气候变化背景下南亚地区双季稻与稻麦轮作系统的播期调整研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 王小博 |
| 答辩日期 | 2022-06 |
| 文献子类 | 学术型学位 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 授予地点 | 中国科学院地理科学与资源研究所 |
| 导师 | 王绍强 |
| 关键词 | 气候变化 作物模型 复种系统 作物日历 适应性调整 |
| 学位名称 | 博士 |
| 学位专业 | 生态学 |
| 英文摘要 | 南亚地区粮食需求的持续增长和后备耕地资源的缺乏将为区域粮食安全带来严峻挑战。为提升区域粮食产量，以水稻为基础的作物复种系统在南亚地区迅速扩张，其中以双季稻系统和稻麦轮作系统的面积占比最高。然而，未来气候变化预计对南亚粮食生产带来不利影响。在主要的气候变化适应策略中，调整作物 播期是一个可行的解决方案，有望缓解气候变化带来的粮食产量损失。前人在研 究南亚地区的作物日历优化与生产潜力模拟时，存在以下几点不足：目前全球尺 度的作物日历数据无法满足农业模型对南亚地区水稻复种系统的模拟需求；全球 变暖对水稻产量的影响存有争议，许多关于气候变化影响的研究忽略或简化了作 物日历的气候适应性调整情景；对南亚地区复种系统中作物播期的气候影响机制 缺乏深入了解。因此，本论文旨在回答以下两个科学问题：（1）南亚地区水稻关键物候期的空间演变特征及其气候驱动机制是什么？（2）南亚地区双季稻系统与稻麦轮作系统的播期适应性调整能否避免未来气候变化带来的产量损失？ 为回答以上问题，本论文按照物候提取、物候模拟和物候调整的步骤对印度和孟加拉国的双季稻耕作系统和稻麦轮作系统进行研究。首先，基于MODIS遥 感数据和农业统计数据提取了雨季稻、旱季稻和小麦的种植期、扬花期和收获期。其次，校验了 EPIC 模型不同季节的作物物候参数与产量形成参数，引入WangEngel 方程分析了水稻和小麦的扬花期温度胁迫状况，探讨了气温、降水、生长季节间隔和水分生产率等因素与卫星观测的水稻和小麦种植期的关系。最后，结合气候变化情景数据，将复种系统中不同季节的作物视为整体进行耕作日历优化，预测了气候变化背景下南亚地区双季稻与稻麦轮作系统的增产潜力与节水潜力，得到以下结论： （1）基于MODIS数据产品和PhenoRice算法的物候期提取结果，在2002 至2019年期间，研究区内雨季稻的移栽日期平均为7月19日，扬花日期平均为10月10日，收获日期平均为11月9日。研究区内旱季稻的移栽日期平均为1月30日，扬花日期平均为4月6日，收获日期平均为5月14日。雨季稻和旱季 稻的关键物候日期都在研究区内表现出自西向东逐渐推迟的空间趋势。 （2）生长季有效积温和扬花期温度胁迫是决定研究区雨季稻种植日期的主导气候因素，以上两种因素可以解释不同农业气候区雨季稻种植期 56%的变异；而生长季有效积温、扬花期温度胁迫、雨季稻收获日期和水分生产率共同影响着 旱季稻和小麦的种植日期，以上四种因素可以解释不同农业气候区旱季作物种植期80%的变异。 （3）模型模拟结果表明调整耕作日历是在气候变化背景下保持或提高印度与孟加拉国粮食产量的有效策略，并有望减少灌溉复种系统的蓝水需求量。就本世纪末期多种气候变化情景的均值而言，作物日历的气候适应性调整可使双季稻 系统和稻麦轮作系统的潜在产量相比21世纪初期分别提升20%和14%，使双季稻系统和稻麦轮作系统的潜在蓝水需求量相比21世纪初期分别下降27%和 16%。本研究发现南亚地区雨季作物的收获日期和旱季作物的种植日期之间的短时间间隔限制了播期调整的空间，降低了双季稻系统和稻麦轮作系统在未来气候变化背景下的增产与节水潜力。 （4）在21世纪初期的气候背景下，小麦早播有利于避免生长季末期的严重热胁迫，提高小麦的生产潜力。雨季稻的早播则有助于利用季风降水，降低蓝水 需求量，同时还可以避免扬花期低温胁迫，并为后茬小麦的早播预留出准备时间。 在21世纪末期的气候背景下，夏季高温胁迫的增强和冬季低温胁迫的减弱使得雨季稻产量最大化的适宜播期后移。但是在稻麦轮作系统中，雨季稻的晚播将不 利于后茬小麦的早播，导致稻麦轮作系统的整体卡路里产量下降。因此，在稻麦轮作系统中推广生育期较短的雨季稻品种以扩大作物播期的调整范围在未来气候变化情景下具有重要意义。此外，需要结合当地的蓝水资源可及性在增产目标和节水目标之间做出权衡，因地制宜地选择作物日历的优化方案。 |
| 学科主题 | 生态学 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 90 |
| 源URL | [http://ir.igsnrr.ac.cn/handle/311030/184641]  |
| 专题 | 地理科学与资源研究所_研究生部 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 王小博. 气候变化背景下南亚地区双季稻与稻麦轮作系统的播期调整研究[D]. 中国科学院地理科学与资源研究所. 中国科学院大学. 2022. |
入库方式： OAI收割
来源：地理科学与资源研究所
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