气候变化下黑龙江省水稻产量与需水量研究

作     者：袁荣 

作者单位：黑龙江大学 

学位级别：硕士

导师姓名：聂堂哲

授予年度：2024年

学科分类：082802[工学-农业水土工程] 08[工学] 0828[工学-农业工程] 09[农学] 0815[工学-水利工程] 0903[农学-农业资源与环境] 0901[农学-作物学] 

主      题：水稻 AquaCrop模型 气象因子 产量 需水量 气象变化 

摘      要：黑龙江省是我国重要的粮食生产基地,也是我国最大的粳稻生产区。随着全球和我国的气候变暖,农业生产状况也发生了相应的变化。因此,研究黑龙江省各气象因子的变化规律,明确气候变化下黑龙江省水稻产量和需水量对气象因子的响应,对于保障黑龙江省粮食生产安全以及应对水资源短缺问题具有重要意义。本研究基于黑龙江省1961-2020年、2021-2080年RCP4.5和RCP8.5两种不同碳排放浓度路径下各气象因子的逐日数据,利用校准和验证后的Aqua Crop模型模拟黑龙江省水稻的水分供需和产量,阐明气候变化下黑龙江省水稻种植区各气象因子时空分布规律,揭示过去和未来气候条件下水稻产量、需水量、水分利用效率和灌溉需水量的时空分布及其与各气象因子变化的相关性。研究结论如下: （1）1961-2020年、2021-2080年黑龙江省水稻生育期内最低气温、最高气温均呈升高趋势,2021-2080年RCP8.5下最低气温、最高气温平均值高于RCP4.5情境下的平均值,最低气温每10年分别升高0.48℃、0.51℃,最高气温每10年分别升高0.22℃、0.52℃,最高气温高值区主要集中在西部和南部。降雨量和太阳辐射在1961-2020年呈下降趋势,在2021-2080年呈增加趋势,降雨量每10年分别下降2.63 mm和增加15.01 mm,太阳辐射每10年分别下降0.04MJ/m2和升高0.15 MJ/m2,降雨量整体呈自西向东递减的空间分布特征。参考作物蒸散量在1961-2020年呈下降趋势,最低气温是影响其呈下降趋势的主导气象因子,参考作物蒸散量在2021-2080年呈上升趋势,RCP8.5高于RCP4.5情境下的平均值,最高气温是影响其呈上升趋势的主导气象因子。 （2）未来气候条件下黑龙江省水稻产量比历史气候条件下有大幅度增加趋势,1961-2020、2021-2080年RCP4.5和RCP8.5情境下每10年产量分别增加0.41 t/ha、0.309 t/ha、0.304 t/ha,其中在未来时期RCP8.5情境下2061-2080年的时间段内水稻产量达到最高。在时空分布上看,研究区内北部地区水稻产量整体偏低,产量高值区主要集中在西部和南部地区。水稻需水量在未来气候条件下比历史气候条件下呈增加趋势,2021-2080年在RCP4.5和RCP8.5情境下平均每10年需水量增加了0.17 mm,在2021-2040年、2041-2060年RCP4.5情景下的需水量高于RCP8.5情境,从空间分布上看,南部地区需水量较多。未来气候条件下黑龙江省水稻水分利用效率比历史气候条件下提高,1961-2020、2021-2080年平均值分别为1.56 kg/m3和1.63 kg/m3,其中2021-2080年水分利用效率倾向率变化范围在两种情境下分别在-0.08～0.09 kg·m-3/10a和-0.08～0.12 kg·m-3/10a之间,RCP8.5较RCP4.5情境下水分利用效率变化范围扩大,水分利用效率高值区主要集中分布在研究区的西部和南部。灌溉需水量则呈减小趋势,研究区西部和南部地区灌溉需水量较大。 （3）2021-2080年黑龙江省水稻产量与最低气温、最高气温、降雨量和太阳辐射均表现为正相关性,最高气温对其变化影响最大。需水量与最高气温和太阳辐射表现为正相关关系,与最低温度和降雨量则为负相关。水分利用效率与降雨量为负相关关系,与太阳辐射相关系数最高。灌溉需水量变化与降雨量的相关性最大且为负相关,相关值达到-9.20以上。