冬小麥生產(chǎn)潛力對氣候變化的響應(yīng)研究進展

尚艷 孟晨 野馨元

摘要：

在全球氣候變暖的大背景下，研究冬小麥生產(chǎn)潛力對氣候變化的響應(yīng)，可為冬小麥生產(chǎn)模式的優(yōu)化及增產(chǎn)提供幫助。本文介紹了氣候條件及因子變化背景下冬小麥生產(chǎn)潛力的計算方法，并闡述了氣候因子變化對冬小麥生產(chǎn)潛力的潛在影響以及國內(nèi)外研究進展，指出目前相關(guān)研究存在的問題及今后發(fā)展的方向與趨勢，旨在為今后冬小麥生產(chǎn)預(yù)測領(lǐng)域的研究與開展提供理論支撐與參考。

關(guān)鍵詞：

氣候變化;冬小麥;生產(chǎn)潛力

中圖分類號：S16

文獻標識碼：A

DOI：1019754/jnyyjs20200630036

隨著社會及人類文明的高速發(fā)展，自然環(huán)境受到了巨大影響，全球氣候因此產(chǎn)生了劇烈變化，隨著氣候變化的日益加劇，其呈現(xiàn)出復(fù)雜性和多樣性等問題，這些問題成為國內(nèi)外會議的重要議題，受到了科學(xué)界的高度關(guān)注。IPCC報告指出，全球溫度變化日趨嚴重，從20世紀至今，地表平均溫度上升近1℃，并且增加趨勢還在加劇。

氣候條件的變化對冬小麥的生產(chǎn)產(chǎn)生了巨大影響，尤其在生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性較差的地區(qū)，這種影響更加顯著。氣候因子頻繁、多樣的變化將導(dǎo)致農(nóng)業(yè)生產(chǎn)得不到有效保障。冬小麥是我國3種最主要的糧食作物之一，保障冬小麥的生產(chǎn)，有助于保障我國糧食安全，而氣候變化會對冬小麥的生長發(fā)育、生產(chǎn)潛力及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資源格局產(chǎn)生嚴重影響，尤其是在適應(yīng)及調(diào)節(jié)能力較差的生態(tài)脆弱地區(qū)。研究冬小麥生產(chǎn)潛力對氣候條件及因子變化的響應(yīng)，可為冬小麥生產(chǎn)模式的優(yōu)化及增產(chǎn)提供幫助。本文對氣候變化下冬小麥生產(chǎn)潛能的計算方法進行總結(jié)，并闡述氣候條件及因子變化對冬小麥生產(chǎn)潛能影響的研究進展，指出目前存在的問題、今后冬小麥生產(chǎn)潛能計算方法以及對氣候條件及因子響應(yīng)的研究趨勢，旨在為今后該領(lǐng)域的研究開展提供理論支撐與參考。

1氣候生產(chǎn)潛力計算方法研究進展

目前，研究氣候生產(chǎn)潛力大致可以分為2類，對比氣象要素降水量與作物需水量，即進行氣候生產(chǎn)潛力的分析;比較需水量和農(nóng)田實際蒸散量，據(jù)此確定出氣候生產(chǎn)潛力。綜合國內(nèi)外文獻，研究氣候生產(chǎn)潛力的計算通常有以下幾類方法，Miami模型、Thornthwaite Memorial模型、Wagenigen模型、AEZ法、GAEZ模型、WOFOST模型、DSSAT模型、逐級訂正模型、黃秉維模型等。其中，前2個模型綜合考慮了多個氣象要素對作物干物質(zhì)積累的影響，具有應(yīng)用價值高、實用性強、數(shù)據(jù)容易獲取等特點，相較于其它模型，更能準確地分析氣候條件及因子對農(nóng)作物生產(chǎn)的影響。

2氣候變化對冬小麥生產(chǎn)潛力影響研究進展

基于生產(chǎn)潛力的計算，國內(nèi)外大量學(xué)者研究了氣候變化與其之間的相互關(guān)系。任美鄂等在對提高農(nóng)作物生產(chǎn)力方面進行研究時，分析了光照對作物產(chǎn)量的促進作用。20世紀60年代，西蒙等將量子效率理論引入植物的生產(chǎn)潛力研究領(lǐng)域，通過物理學(xué)和農(nóng)學(xué)的碰撞，得出生產(chǎn)量估算模式，但其提出的生產(chǎn)量計算公式未考慮多種氣候因子對生產(chǎn)潛力的限制，僅考慮了光合生產(chǎn)潛力，因而所得結(jié)果有一定局限性。1964年，竺可楨從氣候角度討論了溫度、降水、輻射等氣候因子對我國糧食生產(chǎn)量的影響機制。布柯德在1962年研究發(fā)現(xiàn)溫度是制約農(nóng)作物生長發(fā)育的要素，此后研究人員在估算農(nóng)作物生產(chǎn)潛力時將溫度因子添加作為要素之一，并在此基礎(chǔ)上修正了生產(chǎn)潛力估算模式。后續(xù)一些學(xué)者在研究時集中考慮了光、溫、水3個氣象要素對作物生產(chǎn)潛力的影響，并發(fā)現(xiàn)影響最顯著的為光。1983年，陳明榮在研究生產(chǎn)潛力模型時，增加了溫度效應(yīng)系數(shù)，并進行了預(yù)測，隨后很多研究也對原有的生產(chǎn)潛力模型進行了修正，并分析了光溫對作物生長狀況的影響情況。李世奎等進行研究時，利用溫度訂正函數(shù)確定出光溫生產(chǎn)潛力，所得結(jié)果較為精確。

