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         中 国 农 业 气 象 ( h e  u aoAr eo ly)
                      Ci sJ r lf g mtro  
                        n eo n   o e og     2 ),61:1 5
                                            (52()1 —1
                                             X        




     IC  R SA
     P CS E   2和 B2情景下我 国玉米产 量变化模拟 

                    熊伟  。
                        许呤隆 林而达 卢志光 
                            ,   ,
    (.
     1 中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所,
                           北京 1 01 .
                              0 6; 中国农业大学农学与生物技术学院)
                               0 2                 
   摘要 :
      利用最新的温室气体和 s
                  排放方案,
                      即政府间气候变化委员会( c排放情景特别报告(P s的 A 
                                 眦 )         s ) 2
                                              a
   和 B 方案,
     2   通过区域气候模式和区域作物模型模拟了未来28 我国玉米产量的变化。
                              0s
                               0          主要结果如下:
                                                两种温 
   室气体排放方案下,2
           A 方案对我国玉米产量造成的负面影响大于 B 方案;
                                 2  气候变化对灌溉玉米造成的负面影 
   响大于雨养玉米;
          气候变化造成玉米单产的变化表现为大多数玉米主产区减产,
                                    而非玉米主产区增产。
                                              
   关键词 :
       气候变化;
           玉米;
             模拟 


              也是重要的饲料  趋于稳定;2
  玉米是我国重要的粮食作物,            A 反映区域性合作,
                                    对新技术的适应较 
作物之一,
    在我国农业生产中占有相当大的比重。 慢, 继续增长;1
                       人口    B 方案假定生态环境得到改善,
                                            
它的种植面积和产量在主要粮食作物中位居第三 ,
                                 全球人口趋于稳定;2
                                         B 方案假定生态环境的改善具 
仅次于水稻和小麦,
        单位产量位居第一…。本研究  有区域性。从这 4
                  1             个方案中,我们选取了 A 和 B 
                                            2 2
利用最新的温室气体和 s
           th排放方案,
                 即政府间气  方案来探讨中国玉米生产的未来变化情况 ,因为这 
候变化委员会( C )
         I C 排放情景特别报告(RS 的  两个方案反映的温室气体与 s2
         P             SE )              o 的未来排放状况更 
A 和 B 方案,
 2 2    运用区域气候模式 (R C )
                   PE I 和作物  接近真实情况。
                      S             
模式 (E E-ae相 连 接 ,
    CR SM i )
          z      模拟 28s 即 27 —
                     00( 01  
                                 1 衄l ^
                                 .2 跨  ∞梗 式
                                         当 
2 0 两种 S E 温室气体排放方案下我国雨养和 
1 年)
 0     RS                   cR s ae
                             E E M i 模式  是由美国密西根外 立大学 
                                   z    6          I
灌溉玉米产量的变化趋势。与以往气候变化对农作  和佐至亚大学 Rti等人研制的。该模型以一天为 
                                    ih
                                     ce
物影响的研究L 4相比 ,
         1J
         I   本研究首次选用了区域气 
                          模拟时间单元, 植物生理学为基础,
                                   以            考虑了 c 2
                                                     0 对 
候模式。区域气候模式比以往的随机天气发生器方 
                          光合作用和水分利用率的影响,      也全面地考虑了水 
法更合理 , 5k 0m的网格为单元对全 国的 
     并以 0m×5k
                          分胁迫和氮循环的影响,    可以模拟自然条件、 田间管 
玉米生产进行了模拟,  模拟中考虑不同温室气体排 
                          理措施和遗传特性对玉米生长与产量的影响。模型 
放情景和 c 2
      o 对作物的直接肥效作用 ,
                   因此模拟结 
                          中采用“ 系数订正法”  模拟 c2
                                           0 浓度变化对玉米光合 
果相对客观 。
       
                          作用和 蒸嘴作 用的直 接影 响。与以 往的研究相 类 
l 材料 和方法 
                                 似L ]
                                  2 , c2
                                   J 两种 o 浓度(2 p
                                            71 m和 51 m 下对光合 
                                              p   6p )
                                                    p
1 区域气候模式与排擞力案 
.1
                                 作用效率的订正系数分别取 1 8 1 5
                                              . 和 . 。对蒸腾 
                                               0   0
  选用由英 国 Hd y中心开 发的 区域气 候模式 
          al
           e
                                 作用的订正系数是采用 Pma M ni 方程计算两
                                             en -ott
                                               n e h       
(R CS进行不同 c 2
P E I)     0 排放方案的模拟 。该区域 气 
                                 组完全相同的玉米群体在不同 c2
                                                0 浓度下的蒸腾量 
候模式在模式验证、
        时空分辨率、
             对地形的表述以及 
                                 之比。当 c 2
                                       0 浓度变化、
                                             其他外界条件均不变时,
                                                       该 
模式的不确定性方面有显著的改善;
               模式在 I C
                   P  
                    C
               能模拟出选定区域  方程中
S E 温室气体排放情景驱动下,
 RS                         仅有“
                              群体水汽传导力” 气孔阻力”
                                      中“    一项增 

5k 51 网格的作物模型所需的逐 日
0m× 0 n
      a                  大而发生变化,
                   气象指标。        其他各项均保持不变。本研究取玉 
  Ⅱc
   ℃ 排放情景的特别报告提出了4个新的排放  米在两种 c2
                               o 浓度水平下( 1 和 51 m 与参 
                                      7 m. 6p )
                                       2       p
方案以更新 I 2
      S 版本【。4
       9  引 个方案中考虑了与人口   比浓度下的气孔阻抗之 比为 1 . 5. 和 8.  
                                         1 7 58
                                         0/      8/
                                                  2
   未来的经济发展状况以及引用的技术有关  5.,
统计学、                   5 即上述两种 c2
                        8       0 浓度下的气孔阻抗的订正系 
的温室气体和 s2
       ‘ 的排放机制。4
        )       个情景方案分别  数为 1 8 1 8 
                            . 和 .。
                             9   5
是A ,2B 和 B 方案。 4
  l ,1 2
   A          这 个方案分别描述为:
                                 2 资料的收集和数据库的建立 
A 假定全球性合作,
 l       迅速使用高新技术,
                 全球人口              北方春玉米区、
                                         黄准平原春夏播玉米区、
                                                   西南山 

