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气候变化背景下半干旱区春小麦生产的脆弱性与风险评估

董智强  
【摘要】:以温度显著升高、降水量分布不均为主要特征的全球气候变化,已经成为半干旱区旱地农业可持续发展的重要限制因子。内蒙古自治区是我国半干旱区面积比例最大,气候特点与旱地农业生产最具代表性的地区,春小麦是这一地区最主要的粮食作物之一。近年来,伴随气候变化负面影响的加剧,春小麦生产正遭受严重的威胁。为此,论文在明确这一地区气候变化特征的基础上,探索建立了一套脆弱性与风险评估方法,依据该方法对内蒙古地区春小麦受气候变化的影响进行了定量化评估,并提出适应对策。主要研究结果如下:(1)脆弱性与风险评估方法的探索。脆弱性与风险评估,主要由脆弱性评估、影响阈值评价及风险评价三个核心部分组成。通过基准期与研究期的确定,突出气候变化的影响;通过选择产量作为最主要的评价指标,反映农田生态系统不同的功能状态;运用Logistic函数将作物气候产量进行分离,建立气候产量与各气候要素,趋势产量与各适应要素的回归方程,量化表达敏感产量与适应产量,进行脆弱性评估。基于气候产量、趋势产量与不同要素间的回归方程,通过数学解析得到最适阈值与限制阈值,并比较研究期要素平均值与影响阈值间的差异,进行影响阈值评价。运用多年作物单产距平百分率,将农业生产的损失量进行量化表达,通过气候变化影响累积频率(CCEAF)的概念,计算不同农业生产损失程度发生的概率,从而进行风险评价。(2)内蒙古地区气候资源时空分布与变化特征。1961-2012年内蒙古地区春小麦生育期平均温度为16.5℃,降水量为224mm,其中,东北部地区低温多雨,东部地区高温多雨,西南部地区高温少雨;近52年来春小麦生育期平均温度升高明显,平均升温幅度为0.3℃C/10a,降水量表现为波动降低趋势,平均降幅为4.3mm/10a,当地暖干化趋势明显。(3)内蒙古地区春小麦生产的脆弱性评估。研究期(1996-2012年)内蒙古地区东部、中部及西南部地区春小麦脆弱性均较大,而东北部地区则相对较小。假定适应能力不变,与研究期平均单元脆弱性进行比较,在历史气候变化趋势情景下,到2030年、2050年与2100年,温度单元脆弱性将分别增大50%、117%与350%,降水单元脆弱性将分别增大50%、50%与150%,综合单元脆弱性将分别增大29%、86%与271%;在RCP4.5情景下,温度单元脆弱性将分别增大52%、112%与337%,降水单元脆弱性将分别减小6%、27%与72%,综合单元脆弱性将分别增大24%、64%与227%:在RCP8.5情景下,温度单元脆弱性将分别增大115%、290%与1027%,降水单元脆弱性将分别减小52%、103%与154%,综合单元脆弱性将分别增大60%、181%与736%。(4)内蒙古地区春小麦生产的影响闽值评价。1961-2012年内蒙古地区春小麦生育期平均温度、降水量、施肥水平与水分供给量的最适闽值分别为15.6℃、333mm、319.5kg/ha与743.7mm。相较于研究期平均状态,为提高适应产量,以施肥水平与水分供给量的最适闽值为依据,全区平均施肥水平最大可增加162.2kg/ha,水分供给量最大可增加406.5mm。(5)内蒙古地区春小麦生产的风险评价。内蒙古地区研究期对温度升高不利影响的风险为11.1%,对降水变化不利影响的风险为9.3%,对二者综合作用的不利影响风险为10.3%;全区均表现为对温度与综合影响的风险更高,特别是东北部、东部与中部地区,是气候变化影响的高风险地区。(6)适应对策的提出。通过调整中部与西南部部分地区的种植结构,即降低这些地区春小麦的种植比例,以降低其暴露度,从而降低这些地区春小麦的区域脆弱性。为提高适应产量,以水分供给量与施肥水平的最适阈值为依据,相较于研究期的平均状况,对于高风险但轻脆弱的东北部地区,水分供给量最大可增加441.4mm,施肥水平最大可增加229.9kg/ha;对于风险相对较高且重脆弱的东部地区,水分供给量最大可增加464.3mm,施肥水平最大可增加142.2kg/ha;对丁高风险且重脆弱的中部地区,水分供给量最大可增加513.7mmm,施肥水平最大可增加242.2kg/ha:对于低风险但重脆弱的西南部地区,水分供给量最大可增加201.7mmm,施肥水平最大可增加4I.4kg/ha。


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