不同降水年型下光温变化对旱地春小麦产量的影响.pdf
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1、作物研究()():收稿日期:作者简介:姚群英()男硕士研究生:通信作者:刘强男教授主要从事气象信息服务与管理研究:基金项目:甘肃省自然科学基金()甘肃省高等学校创新基金()甘肃省教育厅产业支撑计划()甘肃农业大学学科发展基金()引用格式:姚群英刘强巩敬锦 不同降水年型下光温变化对旱地春小麦产量的影响 作物研究():不同降水年型下光温变化对旱地春小麦产量的影响姚群英刘强巩敬锦(甘肃农业大学信息科学技术学院甘肃 兰州 中国农业大学资源与环境学院北京)摘 要:为探究气候变化对旱地春小麦产量的影响机制基于甘肃省定西市安定区 年的气象数据运用 模型模拟分析日平均温度、日平均辐射量变化对不同降水年型旱地春
2、小麦产量的影响并对小麦产量的可持续性、高产性和稳产性进行分析 结果表明:在相同光温条件下小麦的产量、高稳系数、可持续性指数均表现为湿润年平水年干旱年降水量的增多可持续、稳定地提高小麦产量 当温度降低 干旱年、平水年、湿润年的辐射量分别在降低 基准值、降低 增加、降低 增加 区间内增加时小麦产量增加 通径分析结果显示辐射量的增加可减轻温度升高造成的小麦产量减少但辐射量的升高所导致的增产不能补偿温度升高所导致的减产关键词:小麦光温变化降水产量中图分类号:文献标志码:文章编号:()():第 卷第 期姚群英等:不同降水年型下光温变化对旱地春小麦产量的影响 全球变暖对农作物生长发育产生了深刻影响已经引起
3、了人们的广泛关注 根据政府间气候变化专门委员会()年 月 日发布的第六次气候变化评估报告()全球平均温度较工业化前已上升约 预计未来全球升温将达到或超过 而随着全球变暖降雨、太阳辐射等农业生产中影响作物产量的气象因子也在持续发生变化 小麦是世界上最重要的农作物之一也是我国西北地区的主要粮食作物其产量形成对气候变化极为敏感 国内很多学者针对气候变化对旱地春小麦产量的影响展开了大量的研究 姚玉璧等发现在气候变暖的背景下影响春小麦生长发育和产量形成的不确定性因素增加影响增大且生育期的降水变化将对小麦产量产生显著影响 王钧等研究了不同生育期、不同程度干旱胁迫对旱地春小麦籽粒数、千粒质量和产量的影响认为
4、拔节期干旱胁迫是造成陇中黄土高原区旱地春小麦减产的主要原因而分蘖期适度干旱胁迫有利于提高该地区旱地春小麦产量 张华等研究发现甘肃省定西地区春小麦各生育阶段的有效降水量不能满足小麦水分的需求需要合理灌溉才能保证小麦正常生长 石娇娇等研究表明光合作用是影响小麦产量形成的重要因子之一小麦的光合作用效果与温度变化结合尤为紧密 在小麦不同生育期内增温将显著提升小麦光能利用效率、呼吸速率增加穗数和千粒质量从而提高小麦产量 杨楠等分析了不同耕作措施下光温同时变化对旱地春小麦产量的影响认为在不同耕作方式下日平均温度和平均光照协同升高或是单独升高均会导致旱地春小麦产量降低 大量研究发现在气候变化情景下相比其他耕
5、作方式免耕覆盖耕作方式下的小麦产量对气象因子的变化更为敏感在黄土丘陵地区由于降水时节分配不均旱涝交替光温的协同变化必然影响旱地春小麦的生长发育而关于此方面的研究报道较少 因此本研究以 年的气象数据和 年以及 年免耕覆盖耕作方式下的田间试验数据为材料运用 模型分析光温单独变化及协同变化对不同降水年型下免耕旱地春小麦产量的影响并分析不同年型下小麦产量与光温变化之间的关系为应对气候变化对小麦产量的影响提供理论依据 材料与方法 试验区概况田间试验区位于甘肃省定西市安定区凤翔镇安家沟村()海拔约 属半干旱大陆性气候昼夜温差大日照充足降雨主要集中在 月年均降水量不足 年潜在蒸发量约为降水量的 倍 土壤以黄