   收稿 日期:O4 2 9
        20 —0 —0 
   基金项目:十五”
        “  科技攻关项目( 0 一 A1B 0— 2 
                    2 1 B 61 一
                     0         2 0)
   作者简介 : ( 7 一 , zycnzj.com/http://www.zycnzj.com/
        熙伟 1 4 )
           9    湖北孝感人 , 博士生, 主要从事气候变化的影响评价和作物模型研究     。 
zycnzj.com/ www.zycnzj.com
 ・ 
      1  
       2・                中 国 农 业 气 象                         第 2 卷 
                                                                6


地丘陵玉米区、
      南方丘陵玉米区、
             西北内陆玉米区和  气候情景对应的年均温升高值、o 气体浓度如表 I
                                    c2         
青藏高原玉米区是我国玉米种植的 6大区‘。由于  所示 。
                   8J        
模拟工作量的原因,
        本研究在各区选择代表性品种                     表1 气候情景、
                                                 排放方案和 Ch
                                                        ( 气体浓度 
和种植制度, 5k × 0i网格为单元对各区的玉 
     以 0i 5k
        n    n
米生产进行模拟。模型模拟所需的资料有田间管理 
资料、
  土壤资料和气象资料。
            
21 田间管理资料 
 .
      包括田间管理措施(
              播种日 施肥、
                 期、 灌水、
                      播种 
密度、
  行距、
    深度)物候期观测(
       、    开花期、
               成熟期、
                  收 
   和产量构成要素。这些测定资料主要用来  3 模拟过程 
获期等)                     

确定品种遗传参数 ,
         并以此确定模拟中当前和未来              31
                                     . 

气候情景下 6个种植区各相应种植品种的播种 日                 按目前玉米种植区划选择各区有代表性的品 
期、
 品种和田间管理措施。
                                    种、 3
                                     连续 年以上的 田间试验资料 及平行气象资料 
22 土壤资料 
 .                     和土壤剖面资料。
                              采用“试错法”
                                    对各供试品种的遗 
   包括土壤的整体性质(
            土壤质地、
                分类、
                  坡度、
                    土  传参数进行调试、  
                              确定。
壤剖面层数、
     土壤的渗漏性等)
            和土壤各层的理化性  32 模型模拟结果的验证 
                        .
质(
 各层厚度、
     土壤结构、
         有机碳含量、
              铝饱和度、
                  盐                     C R S i 在站点水平上已经得到了广泛的 
                                        E E- z
                                              Ie
基交换率 、
     容重和 PH值等) J
              L。由于进行区域模拟 ,
              9                     检验和验证。在模型输入信息和田间实际信息相符 
在土壤数字化地图的基础上,
            对土壤各定量属性值  的情况下,
                           模型能对玉米的生产、
                                    发育等进行较好的 
按面积进行了加权平均,最终形成全国 5k 5k   模拟,
                  0m× 0m     模拟值与实测值的差别在误 差允许 的范围  
的土壤理化性质数据库。
                          内【 。
                           1 金之庆【等在以往的研究 中已对 C R %
                            0
                            J    2
                                 J             EL  
23 气象资料 
 .             ,
                                    Mk 在研究区域的适用性作过广泛检验,
                                     ae               并就气候 
      选择区域气候模式模拟的 16 —1 0
                   91 9 年的逐 日
                       9            因子改变对其进行过灵敏度分析。结果表明,
                                                       该模 
最高温度、  最低温度、 降水和辐射输出代表 目前气  型作为气候变化影响的评价工具是合理的。由于本 
候 , 种 SE
  两   R S温室 气体排 放方 案 (2和 B )
                      A   2 下的  研究是对玉米生产进行区域模拟,
                                              所以我们选择了 
27 — 1 年的逐 日
 01 200     最高温度、
                最低温度、
                    降水和辐  吉林省 1 1 98
                              9 —1 年县级统计产量的平均值,
                               8  9           并对 
射输出代表 28 未来气候情景输入作物模式,
      00s            三种  其进行网格化,
                               然后与相应网格上16 — 90
                                       91 19年模 




              模拟值 单位k ・ 。 
                  ( gh )
                       m                     统计伉 (d gh 一 
                                                  f ̄k.m!
                                                   -    )

                    图1 目
                        前气候情景下模拟值与实际统计值之比较 
                   zycnzj.com/http://www.zycnzj.com/
zycnzj.com/ www.zycnzj.com
第1期           熊伟等 :'CS E 2和 B 情景下我 国玉米产量变化模拟 
                  I  R SA
                   tC        2                           ‘1 ‘
                                                           3  


拟产量的平均值进行了比较 ( 1。结果表明 ,
             图 )      虽然      下雨养和灌溉玉米产量的相对变化,
                                             灌溉为自动灌 
模拟 产量比实际产量偏高 ,
             但模拟结果 仍然能基本      溉方式即当土壤有效含水量小于 6%时进行定量灌 
                                             0

上反映 出产量的地域分布特征。
                              溉,
                               每次的灌水量为 l m 雨养条件为不灌溉 ,
                                       O ;
                                        m           玉米 

33 玉米产量的模拟 
 .                            生长期所需水分来自降雨。
                                          
  将各网格当前 、
         未来两种气候情景各 3 个样本 
                   0          4 结果与讨论 
年的逐日天气要素输入 C  ̄ M i 模式,
            E   ae
                 z   运行模式        模拟 所 得 的 未 来 两 种 温 室 气 体排 放 方 案 下 
得到当前和未来两 种气候情景下 3
                0个样本年的玉       28 雨养和灌溉玉米产量与当前对应产量的相对 
                              00 
米产量 ,
    以各自的平均值为代 表计算未来气候情景       变化见图 2 
                                    。




         § 一I
          (5 - 郴 一狲 _ 吨l  _   一 _ 秘 一0 _ >0
            0     一    5一      獬     5l   5 
                                           l

