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基于APSIM模型的2015—2100年气候变化对中国玉米生产力影响

农业工程学报 2023年第8期39卷 167-178页

作者：巩敬锦刘志娟祝光欣史登宇张镇涛付真真鲁潇蒙曲辉辉杨晓光中国农业大学资源与环境学院北京100193 黑龙江省气象科学研究所哈尔滨150030

全球气候变化直接影响作物生产。玉米是中国种植面积最大的粮食作物,系统探究未来气候变化对其生产力的影响对保障玉米高产稳产和粮食安全具有重要意义。为探究未来气候变化对中国玉米生产力影响,该研究基于SSP1-2.6和SSP5-8.5共2种气... 详细信息

全球气候变化直接影响作物生产。玉米是中国种植面积最大的粮食作物,系统探究未来气候变化对其生产力的影响对保障玉米高产稳产和粮食安全具有重要意义。为探究未来气候变化对中国玉米生产力影响,该研究基于SSP1-2.6和SSP5-8.5共2种气候情景(shared socioeconomic pathways,SSP)1981—2100年逐日气象资料以及中国气象局农业气象观测站玉米生育期数据和土壤数据,使用调参验证后的农业生产系统模拟模型(agricultural production systems simulator,APSIM-Maize)解析了气候变化对中国玉米主产区高产性和稳产性的影响。结果表明:(1)未来气候情景下,中国玉米主产区生育期内气温和≥10℃有效积温总体呈增加趋势,SSP5-8.5气候情景下升温幅度高于SSP1-2.6气候情景;降水量年际波动大,变化趋势不显著;太阳总辐射呈先增加后减少趋势。(2)若不采取适应措施,未来气候变化使玉米全生育期、营养生长期和生殖生长期总体呈缩短趋势,且SSP5-8.5情景下缩短幅度大于SSP1-2.6情景,2080 s缩短幅度大于2030 s和2050 s。(3)无适应措施条件下,未来气候变化下研究区域玉米光温潜在产量和雨养潜在产量总体呈下降趋势,SSP5-8.5情景下较SSP1-2.6情景下减产效应更大,2个情景光温潜在产量减产率平均值分别为13.8%和11.9%,雨养潜在产量减产率平均值分别为17.5%和14.0%。玉米潜在产量的稳定性略有提高,但区域间存在差异。因此,未来气候变化使中国玉米生产力总体下降,稳定性略有提高。研究为未来玉米高产稳产和中国玉米种植区划提供理论依据。

关键词：气候变化温度产量 CMIP6 APSIM-Maize模型中国玉米生育期长度

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耕地复种提升潜力研究

耕地复种提升潜力研究

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作者：项铭涛中国农业科学院

学位级别：硕士

粮食总产是作物单产、耕地面积和复种次数的函数。由于作物单产提升空间有限且耕地面积难以扩张,在已有耕地基础上通过增加复种次数来缩小复种差成为提升耕地潜力和粮食产量的关键。而复种差的缩小又与作物种植情况息息相关。因此,从种... 详细信息

