农业生产与气候条件息息相关,在目前全球以变暖为主要特征的气候变化背景下,气候变化对农作物生产的影响已不容忽视。冬小麦是中国主要的粮食作物之一,河南省冬小麦总产位居中国各省之首。随着全球变暖,由气候变化而引起的河南省冬小麦产量增减直接关系着中国的粮食安全。作物模型已成为定量化研究气候变化对农作物生产影响的有效工具。根据中国冬小麦生产实际,研发适用于中国区域尺度上的冬小麦产量模型,这对于科学评价气候变化对河南省冬小麦生产可能的影响和提供应对气候变化的策略具有重要意义。　　 因此,本研究的主要目的是采用模型方法,利用SRES A2和B2情景下未来气候变化数据驱动冬小麦产量模型,定量分析未来气候变化对河南省冬小麦生产的影响,制定适应未来气候变化的对策。　　 本研究的主要结果为:　　 (1)近30a来,中国冬小麦收获指数(Harvest Index,HI)总体平均值为0.409(±0.069,n=1522)。1982-2005年间,河南、河北和山东冬小麦主产省HI在时间序列上呈显著增加,以河南0.066·(10a)-1为最高,山东0.044·(10a)-1次之,河北0.032·(10a)-1最小。偏相关分析表明,HI与有效穗数、穗粒数和千粒重均呈极显著正相关,与秸秆产量的偏相关系数最大,与千粒重的相关系数最小。单相关分析表明,气象HI与返青后30d日较差的平均值呈弱正相关、与降雨总量呈显著负相关,与抽穗前60d降雨总量呈显著负相关,而偏相关分析发现,气象HI仅与抽穗前60d降雨总量呈显著负相关。　　 (2)冬小麦HI模型的验证结果表明,模型模拟值与实测值的线性相关系数和斜率分别为0.65和0.42(n=209,P＜0.001),均方根误差12％,平均偏差-2.4%,拟合指数76%。冬小麦产量模型在河南省的验证结果表明,模型模拟值与实测值的线性相关系数和斜率分别为0.41和0.32(n=351,P＜0.001),均方根误差30%,平均偏差0.22 t·hm-2,拟合指数65%;选取时间序列数据资料完整的县(市)(1986-2007年),产量模型能较好地模拟县统计产量的年际变化。　　 (3)未来气候变化对河南省冬小麦生育期影响的模拟结果表明,未来气候变化下,随年份的增加,冬小麦抽穗期和成熟期显著提前;B2情景下,抽穗期和成熟期提前的趋势分别为3.1d·(10a)-1和2.1d·(10a)-1;A2情景下,分别为4.8d·(10a)-1和3.5d·(10a)-1,相对于B2情景,抽穗期和成熟期提前的趋势更明显。相对于1980s时段,A2和B2情景下不同时段冬小麦生育期将分别缩短7-17d和9-18d。　　 (4)未来气候变化对河南省冬小麦产量影响的模拟结果表明,相对于1980s时段,河南省冬小麦产量A2情景下不同时段的增产率分别为6.6-11.1%(不考虑CO2的施肥效应)和13.8-22.2%(考虑CO2的施肥效应);B2情景下的增产率分别为5.2-11.2%(不考虑CO2的施肥效应)和12.5-17.7%(考虑CO2的施肥效应);2011-2050年大气CO2浓度每增加100μmol·mol-1冬小麦产量将增加0.20t·hm-2,CO2施肥效应随年代推移渐增,A2情景的CO2施肥效应高于B2情景。相对于1980s时段的增产率,考虑CO2的施肥效应时,在区域上表现出在河南省南部地区和北部地区增产率较高,而在中部地区增产率相对较低;不考虑C02的施肥效应时,未来河南省大部分县(市)仍表现为产量增加,其原因在于相对于1980s时段未来不同时段年降水的增加。　　 (5)最优播期的模拟结果表明,A2和B2情景下,相对于当前主栽品种平均播期,不同时段适宜播期需分别提前4-9d和4-10d,但是在未来不同时段随年代推移适宜播期推迟;与当前主栽品种条件模拟产量相比,A2和B2情景最优播期下分别增产5.0%和4.0%。　　 (6)最大潜力的模拟结果表明,相对于1980s时段,A2和B2情景下(考虑CO2的施肥效应),河南省冬小麦最大潜力不同时段将分别增加61.0-94.0%和60.0-83.9%,增产率随年代推移而增加;从区域上看,除地处河南省西部的三门峡市产量降低外,其余地区产量均增加。相对于当前主栽品种条件,A2和B2情景下,河南省冬小麦最大潜力平均增产率分别为20.0%和21.0%,总体上表现为河南省南部和东部地区增产率较高,中西部和北部地区相对较低;A2和B2情景下,不同时段的增产率分别为10.3-26.7%和13.1-28.3%,增产率随年代推移而增加;从区域上看,除地处河南省西部的三门峡市(A2和B2情景下不同时段)和地处河南省北部的濮阳市(A2情景下2030s和2040s时段,B2情景下2020s时段)产量降低外,其余地区产量均增加。三门峡市和濮阳市最大潜力降低的原因在于在这2个地区冬小麦HI的模拟随时间增加呈下降。　　 本研究的主要结论为:近30a来,中国冬小麦HI的时空变化特征明显。构建的基于气候和品种差异的冬小麦HI模型可以较好地模拟不同气象条件下冬小麦HI的动态。冬小麦产量模型能较好地表达气候、土壤、农业管理措施等对河南省冬小麦产量形成的影响。未来气候变暖将导致河南省冬小麦生育期缩短。相对于1980s时段,无论是否考虑CO2的施肥效应,未来气候变化将可能提高河南省冬小麦产量,在河南省南部和北部地区产量增加较为明显,而在中部地区增加相对较低,冬小麦产量增加主要是由于年降水量增加引起的。未来气候变化下,河南省冬小麦生产可通过提前当前主栽品种播期、选育或引进生育期较长所需积温较高和HI较高的品种,以应对气候变化带来的影响。