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气候变化对农业生产、经济发展以及环境保护等方面的影响日益明显,已经引起研究者和政府部门的高度重视。在农业方面,气候变化导致全球变暖,温度升高以及世界一些国家和地区降雨量减少,对农业生产和粮食供应产生重要影响,这已成为许多研究者关注的热点。而全世界许多粮食短缺国家处于干旱半干旱地区,一部分干旱半干旱地区又是世界主要的粮食生产基地。因此,研究干旱半干旱地区未来气候变化对作物产量的影响具有重要意义。论文选取IPCC颁布的最新温室气体排放方案(SRES)中的A2(国内或区域资源情景)和B2(区域可持续发展情景)情景,以澳大利亚Murray Darling流域和中国黄土高原不同分区的玉米为研究对象,根据全球气候模型预测了未来不同情景下的气候情况,在此基础上,利用SWAP和SWAGMAN? Destiny两个作物生长模型定量预测分析了从2020到2080年未来气候条件下的水平衡要素、作物产量和水分利用效率。论文主要研究结论如下:(1)SWAP和SWAGMAN? Destiny两个模型的试验验证结果表明,两个模型均可以用来预测干旱半干旱地区的土壤水分运动趋势以及水平衡要素。土壤含水量的预测结果表明,两个模型均可以较好地预测土壤剖面的土壤含水量变化趋势,相对而言,SWAP模型比SWAGMAN? Destiny的预测结果更好;土壤水分平衡要素的预测结果与试验结果相比,误差基本控制在10%以内,表明两个模型的预测结果均可以用来提供用水和耗水信息,从而准确地评价水分利用效率。(2)基于对澳大利亚Murray Darling流域的历史气象数据分析,利用CSIRO Mk3.0、ECHAM5和HadGEM1气候模型预测了2020、2050和2080年A2和B2情景下玉米生长期间的降雨量和气温变化,结果表明同一年份不同气候模型预测值的差异较小,说明3个气候模型均可以用来准确预测澳大利亚未来气候变化趋势。与基准年相比,降雨量有明显增加,两种情景的增幅非常接近,增幅均值分别为51.72%、49.27%、46.39%;2020年的平均温度基本保持不变,2050和2080年平均温度的增幅均值分别为0.92℃、2.01℃。(3)利用SWAP和SWAGMAN? Destiny模型预测并分析了A2和B2情景下澳大利亚Murray Darling流域雨养和灌溉条件下玉米的水平衡要素、作物产量和水分利用效率指标,两个模型的预测结果有所差异,但预测结果的增减趋势一致,且幅度接近,并得出了增减幅度范围。在雨养和A2情景下,与基准年相比,2020、2050和2080年预测的作物蒸发蒸腾量有显著增加,其增幅均值约分别为56.08%、61.69%和68.13%,作物产量和水分利用效率减小,减幅均值分别约为4.43%、9.44%、16.08%和37.48%、42.79%、49.18%;在灌溉和A2情景下,作物蒸发蒸腾量呈增加趋势,增幅均值约分别为11.70%、17.65%和22.75%,作物产量呈增加趋势,增幅均值约分别为10.91%、17.24%、20.53%,灌溉水利用效率和总用水效率同样呈增加趋势,增幅均值分别约为8.49%、11.49%、14.19%和2.04%、5.47%、8.70%。在B2情景下的预测结果与A2情景类似,但各指标的增减幅度均小于A2情景,绝大多数指标在两种情景下的增减幅度之差在5%以内,但均未超过15%。(4)预测并分析了黄土高原不同分区2020、2050和2080年A2和B2情景下玉米生长期间的降雨量和气温变化,在此基础上利用SWAP和SWAGMAN? Destiny模型预测了不同气候情景下雨养玉米的水平衡要素、作物产量和水分利用效率指标,两个模型的预测结果有所差异,但预测结果的增减趋势一致,且幅度接近。