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行业专项成果综述-气候变化背景下北方主要旱地作物的脆弱性及其评价技术研究

发布者:张岳   来源:   发布时间:2019/3/4 9:36:14   标签:   浏览次数:5299

项目编号GYHY201506016

研究周期2015年1月—2017年12月

国拨经费288万元

项目负责人】潘志华

【项目骨干成员】潘志华、董智强、赵俊芳、李云鹏、钱栓、程路、王靖、何奇瑾、安萍莉、潘学标、张刘朋涛、徐琳、黄娜、王森、黄蕾、赵慧、樊栋、王立为、赫迪、唐建昭、穆佳、徐延红、蒲菲、李宁、詹

项目承担单位中国农业大学

项目协作单位】中国气象科学研究院、国家气象中心、内蒙古自治区生态与农业气象中心

主要研究成果

1.60年来北方主要旱地作物生产的时空变化特征与气候变化特征及其区域差异研究。根据历史资料数据,完成了北方县域尺度春小麦、春玉米与马铃薯等主要旱地作物生产的时空变化特征分析,包括生产能力(单产)与空间布局(种植面积)等的变化特征;利用长时间序列气象站点数据,分析了北方13省的降水量、日照时数、≥10℃积温等气候资源的空间分布与变化特征。以内蒙古地区为核心研究区,完成了该地区春小麦、春玉米与马铃薯的单产、播种面积与总产的时空分布特征,及趋势产量的时空变化特征分析;并分析了内蒙古地区作物生育期内,平均气温与降水量等主要气候要素的时空分布与变化特征。在此基础上,对区域之间各生产要素与气候要素的差异进行了对比分析。

2.气候变化对旱地作物生产影响的识别研究。基于长时间序列的逐日气象数据、作物田间观测与试验数据,利用“试错法”对APSIM模型进行参数调试和模型有效性检验,实现了APSIM模型对内蒙古地区春小麦与北方八省春玉米产区的本地化运用。分析了内蒙古地区春小麦潜在产量的时空分布特征,与影响其发育期和潜在产量的关键气象因子,运用灰色关联法提取影响春小麦产量的“优势因子”,确定影响春小麦潜在产量的最优气象因子,探讨潜在产量对气候变化的响应规律;在模拟历史北方地区春玉米的生长发育和产量形成过程的基础上,结合一阶差分等方法,在区域尺度上识别春玉米发育期和产量的关键气象响应因子,探讨春玉米发育期和产量对气候变化的响应规律。通过确定北方地区马铃薯种植的综合气候适宜度,明确北方马铃薯产地的整体气候适宜程度,基于统计模型识别气候变化对北方马铃薯生长发育及产量形成过程的影响,完成对北方地区马铃薯种植适宜性总体气候适宜度的区划。由此,结合作物机理模型与指标分析方法,实现了气候变化对主要旱地作物春小麦、春玉米与马铃薯生产影响的关键因子识别。

3.气候变化背景下主要旱地作物生产脆弱性评价方法研究。依据IPCC评估报告中关于脆弱性的定义,建立了以敏感性、适应能力与暴露度为要素的脆弱性定量评价模型,其中脆弱性与敏感性、暴露度成正比,与适应能力成反比;运用MK突变检验等相关方法,在确定气候变化基准期与研究期的基础上,结合气候要素与社会经济指标,分别利用敏感产量、适应产量及种植面积等量化要素,对敏感性、适应能力与暴露度进行量化表达;提出单元脆弱性与区域脆弱性的概念,分别用于定量描述气候变化对旱地作物影响的程度与范围大小,并基于此作为降低脆弱性、适应气候变化不利影响的途径之一,如某种作物的单元脆弱性较大,可以通过种植结构调整,降低其暴露度,从而缩小其区域脆弱性;由此建立了一套较为客观、全面、定量的脆弱性评价方法,为反映气候变化对于旱地农业生产的影响,并为提出更为有效、量化的适应对策等提供依据。

4. 脆弱性评价业务技术流程、技术标准的建立与示范应用。根据建立的脆弱性评价指标与方法,在明确各具体评价步骤的基础上,建立了脆弱性评价技术流程与标准,涵盖基准期与研究期的确定、气候要素变化特征的分析、敏感与适应产量模型的构建、暴露度的计算、单元与区域脆弱性的计算等。依据该技术流程与标准,开展了内蒙古地区气候变化背景下,春小麦、春玉米与马铃薯的脆弱性评价。对比历史气候变化趋势情景与RCPs气候情景下的脆弱性变化特征,预估了内蒙古地区主要旱地作物受气候变化影响的程度大小。在明确内蒙古地区主要旱地作物受不同气候要素影响脆弱性的基础上,为其应对气候变化的不利影响提供定量化依据。

成果应用情况

项目研发的脆弱性评估模型及其评价技术流程在内蒙古自治区进行了应用,应用效果好。基于1961-2012年的历史数据研究了春小麦、春玉米、马铃薯的单产、种植面积变化特征及气候变化特征,并计算了春小麦、春玉米和马铃薯的敏感性、适应性与脆弱性。结果表明,气候变化背景下春小麦、春玉米、马铃薯的脆弱性在不同区域有不同的表现;未来气候变化情景下,其脆弱性呈现出明显的增加趋势。适应气候变化能够有效降低脆弱性,促进内蒙古自治区农业生产可持续发展。研究结果符合内蒙古自治区农业生产实际。应用结果表明,该方法与规程能够比较同一地区不同作物对气候变化的影响程度,能够比较同一作物在不同地区受气候变化的影响程度,能够考虑人为适应措施以及气候变化对农业生产的综合影响,能够根据研究结果为农业生产提出具体的建议,如当单元脆弱性大时,降低暴露度;反之,则增加暴露度;改进技术,提高适应能力,降低脆弱性,等等。

基于作物模型的气候变化对北方作物产量的影响与识别技术在内蒙古生态与农业气象中心得到了推广应用,促进了省级农业气象业务发展。运用相关技术方法,于20161-201610月在内蒙古自治区生态与农业气象中心进行了推广应用,指导制作服务产品“旬月报”和“春播秋收气象服务”24期,与其它决策服务材料2期,为该区春小麦丰产做出了贡献,提高了该区农业气象业务服务的精准化水平。

    研究成果在国家级业务服务中得到应用,服务效果显著。针对农作物产量预报、作物种植布局和农业气象灾害监测与预警等方面具有很好的指导作用,对提高预报准确率和服务产品的准确性起到了重要作用。基于相关研究结果撰写6份决策服务材料,4份获国务院领导批示。其中,主笔的《“镰刀弯”地区玉米种植的气候适宜性分析与调减建议》得到国务院江泽林副秘书长批示,为国家因地制宜、科学合理贯彻落实“镰刀弯”区玉米调减政策提供参考;主笔的《春耕春播在即,建议松嫩平原农区及时调整玉米熟性布局,防范低温湿涝等灾害不利影响》得到农业部余欣荣副部长批示,要求有关部门立即实施,立足抗灾夺丰收;参与制作的《2016年全球主要粮食作物产量估测》得到国务院汪洋副总理批示,为我国进出口贸易提供依据。

 

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