          图 2 两种温室气体排放方案下 . S
                          2 我国f养和灌溉玉米的产量变化空I分布 
                           ̄0  雨            司
         aA 方案,
          )2  灌溉玉米 bA 方案,
                    )2  雨养玉米 eB 方案,
                              )2  灌溉玉米 dB 方案,
                                        )2  雨养玉米 
41 气候变化对玉米单产的影响 
 .                             玉米单产变化值分别为+1.
                                          0 %和一 .
                                           4   2 %。气候变 
                                                2
  把各网格的产量变化值平均,
              得到全国玉米单          化对雨养玉米的增产效果非常明显。大量研究表 
产变化值。由于模拟中考虑了 c 2
              o 的直接肥效作  明 川 ,
                           玉米作为 C 作物, c 2
                                4   就 o 浓度增长对光合 
用,2 B 两种排放方案下,
 A和 2        气候变化对雨养玉米  作用的直接影响而言,
                                 受益没有 C 作物大,
                                      3    但玉米 
有显著的增产作用,
        对灌溉玉米产量有不利影响。
                               和 C 作物相比,
                                 3     有较高的叶片气孔阻抗,
                                                 而且叶片 
A 排放方案下,
2      雨养和灌溉玉米单产变化值分别为           气孔阻抗随着 c 2  o 浓度的增加而线性增加。这表 
              zycnzj.com/http://www.zycnzj.com/
+ 03
 2.%和一 38 在 B 排放方案下,
      2.%; 2       雨养和灌溉  明, c2
                           在高 o 浓度条件下,
                                     玉米的水分利用效率可以 
zycnzj.com/ www.zycnzj.com
 ・    1 ・
      4                中 国 农 业 气 象                                      第2 卷 
                                                                         6


明显提高,            目前气候  作制度,
    其耐旱性也将显著增强。同时,        调整种植期和品种布局。两种不同的排放 
情景下雨养玉米的产量水平较低,
              一定量的产量增  方案下, 减产地域分布大体一致,
                          增、          但增、
                                        减幅度有 
加可以表现为较高的产量变化百分比。而对于灌溉          一



                                    定差异。总体上,2
                                           A 方案下的产量变化幅度较 B 
                                                          2
玉米来说 ,      目前气候情景下本身的  方案大。
     不存在水分胁迫,               
                    其对  42 气候变化对我国玉米总产的影响 
产量水平也较高,0 对光合作用的影响较小,
       c2                .
产量的补偿作用不足以弥补温度上升对产量的负面               20
                                     0 年我国玉米总产 1 0 万 t
                                      0        00 ,
                                                6     播种面积为 2 
                                                             5
影响,           灌溉玉米的产量  万  1。如果依然维持目前玉米播种面积、
  从而在两种气候变化情景下,           1]              品种 
都表现为减产,
      特别是 A 情景下,
           2   平均温度升高  以及农业技术条件 ,00,2 B 两种温室气体排 
                                28sA 和 2
39 时,
 .C 造成单产水平下降两成左右。
   ̄                             放方案下 ,
                                     我国灌溉玉米总产减少分别为 1.%和 
                                                   01
      在单产变化的空间分布上( 2,
                 图 )两种排放方案  76
                             .%。雨养玉米总产变化幅度较小,
                                            分别为 O1  
                                                 .%
下,
 产量变化有增有减。主要增产地区分布于长江  和07 总产减少的原因主要是产量变化的地域分 
                         .%,
        东北北部地区和华北平原北部  布造成的。两种气候情景下 ,
流域以南丘陵地区、                           我国主要玉米产区,
                                            如 
地区。目前这些地区大多不是玉米的主产区。长江  东北平原大部,
                              华北平原和四川盆地单产水平都下 
流域以南地区属于南方丘陵玉米区,
               该地区未来玉  降,
                        下降幅度在0 2%之间,
                              —5   而非玉米产区,
                                         如东北 
米产量会有所增加,
        但增加幅度不大, O 3%之  北部地区,
               在 ~0         长江中下游南部地区和华北平原北部地 
间。目前该地区种植制度主要为一年两熟或两年三  区产量增加,
                             由于这部分地区玉米种植多以中低产 
熟,
 为玉米种植的适宜地区【。
           9 但部分地区,
            I     特别是  田为主,
                          其产量的增加不能抵消高产区产量的下降,
                                             
高海拔地区,
     由于受积温的限制,
             两季粮食作物种植  从而导致全国的总产降低。
                                   
能力有限,
    即使种植了,
         由于秋季低温的影响,
                  产量  5 小结 
水平也较低。而温度的升高有助于该地区积温的增    1 o , 种温室气体排放方 案下 ,2方 案对 
                           ) ̄ 两
                           2                A
加,
 从而使该地区两季粮食作物种植成为可能,   我国玉米产量的负面影响要大于 B 方案,
                     同                  2    气候变化 
时,
 根据 P EI模拟结果,
    RC S    未来我国这部分地区气  对雨养玉米有显著的增产作用, 对灌溉玉米产量有 
温升高较北部地区少,
         但降水增加较多,所以未来气  不利影响。 
候情景下这部分地区玉米产量有可能增加;而东北    2气候变化造成我国玉米单产变化,
                           )             减产区域 
北部地区属于玉米种植次适宜区  由于温度较低,
              8,                主要集中在东北中部和南部、
                                            四川盆地、
                                                华北平原东 
目前产量水平较低,一般不作为玉米主产区。气候  部和中部以及江淮地区等玉米主产区,增产区域主 
变化下,东北地区平均气温特别是冬春季气温升高, 要集中在长江流域以南丘陵地区、
                                       东北北部和华北 
玉米种植界线北移 ,东北北部地区将适宜于玉米的  平原北部 。
                               
种植,从而使该地区玉米产量增加。华北地区、特别 
                         参考文献 :
                               
是华北北部地区目 前玉米种植的主要限制因素是水 
分不足, 于高 c 2
   由    0 浓度可以有效地缓解玉米的水  []
                          1林而达,
                              张厚宣,王京华.
                                     全球气候变化对中国农业影响 
分胁迫,
   所以该地区在未来气候条件下的玉米产量  的模拟[ ]北京:
                             M.  中国农业出版社, 9: — 8
                                        1 7 2 7.
                                         9 6     
也会有所增加。减产地区主要集中在东北中部和南  []
                         2金之庆,
                             葛道阔,
                                郑喜莲, 评价全球气候变化对我国
                                   等.            
 四川盆地中部以及华北平原东部和江淮地区等  玉米生产的可能影响[]
部、                               J.
                                  作物学报, 9 , )53 54
                                      1 6( :1—2 .
                                       9 5         

玉米主产区,       大多处于我国玉米  []
     就这部分地区来看,          3气候变化与作物产量编写组.
                                     气候变化与作物产量[ ]
                                              M.  

