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《西北农林科技大学》 2011年
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黄土高原气候变化与作物生产系统响应模拟研究

王学春  
【摘要】:本文在校验EPIC模型和RegCM3模型基础上,结合模拟结果和观测结果,分析和讨论了黄土高原气候变化及其对主要粮油作物的可能影响,提出了适应气候变化的农作措施,为该地区粮食生产的可持续发展提供了理论依据。 1、EPIC模型验证结果表明,1)EPIC模型能够较好模拟黄土高原地区冬小麦田、春玉米田和草粮轮作田土壤湿度在不同年份、不同月份和不同土层间变化规律。与0~0.5 m土层相比,模型对0.5~2.0 m土层土壤湿度模拟精度较高。与极端降水年份相比,模型在湿润年份、干旱年份和正常年份对土壤湿度模拟精度较高。2)EPIC模型模拟值较好反映了苜蓿田、冬小麦田和粮豆轮作田耕层土壤有机碳在不同年份间的差异,其模拟值和观测值间相关系数平均值分别为0.90、0.82和0.86。灌溉冬小麦/夏玉米田土体NO3-N浓度模拟值与观测值间为显著相关,不同土体NO3-N浓度模拟值和观测值变化趋势基本一致,其相对均方根差平均值为7.5%。3)EPIC模型能够较好模拟连作冬小麦、连作春玉米和草粮轮作系统中作物产量及其在不同年份的变异,其模拟值和观测值间均方根差分别为0.291, 0.286和0.241 t/hm~2。 2、RegCM3模型验证结果表明,1)RegCM3能够较好模拟黄土高原地区降水和气温年际间变化规律,其模拟值和观测值间相对均方根差平均值分别为3.0%和2.0%。2)与观测降水量相比,模拟降水量在春季、夏季、秋季和冬季均略有偏高;与观测气温相比,模拟气温在春季和冬季略有偏高,在夏季略有偏低。3)RegCM3能够较好模拟黄土高原逐日降水事件分布规律。与低于5.0 mm降水事件相比,模型对超过5.0 mm降水事件模拟较为准确。 3、黄土高原气候变化模拟结果表明:2021-2030年间,西北地区主要表现为降水减少和气温升高,东南地区主要表现为降水增加和气温降低;2041-2050年间西北地区主要表现为降水减少和气温升高,东南地区主要表现为降水增加和气温升高。 4、在黄土高原干旱、半干旱地区,与1961-2000年间相比,2001-2050年间冬小麦、春小麦和胡麻产量呈现降低趋势,玉米、马铃薯、谷子和糜子产量呈现增加趋势;冬小麦田、春小麦田和胡麻田0~10.0 m土层土壤有效含水量呈现降低趋势,玉米田、马铃薯田、谷子田和糜子田呈现增加趋势;冬小麦田和玉米田0~0.5 m土层土壤有机碳含量略微降低,春小麦田、马铃薯田、谷子田和糜子田呈现增加趋势,胡麻田变化不显著。今后粮食生产可以考虑适当扩大马铃薯和谷子种植面积,压缩冬小麦种植面积。 5、在黄土高原半湿润地区,与1961-2000年相比,2001-2050年间冬小麦、玉米和油菜产量呈现增加趋势,春小麦产量显著降低;冬小麦田和油菜田0~10.0 m土层土壤有效含水量呈现降低趋势,玉米田和春小麦田呈现增加趋势;冬小麦田、玉米田、油菜田和春小麦田0~0.5 m土层土壤有机碳含量均显著降低。今后粮食生产可以考虑适当压缩春小麦和油菜播种面积,逐步扩大玉米播种面积。 6、黄土高原地区苜蓿草地土壤干燥化进程和轮作粮田土壤湿度恢复进程均呈现为前期快后期慢,8.0 m以下深层土壤湿度恢复困难,应避免8.0~10.0 m土层土壤湿度等级低于C。从土壤水分可持续利用角度考虑,半干旱区和半干旱偏旱区苜蓿草地利用和适宜翻耕年限为6~8 a和4~6 a,粮食作物适宜种植年限分别为16~20 a和32~33 a。 7、从土壤水分可持续利用和经济效益角度分析,在马铃薯价格较高时,榆林地区可选择“谷子-马铃薯”或“玉米-马铃薯-谷子-马铃薯”轮作模式;在马铃薯价格较低时,可选择“玉米-谷子-马铃薯”或“玉米-谷子-玉米-马铃薯”轮作模式。
【学位授予单位】:西北农林科技大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:S162

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