6、绵土为主耕层容重为 /土壤有机质含量为 /土壤 值为 模型简介()是澳大利亚联邦科学与工业组织研发的系列作物模型的总称可通过“可插拔”方式灵活搭配使用作物模块、土壤模块、管理模块和气象模块等系统子模块来模拟小麦、玉米、马铃薯等主要农作物在不同气候带的生长发育全过程 近年来 模型被广泛用于研究黄土丘陵区域气候变化对旱地春小麦生长发育的影响 模型校验选用标准统计参数量化检验指标相关性决定系数、归一化均方根误差 和模型有效性系数 对模型适用性进行评价()()()()()()()()式中:为试验年份为产量实测值为产量模拟值为实测产量的平均值为模拟产量的平均值、的值越趋近 的值越趋近 表明模拟值与实测值
7、之间误差越小模拟精度越好 不同降水年型划分根据研究区 年的逐日降水量数据采用生育年休闲期的概念统计出全年降水量和小麦全生育期降水量利用公式()将试验地 年的降水数据划分为干旱年、平水年、湿润年 种年型()/()作物研究()年 月 式中:为干旱指数 为生育年降水量 为生育年平均降水 表示标准差 干旱年:平水年:具体年型划分见表 表 试验区 年降水年型划分 降水年型年数平均降水量/年份干旱年平水年湿润年 试验设计 田间试验设计田间试验小区规格为 供试小麦品种为定西 号 播种深度为 播种量为/行距为 施 量为/作物耕作方式为免耕覆盖播种时使用免耕播种机一次性完成施肥和播种收获后用 和草甘磷除草收获脱
8、粒后将作物秸秆切碎(左右)均匀覆盖在原种植区小麦秸秆覆盖量为 /播种时间为当年 月中旬收获时间为当年 月中旬施肥及其他田间管理措施同当地 模拟试验设计以 年间的实测气象数据和模拟产量为基准数据在 种不同降水年型下分别进行不同梯度的日平均温度、日平均辐射量单独变化及共同变化对免耕旱地春小麦产量影响的模拟试验 其中日平均温度变化范围为降温 增温 以增温 为变化梯度日平均辐射量变化范围为降低 增加 以 为变化梯度共 个处理 在模拟各处理的过程中除日平均温度和日平均辐射量这两个因素发生改变外其他田间管理措施、气象因子和土壤参数均不变 数据处理与分析 数据预处理采用 标准化方法对数据进行标准化处理按照公
9、式()进行计算:()()式中:代表无量纲编码为因素取值()为均值 为标准差 产量稳定系数和可持续性指数利用产量可持续性指数()和高稳系数()对不同降水年型和不同光温条件下小麦产量的可持续性、高产性和稳产性进行分析 分别按照公式()和公式()计算 和 值越高表示该试验情景下小麦产量的可持续性越好越高表示小麦在该模拟情景下产量高且波动小稳定性好()/()()()式中:为第 个试验情景下的可持续性指数为第 个试验情景下的平均产量为第 个试验情景下的标准差表示第 个试验情景下产量的最大值 为第 个试验情景下的高稳系数表示基准试验的平均产量 数据分析采用 和 对数据进行归纳整理采用 进行通径分析采用 作
10、图 结果和分析 模型调参和验证将 年以及 年田间试验得到的小麦产量与 模拟试验得到的产量进行线性回归分析结果如图 所示 其中 表明 模型模拟试验区免耕覆盖耕作方式下旱地春小麦产量的适用性较好第 卷第 期姚群英等:不同降水年型下光温变化对旱地春小麦产量的影响图 试验区小麦产量实测值和模拟值的线性回归拟合 不同降水年型下光温变化对旱地春小麦产量的潜在影响 对 年基准气象数据下的小麦产量进行模拟分析结果见图 干旱年小麦平均产量 /平水年小麦平均产量为 为 /湿润年小麦平均产量为 /年均小麦产量为 /平水年小麦产量最接近 年的年均小麦产量 基准气象和不同光温处理条件下小麦产量均表现为湿润年平水年干旱年
11、说明在相同光温条件下降水量的增加提高了小麦产量不同降水年型下日平均温度不变的情况下小麦产量随日平均辐射量的升高而降低日平均辐射量不变时产量则随日平均温度升高而降低相较于日平均辐射量日平均温度对小麦产量的影响更大光温协同变化时小麦产量随其升高而减少随其降低而增加 当日平均温度降低 而干旱年、平水年、湿润年的日平均辐射量分别在降低 基准值、降低 增加、降低 增加 区间内增加时小麦产量表现为增加 这是因为小麦的光合特性在干旱的环境中会受到明显的抑制不利于小麦生长发育而温度的降低能减少田间水分的蒸发而降水量增加有利于小麦充分发挥光合效能和同化物的有效转化进而促进小麦产量提高图 不同降水年型下光温变化对
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