               产量水平较高。 北京:
种植的最适宜气候区[和主要产区,
         。]              中国农业科技出版社, 9: 1 9 .
                                  1 2J —1  
                                   9 6   0

在气候变化情景下,          耕作  []
        如果依然维持目前的品种、   4尚宗波.
                           全球气候变化对沈阳地区春玉米生长的可能影 
                                响[]
                                  J.
                                   植物学报, O, ) 0 —0 .
                                       2 O( : 0 35
                                        0 33        
方式和种植制度,
       未来该地区的玉米产量将会下降,
                      
                                【 IC  pz l eo  E iiJ sea0.A aal m 
                                5  C S ̄l  pr m  ms ̄s ofrs vibe
                                 JP     aR t      s   li     l  
主要原因是:
     平均温度的升高缩短玉米的整个生育 
                                ht:/ w . d .o cmae i c  ̄a s n
                                 t / w w  a n/ l t p / lsi /
                                  p            i / c    i o   .  




期,
 降低产量;
     温度升高,
         特别是灌浆期温度升高,
                   超 
                                []0 I ,o  ,ho  Es) SA  r n  o 
                                6G出 YTGr U S r B(d. DSTvs   V1
                                        o   an         ei 3 .
                                                         o
出了玉米灌浆期的适宜温度( — 4 )
            2 2 ̄ 范围,
             2   C  导致 
                                u 2 MJ n mao ̄ B 删 I Se e o   r g th 
                                I [ .1e tn   ∞d 日k isN t r f  re —
                                 m     t i d        t   w k o A oc
酶的活性下降,
      产量下降 ;
           同时,
             气候变化后,
                  夜晚最           n l yT锄 妇 , nv ri  f w i, o o l , w  ̄ 17 0 .
                                 oo   l
                                   g      U ies y0 Ha a H n l u Ha a 9 —2 1 
                                                t      i     u      。



低温度上升,
     呼吸作用增强,玉米产量明显下降。所  []        7金之庆, 葛道阔, 石春林, 东北平原适应全球气候变 
                                                等.
              zycnzj.com/http://www.zycnzj.com/
以对于该地区来说 ,
         主要应根据气候变化来调整耕  化的若干粮食生产对策的模拟研究[]作物学报,0 ,    J.    20  
                                                            2
zycnzj.com/ www.zycnzj.com
     第1期               熊伟等: C   F 2 B 情景下我国玉米产量变化模拟 
                          I CS _ A 和 2
                           P RS                                               ・1 ‘
                                                                               5 


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                                              1 J s   ,hnnPK 1e tt  
                                               0 ̄       ro         p eil           c a 
                                                                                   lt
                                                                                    ie
                                                                                    m
     【]
     8国家地图集编纂委员会.
                中华人民共和国国家农业地图                 c    ∞ m i  rd co nArc n   an A r a   0 5
                                                      az po utn i  fi adL t   mei ni 2 5 
                                                        e     i      a    i     c n

     集[ ]北京:
      M.   中国地图地出版社, 8: — 01 一 O.
                   1 93 4 , 0 l1
                    9 8    0                  [ . l aEvo ea
                                              J G b nr mn l
                                               ] o l in t           , O,1)5 一9
                                                                    2 3( : 5.
                                                                     O  3 l  
I    []
     9全国土壤普查办公室.
               中国土种志.I 6 [ .
                    ( 一 卷)M]北                  []
                                               1 中国农业年鉴编辑委员会.
                                                1           中国农业年鉴 20【 ]北 
                                                                    01M .

     京:
      中国农业出版社, 9 .
             15
              9                               京:
                                               中国农业出版社, 0: — 3
                                                      2 15 5.
                                                       0 2     




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     rd d aehno radmi ; edit c ̄s ol i ueyl dc a    tl aep l
     a e  i a niit  aet  ia   ewu  dc id er s imt  i 1 1
      i m zt    rg e z h l e h
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       ywo d : l ec姗 e Ma e S
                ma        z mua oin




                                科技论文摘要的撰写 
        为了解决读者精力有限而科技信息激增的矛盾,
                            学术性期刊的科技论文都要求撰写摘要。
                                              
     摘要应以浓缩的形式概括论文的内容、
                     方法、
                       取得的成果和结论,
                               应能反映整个文章的精华。
                                           
     摘要的形式可分为以下 3 报道性摘要、
                 种:    指示性摘要和报道指示性摘要。一般科技论文都应 
     尽量写成报道性摘要,
              以不超过4O
                  O 字为宜。其要素主要包括:
                               ①研究目的,
                                    准确描述该研究 
     的目的,
        说明提出问题的缘由,
                 表明研究的范围和重要性;
                            ②研究方法,
                                 简要说明研究课题的基 
     本设计,
        数据获取以及统计分析方法等;
                     ③结果,
                        简要列出该研究的主要结果,
                                    要具体、
                                       准确并 
     给出结果的置信度及显著性检验结果;
                     ④结论,
                        简要地说明论证取得的正确观点、
                                      理论价值或 
     应用价值,
         是否还有与此有关的其它问题有待进一步研究,
                             是否可推广应用等。
                                      
