





中国农业科学 ›› 2023, Vol. 56 ›› Issue (19): 3772-3787.doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.19.006
史鑫蕊(
), 韩百书, 王紫芊, 张媛铃, 李萍, 宗毓铮, 张东升, 高志强, 郝兴宇(
)
收稿日期:2023-01-16
接受日期:2023-05-11
出版日期:2023-10-01
发布日期:2023-10-08
通信作者:
联系方式:
史鑫蕊,E-mail:shixinrui1992@163.com。
基金资助:
SHI XinRui(
), HAN BaiShu, WANG ZiQian, ZHANG YuanLing, LI Ping, ZONG YuZheng, ZHANG DongSheng, GAO ZhiQiang, HAO XingYu(
)
Received:2023-01-16
Accepted:2023-05-11
Published:2023-10-01
Online:2023-10-08
摘要:
【目的】开展气候变化对冬小麦生长发育和产量影响研究,为未来气候变化下小麦可持续生产提供依据。【方法】利用2017—2020年度控制气室中不同温度和[CO2]处理下的良星99(晚熟品种)和中科2011(早熟品种)冬小麦生长发育、土壤及气象数据,对APSIM(agricultural production systems simulator)模型进行校验,然后,以1986—2005年为基准年份,利用校验好的APSIM模型对未来不同气候条件下(RCP 4.5和RCP 8.5)的冬小麦产量、产量构成和生育期进行模拟,分析气候变化和极端高温对不同熟性冬小麦品种生产潜力的影响。【结果】APSIM模型能较好地模拟不同温度和[CO2]处理下2个品种冬小麦的生育期、产量和生物量,模拟值与实测值的R2均高于0.614,nRMSE均低于10.6%,叶面积指数(LAI)的模拟效果相对较差。从长期模拟结果来看,不同气候条件下,2个品种小麦的播种-拔节天数均较基准年份缩短,且早熟品种小麦播种-拔节缩短的天数小于晚熟品种,2个品种拔节-成熟天数均无明显变化。相较基准年份,未来RCP条件下,2个品种小麦的实际产量和潜在产量均增加,且2100s时段RCP 8.5条件下的产量和潜在产量最高,早熟品种的产量和潜在产量相较晚熟品种增产更明显。与基准年份相比,未来RCP条件下,生育前期2个品种小麦的LAI均升高,但早熟品种LAI变化更明显,生育后期晚熟品种的LAI明显降低,而早熟品种的LAI无明显差异;未来RCP条件下,2个品种的地上部生物量均增加,早熟品种生物量增长更明显。不同RCP条件下,极端高温对2个品种冬小麦产量和千粒重均有一定的负面影响,且开花期极端高温对千粒重的影响最大。与正常年份相比,极端高温年份晚熟品种2100s时段RCP 8.5条件下的千粒重和产量明显降低,籽粒数也略有降低。与正常年份相比,未来RCP条件下,极端高温均明显降低了早熟品种的千粒重,但籽粒数略有升高,因此,极端高温年份早熟品种产量降低不明显。【结论】冬小麦早熟品种更能适应未来气候变化,而选育适宜的小麦品种是应对未来气候变化的有效措施之一。
史鑫蕊, 韩百书, 王紫芊, 张媛铃, 李萍, 宗毓铮, 张东升, 高志强, 郝兴宇. 基于APSIM模型模拟分析气候变化对不同熟性北方冬小麦生长和产量的影响[J]. 中国农业科学, 2023, 56(19): 3772-3787.
SHI XinRui, HAN BaiShu, WANG ZiQian, ZHANG YuanLing, LI Ping, ZONG YuZheng, ZHANG DongSheng, GAO ZhiQiang, HAO XingYu. Investigation on the Effects of Climate Change on the Growth and Yield of Different Maturity Winter Wheat Varieties in Northern China Based on the APSIM Model[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2023, 56(19): 3772-3787.
