气候变化和品种适应性对华北玉麦轮作区作物NPP变化影响的模拟研究

The crops NPP is influenced by multi factors, such as climate, crops cultivars, field management and so on. However, few studies quantitatively identified the impact of each factor respectively. Moreover, facing to future climate change, most impact assessments that emphasized the vulnerability of agricultural systems had focused on the sensitivity to future climate change, while adaptive adjustments of crops varieties were often highly simplified. Studying the response of crops NPP to each factor and estimating future changes of it are significantly important in making the adaptive adjustments of crops to climate change and increasing the carbon sink of agroecosystem.. This study intends to use two crop models to identify the influence of the past changes in climate, crops photosynthesis efficiency, crops demand of accumulated temperature, fertilizer on crops NPP in North China Plain, with the data derived from the observation and the research articles. Then, considering future adaptive adjustment of crop varieties to the increasing temperature and light resources, crops NPP in North China Plain is evaluated under different future climate change scenarios. The results will help to provide the technological support for making the adaptive strategies and variety renewal for future crops in North China Plain, and give the theoretical support for the national food security.

农田生态系统生产力受到气候、品种、农田管理措施等多因子的共同影响，但至今鲜有研究对不同因子影响作物NPP的各自贡献给予定量评估；而且在未来作物生长的模拟研究中，虽然考虑了未来气候变化对作物的可能影响，却并未对未来作物品种可能的适应性更新给予充分考虑。所以量化各因子对作物生产力的影响和预估未来作物生产力的变化，对于制定未来作物生产的气候适应性对策及农田碳汇管理措施具有重要意义。.本研究拟基于文献调研和数据收集，并通过作物模型模拟，考察气候变化背景下作物光合效率的提高、对积温资源的充分利用和田间施肥量的变化各自对华北地区过去作物生产力的贡献；并结合未来气候变化情景数据，充分考虑作物品种的适应性更新，预估未来华北地区作物生产力的变化。研究结果将为华北地区制定未来作物生产的适应性策略、培育作物新品种等提供技术支撑，并为保障我国粮食安全提供理论支持。

大量研究表明，气候变化影响陆地生态系统的结构和功能。如何定量估计气候变化对农田生态系统净初级生产力（NPP）的影响，并采取适应性措施以减缓其负面影响受到广泛关注。中国农田生态系统及其管理方式丰富多样，作物生产力的提高不仅关乎到国家粮食安全，而且对减缓大气CO2浓度升高具有重要作用。深入研究气候变化背景下作物生产力的演变趋势，客观估计国家尺度作物生产力，对于制定作物生产的气候适应性对策和农田碳汇管理措施具有重要意义。本研究利用Agro-C模型，研究了气候变化对中国水稻、小麦、玉米光合生产力的影响。主要研究结果如下：.1）经过参数校准后的Agro-C模型，能够有效的模拟水稻、小麦、玉米的地上生物量和叶面积指数。利用16个不同轮作体系下的站点观测数据，对Agro-C模型水稻、小麦、玉米的比叶面积、叶氮光合效率、叶分配系数进行了校准，并进行了中国稻–麦、玉–麦作物轮作区及双季稻产区的作物叶面积指数和地上生物量的模拟验证。验证结果表明，参数校准后的模型对三大作物叶面积指数和地上生物量的模拟值与观测值均具有较好的一致性，地上生物量模拟的统计学检验表明，RMSE、RMD、EF分别为32.52％、–0.95％、0.87。.2）作物对未来气候变化的适应性调整有助于增加光合生产力。在未来气候变化变化情景下，如果作物对未来气候及CO2的变化没有做出适应性调整，维持现状的品种特性不变，那么由于温度升高，生育期长度会大幅缩短，大部分地区作物的地上生物量下降，尤以东北地区最为明显；而双季晚稻不仅生育期缩短，加上受到更多高温胁迫，生物量大幅下降。如果作物对未来气候及CO2变化做出了一定的适应性调整，通过引进高积温需求的作物品种，可望保持现在的生育期长度以充分利用未来增加的光温资源，未来作物的生物量还有一定的上升空间，其中冬小麦的增幅最为明显，玉米次之，而南方水稻增幅较弱，甚至受到高温胁迫作用导致地上生物量下降。