粮食总产是作物单产、耕地面积和复种次数的函数。由于作物单产提升空间有限且耕地面积难以扩张,在已有耕地基础上通过增加复种次数来缩小复种差成为提升耕地潜力和粮食产量的关键。而复种差的缩小又与作物种植情况息息相关。因此,从种植频率、作物生育期长度的视角,考虑不同分辨率对复种观测的差异,评估不同作物生育期长度对复种差及其利用的影响,为提高耕地集约利用、保障国家粮食安全提供科学依据。本研究以我国粮食生产核心县——江西省进贤县为研究区域,以该区域典型的复种模式为研究对象,以2015年MODIS产品、GF-1/WFV(简称GF)影像、农业统计资料等为主要研究数据,探讨耕地复种的提升潜力。首先进行复种强度估算,基于三个不同时空分辨率的NDVI数据集(MODIS、GF、GF-MOIDS)采用二次差分法分别提取实际复种频率,并探究时间分辨率和空间分辨率对复种频率观测带来的不确定性;其次进行复种潜力提升,基于精度最高的GF-MODIS数据集采用动态阈值法提取作物的生育期长度,计算耕地剩余的生育期长度,并利用四种不同生育期长度的作物(不考虑生育期长度的一般作物、生育期长度为60天的作物、生育期长度为90天的作物、已种植的最短生育期长度的作物)分别对其进行填充,探究作物种植方式和生育期长度对复种潜力提升的影响。论文取得的主要研究结论如下:(1)基于STARFM模型得到的融合影像与其对应的真实影像的相关系数大部分达到了0.7以上,融合效果总体良好。初始输入的高空间分辨率影像数量较多且时间间隔较为均匀,这有助于总体融合精度的提升。融合影像不仅能体现MODIS影像的时间序列变化优势,还能体现GF影像的空间细节分布优势,说明基于该模型获得的高时空分辨率融合影像既可以对粗时间分辨率影像缺失的时间序列信息进行有效补充,又可以对粗空间分辨率影像缺少的空间细节信息进行有效细化。(2)在MODIS、GF和GF-MODIS的复种频率观测结果中,GF-MODIS的结果最好,其不但空间精度最高,而且与区域的总体比较值最为接近。三个尺度下的一年一熟在研究区域都占主导,一熟在MODIS、GF和GF-MODIS的观测比例中是依次减少的,而二熟和三熟分别是依次增加的。这说明粗空间分辨率影像能观测到区域最主要的种植制度,而高空间分辨率影像更能识别出区域中多熟的种植情况。(3)MODIS影像空间分辨率较粗,在空间异质性较大的区域会出现明显的混合像元现象。研究区域内跨年轮作的制度、频繁交叉的多熟、破碎细小的地块,导致绝大部分MODIS像元的单一熟制对应的GF-MODIS像元是混合熟制。这说明在农业景观极为复杂的中国南方地区,较高的空间分辨率是观测复种的首要条件。GF影像时间分辨率较粗,在关键生育期的信息极少。研究区域内种植结构复杂、云雨天气频繁、地表覆盖多变,从而GF-MODIS影像能得到更精确的熟制。这说明在土地利用快速变化的中国南方地区,较高的时间分辨率对于获取多熟种植情况也十分重要。(4)研究区域的复种潜力都为三熟。当不考虑填充作物生育期长度时,一熟像元的潜在复种差都是2,二熟像元的潜在复种差都是1,三熟像元的潜在复种差都是0。当考虑耕地生育期长度时,即使是相同的熟制情况,不同像元的耕地剩余生育期长度却是不一样的,则用不同生育期长度的作物(生育期长度为60天的作物、生育期长度为90天的作物、已种植的最短生育期长度的作物)进行填充时,实际复种差大小必然有所差异,并且结合作物生育期长度的实际复种差大小会远远小于理论的潜在复种差大小。(5)在三种不同作物的填充方案下,一熟像元的复种差大小有显著的差异,而二熟像元的复种差大小很类似,三熟像元的复种差大小完全相同。这说明实际复种差大小在很大程度上受填充作物的生育期长度的影响。此外,通过合理缩小复种差,农民可以可持续地加强耕地利用集约化、高效地提升粮食产量,同时作物物候信息还可辅助作物分类。

关键词：数据融合复种频率生育期长度复种差耕地集约化

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玉米的产量因素分析

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黑龙江气象 2006年第3期23卷 17-19页

作者：刘艳李红张利群齐齐哈尔市气象局黑龙江齐齐哈尔161006 龙江县气象局黑龙江龙江116000

本文通过对玉米产量和玉米各生育期长度、茎杆重、籽粒茎杆比等产量因素的分析,找到影响玉米最终产量形成的主要因素是乳熟至成熟期长度及茎杆重,即只有经过充分营养生长且有足够籽粒成熟时间的玉米才能获得高产。

关键词：玉米单产生育期长度茎杆重

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