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以气候变暖为主要特征的气候变化及其对自然、经济和人类生活的影响已经成为各国政府、社会和科学界共同关注的全球性问题。IPCC第五次评估报告显示,近30年可能是过去的1400年里最暖的30年;未来全球持续增加的CO2排放量将延续这种变暖的趋势。农业是对气候反应最为敏感的部门之一。已有的研究表明气候变化对粮食生产产生了显著的影响。东北地区位于我国较高的纬度地带,是我国著名的黄金玉米带的所在地,而玉米的生产对气候变化较为敏感,因此,研究气候变化对东北地区玉米产量的影响及探寻适应性措施对保障区域粮食安全有着重要的理论和实践意义。 利用作物模型模拟气候变化对农业影响与适应的方法越来越受到学术界的关注,CERES-Maize模型是应用最为广泛的模型之一。 本研究以我国东北地区为例,选取了12个典型的研究站点,基于气象观测数据、土壤数据及田间管理资料,对CERES-Maize作物模型进行了校准和验证;将验证后的CERES-Maize模型与HadGEM2-ES大气环流模式耦合,模拟了各站点在RCP2.6、RCP4.5、RCP6.0和RCP8.5气候情景下2020s、2050s和2080s三个时段的玉米产量及其相对于基准时段(1981~2010年)的变化,评价了气候变化对玉米产量的影响;针对受气候变化影响较为显著的2080s时段,模拟了CO2肥效作用;在此基础上模拟并评价了更换品种、培育新品种和调整播期三种受到普遍应用的适应措施的有效性。 本研究的主要结论如下: (1)对CERES-Maize模型校准和验证的结果表明,模型对玉米成熟期的模拟值与观测值表现出了良好的一致性,产量的模拟值与观测值的相对误差也处于合理的范围内,表明该模型对东北玉米生育期和产量的模拟与实际情况基本符合,适用性较好。 (2)模拟未来气候变化对玉米生产影响的研究结果表明,气候变化将导致玉米生育期缩短;当不考虑CO2肥效作用时,东北地区玉米在未来四种RCP气候情景下都将面临减产趋势,其中RCP2.6情景下减产相对较轻,RCP8.5情景下玉米减产最严重,多种情景下的2080s时段减产幅度最大;在2080s时段考虑CO2肥效作用时,各站点的玉米产量均有所增加,但是增产效果并不明显,因此不能抵消气候变化对玉米产量的负面影响。 (3)更换品种、培育新品种以及适当调整播期是三种有效可行的适应措施。在2080s时段,将现有品种更换为低纬度的晚熟品种后玉米产量明显增加;培育耐热性的新品种可以有效增加玉米产量;多数站点的玉米播期推迟10~15天也可使玉米增产;与调整播期相比,更换品种和培育新品种对未来气候的适应效果更为显著。