干旱与复合高温干旱事件对紫花苜蓿影响机制及适应技术研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 刘婉露 |
| 答辩日期 | 2024-06 |
| 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 | 刘燕华 ; 吴绍洪 ; 高江波 |
| 关键词 | 紫花苜蓿（Medicago sativa L.） 干旱强度 复合高温干旱事件 影响机制 适应技术 |
| 学位名称 | 博士 |
| 学位专业 | 自然地理学 |
| 英文摘要 | 随着全球平均温度的持续升高，极端气候事件如极端高温、极端干旱及其复合事件发生的频率和强度都在显著增加，对农牧业生产及粮食安全产生了严重的影响。因此，研究农牧业部门适应气候变化的关键技术显得尤为重要。紫花苜蓿（MedicagosativaL.）作为一种高营养价值的牧草，对于提高牲畜的营养蛋白质摄入和生产效率至关重要。目前针对干旱影响紫花苜蓿生产力及其适应技术开展了许多的田间实验，但不同干旱强度及复合高温干旱事件对紫花苜蓿生长生产各项关键指标的定量化、系统化研究仍很薄弱，对适应技术的筛选与组合仍存在一定的不确定性。中国宁夏区域是紫花苜蓿重要的种植区，也是干旱及复合高温干旱事件发生的热点地区，这对紫花苜蓿生产构成了重大挑战。因此，研究干旱及复合高温干旱事件对紫花苜蓿生长的影响机制，甄别并提出紫花苜蓿适应气候变化的关键技术组合，对于未来该地区的农牧业发展和管理具有重要科学和实践意义。 本研究围绕干旱及复合高温干旱事件对紫花苜蓿生长影响-适应技术甄别与评估框架，应用荟萃分析、稳健回归分析、联合概率和似然倍增函数、趋势分析、APSIM-Lucerne模型模拟、方差分析、混合整数规划模型和统计分析等方法，首先探究不同干旱强度对紫花苜蓿的影响机制，在全球尺度上构建紫花苜蓿适应技术数据库并遴选可用适应技术（灌溉技术和施肥技术）。在此基础上，以宁夏紫花苜蓿种植区为研究区，解析复合高温干旱事件发生规律，探究复合高温干旱事件对紫花苜蓿的影响机制；明晰未来情景下紫花苜蓿生长关键气候要素的变化规律，评估未来紫花苜蓿遭受的气候风险；结合模型模拟，定量筛选和评估多组合紫花苜蓿适应技术方案（调整播期、灌溉策略和播种密度）的效果；以期降低气候变化对农牧业生产影响与风险，有助于制定更有效的农牧业政策和管理措施。研究主要结论如下： （1）干旱显著降低了紫花苜蓿干物质产量；相较于未采用适应技术，施肥技术更能提升紫花苜蓿生长指标。随着干旱强度的增加，紫花苜蓿干物质产量下降幅度增强。干物质产量和水分利用效率随干旱强度的增加呈线性降低。受干旱影响，超过50%的紫花苜蓿干物质产量与水分利用效率、干物质产量与粗蛋白含量配对数据为权衡关系，超过25%的配对值为负向协同关系。相较于未采用适应技术，灌溉技术提高水分利用效率的效果更佳；施肥技术能有效提高紫花苜蓿的每一个生长指标。在施肥技术下，紫花苜蓿干物质产量和粗蛋白含量的变化量随着干旱强度的增加呈现非线性响应趋势。采用适应技术后，干旱下大部分紫花苜蓿干物质产量与水分利用效率、干物质产量与粗蛋白含量为正向协同关系。 （2）复合高温干旱事件发生概率显著增加，研究区内初花期紫花苜蓿干物质产量下降更多，生育期持续缩短。极端高温与干旱事件的发生存在很强的关联性（CR>1），容易在时空尺度上同时发生形成复合高温干旱事件。银川种植区紫花苜蓿在生长期可能面临更频繁复合高温干旱事件的影响。基于已进行参数校正的APSIM-Lucerne模拟结果表明，随着复合高温干旱事件发生概率增加，研究区内紫花苜蓿生育期将进一步缩短，干物质产量也将显著降低。研究区内初花期的复合高温干旱事件对紫花苜蓿干物质产量的影响程度比仅在出苗期或盛花期相同频率的复合高温干旱事件更大。基于CMIP6气候模式预估表明，未来不同情景下研究区复合高温干旱事件发生更加频繁；在不实施任何适应技术的条件下，未来情景下研究区紫花苜蓿的生育期将比基准时段缩短，干物质产量稳定性降低，减产率持续增加，下降幅度随着辐射胁迫强度的增强而增大。 （3）在宁夏研究种植区，采用增加播种密度和提高灌溉用水量能提升该区域紫花苜蓿干物质产量，相较于单一适应技术，4月1日播种1000株/m2并提高生育期内100mm的灌溉用水量可能提升紫花苜蓿40.6%~72.7%的干物质产量。基于模型模拟和区域调研，提前播种、增加播种密度和提高灌溉用水量能有效提高紫花苜蓿干物质产量，但相同适应技术在正常和一般、严重复合高温干旱事件发生年份下的作用效果存在差异，且空间上银川紫花苜蓿种植区的作用效果更显著。其最优组合方案为4月1日播种1000株/m2并提高生育期内100mm的灌溉用水量。实施优化组合方案后，相对于未实施适应技术，在近期和远期研究区紫花苜蓿干物质产量的稳定性均得到了提高，其增产率约达57.8%~112.2%、49.9%~177.1%。 |
| 学科主题 | 自然地理学 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 152 |
| 源URL | [http://ir.igsnrr.ac.cn/handle/311030/209331]  |
| 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 | 刘婉露. 干旱与复合高温干旱事件对紫花苜蓿影响机制及适应技术研究[D]. 中国科学院地理科学与资源研究所. 中国科学院大学. 2024. |
入库方式： OAI收割
来源：地理科学与资源研究所
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