        撰写摘要时应注意以下几点:1用精炼、
                     ()  概括的语言来表达,
                                 每项内容不宜展开论证或说 
     明; )
      ( 要客观陈述,
       2     不宜加主观评价;3成果和结论性字句是摘要的重点,
                     ()             要论述清楚,
                                         以加 
     深读者的印象;4 应具有独立性和自明性,
            ()          摘要不是论文篇名、
                                引言或正文结论中语句的简 
     单重复; )
        ( 用第三人称,
         5     尽量避免使用 “
                      我们”“
                         、作者”“
                             、本文”
                                等作主语。总之摘要既要写 
     得简短扼要,
          又要生动,
              以唤起读者阅读全文的兴趣。
                           
         以后本刊将不定期登载有关科技论文写作的知识,
                              敬请关注。
                                   
                                                                《中国农业气象》
                                                                       编辑部整理 

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Ipcc sres a2和b2情景下我国玉米产量变化模拟

  • 1. zycnzj.com/ www.zycnzj.com 中 国 农 业 气 象 ( h e  u aoAr eo ly) Ci sJ r lf g mtro   n eo n   o e og 2 ),61:1 5 (52()1 —1 X   IC  R SA P CS E   2和 B2情景下我 国玉米产 量变化模拟  熊伟  。 许呤隆 林而达 卢志光  , , (. 1 中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所, 北京 1 01 . 0 6; 中国农业大学农学与生物技术学院) 0 2   摘要 : 利用最新的温室气体和 s  排放方案, 即政府间气候变化委员会( c排放情景特别报告(P s的 A  眦 ) s ) 2 a 和 B 方案, 2 通过区域气候模式和区域作物模型模拟了未来28 我国玉米产量的变化。 0s 0 主要结果如下: 两种温  室气体排放方案下,2 A 方案对我国玉米产量造成的负面影响大于 B 方案; 2 气候变化对灌溉玉米造成的负面影  响大于雨养玉米; 气候变化造成玉米单产的变化表现为大多数玉米主产区减产, 而非玉米主产区增产。   关键词 : 气候变化; 玉米; 模拟  也是重要的饲料  趋于稳定;2 玉米是我国重要的粮食作物, A 反映区域性合作, 对新技术的适应较  作物之一, 在我国农业生产中占有相当大的比重。 慢, 继续增长;1   人口 B 方案假定生态环境得到改善,   它的种植面积和产量在主要粮食作物中位居第三 ,   全球人口趋于稳定;2 B 方案假定生态环境的改善具  仅次于水稻和小麦, 单位产量位居第一…。本研究  有区域性。从这 4 1 个方案中,我们选取了 A 和 B  2 2 利用最新的温室气体和 s th排放方案, 即政府间气  方案来探讨中国玉米生产的未来变化情况 ,因为这  候变化委员会( C ) I C 排放情景特别报告(RS 的  两个方案反映的温室气体与 s2 P SE ) o 的未来排放状况更  A 和 B 方案, 2 2 运用区域气候模式 (R C ) PE I 和作物  接近真实情况。 S   模式 (E E-ae相 连 接 , CR SM i ) z 模拟 28s 即 27 — 00( 01   1 衄l ^ .2 跨  ∞梗 式 当  2 0 两种 S E 温室气体排放方案下我国雨养和  1 年) 0 RS cR s ae E E M i 模式  是由美国密西根外 立大学  z 6 I 灌溉玉米产量的变化趋势。与以往气候变化对农作  和佐至亚大学 Rti等人研制的。该模型以一天为  ih ce 物影响的研究L 4相比 , 1J I 本研究首次选用了区域气  模拟时间单元, 植物生理学为基础, 以 考虑了 c 2 0 对  候模式。区域气候模式比以往的随机天气发生器方  光合作用和水分利用率的影响, 也全面地考虑了水  法更合理 , 5k 0m的网格为单元对全 国的  并以 0m×5k 分胁迫和氮循环的影响, 可以模拟自然条件、 田间管  玉米生产进行了模拟, 模拟中考虑不同温室气体排  理措施和遗传特性对玉米生长与产量的影响。模型  放情景和 c 2 o 对作物的直接肥效作用 , 因此模拟结  中采用“ 系数订正法” 模拟 c2 0 浓度变化对玉米光合  果相对客观 。   作用和 蒸嘴作 用的直 接影 响。与以 往的研究相 类  l 材料 和方法  似L ] 2 , c2 J 两种 o 浓度(2 p 71 m和 51 m 下对光合  p 6p ) p 1 区域气候模式与排擞力案  .1 作用效率的订正系数分别取 1 8 1 5 . 和 . 。对蒸腾  0 0 选用由英 国 Hd y中心开 发的 区域气 候模式  al e 作用的订正系数是采用 Pma M ni 方程计算两 en -ott n e h   (R CS进行不同 c 2 P E I) 0 排放方案的模拟 。该区域 气  组完全相同的玉米群体在不同 c2 0 浓度下的蒸腾量  候模式在模式验证、 时空分辨率、 对地形的表述以及  之比。当 c 2 0 浓度变化、 其他外界条件均不变时, 该  模式的不确定性方面有显著的改善; 模式在 I C P   C 能模拟出选定区域  方程中 S E 温室气体排放情景驱动下, RS 仅有“ 群体水汽传导力” 气孔阻力” 中“ 一项增  5k 51 网格的作物模型所需的逐 日 0m× 0 n a   大而发生变化, 气象指标。 