作物管理知識模型

1、作物管理知識模型課程論文題目：氣候變化對水稻的影響模型班級：姓名：學(xué)號：指導(dǎo)教師：氣候變化對水稻的影響模型水稻是世界上主要的糧食作物之一。屬禾本科稻屬Oryza L., 一年生草本植 物。中國是農(nóng)業(yè)大國，氣候變化對中國的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)已產(chǎn)生重大影響。由于氣候變 暖,中國東北部分地區(qū)近20年來增溫顯著，水稻和玉米產(chǎn)量呈現(xiàn)增加趨勢。由 于氣候變暖和降水增多，西北高海拔半干旱區(qū)小麥產(chǎn)量顯著增加。南方近50年中 降水增多，洪澇、連陰雨天氣以及高溫?zé)岷︻l次增加，不利于水稻等農(nóng)作物的生 產(chǎn)。因此，研究氣候變化對中國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響具有重要意義。水稻一生的生育期，按照水稻自身的生育特性，大體上可劃分為營養(yǎng)生長與 生

2、殖生長兩大期。營養(yǎng)生長期又可分為秧田營養(yǎng)生長期（秧田期），以及本田營 養(yǎng)生長期（分蘗期）。從種子發(fā)芽播種到移植前為秧田期；從移植到幼穗分化前 為分蘗期。生殖生長期又可分為幼穗發(fā)育期以及結(jié)實期。從幼穗分化到抽穗開花 為幼穗發(fā)育期；從抽穗開花到成熟收割為結(jié)實期。我國常年播種面積和總產(chǎn)量均占糧食作物的首位。在全世界水稻產(chǎn)中，我國 單產(chǎn)和總產(chǎn)都處于先進(jìn)行列。中國稻作面積約占世界稻作總面積的1/4,占全國糧 食播種面積的1/3,而產(chǎn)量則約為世界上稻谷總產(chǎn)量的37%,近全國糧食總產(chǎn)量的 45%。水稻生產(chǎn)在國民經(jīng)濟中占有十分重要的地位。我國的水稻栽培、大米生產(chǎn)都主要分布在的區(qū)域：東北大米生產(chǎn)一一東北是 水稻

3、的種植主要區(qū)域，現(xiàn)在中國的大米主要供給有很大一部分都是通過東北大米 的生產(chǎn)的。東北的雨量均勻、土地肥沃、氣候適合水稻的生長，所以年產(chǎn)量質(zhì)量 都很高；華中雙單季稻稻作區(qū)位于淮河、秦嶺以南.南嶺以北。該地區(qū)氣候 溫暖滯潤，春夏多雨、夏季炎熱、秋高氣爽、冬季較冷，四季分明；華南雙季稻 稻作區(qū)位于南嶺以南，處于我國最南部。大米水稻播種而積占全部稻谷產(chǎn)量 的l 6%左右。該區(qū)氣候高溫多雨，夏季長而炎熱，冬季溫和偶爾有寒冷天氣.雨 量充沛。沿海多臺風(fēng)大雨，西部十濕明顯?，F(xiàn)實生活中氣候?qū)λ镜挠绊懸蛩赜泻芏啵饕蛩剡€是以下幾種：1、溫度對稻米品質(zhì)的影響一是溫度對稻米外觀品質(zhì)的影響：開花至成熟階段 的高溫

4、可顯著縮短成熟天數(shù)，造成成熟后籽粒充實不良，堊白大，胚透明度低， 籽粒不飽滿，精米率和整精米率均低，米粒無光澤。成熟期的有效積溫與米粒的 透明度為負(fù)相關(guān)關(guān)系。二是溫度對大米的蒸煮食用也有明顯的影響：灌漿期間氣 溫高，則米飯較硬。灌漿結(jié)實期間氣候涼爽，晝夜溫差大，則米飯香味較濃。2、光照強度對稻米品質(zhì)也有影響，水稻生育后期光照不足會影響光合作用， 特別是在營養(yǎng)生長過旺、田間郁閉、通風(fēng)透光不良的情況下，則堊白米發(fā)生會增 多。但光照太強，溫度相應(yīng)提高，使成熟過程縮短，也會增大堊白率。此外，光 照強度過強和過弱都會降低蛋白質(zhì)含量。3、水分對稻米品質(zhì)也有影響，2006年由于倒伏較早，后期大部分田塊就沒

