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为应对未来气候变化对粮食生产的挑战，西北农林科技大学研究人员开展 “关中平原未来气候下夏玉米灌溉 - 氮 - 秸秆管理措施优化” 研究。结果表明不同降水年型及气候情景下，需优化水氮秸秆管理策略。该研究为农业应对气候变化提供策略，促进可持续发展。
在全球气候变化的大背景下，极端天气事件愈发频繁，气温持续上升，这给农业生产带来了巨大的挑战。对于玉米这一全球重要的粮食作物来说，温度每升高 1°C，平均产量预计会下降 3.7%。中国作为玉米生产大国，面临着人口众多、人均自然资源有限的问题，农业生产中资源过度使用引发了一系列环境问题，比如温室气体排放增加、氮素淋失等。在关中平原这样的半湿润易旱地区，降水的时空分布不均，使得灌溉成为影响农业生产力的关键因素。而且，以往传统的秸秆焚烧方式被禁止后，秸秆还田成为主要处理方法，但如何合理结合灌溉、施肥和秸秆还田，在保障作物产量的同时提高资源利用效率，成为亟待解决的问题。在此背景下，西北农林科技大学的研究人员开展了相关研究，其成果发表在《Field Crops Research》上，为应对气候变化下的农业生产问题提供了重要参考。
研究人员运用了多种关键技术方法。首先，通过四年的夏玉米田间试验获取数据，利用这些数据对农业生产系统模拟器（APSIM）模型进行校准和验证，以评估其在关中平原的适用性。其次，收集 11 个气象站 1970 - 2015 年的历史气象数据，结合 25 个全球气候模型（GCMs），采用泰勒图和 S 评分等方法筛选出模拟精度高的模型，并运用多变量偏差校正（MBCn）方法提高气象数据模拟准确性。最后，设置 208 种灌溉 - 氮 - 秸秆管理策略，结合不同气候情景进行模拟研究。
研究结果
- 未来气候变化趋势：通过对比分析，发现 UKESM1 - 0 - LL 模型对关中地区气候模拟精度最高。在共享社会经济路径（SSP）245 和 585 情景下，关中平原夏玉米生长季的最低温度（Tmin）和最高温度（Tmax）预计将逐渐上升，且 SSP585 情景下升温更明显；太阳辐射（Rad）也会增加；降水变率增大，极端降水事件概率增加。不同降水年型下，SSP245 和 SSP585 情景的湿、正常、干年平均累积降水量有所差异。
- APSIM 模型性能：校准后的 APSIM 模型在模拟玉米产量、地上生物量和水分利用效率（WUE）时，与观测值吻合度较高。玉米产量、地上生物量和 WUE 的决定系数（R2）分别为 0.88、0.96、0.97，归一化均方根误差（NRMSE）分别为 12.47%、9.78%、10.87%，表明该模型可用于研究不同管理策略对夏玉米生产力和 WUE 的影响。
- SSP245 情景下管理策略优化：在湿年，无需灌溉，秸秆还田并配合 160 kg N ha-1的施氮量可实现高产和高 WUE；正常年，30 mm 的补充灌溉、秸秆还田和 170 kg N ha-1的施氮量为优化策略；干年，30 mm 补充灌溉（三叶期和抽雄期各一次）、秸秆还田和 160 kg N ha-1的施氮量为最佳策略。
- SSP585 情景下管理策略优化：湿年，不灌溉，秸秆还田结合 160 kg N ha-1的施氮量即可；正常年，20 mm 补充灌溉、秸秆还田和 160 kg N ha-1的施氮量效果较好；干年，三叶期和抽雄期各 30 mm 补充灌溉、秸秆还田和 170 kg N ha-1的施氮量能实现高产和高 WUE。
研究结论与讨论
研究表明，秸秆还田是关中平原夏玉米应对未来气候变化的重要策略，可显著提高产量和 WUE。不同降水模式下，灌溉需求差异明显，湿年无需灌溉，正常和干年需优化灌溉时间和水量。不同 SSP 情景下，施氮量也需根据降水情况调整。该研究为关中平原农业生产提供了具体的管理策略，有助于维持高产并提高资源利用效率，对发展气候智能型农业、指导农业适应气候变化具有重要意义。不过，研究也存在一定局限性，如未考虑喷灌和滴灌等高效灌溉技术、新玉米品种以及生物胁迫变化等。未来研究可从这些方面深入，为可持续农业发展提供更全面的参考。