其他各项均保持不变。本研究取玉  Ⅱc ℃ 排放情景的特别报告提出了4个新的排放  米在两种 c2 o 浓度水平下( 1 和 51 m 与参  7 m. 6p ) 2 p 方案以更新 I 2 S 版本【。4 9 引 个方案中考虑了与人口   比浓度下的气孔阻抗之 比为 1 . 5. 和 8.   1 7 58 0/ 8/ 2 未来的经济发展状况以及引用的技术有关  5., 统计学、 5 即上述两种 c2 8 0 浓度下的气孔阻抗的订正系  的温室气体和 s2 ‘ 的排放机制。4 ) 个情景方案分别  数为 1 8 1 8  . 和 .。 9 5 是A ,2B 和 B 方案。 4 l ,1 2 A 这 个方案分别描述为:   2 资料的收集和数据库的建立  A 假定全球性合作, l 迅速使用高新技术, 全球人口  北方春玉米区、 黄准平原春夏播玉米区、 西南山  收稿 日期:O4 2 9 20 —0 —0  基金项目:十五” “ 科技攻关项目( 0 一 A1B 0— 2  2 1 B 61 一 0 2 0) 作者简介 : ( 7 一 , zycnzj.com/http://www.zycnzj.com/ 熙伟 1 4 ) 9 湖北孝感人 , 博士生, 主要从事气候变化的影响评价和作物模型研究 。 
  • 2. zycnzj.com/ www.zycnzj.com ・  1   2・ 中 国 农 业 气 象  第 2 卷  6 地丘陵玉米区、 南方丘陵玉米区、 西北内陆玉米区和  气候情景对应的年均温升高值、o 气体浓度如表 I c2   青藏高原玉米区是我国玉米种植的 6大区‘。由于  所示 。 8J   模拟工作量的原因, 本研究在各区选择代表性品种  表1 气候情景、 排放方案和 Ch ( 气体浓度  和种植制度, 5k × 0i网格为单元对各区的玉  以 0i 5k n n 米生产进行模拟。模型模拟所需的资料有田间管理  资料、 土壤资料和气象资料。   21 田间管理资料  . 包括田间管理措施( 播种日 施肥、 期、 灌水、 播种  密度、 行距、 深度)物候期观测( 、 开花期、 成熟期、 收  和产量构成要素。这些测定资料主要用来  3 模拟过程  获期等)   确定品种遗传参数 , 并以此确定模拟中当前和未来  31 .  气候情景下 6个种植区各相应种植品种的播种 日  按目前玉米种植区划选择各区有代表性的品  期、 品种和田间管理措施。   种、 3 连续 年以上的 田间试验资料 及平行气象资料  22 土壤资料  . 和土壤剖面资料。 采用“试错法” 对各供试品种的遗  包括土壤的整体性质( 土壤质地、 分类、 坡度、 土  传参数进行调试、   确定。 壤剖面层数、 土壤的渗漏性等) 和土壤各层的理化性  32 模型模拟结果的验证  . 质( 各层厚度、 土壤结构、 有机碳含量、 铝饱和度、 盐  C R S i 在站点水平上已经得到了广泛的  E E- z  Ie 基交换率 、 容重和 PH值等) J L。由于进行区域模拟 , 9   检验和验证。在模型输入信息和田间实际信息相符  在土壤数字化地图的基础上, 对土壤各定量属性值  的情况下, 模型能对玉米的生产、 发育等进行较好的  按面积进行了加权平均,最终形成全国 5k 5k   模拟, 0m× 0m 模拟值与实测值的差别在误 差允许 的范围   的土壤理化性质数据库。   内【 。 1 金之庆【等在以往的研究 中已对 C R % 0 J 2 J EL   23 气象资料  . ,   Mk 在研究区域的适用性作过广泛检验, ae 并就气候  选择区域气候模式模拟的 16 —1 0 91 9 年的逐 日 9   因子改变对其进行过灵敏度分析。结果表明, 该模  最高温度、 最低温度、 降水和辐射输出代表 目前气  型作为气候变化影响的评价工具是合理的。由于本  候 , 种 SE 两 R S温室 气体排 放方 案 (2和 B ) A 2 下的  研究是对玉米生产进行区域模拟, 所以我们选择了  27 — 1 年的逐 日 01 200 最高温度、 最低温度、 降水和辐  吉林省 1 1 98 9 —1 年县级统计产量的平均值, 8 9 并对  射输出代表 28 未来气候情景输入作物模式, 00s 三种  其进行网格化, 然后与相应网格上16 — 90 91 19年模  模拟值 单位k ・ 。  ( gh ) m 统计伉 (d gh 一  f ̄k.m! - ) 图1 目   前气候情景下模拟值与实际统计值之比较  zycnzj.com/http://www.zycnzj.com/
  • 3. zycnzj.com/ www.zycnzj.com 第1期  熊伟等 :'CS E 2和 B 情景下我 国玉米产量变化模拟  I  R SA tC 2 ‘1 ‘ 3   拟产量的平均值进行了比较 ( 1。结果表明 , 图 ) 虽然  下雨养和灌溉玉米产量的相对变化, 灌溉为自动灌  模拟 产量比实际产量偏高 , 但模拟结果 仍然能基本  溉方式即当土壤有效含水量小于 6%时进行定量灌  0 上反映 出产量的地域分布特征。   溉, 每次的灌水量为 l m 雨养条件为不灌溉 , O ; m 玉米  33 玉米产量的模拟  . 生长期所需水分来自降雨。   将各网格当前 、 未来两种气候情景各 3 个样本  0 4 结果与讨论  年的逐日天气要素输入 C  ̄ M i 模式, E ae z 运行模式  模拟 所 得 的 未 来 两 种 温 室 气 体排 放 方 案 下  得到当前和未来两 种气候情景下 3 0个样本年的玉  28 雨养和灌溉玉米产量与当前对应产量的相对  00  米产量 , 以各自的平均值为代 表计算未来气候情景  变化见图 2  。 § 一I (5 - 郴 一狲 _ 吨l  _   一 _ 秘 一0 _ >0 0 一 5一 獬 5l 5  l 图 2 两种温室气体排放方案下 . S 2 我国f养和灌溉玉米的产量变化空I分布   ̄0 雨 司 aA 方案, )2 灌溉玉米 bA 方案, )2 雨养玉米 eB 方案, )2 灌溉玉米 dB 方案, )2 雨养玉米  41 气候变化对玉米单产的影响  . 玉米单产变化值分别为+1. 0 %和一 . 4 2 %。气候变  2 把各网格的产量变化值平均, 得到全国玉米单 化对雨养玉米的增产效果非常明显。大量研究表  产变化值。由于模拟中考虑了 c 2 o 的直接肥效作  明 川 ,   玉米作为 C 作物, c 2 4 就 o 浓度增长对光合  用,2 B 两种排放方案下, A和 2 气候变化对雨养玉米  作用的直接影响而言, 受益没有 C 作物大, 3 但玉米  有显著的增产作用, 对灌溉玉米产量有不利影响。   和 C 作物相比, 3 有较高的叶片气孔阻抗, 而且叶片  A 排放方案下, 2 雨养和灌溉玉米单产变化值分别为 气孔阻抗随着 c 2 o 浓度的增加而线性增加。这表  zycnzj.com/http://www.zycnzj.com/ + 03 2.%和一 38 在 B 排放方案下, 2.%; 2 雨养和灌溉  明, c2 在高 o 浓度条件下, 玉米的水分利用效率可以 