5、有再灌水，導(dǎo)致稻谷質(zhì)量相當(dāng)差，米小，米硬，堊白米增多，籽粒不飽滿，病斑 較多，出糙率低，每百斤稻谷好的出米也只有67斤左右，差的只有50多斤，是 近年來所少見的。相同的品種05年與04年米質(zhì)差距太大。題目：氣候變化對稻米品質(zhì)的影響一、建立模型由國際水稻研究所(IRRI)與荷蘭瓦赫寧根大學(xué)聯(lián)合開發(fā)的ORYZA2000是一 種動態(tài)、機理性較強的水稻生長模型，可模擬潛在生長、水分限制和氮素限制3 種條件下的水稻生長。模型包括多個模塊，如作物生長和發(fā)育、蒸散和水分脅 迫、植株氮素平衡及土壤水分平衡等。按照政府間氣候變化專業(yè)委員會(IPCC)排放情景特別報告(SRES)中的A2和 B2方案，將基于區(qū)域氣

6、候模式PRECIS構(gòu)建的氣候變化情景文件與水稻生長模 型ORYZA2000結(jié)合，模擬基準(zhǔn)時段(1961 1990)氣候(Baseline)和2021 2050時段A2、B2情景下的水稻產(chǎn)量，分析未來氣候變化對水稻產(chǎn)量的影響。 構(gòu)建兩種影響評估方法，重點分析增溫和大氣CO2肥效作用對水稻產(chǎn)量的影 響。結(jié)果表明，不考慮CO2肥效作用時，隨著溫度升高，水稻生育期縮短，產(chǎn) 量下降。表1 2021-2050時段A2和B2情景相對于基準(zhǔn)氣候的增溫幅度(P)和降水星變幅()Tabic 1 Changes of temperature and precipitation in 2021-2050 period

7、s under A2 and B2 scenario relative to baseline季節(jié)Season基準(zhǔn)氣候BaselineA2 情景 A2 scenarioB2 情景 B2 scenario(C)(C)P(mm)瓦gCC)瘟（sc）AP (%)CC)AP(%)春季(3-5 月)Spring19.4L0402.4L51.4L5L412.9夏季(6-8 月)Summer29.62L5466.9L71.61LHL7L674秋季(9-11 月)Autumn20.712.5217JL5.814.4L6L60.1冬季(12-2 月)Winter8.90.8136.31.51.4L4L71.5-

8、8.0年平均 Mean annual19.8L51222.7L51.5IL4L61.562無“、瓦，、P分別表示平均最高溫安、平均最低溫度和降水量；瓦,、V分別表示平均最高溫度、最低溫度和降水量的變化.ORYZA2000模型能夠模擬CO2濃度對水稻生長的影響,主要針對單葉光能利 用率的計算引入了效應(yīng)系數(shù)，該系數(shù)的計算采用Jansen式中推導(dǎo)的CO2效應(yīng)系 數(shù)公式：門相-顯勺、 E = 3| f H：I-expCO-00305 340-0.222） ?為葉片CO2效應(yīng)系數(shù), 340是以大氣CO2濃度為340 mol L 1時的參考 效應(yīng)系數(shù)（取1）,CCO2為實際模擬情景下的CO2濃度。二、模型

9、參數(shù)定標(biāo)及驗證ORYZA2000模型有較強的普適性，可模擬不同水稻品種在不同環(huán)境條件 下的生長和產(chǎn)量。模型中參數(shù)通常設(shè)定為默認(rèn)值，但其中反映水稻遺傳或品種性 的參數(shù)需要根據(jù)大量試驗資料確定。根據(jù)已獲取的水稻觀測數(shù)據(jù)和統(tǒng)計資料,研 究區(qū)各地稻作制度和水稻品種在時空上均有較大差異，增加了區(qū)域模擬中ORYZA2000模型參數(shù)定標(biāo)的難度，也增大了區(qū)域水稻產(chǎn)量模擬結(jié)果的不確定性， 因此，本文在參照研究區(qū)域水稻種植區(qū)劃的基礎(chǔ)上，以省份作為水稻區(qū)域模擬的 子區(qū)域（不計上海市），確定符合各省實際水稻生產(chǎn)的稻作類型及代表水稻品種， 并利用該品種試驗數(shù)據(jù)對ORYZA2000進(jìn)行水稻遺傳數(shù)的標(biāo)定及驗證。其中，確立

