温增加导致冬小麦产量略有增加；（2）气候变化背景下，受积温控制，冬小麦生长期缩短，尽管耗水强度有所增加，但作物需水总量变化不大；（3）气候变化背景下，降水量变化趋势存在较大的时空变异性，导致灌溉需水量较大的时空变异性：SRA1B情景下至2050s，我国灌溉需水量略有增加，其中东北地区灌溉需水量增加超过15%，西南地区旱作作物灌溉需水量也有显著增加；SRA1B情景下至2050s，世界范围内灌溉需水量增加主要集中在美国和地中海地区。由于气候变化、种植结构、作物品种等存在诸多不确定因素，气候变化下作物需水量与灌溉需水量的结论仍然存在较大的不确定性。本项目主要创新点包括：（1）耦合GCMs和FAO方法预测气候变化情景下作物灌溉需水；（2）耦合GCMs和冬小麦生长模型预测气候变化情景下冬小麦灌溉需水；（3）耦合RCM和冬小麦生长模型预测气候变化情景下冬小麦灌溉需水；（4）预测了气候变化情景下我国冬小麦灌溉需水和全球作物灌溉需水。项目研究共发表论文7篇，其中SCI1篇，EI5篇，参加国际会议5人次，培养研究生3人，出版专著1部。