  • 4. zycnzj.com/ www.zycnzj.com ・  1 ・ 4   中 国 农 业 气 象  第2 卷  6 明显提高, 目前气候  作制度, 其耐旱性也将显著增强。同时, 调整种植期和品种布局。两种不同的排放  情景下雨养玉米的产量水平较低, 一定量的产量增  方案下, 减产地域分布大体一致, 增、 但增、 减幅度有  加可以表现为较高的产量变化百分比。而对于灌溉  一 定差异。总体上,2 A 方案下的产量变化幅度较 B  2 玉米来说 , 目前气候情景下本身的  方案大。 不存在水分胁迫,   其对  42 气候变化对我国玉米总产的影响  产量水平也较高,0 对光合作用的影响较小, c2 . 产量的补偿作用不足以弥补温度上升对产量的负面  20 0 年我国玉米总产 1 0 万 t 0 00 , 6 播种面积为 2  5 影响, 灌溉玉米的产量  万  1。如果依然维持目前玉米播种面积、 从而在两种气候变化情景下, 1] 品种  都表现为减产, 特别是 A 情景下, 2 平均温度升高  以及农业技术条件 ,00,2 B 两种温室气体排  28sA 和 2 39 时, .C 造成单产水平下降两成左右。  ̄   放方案下 , 我国灌溉玉米总产减少分别为 1.%和  01 在单产变化的空间分布上( 2, 图 )两种排放方案  76 .%。雨养玉米总产变化幅度较小, 分别为 O1   .% 下, 产量变化有增有减。主要增产地区分布于长江  和07 总产减少的原因主要是产量变化的地域分  .%, 东北北部地区和华北平原北部  布造成的。两种气候情景下 , 流域以南丘陵地区、 我国主要玉米产区, 如  地区。目前这些地区大多不是玉米的主产区。长江  东北平原大部, 华北平原和四川盆地单产水平都下  流域以南地区属于南方丘陵玉米区, 该地区未来玉  降, 下降幅度在0 2%之间, —5 而非玉米产区, 如东北  米产量会有所增加, 但增加幅度不大, O 3%之  北部地区, 在 ~0 长江中下游南部地区和华北平原北部地  间。目前该地区种植制度主要为一年两熟或两年三  区产量增加, 由于这部分地区玉米种植多以中低产  熟, 为玉米种植的适宜地区【。 9 但部分地区, I 特别是  田为主, 其产量的增加不能抵消高产区产量的下降,   高海拔地区, 由于受积温的限制, 两季粮食作物种植  从而导致全国的总产降低。   能力有限, 即使种植了, 由于秋季低温的影响, 产量  5 小结  水平也较低。而温度的升高有助于该地区积温的增  1 o , 种温室气体排放方 案下 ,2方 案对  ) ̄ 两 2 A 加, 从而使该地区两季粮食作物种植成为可能,   我国玉米产量的负面影响要大于 B 方案, 同 2 气候变化  时, 根据 P EI模拟结果, RC S 未来我国这部分地区气  对雨养玉米有显著的增产作用, 对灌溉玉米产量有  温升高较北部地区少, 但降水增加较多,所以未来气  不利影响。  候情景下这部分地区玉米产量有可能增加;而东北  2气候变化造成我国玉米单产变化, ) 减产区域  北部地区属于玉米种植次适宜区  由于温度较低, 8,   主要集中在东北中部和南部、 四川盆地、 华北平原东  目前产量水平较低,一般不作为玉米主产区。气候  部和中部以及江淮地区等玉米主产区,增产区域主  变化下,东北地区平均气温特别是冬春季气温升高, 要集中在长江流域以南丘陵地区、   东北北部和华北  玉米种植界线北移 ,东北北部地区将适宜于玉米的  平原北部 。   种植,从而使该地区玉米产量增加。华北地区、特别  参考文献 :   是华北北部地区目 前玉米种植的主要限制因素是水  分不足, 于高 c 2 由 0 浓度可以有效地缓解玉米的水  [] 1林而达, 张厚宣,王京华. 全球气候变化对中国农业影响  分胁迫, 所以该地区在未来气候条件下的玉米产量  的模拟[ ]北京: M. 中国农业出版社, 9: — 8 1 7 2 7. 9 6   也会有所增加。减产地区主要集中在东北中部和南  [] 2金之庆, 葛道阔, 郑喜莲, 评价全球气候变化对我国 等.   四川盆地中部以及华北平原东部和江淮地区等  玉米生产的可能影响[] 部、 J. 作物学报, 9 , )53 54 1 6( :1—2 . 9 5   玉米主产区, 大多处于我国玉米  [] 就这部分地区来看, 3气候变化与作物产量编写组. 气候变化与作物产量[ ] M.   产量水平较高。 北京: 种植的最适宜气候区[和主要产区, 。]   中国农业科技出版社, 9: 1 9 . 1 2J —1   9 6 0 在气候变化情景下, 耕作  [] 如果依然维持目前的品种、 4尚宗波. 全球气候变化对沈阳地区春玉米生长的可能影  响[] J. 植物学报, O, ) 0 —0 . 2 O( : 0 35 0 33   方式和种植制度, 未来该地区的玉米产量将会下降,   【 IC  pz l eo  E iiJ sea0.A aal m  5  C S ̄l  pr m  ms ̄s ofrs vibe JP aR t s   li l   主要原因是: 平均温度的升高缩短玉米的整个生育  ht:/ w . d .o cmae i c  ̄a s n t / w w  a n/ l t p / lsi / p i / c i o .   期, 降低产量; 温度升高, 特别是灌浆期温度升高, 超  []0 I ,o  ,ho  Es) SA  r n  o  6G出 YTGr U S r B(d. DSTvs   V1 o an ei 3 . o 出了玉米灌浆期的适宜温度( — 4 ) 2 2 ̄ 范围, 2 C 导致  u 2 MJ n mao ̄ B 删 I Se e o   r g th  I [ .1e tn   ∞d 日k isN t r f  re — m  t i d  t w k o A oc 酶的活性下降, 产量下降 ; 同时, 气候变化后, 夜晚最  n l yT锄 妇 , nv ri  f w i, o o l , w  ̄ 17 0 . oo   l g U ies y0 Ha a H n l u Ha a 9 —2 1  t i u 。 低温度上升, 呼吸作用增强,玉米产量明显下降。所  [] 7金之庆, 葛道阔, 石春林, 东北平原适应全球气候变  等. zycnzj.com/http://www.zycnzj.com/ 以对于该地区来说 , 主要应根据气候变化来调整耕  化的若干粮食生产对策的模拟研究[]作物学报,0 , J. 20   2