在氣候的暖干化下，由于太陽輻射的減少導(dǎo)致氣候生產(chǎn)潛力的減少，平均氣溫和光溫生產(chǎn)潛力之間存在正相關(guān)關(guān)系。此后，大量研究發(fā)現(xiàn)，可以通過自然降水訂正系數(shù)計算光熱水生產(chǎn)潛力。同時，研究發(fā)現(xiàn)隨著降水量的增多，農(nóng)作物的氣候生產(chǎn)潛能也會隨之增加，氣候生產(chǎn)潛能與降水量呈現(xiàn)出顯著相關(guān)關(guān)系。在溫度顯著增加而降水量未增加或顯著減少的情況下，氣候生產(chǎn)潛力增加不顯著，在水分脅迫下，一些區(qū)域氣候變化，其生產(chǎn)潛力也會降低。

3氣候變化對冬小麥生產(chǎn)潛力的影響

根據(jù)以往方法，研究人員對不同地區(qū)冬小麥生產(chǎn)潛力的變化進行了研究。2004—2013年楊文彪等研究發(fā)現(xiàn)，山西省冬小麥光合生產(chǎn)潛力平均值為6363～7481t/hm2，光溫生產(chǎn)潛力為1086～1297t/hm2。王濤等發(fā)現(xiàn)，京津冀地區(qū)近40a（除張家口和承德地區(qū)）冬小麥的光溫生產(chǎn)潛能平均值為6934～9143kg/hm2。黃川容等研究發(fā)現(xiàn)，近44a黃淮海平原冬小麥的光溫生產(chǎn)潛力主要保持在64335～1059267kg/hm2，均值為902218kg/hm2，44a增加了54164kg/hm2。李國強等分析時發(fā)現(xiàn)，河南省冬小麥的氣候生產(chǎn)潛力為2590～7943kg/hm2，光溫生產(chǎn)潛力為8350～9996kg/hm2，其中新鄉(xiāng)西北部、安陽及西華等地區(qū)的光溫生產(chǎn)潛力均高于9447kg/hm2，約占全省小麥總面積的336%。張藝萌等在遼西地區(qū)研究氣候生產(chǎn)潛能時發(fā)現(xiàn)，降水量變化對氣候生產(chǎn)潛力的時間、空間變化起到了決定性影響，溫度和降水因子對氣候生產(chǎn)潛力的影響權(quán)重超過95%。

在以往研究冬小麥生長季內(nèi)農(nóng)業(yè)氣候資源時，多數(shù)分析了冬小麥在整個生命周期時間和空間上的農(nóng)業(yè)氣候資源，沒有具體分析冬小麥各生育階段氣候資源特點，今后可以考慮增加這方面的影響研究。

4結(jié)論與建議

作物生產(chǎn)潛力主要受到2個方面影響，即作物的遺傳、生物學(xué)特性，其對各種環(huán)境因子的要求及適宜性;作物生產(chǎn)所處的環(huán)境資源、經(jīng)濟社會資源情況。氣候生產(chǎn)潛力反映了光、熱、水氣候資源綜合變化的影響，但這種影響需要考慮多種因子，不能僅僅以日照、空氣溫度及降水表示。

目前，在眾多農(nóng)作物生產(chǎn)潛力預(yù)報模型及計算方法中，選取的因子數(shù)量即種類差異較大，導(dǎo)致計算結(jié)果也存在較大差異，且作物模型模擬與作物實際生產(chǎn)還存在一定差異，差異產(chǎn)生的原因包括復(fù)雜多變的氣候及氣象災(zāi)害、土壤質(zhì)地及人為措施影響等，因此在分析兩者關(guān)系時應(yīng)考慮這些因素。今后，在研究冬小麥生長季內(nèi)農(nóng)業(yè)氣候資源時，應(yīng)當(dāng)考慮生育期對氣候因子的響應(yīng)，提高冬小麥氣候資源利用效率的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)新技術(shù)，比較不同品種的作物生產(chǎn)潛力等方面研究，從而提出更有效的生產(chǎn)建議。

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（責(zé)任編輯常陽陽）