论文部分内容阅读
气候变化和科学技术的发展情况是影响当代农业生产的主要因素。近年来,因CO2浓度的升高,全球气候正经历着以变暖为主要特征的显著变化,极端气候灾害频度的随之升高对农业生产造成诸多影响。江西省是中国水稻种植主要省份,双季稻占水稻种植比例居全国首位,而南昌地区双季稻种植应用最广,使用模型模拟研究未来气候情境下南昌地区双季稻产量的变化,并提出适应性应对策略,对南昌地区双季稻生产应对未来气候变化带来的影响具有重要的意义。以2018-2020年在南昌市南昌县昌东镇中尚村的两年双季稻试验与观测数据和研究区气象数据为基础,建立CERES-Rice双季稻生产模型并进行模型模拟与验证;选取RCP4.5和RCP8.5排放浓度路径下的未来气候情景作为研究对象,对获得的未来50年(2021-2070)间南昌地区气候降尺度数据,进行分析校正;使用经验证的CERES-Rice模型模拟研究未来南昌地区双季稻产量、物候期变化;在此基础上,通过改变影响双季稻产量的模型各项因素模拟研究,分析提出可能的未来气候适应性应对策略。论文的主要研究成果有:(1)经验证的双季稻模型,在模拟南昌地区早稻和晚稻物候期与产量方面均取得了较好的效果。经模拟与验证后,模拟结果的标准均方根误差NRMSE除晚稻开花期验证时为11.67%(效果较好)外,其余物候期和产量模拟与验证NRMSE值均小于10%(效果很好),模型能够很好的应用于模拟南昌地区的双季稻生产。(2)RCP4.5和RCP8.5排放浓度路径下,南昌地区未来气候变化为:较基准年(1961-2019年),年均降水量呈增加趋势,其值在2036年之后将高于基准年均值;日最高温与日最低温均呈现增加趋势;高排放情景(RCP8.5)下的年均降水量、日最高温和日最低温增幅均大于中低排放(RCP4.5)情景;太阳辐射均呈现增加趋势,但高排放情景(RCP8.5)下太阳辐射值低于基准年(1961-2019年)均值。(3)在RCP4.5和RCP8.5排放浓度路径下,南昌地区早稻和晚稻的未来产量均低于试验年份,又以早稻的减产更为明显。RCP4.5情境下早稻和晚稻产量随时间呈递增趋势,但在2070年早稻与晚稻产量较基准年依旧分别减产24.25%和24.47%;在RCP8.5情境下,早稻随时间呈递减趋势,晚稻为递增趋势,在2070年早稻与晚稻产量较基准年依旧分别减产38.43%和31.26%。在RCP4.5情境下,早稻和晚稻的产量整体上大于RCP8.5情境下的同时期产量,开花期所需日数和全生育期日数略大于RCP8.5情景,生育期的延长可能带来产量的增加。(4)双季稻生产应对气候变化影响的适应性策略研究中发现,调整施氮比例(追施氮肥)对早稻产量有积极正向的影响,RCP4.5情境下,最佳处理为2035年(两种施氮模式较调整前早稻产量分别增产14.56%,8.06%;RCP8.5情境下两种施氮比例较调整前早稻最佳增产分别为19.82%(2035s)和18.52%(2070s)。调整施氮比例对晚稻的影响仅在RCP4.5情境下有正向影响,最佳增产为较基准年3.45%(2070年),对RCP8.5情境下晚稻产量无明显影响。调整施氮比例,在RCP4.5情境下的物候期随时间延长,RCP8.5情境下物候期随时间呈现缩短趋势。整体以施氮比例为5:3:2的施氮方式取得产量效果最佳,与氮肥运筹实验结论(6:3:1最佳)相较,可能原因是气候情景的变化改变了水稻产量对最佳施氮量响应。合理的改变播期能够在一定的程度上提高水稻的最终产量。在2021-2035年间,早稻播种日期提前15天左右,晚稻播期提前10天左右,可获得双季稻的最佳产量;2035-2050年间,早稻和晚稻播期提前10天左右,会获得较高的双季稻总产量;在2050-2070年间,播期延后10-15天,双季稻总产量可能会达到最佳。因此,在未来气候情境下合理的改变水稻播种日期和早稻的施氮比例,可作为应对未来气候情境下双季稻减产的可能适应性策略。研究结果表明,在未来气候情境下,为减少气候变化对南昌地区双季稻产量的负面影响,合理的施氮比例和改变双季稻播期可作为未来双季稻生产的适应性应对策略,具体效果还需在实践中进一步验证。