10、代表性品種的原則為，在省內(nèi)多個農(nóng)業(yè)氣象站種植或同一個站點連續(xù)多年（3年 以上）種植。從圖中可以看出，代表水稻品種產(chǎn)量的模擬相對誤差大多在土 15%以 內(nèi)，相關(guān)系數(shù)為0.67。模擬的各生育期絕對誤差 5 d,平均誤差為1.4 d, 相關(guān)數(shù)達(dá)到0.99。由此可見,ORYZA2000模型能夠較好地模擬水稻生育期和產(chǎn)量, 適合在研究區(qū)域應(yīng)用。-p) MO二 Fjrnp 三 MOJOI)3 一一 nirng凰I代表水稻品神實測1生音期和產(chǎn)量與模捻值對比Fig. 1 Comparison between the observed and simulated rice growth duration and

11、 yields in the studied region 實線為I ：E參考線，忠線為15%相對誤差線u三、模擬氣候變化影響的兩種方案采用ORYZA2000模型升尺度到省級水平上，將氣候變化情景數(shù)據(jù)與水稻生 長模型結(jié)合，模擬未來不同溫室氣體排放情景下的水稻產(chǎn)量變化。為此，建立兩種 氣候變化影響方案，分別討論溫度升高和大氣CO2濃度增長對水稻產(chǎn)量的影響。 方案I,不考慮大氣CO2增益效應(yīng)，分別模擬并著重分析基準(zhǔn)氣候和A2和B2 兩種氣候情景下溫度升高對水稻生育期和產(chǎn)量的影響；方案II,依據(jù)A2和B2 排放方案，將大氣CO2濃度升高到各自在20212050時段水平，模擬這兩種情景 下水稻的生長發(fā)

12、育和產(chǎn)量，并與方案I進(jìn)行對比，著重分析大氣CO2濃度升高 對水稻產(chǎn)量的影響。其中，基準(zhǔn)時段平均大氣CO2濃度設(shè)定為330 mol L-1, A2 和B2情景在20212050時段平均大氣CO2濃度分別設(shè)定為475 mol L-1 和 450 mol L-1。1.產(chǎn)量統(tǒng)計與分析根據(jù)兩種影響評估方案,計算每個網(wǎng)格內(nèi)基準(zhǔn)氣候和A2、B2情景下各30年 的水稻產(chǎn)量。分別統(tǒng)計A2和B2情景下單季稻省份水稻和雙季稻省份早稻和晚 稻生育期、產(chǎn)量相對基準(zhǔn)氣候下各水稻生育期、產(chǎn)量的變化。另外，設(shè)單季稻省 份產(chǎn)量為單季稻30年的平均產(chǎn)量,雙季稻省份產(chǎn)量為早稻和晚稻30年產(chǎn)量的平 均值,分析平均水稻產(chǎn)量的區(qū)域變化特

13、征。同時，計算年際產(chǎn)量變異系數(shù)，即30 年產(chǎn)量的標(biāo)準(zhǔn)差與平均產(chǎn)量的比值。在SPSS 13.0軟件中對各方案下不同情景的 模擬結(jié)果進(jìn)行方差分析和相關(guān)性分析。2.結(jié)果與分析增溫對水稻產(chǎn)量的影響從方案I的結(jié)果看，相比基準(zhǔn)氣候，A2和B2情景的水 稻生育期平均縮短了 4.5d和3.4d。通過方差分析,3種情景下的平均水稻生育 期均存在顯著性差異(P.號-GmgmHufor +T$+ + TnT+ Tr -401j1JJiangsu An hut 11 label JI u nan Jiangxi Zhejiang-O 1 福Jiangsu Anhui Ilubei Hunan Jiangxi /hej

14、iang圖6考慮C6肥效時、2021-2050時段A2(a)和B2情景(b)下各省水稻平均產(chǎn)量變化箱線匿Table 2表2兩種方案下各省水稻穩(wěn)產(chǎn)性比較Comparison of intcrannual yield variability between two impact evaluation schemes省份-Province方案 I Scheme I方案 II Scheme II基準(zhǔn)氣候 BaselineA2情景A2 scenarioB2情景B2 scenarioA2情景A2 scenarioB2情景B2 scenario江蘇 Jiangsu0.160.200.190,180J7安敏A

