农业机械学报

作者：董文彪，冯文哲，屈萌钰，冯浩，于强，何建强

单位：西北农林科技大学,西北农林科技大学,西北农林科技大学,西北农林科技大学,中国科学院水利部水土保持研究所,西北农林科技大学,

关键词：冬小麦;夏玉米;物候期;产量;气候变化;黄淮海平原

基金：国家自然科学基金项目（52079115）、国家重点研发计划项目（2021YFD1900700）、西北农林科技大学人才专项资金项目（千人计划项目）和高等学校学科创新引智计划（111计划）项目(B12007)

揭示未来气候变化对黄淮海平原冬小麦-夏玉米轮作系统作物物候和产量的影响，对保障我国粮食安全具有重要意义。本研究基于文献收集的多站点多年份大田试验数据来校准和验证APSIM-Wheat和APSIM-Maize模型，并结合CMIP6数据集10个全球气候模型（Global climate models，GCMs）预测的未来气象数据，驱动校准验证后的APSIM模型，模拟分析了SSP2-4.5和SSP5-8.5两种温室气体排放情景下黄淮海地区冬小麦-夏玉米轮作系统在2021—2060年（2040s）和2061—2100年（2080s）作物物候期和产量的变化情况。基于多元线性回归方法分析其变化趋势，并结合随机森林（Random forest，RF）模型分析了气候要素与作物生殖生长期变化对作物产量的正负效应及其重要性。结果表明：与基准期（1981—2020年）相比，冬小麦营养生长期总体缩短，生殖生长期总体延长，产量增加，且在SSP5-8.5情景下变化更明显；与基准期相比，夏玉米营养生长期、生殖生长期都将缩短，产量增加，但相较于SSP2-4.5，夏玉米在SSP5-8.5情景下出现减产趋势；与SSP2-4.5相比，在SSP5-8.5情景下冬小麦-夏玉米轮作系统的周年全生育期缩短，周年总产量增加，且冬小麦产量占比有所增加。在未来时段，冬小麦产量主要与生育期内太阳辐射、日均温及累计降雨量之间呈正相关关系，但日均温及累计降雨量的增加不利于在SSP5-8.5情景下2080s时间段内实现冬小麦增产；夏玉米产量与气象因子的相关性与冬小麦类似，但夏玉米产量始终与日均温直接呈显著负相关。通过随机森林模型分析可知，冬小麦生殖生长期、生育期内累计降雨量对冬小麦产量影响最大；夏玉米生育期内CO2浓度、日均温及累计降雨量对夏玉米产量影响最大。总体上，未来气候变化将导致黄淮海地区冬小麦生殖生长期延长，夏玉米生殖生长期缩短，产量增加；但随着时间推移，温度及降雨量对作物产量的正效应会逐渐转变为负效应，导致夏玉米在SSP5-8.5情景下2080s时间段内出现减产趋势，可见未来作物产量变化主要取决于气候因子对作物产量的正效应与作物生长期缩短的负效应的共同作用结果，而非单一因素所决定。本研究可为黄淮海地区冬小麦-夏玉米轮作系统作物生产及应对未来气候变化影响提供科学依据和理论指导。

来源：2024年第11期

《农业机械学报》期刊编辑部

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