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华北地区冬小麦—夏玉米作物生产体系产量差特征解析

作　者: 李克南
导　师: 杨晓光
学　校: 中国农业大学
专　业:
关键词: 华北地区冬小麦-夏玉米生产体系 APSIM模型产量差产量提升空间
分类号: S512.11
类　型: 博士论文
年　份: 2014年
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内容摘要

随着人口膨胀、饮食结构变化和能源需求增加,中国粮食安全问题日益严峻,为满足日益增长的粮食需求,在有限的耕地资源背景下,唯有提高单位面积的产量才能维持粮食安全。华北地区是中国小麦和玉米重要的生产基地,明确该地区实际产量和潜在产量水平之间的产量差及其变化规律,有助于进一步提升农户实际产量。本文以华北地区冬小麦-夏玉米作物生产体系为研究对象,利用农业生产系统模拟模型(APSIM),考虑品种更替特征,模拟了1981-2010年冬小麦和夏玉米的潜在产量,分析气候变化和品种更替对其影响程度；结合1981-2010年县级作物统计产量和种植面积资料,定量分析了实际产量和潜在产量之间的产量差及其时间变化趋势；同时明确了各区域周年调控措施对潜在产量的提升作用,为提升华北地区周年产量提供科学依据和参考。主要结论如下：(1)华北地区冬小麦和夏玉米的潜在产量均从西南向东北方向递增,具有明显的纬向和经向分布趋势,在1981-2010年间,因品种和气候的共同作用,分别每年增加45kghm-2和85kghm-2。冬小麦生长季内总辐射量是其潜在产量时间变化特征的决定因素,辐射降低导致冬小麦减产。夏玉米潜在产量时间变化特征则受其生育期内最低温度、日较差和总辐射的影响,其中总辐射占主导地位。冬小麦潜在产量的空间差异由最高温度和总辐射共同决定,其中生育期内总辐射占主导地位。影响夏玉米潜在产量空间差异的主要因素为热量,其中最低温度的影响程度最大。(2)不考虑品种更替条件下,最近30年气候变化缩短了冬小麦全生育阶段和营养生长阶段长度,延长了生殖生长阶段长度；而对夏玉米生育阶段长度没有统一影响。在气候不变的情景下,品种更替有延长冬小麦和夏玉米生育期的作用,尤其是延长生殖生长阶段的长度,品种更替对夏玉米生育阶段长度的延长效果要大于冬小麦。对比气候变化和品种更替对生育阶段长度的影响程度,气候变化是冬小麦生育阶段长度变化的主导因素,而品种更替是夏玉米生育阶段长度变化的主导因素。品种不变的条件下,气候变化降低冬小麦和夏玉米的潜在产量,而品种更替可以有效的补偿气候变化对潜在产量的负效应。(3)1981-2010年冬小麦和夏玉米的实际产量显著增加,平均每年增加115kghm-2和100kghm-2。目前华北地区33.6%的种植面积的冬小麦产量处于停滞,主要分布在河北省和山东省；夏玉米种植面积29.3%发生了产量停滞,主要分布于山东省中西部、河北省中部和河南省中北部。(4)华北地区冬小麦实际产量与潜在产量之间的产量差在全区的种植面积加权平均为3627kghm-2,占潜在产量的45%,用潜在产量的80%作为实际农田的最高可获得产量,则华北地区实际产量的可提升空间为2000kg hm-2。同理夏玉米实际产量和潜在产量之间产量差为3747kghm-2,占潜在产量的43%,农户产量的可提升空间为2004kghm-2。过去30年,研究区域冬小麦产量差每年降低69kg hm-2,达到极显著水平,而夏玉米仅有微弱的下降趋势。河南中部是冬小麦产量差的低值区,而山东西部是夏玉米产量差的低值区,潜在产量将是这些地区产量提升的重要限制因子。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-7
目录  7-9
图目录  9-11
表目录  11-12
第一章绪论  12-26
  1.1 研究目的和意义  12
  1.2 国内外研究进展  12-23
    1.2.1 作物产量差研究进展  12-16
    1.2.2 产量差研究方法研究进展  16-19
    1.2.3 作物产量影响因素研究进展  19-23
  1.3 研究目标、研究内容和技术路线  23-26
    1.3.1 研究目标  23
    1.3.2 研究内容  23-24
    1.3.3 技术路线  24-26
第二章材料与方法  26-34