  • 5. zycnzj.com/ www.zycnzj.com 第1期  熊伟等: C   F 2 B 情景下我国玉米产量变化模拟  I CS _ A 和 2 P RS ・1 ‘ 5  ()2 —3 . 1:4 1   【 ] e PG To t    . h ona 1 J s   ,hnnPK 1e tt   0 ̄   ro p eil c a  lt ie m 【] 8国家地图集编纂委员会. 中华人民共和国国家农业地图  c  ∞ m i  rd co nArc n   an A r a   0 5 az po utn i  fi adL t   mei ni 2 5  e i a i c n 集[ ]北京: M. 中国地图地出版社, 8: — 01 一 O. 1 93 4 , 0 l1 9 8 0   [ . l aEvo ea J G b nr mn l ] o l in t  , O,1)5 一9 2 3( : 5. O 3 l   I  [] 9全国土壤普查办公室. 中国土种志.I 6 [ . ( 一 卷)M]北  [] 1 中国农业年鉴编辑委员会. 1 中国农业年鉴 20【 ]北  01M . 京: 中国农业出版社, 9 . 15 9   京: 中国农业出版社, 0: — 3 2 15 5. 0 2   Re in lSmuain o   ieYi d Un e  go a  i lt  fMaz  e   d r o l I CC  RESA2 a d B   c n ro  P S    n   2 S e a is XO G W i ,UY -nI I  - I UZ i ̄   IN   e,X  m l g, NE d ,   -  一 o L r a L hg (.nt t A w Ev am nmd utnb  e l m n, fe  cdm   A |l lc ne 1 Iste g - ni net lSs i l Dv o etO ns Aae y  alr  i c, i   u r     aa e ep i e h aS e   Bi g108  fa2 Glg  A 0 adBo en oyCJ ̄ A 】 e n ei ) ei   01O n ;. oee j 0 n i l  ∞ r n iehd g,h 呵 t n  a r U i rt ・   v sy   , 功d :    e   enw s e si   e ai  fh  l r n  rehuegssie I roe sI Wea dt  e et mi o s nr s t s f   dgenos ae ,. . me vmme a ae nC ・ h   sn c o 0 e uu a g m l nl  h  P o m t cl   ( c S。i eo   m ̄o  eao (R S 2ad1   eao,o b i  i  eR M ( ・ a  In wc ) pc l pro K ii S nr S E )A  n 2s nr cm i n w ht  C R   e a aR tn .n c i s s 3 c is ng t h e o aCm tM d1mdln E E-ae oeti eitt  ll  mi e n 00(01 20) Te n o ] l a oe oeadC RSMi mdlon sg eh cag o aeidi28s27 — 10. h  i e )   z v ta e lIef z yl r l s w Te RSA eaos 眦 n t tm i e t n 2黜 p i e f tu tcltc Ie     e t h :h S F 2 cn iiⅡ  ̄ i o ae idh B,  ̄s o     _ s r ve zy l a ot   e deolle ll iO sve c i   l  lg s n ia a rd d aehno radmi ; edit c ̄s ol i ueyl dc a    tl aep l a e  i a niit  aet  ia   ewu  dc id er s imt  i 1 1 i m zt rg e z h l e h l dn e   e e n l m z   g醐 wi  t he l br n c a    hr r . I西 gnr s i o e a a  iI i e en t  e Ke   r s C i t } g ; i ; i lt   ywo d : l ec姗 e Ma e S ma z mua oin 科技论文摘要的撰写  为了解决读者精力有限而科技信息激增的矛盾, 学术性期刊的科技论文都要求撰写摘要。   摘要应以浓缩的形式概括论文的内容、 方法、 取得的成果和结论, 应能反映整个文章的精华。   摘要的形式可分为以下 3 报道性摘要、 种: 指示性摘要和报道指示性摘要。一般科技论文都应  尽量写成报道性摘要, 以不超过4O O 字为宜。其要素主要包括: ①研究目的, 准确描述该研究  的目的, 说明提出问题的缘由, 表明研究的范围和重要性; ②研究方法, 简要说明研究课题的基  本设计, 数据获取以及统计分析方法等; ③结果, 简要列出该研究的主要结果, 要具体、 准确并  给出结果的置信度及显著性检验结果; ④结论, 简要地说明论证取得的正确观点、 理论价值或  应用价值, 是否还有与此有关的其它问题有待进一步研究, 是否可推广应用等。   撰写摘要时应注意以下几点:1用精炼、 () 概括的语言来表达, 每项内容不宜展开论证或说  明; ) ( 要客观陈述, 2 不宜加主观评价;3成果和结论性字句是摘要的重点, () 要论述清楚, 以加  深读者的印象;4 应具有独立性和自明性, () 摘要不是论文篇名、 引言或正文结论中语句的简  单重复; ) ( 用第三人称, 5 尽量避免使用 “ 我们”“ 、作者”“ 、本文” 等作主语。总之摘要既要写  得简短扼要, 又要生动, 以唤起读者阅读全文的兴趣。   以后本刊将不定期登载有关科技论文写作的知识, 敬请关注。   《中国农业气象》 编辑部整理  zycnzj.com/http://www.zycnzj.com/