15、nhui0230.320J2OJ0.30湖北Hubei0J70.260240250.24湖南Hunan0220.280250J80.26江西 Jiangxi0J90.260.250.260.24淋江 Zhejiang0.210.310.300.290.28四、結(jié)論在未來溫度升高環(huán)境下,研究區(qū)域水稻生育期縮短，產(chǎn)量下降。大氣CO2濃 度升高對水稻產(chǎn)量具有一定的正效應(yīng)，但對單季稻和雙季早稻增產(chǎn)的貢獻(xiàn)仍不足 抵消升溫對產(chǎn)量的負(fù)面影響。相比單季稻和早稻，大氣CO2濃度升高對晚稻的增 產(chǎn)在一定程度上抵消了增溫的不利影響。另外，ORYZA2000模型具有較強的機理 性和普適性，可用于水稻生產(chǎn)應(yīng)對未來氣候變

16、化的研究。應(yīng)對氣候變化和穩(wěn)定水稻生產(chǎn)的措施：1、加強品種與農(nóng)業(yè)氣象的適應(yīng)性研 究在水稻品種的改良、熟性的搭配、農(nóng)田管理措施的實施等方面，均與氣象 條件密切相關(guān)。只有以氣象條件為基礎(chǔ)，根據(jù)水稻品種對氣象條件的要求，因地 因時制宜，達(dá)到趨利避害的目的，才能獲得高產(chǎn)。我地以遲熟中粳的品種為主， 對于一些早熟品種由于8中下旬溫度偏高，與抽穗揚花穩(wěn)合，導(dǎo)致空癟粒的增加。 過遲的品種，由于生育期的拉長，后期葉色深，南方稻飛虱的遷入，稻飛虱大發(fā) 生可能性大，對水稻產(chǎn)量影響顯著；再加上品種過遲以后對后茬小麥的適期播種 帶來影響。2、加強農(nóng)業(yè)氣象的預(yù)測預(yù)報一一目前，人類還無法控制天氣的變化， 因而天氣變化造成的

17、災(zāi)害也是難以避免的。但提高天氣變化的監(jiān)測手段、預(yù)報時 效、農(nóng)業(yè)氣象中長期和短期的預(yù)報準(zhǔn)確率及實施人工影響天氣等措施，可達(dá)到減 輕或避免氣象災(zāi)害損失的目的。3、采取綜合措施適應(yīng)氣候變化近幾十年來， 隨著二氧化碳、甲烷等溫室氣體排放量的日益增加，全球氣候受到明顯的影響。 其中水稻生產(chǎn)期間，夏季氣溫偏低，拋栽期干旱缺水，臺風(fēng)暴雨，日照時數(shù)減少， 秋季持續(xù)高溫等。為了適應(yīng)氣候變化，農(nóng)業(yè)科研部門應(yīng)選育抗倒伏、抗病力強的 新品種，從作物株形、葉面積大小等方面提高光合作用能力，以提高產(chǎn)量。加強 農(nóng)作物病蟲害的測報、農(nóng)作物病蟲害防治技術(shù)的宣傳培訓(xùn)、優(yōu)良品種的推介、加 大科技投入力度、建立并穩(wěn)定植保隊伍等。同時

18、還必須加強農(nóng)業(yè)保險業(yè)的建設(shè)， 加強農(nóng)用車口和打水員的管理，以應(yīng)對天氣的變化。參考文獻(xiàn)：農(nóng)業(yè)科技通訊為月刊，每月17日出版；刊號ISSN 1000-6400, CN 11-2395/So氣候變化與作物產(chǎn)量編寫組.氣候變化與作物產(chǎn)量M.北京：中國農(nóng) 業(yè)科技出版社，1992林而達(dá)，張厚宣，王京華等.全球氣候變化對中國農(nóng)業(yè)影響的模擬M .北京：中國農(nóng)業(yè)科技出版社，1997金之慶，葛道闊，方娟，等.全球氣候變暖對我國南方水稻生產(chǎn)的影 響及其適應(yīng)性對策J .南京農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，1991, 10, 1119Tao F L, Yokozawa M, Liu J Y, Zhang Z. Climate-crop yield rela-tionships at provincial scales in China and the impacts of recent climate trends. Clim Res, 2008, 38: 83 - 94Zhao H-Y（趙海燕），Yao F-M（姚鳳梅），Zhang Y（張勇）,XuB（徐賓），Yuan J（袁靜），Hu Y-N（胡 亞南），Xu Y-L（