《冬小麦生产潜力对气候变化的响应进展》
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摘 要：
在全球气候变暖的大背景下,研究冬小麦生产潜力对气候变化的响应,可为冬小麦生产模式的优化及增产提供帮助.本文介绍了气候条件及因子变化背景下冬小麦生产潜力的计算方法,并阐述了气候因子变化对冬小麦生产潜力的潜在影响以及国内外研究进展,指出目前相关研究存在的问题及今后发展的方向与趋势,旨在为今后冬小麦生产预测领域的研究与开展提供理论支撑与参考.
关键词：
气候变化;冬小麦;生产潜力
中图分类号：S16
文献标识码：A
DOI：1019754/jnyyjs20200630036
随着社会及人类文明的高速发展,自然环境受到了巨大影响,全球气候因此产生了剧烈变化,随着气候变化的日益加剧,其呈现出复杂性和多样性等问题,这些问题成为国内外会议的重要议题,受到了科学界的高度关注.IPCC报告指出,全球温度变化日趋严重,从20世纪至今,地表平均温度上升近1℃,并且增加趋势还在加剧.
气候条件的变化对冬小麦的生产产生了巨大影响,尤其在生态系统稳定性较差的地区,这种影响更加显著.气候因子频繁、多样的变化将导致农业生产得不到有效保障.冬小麦是我国3种最主要的粮食作物之一,保障冬小麦的生产,有助于保障我国粮食安全,而气候变化会对冬小麦的生长发育、生产潜力及农业生产资源格局产生严重影响,尤其是在适应及调节能力较差的生态脆弱地区.研究冬小麦生产潜力对气候条件及因子变化的响应,可为冬小麦生产模式的优化及增产提供帮助.本文对气候变化下冬小麦生产潜能的计算方法进行总结,并阐述气候条件及因子变化对冬小麦生产潜能影响的研究进展,指出目前存在的问题、今后冬小麦生产潜能计算方法以及对气候条件及因子响应的研究趋势,旨在为今后该领域的研究开展提供理论支撑与参考.
1气候生产潜力计算方法研究进展
目前,研究气候生产潜力大致可以分为2类,对比气象要素降水量与作物需水量,即进行气候生产潜力的分析;比较需水量和农田实际蒸散量,据此确定出气候生产潜力.综合国内外文献,研究气候生产潜力的计算通常有以下几类方法,Miami模型、Thornthwaite Memorial模型、Wagenigen模型、AEZ法、GAEZ模型、WOFOST模型、DSSAT模型、逐级订正模型、黄秉维模型等.其中,前2个模型综合考虑了多个气象要素对作物干物质积累的影响,具有应用价值高、实用性强、数据容易获取等特点,相较于其它模型,更能准确地分析气候条件及因子对农作物生产的影响.
2气候变化对冬小麦生产潜力影响研究进展
基于生产潜力的计算,国内外大量学者研究了气候变化与其之间的相互关系.任美鄂等在对提高农作物生产力方面进行研究时,分析了光照对作物产量的促进作用.20世纪60年代,西蒙等将量子效率理论引入植物的生产潜力研究领域,通过物理学和农学的碰撞,得出生产量估算模式,但其提出的生产量计算公式未考虑多种气候因子对生产潜力的限制,仅考虑了光合生产潜力,因而所得结果有一定局限性.1964年,竺可桢从气候角度讨论了温度、降水、辐射等气候因子对我国粮食生产量的影响机制.布柯德在1962年研究发现温度是制约农作物生长发育的要素,此后研究人员在估算农作物生产潜力时将温度因子添加作为要素之一,并在此基础上修正了生产潜力估算模式.后续一些学者在研究时集中考虑了光、温、水3个气象要素对作物生产潜力的影响,并发现影响最显著的为光.1983年,陈明荣在研究生产潜力模型时,增加了温度效应系数,并进行了预测,随后很多研究也对原有的生产潜力模型进行了修正,并分析了光温对作物生长状况的影响情况.李世奎等进行研究时,利用温度订正函数确定出光温生产潜力,所得结果较为精确.
在气候的暖干化下,由于太阳辐射的减少导致气候生产潜力的减少,平均气温和光温生产潜力之间存在正相关关系.此后,大量研究发现,可以通过自然降水订正系数计算光热水生产潜力.同时,研究发现随着降水量的增多,农作物的气候生产潜能也会随之增加,气候生产潜能与降水量呈现出显著相关关系.在温度显著增加而降水量未增加或显著减少的情况下,气候生产潜力增加不显著,在水分胁迫下,一些区域气候变化,其生产潜力也会降低.
3气候变化对冬小麦生产潜力的影响
根据以往方法,研究人员对不同地区冬小麦生产潜力的变化进行了研究.2004—2013年杨文彪等研究发现,山西省冬小麦光合生产潜力平均值为6363～7481t/hm2,光温生产潜力为1086～1297t/hm2.王涛等发现,京津冀地区近40a（除张家口和承德地区）冬小麦的光温生产潜能平均值为6934～9143kg/hm2.黄川容等研究发现,近44a黄淮海平原冬小麦的光温生产潜力主要保持在64335～1059267kg/hm2,均值为902218kg/hm2,44a增加了54164kg/hm2.李国强等分析时发现,河南省冬小麦的气候生产潜力为2590～7943kg/hm2,光温生产潜力为8350～9996kg/hm2,其中新乡西北部、安阳及西华等地区的光温生产潜力均高于9447kg/hm2,约占全省小麦总面积的336%.张艺萌等在辽西地区研究气候生产潜能时发现,降水量变化对气候生产潜力的时间、空间变化起到了决定性影响,温度和降水因子对气候生产潜力的影响权重超过95%.
在以往研究冬小麦生长季内农业气候资源时,多数分析了冬小麦在整个生命周期时间和空间上的农业气候资源,没有具体分析冬小麦各生育阶段气候资源特点,今后可以考虑增加这方面的影响研究.
4结论与建议
作物生产潜力主要受到2个方面影響,即作物的遗传、生物学特性,其对各种环境因子的要求及适宜性;作物生产所处的环境资源、经济社会资源情况.气候生产潜力反映了光、热、水气候资源综合变化的影响,但这种影响需要考虑多种因子,不能仅仅以日照、空气温度及降水表示.
目前,在众多农作物生产潜力预报模型及计算方法中,选取的因子数量即种类差异较大,导致计算结果也存在较大差异,且作物模型模拟与作物实际生产还存在一定差异,差异产生的原因包括复杂多变的气候及气象灾害、土壤质地及人为措施影响等,因此在分析两者关系时应考虑这些因素.今后,在研究冬小麦生长季内农业气候资源时,应当考虑生育期对气候因子的响应,提高冬小麦气候资源利用效率的农业生产新技术,比较不同品种的作物生产潜力等方面研究,从而提出更有效的生产建议.
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（责任编辑常阳阳）
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