  2.1 研究区域概况  26-27
  2.2 数据来源  27-28
    2.2.1 气象数据  27
    2.2.2 作物数据  27-28
    2.2.3 土壤数据  28
  2.3 研究方法  28-34
    2.3.1 气候因子分析方法  28-29
    2.3.2 产量特征分析方法  29-31
    2.3.3 作物模型模拟结果评价指标  31-34
第三章农业生产系统模型(APSIM)有效性验证  34-48
  3.1 APSIM模型简介  34-35
  3.2 农业生产系统模型(APSIM)初始化  35-37
    3.2.1 气象参数  35
    3.2.2 土壤参数  35-36
    3.2.3 作物品种参数  36-37
    3.2.4 管理措施参数  37
  3.3 APSIM模型的参数调试和验证  37-47
    3.3.1 APSIM模型单点参数调试验证  37-39
    3.3.2 APSIM模型区域参数调试验证  39-47
  3.4 本章小结  47-48
第四章华北地区冬小麦-夏玉米潜在产量分布特征及影响因素分析  48-74
  4.1 华北地区冬小麦-夏玉米生产体系潜在产量时空分布特征分析  48-54
    4.1.1 APSIM模拟情景设置  48-49
    4.1.2 作物潜在产量空间分布特征分析  49-52
    4.1.3 作物潜在产量时间趋势特征分析  52-54
  4.2 冬小麦-夏玉米生产体系潜在产量气候因素影响分析  54-64
    4.2.1 华北地区冬小麦-夏玉米生长季内农业气候资源分布特征  54-59
    4.2.2 气候条件对冬小麦-夏玉米生产体系潜在产量的影响分析  59-64
  4.3 品种对冬小麦-夏玉米生产体系潜在产量的影响分析  64-71
    4.3.1 华北地区冬小麦-夏玉米品种更替现状分析  65-67
    4.3.2 作物品种更替对冬小麦-夏玉米产量潜力的影响分析  67-71
  4.4 本章小结  71-74
第五章华北地区冬小麦-夏玉米生产体系实际产量和产量差时空分布特征  74-92
  5.1 华北地区冬小麦-夏玉米生产体系生产条件特征分析  74-78
    5.1.1 华北地区冬小麦-夏玉米种植面积时空分布特征  74-77
    5.1.2 华北地区水肥投入现状分析  77-78
  5.2 华北地区冬小麦-夏玉米生产体系实际产量时空分布特征分析  78-85
    5.2.1 华北地区冬小麦-夏玉米生产体系实际产量的空间分布特征  78-81
    5.2.2 华北地区冬小麦-夏玉米生产体系实际产量的时间趋势分析  81-85
  5.3 华北地区冬小麦-夏玉米生产体系产量差时空分布特征分析  85-91
    5.3.1 华北地区冬小麦-夏玉米生产体系产量差的空间分布特征  85-89
    5.3.2 华北地区冬小麦-夏玉米生产体系产量差的时间趋势分析  89-91
  5.4 本章小结  91-92
第六章播期调控措施对华北地区冬小麦-夏玉米周年潜在产量的提升作用  92-114
  6.1 华北地区冬小麦-夏玉米生产体系生育期时空特征分析  92-96
    6.1.1 华北地区冬小麦-夏玉米生育期的空间分布特征  92-95
    6.1.2 华北地区冬小麦-夏玉米生育期的时间变化特征  95-96
  6.2 华北地区冬小麦-夏玉米生产体系生育期调控的基础  96-107
    6.2.1 华北地区冬小麦播期调控  97-102
    6.2.2 华北地区夏玉米生育期调控  102-107
  6.3 播期调控对冬小麦-夏玉米作物生产体系潜在产量提升分析  107-111
    6.3.1 播期调控对冬小麦和夏玉米潜在产量的影响  107-109
    6.3.2 “双晚技术”在华北地区的适宜范围  109-111
  6.4 本章小结  111-114
第七章结论与讨论  114-118
  7.1 主要结论  114-116
  7.2 研究创新点  116
  7.3 讨论与研究展望  116-118
参考文献  118-128
致谢  128-130
作者简历  130-131

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