气候变化下关中平原油菜最优灌溉策略研究：基于APSIM模型的多情景模拟与经济效益分析

本研究针对气候变化对关中平原油菜生产的潜在影响，通过校准APSIM-Canola模型并整合27个CMIP6全球气候模型数据，系统评估了SSP245和SSP585情景下不同灌溉策略对油菜物候期、产量及经济效益的影响。研究发现补充灌溉（PAWC阈值10-60%）可使雨养油菜增产28%、毛利润提升85%，且确定85-150mm为最佳灌溉量区间。该成果为半干旱地区油菜生产的可持续水资源管理提供了科学依据。

　　

在全球气候变化加剧的背景下，中国油菜生产正面临前所未有的挑战。作为全球18%油菜籽产量的主要生产国，中国关中平原等半干旱地区的油菜种植正遭受温度升高和降水格局改变的双重压力。有趣的是，现有研究对气候变化影响存在明显分歧：有学者报告油菜产量可能下降800kg/ha，而另一些研究则预测到2050年产量将增长0.34-1.64百万吨。这种科学争议背后，凸显出灌溉管理在平衡气候变化影响中的关键作用——特别是在水资源日益紧张的关中平原，如何优化灌溉策略成为保障粮食安全和经济收益的核心问题。

针对这一科学难题，来自德国波茨坦气候影响研究所等机构的研究团队在《Irrigation Science》发表了一项开创性研究。该研究创新性地将作物模型与经济效益分析相结合，通过校准APSIM-Canola模型，整合27个CMIP6全球气候模型的降尺度数据，系统评估了SSP245和SSP585两种气候情景下，不同灌溉策略对油菜物候期、产量及经济效益的影响。研究团队采用了三项关键技术方法：首先运用NWAI-WG天气生成器对GCM数据进行统计降尺度处理；其次基于田间试验数据（2014-2017年）校准APSIM模型参数；最后构建包含水价波动的毛利润(GM)计算模型，综合分析不同PAWC阈值灌溉策略的经济效益。

研究结果揭示了一系列重要发现：

1. 物候期变化：模拟显示未来气候将显著缩短油菜生长期，SSP585情景下2090年代开花期和成熟期分别提前9-34天和7-25天，这与温度升高加速生长积温(GDD)积累直接相关。

2. 产量响应：所有模拟时段雨养产量(ARR0)均呈现增长趋势，SSP585情景下2090年代增幅达19%。而补充灌溉策略（ARR1-ARR6）展现出最佳增产效果，灌溉量85-150mm时可使雨养产量提升12-28%。

1. 水分利用效率：研究首次量化了PAWC阈值的经济效益拐点，发现当土壤有效水容量超过60%时，继续灌溉不会带来显著增产（p>0.05），此时可节约44%灌溉用水。ARR1策略（PAWC阈值10%）的水分生产率(WP)最高，相比完全灌溉可节水80%。

2. 经济效益：雨养油菜的毛利润在气候变化下可提升38%，而优化灌溉策略（ARR1）更可使利润跃升58%。值得注意的是，ARR6（PAWC阈值60%）与更高灌溉量策略（ARR7-ARR9）的经济效益无统计学差异，这为水资源定价机制提供了量化依据。

讨论部分强调，该研究首次在作物模型中整合了水价波动因素，突破了传统农业模型仅关注产量的局限。确定的85-150mm最佳灌溉区间，为半干旱地区制定差异化的水资源分配政策提供了科学依据。特别是发现CO₂浓度升高对C3作物的施肥效应（SSP585情景下+153.48***kg/ha/100ppm），解释了为何在变暖背景下仍能维持产量增长。研究建议政策制定者应重点关注：①建立基于PAWC阈值的智能灌溉系统；②开发适应缩短生长期的新品种；③完善水价-作物价格的联动机制。

这项研究的现实意义在于，它为气候变化敏感区的农业适应策略提供了量化工具。通过精确计算不同灌溉策略的"成本-收益"平衡点，帮助农民在水资源约束下实现利润最大化。正如通讯作者Huanjie Cai指出，该成果不仅适用于中国关中平原，其方法论框架也可推广至全球其他半干旱油菜产区，为联合国可持续发展目标(SDGs)中的"零饥饿"和"清洁饮水"目标提供了关键技术支撑。