气候变化对海河流域主要作物物候和产量影响[1]

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1、第33卷第1期地理研究Vol.33,No.12014年1月GEOGRAPHICALRESEARCHJanuary，2014气候变化对海河流域主要作物物候和产量影响胡实，莫兴国，林忠辉（中国科学院地理科学与资源研究所，北京100101）摘要：基于海河流域30个气象站点1960-2009年的实测资料，分析该流域1960年以来农业气象指标的变化趋势，并利用VIP模型模拟分析大气CO2浓度增加、温度、降雨和日照时数变化对作物产量的影响。结果显示：冬季温度的显著上升使冬小麦种植北界在50年间向北移动大约70km

2、；在品种和灌溉条件不变的前提下，小麦产量平均每10年上升0.2%~3.4%，其中CO2浓度增加、温度、降雨及日照时数变化对其产量的影响分别为11.0%、0.7%、-0.2%和-6.5%；大气CO2浓度增加的产量正效应大于日照时数减少的负效应。气候变化使夏玉米产量呈下降趋势（0.6%~3.8%/10年），其中大气CO2浓度增加、温度、降雨及日照时数变化对其产量的影响分别为0.7%、-3.6%、-1.0%和-6.8%，温度上升和辐射下降是玉米产量下降的主要原因。研究结果可为气候变化影响的评估和适应性对策制

3、定提供科学依据。关键词：海河流域；气候变化；冬小麦；夏玉米；VIP模型；产量变化DOI:10.11821/dlyj2014010011引言近50年间大气CO2浓度增加、温度和降雨格局变化对海河流域小麦-玉米轮作系统产生了显著影响。正确理解气候变化对小麦、玉米发育过程和产量形成的影响机理，对海河流域作物品种规划布局、农业管理改善、作物产量提高具有重要意义。气候变化背景下，作物受到气象要素变化和大气CO2浓度增加的综合影响。近50年来[1][2][3][4]海河流域日均温的显著上升，辐射总量的降低和降雨的

4、减少使得作物需水量、生育[5][6,7]期的长度和产量发生变化。温度上升缩短作物的生育期长度，加上降雨减少和辐射降[8]低，这些变化总体而言不利于作物产量的增长。然而大气CO2浓度的增加使作物光合作[9][10][11]用速率加快，叶片蒸腾降低，有利于作物产量增加和水分利用效益的提高，在一定程度上缓解了气象要素的不利影响。气候变化对农业生产影响的早期研究多利用农业统计数据，通过建立日均温、生育期[12,13]降雨量等气象要素和统计产量之间的相关关系来分析气候变化对作物产量的影响。近年来，全球气候模式（

5、GCM）、区域气候模式（RCM）与作物模型结合的评估方法已成为[14]研究气候变化对农业生产影响的重要手段。例如：Chavas等根据IPCCSRESA2情景，利用区域气候模式RegCM3的输出数据，采用EPIC模型模拟分析中国东部作物产量对气收稿日期：2012-07-25;修订日期：2013-05-26基金项目：国家重点基础研究973项目（2010CB428404）；国家自然科学基金项目（31171451，41171448）；中国科学院地理与资源所重点项目（2012ZD003）作者简介：胡实（1982

6、-），女，博士，主要从事生态系统模拟及气候变化研究。E-mail:hus.08b@igsnrr.ac.cn通讯作者：莫兴国（1966-），男，博士，研究员，主要从事气候变化和陆地生态系统生态水文的模拟研究。E-mail:moxg@igsnrr.ac.cn3-12页4地理研究33卷候变化的响应，结果表明2071-2100年中国东部水稻、小麦和玉米生产力将增长6.5%~[15]25%，扣除CO2肥效之后作物生产力将下降2.5%~12%；Lin等利用区域气候模式PRECIS和CERES作物模型相结合分析气候

7、变化和大气CO2浓度增加对中国小麦生产力的影响，结果表明排除大气CO2浓度增加的影响，在SRESA2和B2情景下，2080年小麦产量将在[16]现有水平上分别降低20%和10%；Guo等分析认为当大气CO2浓度增加至600ppm时，华北平原小麦和玉米的产量将分别提高38%和12%，水分利用效率将提高40%和25%。这[15,16]些研究虽然将大气CO2浓度增加对作物产量的影响进行了单独分析，但定量分析单个气象要素对作物产量影响的研究尚不多见。本文首先分析海河流域1960-2009年农业气候指标的变化，

8、然后采用VIP模型模拟冬小麦、夏玉米产量的变化趋势，定量分析温度、降雨和日照时数等气象要素变化及大气CO2浓度增加对小麦、玉米产量的影响，研究结果将为华北平原农业生产应对气候变化提供科学依据。2研究区概况与研究方法2.1研究区概况海河流域位于35°~43°N，112°~120°E，包括北京、天津、河北省大部地区、山西省东部、山东、河南省北部及辽宁省、内蒙古自治区的一部分，总面积约31.8×4210km，其中60%为山区，40%为平原（图1）。流域地处温带