学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

基于气候变化的豫西冬小麦保护性耕作效果模拟研究

作　者: 鲁向晖
导　师: 穆兴民
学　校: 西北农林科技大学
专　业: 水土保持与荒漠化防治
关键词: 豫西气候变化保护性耕作 DSSAT模型冬小麦
分类号: S512.11
类　型: 博士论文
年　份: 2010年
下　载: 323次
引　用: 3次
阅　读: 论文下载

内容摘要

干旱、水土流失、土壤退化等是制约豫西黄土丘陵区旱作农业发展的主要因素。为维持该区农业的可持续性发展,提高有限降水资源的利用率,改善农田土壤环境,研究区以改革和优化农田耕作技术为突破口,发展保护性耕作技术,并取得了较好的效果。近年来,因CO2浓度的升高而导致的全球气候变暖的事实已得到全世界的公认,气候变化对作物生长、经济发展和环境保护等方面的影响也已经受到研究者的关注。特别是在无灌溉条件的旱作雨养农业区,气候是影响作物生长发育的首要因子。因此,在未来气候变化条件下,利用计算机技术科学评价豫西黄土丘陵区保护性耕作技术的效果对于该区应对未来气候变化带来的影响、提高水分生产力、促进旱作农业的可持续发展具有重要的意义和实用价值。依据黄土丘陵区特点,采用作物模型模拟方法研究全球气候变化条件下,保护性耕作对豫西冬小麦生育环境及其生长发育过程、产量等的影响。在气候变化情景分析中,选取IPCC气候分析报告中的最新温室气体排放方案(SRES)中的A2和B2情景,利用气候模型和天气发生器产生未来长时间系列逐日气象数据,借助DSSAT作物模型,以中国豫西黄土丘陵区孟津县的冬小麦保护性耕作为研究对象,预测分析了未来气候条件下不同耕作方式冬小麦的生长发育指标、产量和水分平衡状况,对未来气候条件下冬小麦保护性耕作的效果进行了评价。论文的主要研究成果有：1)分析了DSSAT模型的地区适宜性并建立了模型参数体系：利用研究区的田间试验资料完成了DSSAT模型数据库的构建,并对模型进行了验证分析,验证结果表明,模型在对豫西冬小麦生长发育及土壤水分的模拟中显示出良好的适宜性。对冬小麦的叶面积指数、产量和农田土壤水分动态、水分利用效率等的模拟中模拟值与实测值均表现出较好的一致性,RMSE误差值较小,适合豫西坡耕地的冬小麦模拟研究；2)在A2和B2两种气候情景下,研究区的CO2浓度和平均气温都将升高,降水也会大幅度的增加。气候变化后对研究区冬小麦的生产带来了一定的益处；3)模型模拟结果表明,在A2和B2两种气候情景下,无论是否考虑CO2的肥效作用,豫西黄土丘陵区旱作冬小麦的产量在未来气候变化情景下都表现出显著的增产趋势。结论认为,未来气温的变化对研究区冬小麦生长的负效应不明显,降水量的增加对未来冬小麦产量的增加起到了主导作用；4)气候变化后,模型预测结果表明,试验区四种耕作处理下冬小麦的生育期均有缩短,CO2浓度的变化不会对冬小麦的生育期产生影响；四种耕作处理下冬小麦的土壤蒸发量、蒸腾量及水分生产力均有增加；未来气候下冬小麦生物产量将随着CO2浓度的升高而增加;5)未来气候条件下,豫西黄土丘陵区的降水量、蒸发蒸腾量和农田耗水量均有增加,作物产量也会相应提高,这对发挥干旱半干旱地区冬小麦生产潜力、缓解粮食供应压力起到了积极地作用。相比较可知,采用免耕覆盖处理措施的冬小麦产量预测值增长率最大,对气候变化响应的敏感度最高。研究结果表明,在未来气候条件下,为减少气温升高对冬小麦生长带来的危害,合理有效地利用未来降水增加的有利条件,孟津县未来冬小麦保护性耕作适宜的耕作模式应为免耕覆盖处理。

