基于DSSAT-CERES-Wheat模型的中国西北干旱区气候变化对小麦产量与水分需求的预测研究

本研究针对气候变化背景下中国西北干旱区小麦生产的可持续性问题，采用DSSAT-CERES-Wheat模型结合六种全球气候模型（GCMs）数据，模拟了SSP245和SSP585情景下冬小麦物候期、产量及蒸散发（ETc）的变化。结果表明，未来气候变暖将缩短小麦生育期（开花期提前1-34天），但产量和生物量分别提升12-32%和14-25%，灌溉需求降低18.9-27.7%，为干旱区农业适应策略提供了科学依据。

　　

论文解读

在全球气候变暖的背景下，干旱和半干旱地区的农业生产面临严峻挑战。中国西北的新疆地区作为重要的小麦生产基地，其气候敏感性尤为突出。过去的研究多关注传统灌溉方式，而滴灌等高效节水技术的模拟研究仍存空白。同时，气候变化对小麦物候期、产量形成及水分需求的影响机制尚不明确，亟需量化评估以指导农业实践。

为解决上述问题，新疆生产建设兵团水利局灌溉试验联合基地的研究团队联合多所高校，利用DSSAT-CERES-Wheat模型，结合六种全球气候模型（GCMs）的SSP245和SSP585情景数据，对新疆伊犁地区冬小麦的未来表现进行了系统模拟。研究通过2019-2022年田间试验数据校准模型，重点分析了2030s至2090s期间气候变量、物候期、产量、生物量及灌溉需求的变化趋势。论文发表在《Computers and Electronics in Agriculture》，为干旱区农业适应策略提供了关键科学依据。

关键技术方法
研究采用DSSAT-CERES-Wheat模型，通过GLUE包校准遗传参数（如P1V、P1D、PHINT等），结合Penman-Monteith法计算ET_c。气候数据源自CMIP6的六种GCMs（如CanESM5、FGOALS-g3），经NWAI-WG方法降尺度处理。田间试验设置不同氮肥（300-900 kg N ha^?1）和灌溉量（315-405 mm）处理，测定物候期、产量及土壤水分等指标。

研究结果

3.1 模型校准与验证
模型校准显示，开花期和成熟期的模拟误差≤3天，产量和生物量的相对误差（RE）分别为-5.47%-6.57%和-3.17%-6.57%。验证阶段，RMSE值（产量428 kg ha^?1，生物量1297 kg ha^?1）和R²（0.75-0.80）表明模型可靠性较高，但ET_c存在8.65%的高估。

3.2 未来气候预测
六种GCMs一致预测2090s气温上升2.39-4.11°C（SSP245/SSP585），降水增加38.58%-40.26%，呈现"暖湿化"趋势。

3.3 物候期变化
升温导致生育期缩短，开花期提前1-34天，成熟期提前1-23天，SSP585情景下变化更显著。

3.4 产量与生物量响应
尽管生育期缩短，但产量和生物量分别增长12-32%和14-25%，主因是低温限制区（基线均温9°C）的升温促进生长。

3.5 水分需求优化
当前滴灌最优量为329 mm，未来因降水增加和生育期缩短，灌溉需求可降低18.99-27.76%，节水潜力显著。

结论与意义
研究首次量化了新疆滴灌小麦对气候变化的响应，挑战了"升温必然减产"的传统认知。在低温限制区，暖湿化气候通过延长有效生长期和提升水分利用效率（WUE）促进增产，而滴灌技术的优化可进一步缓解水资源压力。成果为政策制定者提供了灌溉配额调整的科学依据，但需注意多模型耦合和极端高温风险的后续研究。该研究为全球干旱区农业适应策略提供了范式参考。