气候变化下的水分胁迫对华北平原冬小麦-夏玉米生产的影响及应对策略

本研究旨在探究气候变化背景下大气-土壤复合水分胁迫对作物产量的影响，并提出应对气候变化、地下水位下降带来的水资源压力的建议。气候变化已成为制约作物产量提升的主要因素，华北平原作为我国粮食主产区之一，在我国粮食安全战略中占据着重要地位。然而，水资源短缺已成为一个世界性问题。由于地下水的过度开采，华北平原已形成了世界上最大的地下水漏斗，总体水资源不足导致农业用水资源短缺，水资源的日益减少和不可持续利用威胁着中国的粮食安全。面对这些问题，本研究采用作物模型结合机器学习的方法，分析气候因素影响水分条件直接并间接影响产量的关系，并确定了影响因素的重要程度。研究成果总结为两篇论文。

首先，我们探究冬小麦受气候变化下水分条件的限制，发现作物产量受饱和蒸气压差和土壤储水量的影响，且其主导作用因作物不同生育时期而异。研究结果显示，气候因素对饱和蒸气压差、土壤水分和产量产生了影响，其中冬小麦开花前活动积温与饱和蒸气压差显著相关，辐射和其他与土壤水分显著相关。花后降雨量与饱和蒸气压差显著相关，活动积温与土壤水分显著相关。土壤水分和饱和蒸气压差对产量的相对作用也有所不同。对不同水分供应条件分析表明，开花前土壤水分在浇灌良好的条件下起主导作用，而饱和蒸气压差在缺水条件中变得很重要。开花后，土壤水分在所有处理中都发挥了重要作用。

缺水条件下冬小麦的产量下降是由于亩穗数、穗粒数的降低，经分析是由于冬小麦接穗到开花的水分胁迫导致穗数较低。由于冬小麦夏玉米一年两熟体系是华北平原重要的综治体系，我们进一步关注了前茬的水分胁迫是否对后茬玉米产生影响，并提出了相应的解决方案。为了解决这个问题，我们分析了前期小麦作物水分管理措施对玉米产量和耗水量的影响。结果显示，前一季小麦作物的水管理并不影响随后的玉米产量，但却导致了年际产量波动的加剧。三个处理中的玉米平均产量超过10.7兆克/公顷。在最小灌溉处理中，发现杀极端高温累积度日、累积积温、最高温度、太阳辐射的交互效应可以解释85%的籽粒重量变化。玉米产量的变化主要归因于籽粒重量的变化。在随后的玉米生长季节中，降雨量充足，深层土壤含水量得到补充，玉米产量的变化主要归因于籽粒重量的变化。

在研究中，我们还调查和收集了华北平原应对地下水位下降的政策，并与全球其他地区面临相似问题的政策进行了比较，以期为未来应对气候变化和地下水资源紧缺的双重问题提供借鉴经验和依据。项目的实施将促进节水农业应对气候变化，提高综合生产能力，为农民增产增收和经济效益的提高提供理论支持。

未来的研究可以从综合考虑气候变化对作物产量、水分利用效率和地下水位深度的影响角度出发，进一步深入研究华北平原的水资源管理问题，提出更加有效的应对策略。同时，结合新型技术手段如物联网、人工智能等，可以建立智能化的农业生产管理系统，提高资源利用效率和农业生产的可持续性。

本研究的主要贡献在于通过对气候因素对冬小麦-夏玉米种植体系的深入探究，揭示了其主导作用在作物生育时期上的差异。此外，本研究还在应对地下水位下降的问题上，对华北平原的政策进行了调查和比较，为未来的农业水资源管理和气候变化适应性提供了理论支持。未来的研究可以结合新型技术手段，建立智能化的农业生产管理系统，进一步提高农业资源利用效率和可持续性。这些研究成果对于推动农业可持续发展、提高农民收入和解决水资源紧缺问题具有重要实践和应用价值。