在A2情景下,与基准年相比,2020、2050和2080年预测的作物蒸发蒸腾量有一定程度增加,中壤-2带增幅均值为9.98%、16.49%、24.51%,中壤-1带为3.47%、8.31%、13.82%,轻壤带为1.28%、2.08%、5.85%,砂壤带为7.49%、11.67%、20.31%;作物产量逐渐减小,中壤-2带减幅为4.18%、5.58%、8.01%,中壤-1带为0.79%、1.48%、2.69%,轻壤带为11.65%、11.65%、13.40%,砂壤带为33.01%、36.22%、37.34%;作物水分利用效率逐渐减小,中壤-2带减幅为13.02%、20.02%、27.09%,中壤-1带为2.63%、6.73%、12.59%,轻壤带为9.44%、13.43%、17.42%,砂壤带为34.41%、38.99%、43.37%;作物产量和作物水分利用效率在轻壤带和砂壤带减幅较大。在B2情景下的预测结果与A2情景类似,但各指标的增减幅度均小于A2情景,绝大多数指标在两种情景下的增减幅度之差在5%以内,均未超过12%。(5)基于对未来气候变化的预测结果,分别利用SWAP模型和SWAGMAN? Destiny模型预测了黄土高原各分区玉米灌溉条件下的作物产量和水分利用效率的变化趋势。在A2情景下,与基准年相比,2020、2050和2080年预测的作物蒸发蒸腾量呈增加趋势,中壤-2带的增幅均值为10.07%、17.76%、29.07%,中壤-1带为5.05%、9.65%、12.07%,轻壤带为0.60%、1.77%、4.04%,砂壤带为3.79%、7.01%、9.78%;水分利用效率呈减小趋势,中壤-2带减幅分别为6.64%、14.30%、19.10%,中壤-1带为2.98%、5.49%、8.07%,轻壤带为2.13%、8.04%、11.38%,砂壤带为11.38%、16.48%、19.52%;作物产量在中壤-2带和中壤-1带有一定的增加,中壤-2带增幅为3.76%、3.95%、5.12%,中壤-1带为0.58%、2.22%、3.88%;在轻壤带和砂壤带减小,轻壤带减幅为1.29%、6.00%、7.38%,砂壤带为10.63%、13.98%、15.23%。在B2情景下的预测结果与A2情景类似,但各指标的增减幅度均小于A2情景,绝大多数指标在两种情景下的增减幅度之差在5%以内,但均未超过10%。(6)在澳大利亚Murray Darling流域和黄土高原不同分区雨养和灌溉条件下,与基准年相比,B2气候情景下预测的土壤水平衡要素、作物产量和水分利用效率指标的增减幅度整体上小于A2情景下预测的各项指标的增减幅度,但两情景下各项指标的增减幅度差异较小,增减趋势一致,其各指标的增减幅度之差绝大部分在5%以内。表明在这两种经济增长模式下,未来气候变化对土壤水平衡要素、作物产量和水分利用效率指标影响规律和程度基本一致。论文研究从总体上得出了未来气候变化条件下上述两地区作物产量和水分利用效率的增减趋势和量值范围,可为两地区的农业生产和水资源管理提供参考依据,同时也为其它区域的类似研究提供方法借鉴。鉴于问题的复杂性,今后还需在以下几个方面深化研究:论文的研究是在现有的灌溉方式和耕作状况下进行的,作物也具有适应气候变化的自然进化机制,作物生长和水平衡模型在未来气温升高条件下的适应性也有待进一步分析和验证,因此论文研究结果可能会高估气候变化对作物生产的影响;随着未来农业生产条件和灌溉方式的改进,非充分灌溉的广泛应用,气候变化对作物产量和水分利用效率的影响程度还需进一步研究;此外,论文未考虑CO2浓度和作物生长形态的变化对作物产量的影响,在气象、作物和土壤数据取值方面也与实际情况存在一定的差距,这些方面的研究也有待于进一步深化。