全文目录

摘要  6-8
ABSTRACT  8-13
第一章绪论  13-36
  1.1 立题背景  13-14
  1.2 气候变化的研究现状  14-23
    1.2.1 人类活动和自然推动力是导致气候变化的主要因素  15-16
    1.2.2 最近的直接观测表明全球气候变暖已成事实  16-19
    1.2.3 古气候研究为气候变暖提供了新的证据  19-20
    1.2.4 气候变化的原因分析  20
    1.2.5 未来气候变化预测  20-23
  1.3 气候变化对作物影响的研究概况  23-27
    1.3.1 气温变化对农作物可能造成的影响  23-24
    1.3.2 CO_2浓度变化对农作物的影响  24-25
    1.3.3 水分状况对农作物的影响  25-26
    1.3.4 极端气候事件对农作物的影响  26-27
  1.4 作物生育模型的研究概况  27-30
    1.4.1 作物生育模型的概念  27
    1.4.2 作物生育模型的发展历程  27-29
    1.4.3 DSSAT系列模型  29
    1.4.4 作物生育模型的分类及应用趋势  29-30
  1.5 保护性耕作的研究概况  30-33
    1.5.1 保护性耕作的概念  30-31
    1.5.2 我国发展保护性耕作存在的问题  31
    1.5.3 保护性耕作对农田环境的影响  31-32
    1.5.4 我国开展保护性耕作的必要性  32-33
  1.6 研究目标与内容  33-34
  1.7 研究方法与技术路线  34-36
    1.7.1 研究方法  34
    1.7.2 技术路线  34-36
第二章研究资料与方法  36-43
  2.1 研究区域概况  36-40
    2.1.1 地理位置  36-37
    2.1.2 气候  37-38
    2.1.3 土壤  38-39
    2.1.4 农业生产现状  39-40
  2.2 试验设计  40
    2.2.1 大田试验设计  40
    2.2.2 模型模拟研究  40
  2.3 作物生长模型的选定  40-41
  2.4 研究区未来气候变化情景的选定  41
  2.5 小结  41-43
第三章 DSSAT模型及其参数数据库的构建  43-60
  3.1 DSSAT模型简介  43
  3.2 DSSAT模型的结构与功能  43-46
  3.3 DSSAT模型原理  46-50
    3.3.1 DSSAT模型对作物生育期的模拟原理  46-49
    3.3.2 DSSAT模型对作物光合生产的模拟原理  49-50
    3.3.3 DSSAT模型对作物产量的模拟原理  50
  3.4 CERES-Wheat模型中CO_2浓度对小麦生长的影响  50-52
    3.4.1 CERES-Wheat模型对光合作用修正系数  51
    3.4.2 CERES-Wheat模型对蒸腾作用修正系数  51-52
  3.5 DSSAT模型运行初始参数及模拟结果输出  52-55
    3.5.1 模型需要输入的主要参数  52-54
    3.5.2 模拟结果输出的主要内容  54-55
  3.6 DSSAT模型数据库构建  55-59
    3.6.1 DSSAT模型土壤数据库构建  55-56
    3.6.2 DSSAT模型气象数据库构建  56-57
    3.6.3 DSSAT模型作物品种遗传特性参数数据库构建  57-59
  3.7 小结  59-60
第四章 DSSAT模型参数率定与验证  60-67
  4.1 资料与方法  60
  4.2 模型参数率定  60-61
  4.3 模型验证效果检验方法  61
  4.4 验证结果与分析  61-65
    4.4.1 对冬小麦叶面积指数的验证  61-62
    4.4.2 对土壤水分变化动态的验证  62-65
    4.4.3 对冬小麦产量及水分利用效率的验证  65
  4.5 小结  65-67
第五章历史气象分析及未来气候变化趋势  67-80
  5.1 历史气象数据  67-72
    5.1.1 全国气侯特征  67-69
    5.1.2 孟津县历史气象变化  69-72
  5.2 未来不同排放情境气候预测  72-78
    5.2.1 中国未来气候预估  72-75
    5.2.2 孟津县未来气候预估  75-78
  5.3 小结  78-80
第六章气候变化条件下冬小麦保护性耕作效果预测  80-105
  6.1 未来气候变化对小麦生长可能产生的影响分析  80-81
  6.2 考虑CO_2肥效作用下气候变化对冬小麦保护性耕作效果的影响  81-88
    6.2.1 两种气候情景下不同耕作方式对冬小麦生育期及产量的影响  81-85
    6.2.2 两种气候情景下不同耕作方式对土壤水分平衡及水分生产力的影响  85-88
  6.3 不考虑CO_2作用下气候变化对冬小麦保护性耕作效果的影响  88-96
    6.3.1 两种气候情景下不同耕作方式对冬小麦生育期及产量的影响  89-93
    6.3.2 两种气候情景下不同耕作方式对土壤水分平衡及水分利用效率的影响  93-96
  6.4 冬小麦保护性耕作措施对未来气候变化的响应  96-103
    6.4.1 保护性耕作措施下冬小麦产量对未来气候变化的响应  96-98
    6.4.2 保护性耕作措施下冬小麦水分生产力对未来气候变化的响应  98-101
    6.4.3 保护性耕作措施下冬小麦地面以上生物量对未来气候变化的响应  101-103
  6.5 小结  103-105
    6.5.1 产量变化原因分析  103-104
    6.5.2 CO_2肥效作用对冬小麦生长的影响  104
    6.5.3 未来气候变化情形下适宜保护性耕作措施的选取  104-105
第七章结果与讨论  105-109
  7.1 结果  105-107
  7.2 本文的创新点  107-108
  7.3 讨论  108-109
参考文献  109-116
致谢  116-117
作者简介  117

基于气候变化的豫西冬小麦保护性耕作效果模拟研究

内容摘要

全文目录

相似论文