表1
冬小麦品种良星99和中科2011的APSIM-Wheat模型遗传参数"
| 参数Parameters | 良星99 Liangxing 99 | 中科2011 Zhongke 2011 |
|---|---|---|
| 春化敏感性Vernalization sensitivity | 3.1 | 2.5 |
| 光周期敏感性Photoperiod sensitivity | 3.5 | 3.5 |
| 出苗期到幼苗期积温Accumulated temperature from emergence to seedling stage (℃) | 400 | 300 |
| 幼苗期到拔节期积温Accumulated temperature from seedling to jointing stage (℃) | 600 | 500 |
| 拔节期到开花期积温Accumulated temperature from jointing to flowering stage (℃) | 150 | 150 |
| 开花期到灌浆期积温Accumulated temperature from flowering to filling stage (℃) | 650 | 500 |
| 最大比叶面积Maximum specific leaf area (mm2·g-1) | 22000-38000 | 18000-29000 |
表3
不同RCP气候条件的高温年型划分"
| 气候条件Weather conditions | 高温年型 High temperature year types | 年份Years | |
|---|---|---|---|
| 基准 Baseline | CK | 极端高温年份Extreme high temperature years | 1988, 1993, 2000, 2001, 2002 |
| 高温年份High temperature years | 1987, 1992, 1994, 1996, 1999, 2005 | ||
| 正常年份Normal years | 1989, 1990, 1991, 1995, 1997, 1998, 2003, 2004 | ||
| 2050s | RCP4.5 | 极端高温年份Extreme high temperature years | 2047, 2052, 2054, 2055, 2060, 2061 |
| 高温年份High temperature years | 2049, 2050, 2053, 2059, 2065 | ||
| 正常年份Normal years | 2048, 2051, 2056, 2057, 2058, 2062, 2063, 2064 | ||
| RCP8.5 | 极端高温年份Extreme high temperature years | 2050, 2054, 2055, 2060, 2061 | |
| 高温年份High temperature years | 2047, 2049, 2052, 2063, 2065 | ||
| 正常年份Normal years | 2048, 2051, 2053, 2056, 2057, 2058, 2059, 2062, 2064 | ||
| 2100s | RCP4.5 | 极端高温年份Extreme high temperature years | 2085, 2089, 2090, 2095, 2096, 2100 |
| 高温年份High temperature years | 2084, 2086, 2087, 2098 | ||
| 正常年份Normal years | 2082, 2083, 2088, 2091, 2092, 2093, 2094, 2097, 2099 | ||
| RCP8.5 | 极端高温年份Extreme high temperature years | 2089, 2090, 2093, 2095, 2100 | |
| 高温年份High temperature years | 2082, 2083, 2086, 2099 | ||
| 正常年份Normal years | 2084, 2085, 2087, 2088, 2091, 2092, 2094, 2096, 2097, 2098 | ||
表4
不同RCP气候条件下小麦籽粒数和千粒重与不同阶段极端高温指数EDD的相关分析"
| 品种 Variety | 阶段 Stage | 指标 Indicator | CK | 2050s | 2100s | ||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| RCP4.5 | RCP8.5 | RCP4.5 | RCP8.5 | ||||
| 良星99 Liangxing 99 | 生育期 Growing stage | 籽粒数 Grain numbers | -0.317 | 0.063 | 0.065 | 0.089 | 0.012 |
| 千粒重 1000-grain weight | -0.212 | -0.365 | -0.318 | -0.371 | -0.571* | ||
| 中科2011 Zhongke2011 | 生育期 Growing stage | 籽粒数 Grain numbers | 0.159 | 0.026 | 0.092 | 0.070 | -0.082 |
| 千粒重 1000-grain weight | -0.283 | -0.712* | -0.821* | -0.838* | -0.516* | ||
| 良星99 Liangxing 99 | 灌浆期Filling stage | 千粒重 1000-grain weight | -0.470* | -0.222 | -0.035 | -0.035 | -0.636* |
| 开花期Flowering stage | -0.410 | -0.608* | -0.727* | -0.702* | -0.665* | ||
| 中科2011 Zhongke2011 | 灌浆期Filling stage | 千粒重 1000-grain weight | -0.150 | 0.068 | -0.536* | -0.456* | -0.470* |
| 开花期Flowering stage | -0.643* | -0.965* | -0.588* | -0.822* | -0.540* | ||
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