农业机械学报

作者：任贺靖，路凯超，蔡甲冰，侯立柱

单位：中国水利水电科学研究院,中国地质大学;中国电力工程顾问集团华北电力设计院有限公司,中国水利水电科学研究院,中国地质大学,

关键词：冬小麦-夏玉米;积温;产量;AquaCrop 模型;水热耦合;CMIP6

基金：国家自然科学基金项目(51979286)和“科技兴蒙冶研究专项(NMKJXM202208)

全球气候变化对未来粮食产量影响巨大。水分和温度是冬小麦-夏玉米生长过程中最重要的环境因子,显著影响其产量。利用华北平原保定灌溉试验站2006—2015年冬小麦夏玉米灌溉试验数据对AquaCrop模型进行参数率定与校核,依据Blank型、Stewart型、Jensen型、Minhas型4种经典的水分生产函数,构建冬小麦夏玉米生育期内各阶段积温、耗水量和产量之间的水热生产函数;在此基础上,利用第六次国际耦合模式比较计划CMIP6中海气耦合全球气候MIROC6模式数据来考虑未来气候变化情景,对低强迫排放情景(SSP1-RCP2.6和SSP4-RCP3.4)、中等强迫排放情景(SSP2-RCP4.5)、中等至高强迫排放情景(SSP3RCP7.0)和高强迫排放情景(SSP5-RCP8.5)等5种未来气候变化情景的逐日降雨量与气温数据进行降尺度分析,并结合构建的水热生产函数对冬小麦夏玉米产量变化进行分析和预测。结果表明:经多年灌溉试验数据校核后的AquaCrop模型可以较好地模拟该地区冬小麦-夏玉米生长过程,夏玉米产量模拟值与实测值间的决定系数(R2)、均方根误差(RMSE)、标准化均方根误差(NRMSE)和一致性系数(d)分别为0.91、0.58t/hm2、0.06、0.97,冬小麦分别为0.80、0.42t/hm2、0.10、0.94。通过AquaCrop模型模拟的多年数据构建了4种水热生产函数,其中Jensen型生产函数效果最好;冬小麦在抽穗灌浆期对水分最敏感,返青拔节期积温对产量影响效应最明显,而夏玉米在拔节抽穗期对水分最敏感,本阶段积温对产量的影响效应也最明显。在未来气候变化的5种排放情景下,冬小麦潜在产量呈波动趋势,但均高于当前时期的多年平均潜在产量,在SSP3-RCP7.0情景更适合生长发育;夏玉米潜在产量整体呈上升趋势,在SSP1-RCP2.6情景更适合生长发育。在未来5种气候情景下,仅考虑水热条件补充灌溉对冬小麦潜在产量的贡献率为70%左右;生育期降雨量对夏玉米潜在产量的贡献率为94%左右。研究结果可评估未来气候变化下粮食作物产量变化情况,为保障国家粮食安全战略提供理论依据和技术支撑。

来源：2025年第2期

《农业机械学报》期刊编辑部

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