《Agricultural and Forest Meteorology》：Climate-adaptive optimization of rice sowing windows for yield stability: A case study of Anhui, China
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•混合框架优化了77个站点的水稻播种日期。•过早和过晚播种降低了气候生产力，揭示了最佳气候适应性播种窗口。•干旱造成的生产力损失最大，而高温胁迫的年际变异性较高。•避免开花期高温有利于提高韧性。•最佳播种期在气候变化下平衡了产量与稳定性。引言水稻（Oryza sativa L
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混合框架优化了77个站点的水稻播种日期。
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过早和过晚播种降低了气候生产力，揭示了最佳气候适应性播种窗口。
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干旱造成的生产力损失最大，而高温胁迫的年际变异性较高。
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避免开花期高温有利于提高韧性。
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最佳播种期在气候变化下平衡了产量与稳定性。
引言
水稻（Oryza sativa L.）是全球粮食安全的重要组成部分（Hassan等，2023）。全球年水稻种植面积超过1.64亿公顷，年产量超过7.57亿吨（FAO，2020）。全球超过50%的人口以水稻为主食（Subudhi等，2012），尤其是在亚洲，基于水稻的农业生产系统在农业景观中占据主导地位。近期的气候变化，包括气温升高、降水格局变化以及极端天气事件频率增加，给水稻生产系统带来了巨大不确定性，并威胁着对消费市场的稳定粮食供应（Wongnaa等，2024）。
热资源的变化已经改变了水稻种植在空间和时间上的稳定性。在中国，变暖趋势促进了水稻种植区域向北扩展，并延长了部分地区无霜期，从而增加了种植日历的灵活性（Liu等，2015）。然而，这些潜在效益往往被缩短的作物生长期、加快的物候发育、减少的灌浆期以及开花期高温胁迫风险的增加所抵消，所有这些因素都会对产量和籽粒质量产生不利影响（Guo等，2019；Cappelli和Bregaglio，2021）。同时，日益加剧的干旱、洪涝事件和极端气温已成为稳定水稻生产的主要制约因素（Zhou等，2018；Lv等，2018；Li等，2020）。在中国的几个水稻种植区，变暖还改变了晚熟水稻品种对冷胁迫的地理敏感性，并增加了生殖阶段的热风险（Wang等，2019；Li等，2024）。
在可用的适应策略中，调整播种日期被广泛认为是其中最实用、成本最低的管理选项之一，因为它可以将敏感的生长阶段与更有利的环境条件重新对齐。大量田间试验表明，播种日期对作物生长期、太阳辐射截获、资源利用效率、籽粒质量和最终产量有着显著影响（Song等，2025；Huang等，2024；Ding等，2019）。根据当地气候条件，提前或延迟播种可能有助于避免特定的胁迫，如开花期热害或末期低温暴露。长期田间试验还表明，最佳播种窗口因品种和环境而异，这凸显了区域特异性推荐的重要性（Sun等，2015；Zhang等，2016；Vatsa等，2023）。基于这些发现，研究人员坚信应采用综合策略，将播种日期调整、适宜品种选择和田间管理相结合，以开发多样化的耕作系统并实现可持续性。例如，在中纬度单季稻种植区，如中国西南部和长江中下游地区，理论水稻生长期通常超过190天（Shi等，2021），这远远长于单季稻的实际生长周期。这表明在该水稻种植区调整播种日期具有很大的必要性和灵活性（Song等，2025）。
在气候变化下，已有多种方法论被用于优化播种日期。首先，基于不同播种日期的田间试验的实证方法可以直接确定有利的播种时期，但这种方法耗时、费力、具有地点特异性且难以推广到更大尺度。其次，基于过程的作物模型如ORYZA和DSSAT可以模拟作物对气象、土壤和管理情景的响应，已被广泛应用于气候变化适应性研究（Ding等，2019；Zhang等，2016；Vatsa等，2023）。然而，这些模型通常需要详细的品种、土壤和管理参数，而这些参数在区域尺度上并不总是可获得。第三，农气生产力模型提供了一种更简单的替代方案，利用气象数据评估潜在生产力，但它们通常缺乏显式的物候动态，可能无法充分表示敏感发育阶段的胁迫影响（Jiang等，2013；Wu，2026；Lu等，2022）。
尽管取得了这些进展，仍存在三个重要差距。第一，此前的播种日期研究主要关注最大化产量，而对年际产量稳定性的关注较少，但在气候变化背景下，后者越来越重要（Liu等，2023；Ji等，2024）。第二，相对较少的研究在统一的优化框架内明确整合了多种气候灾害（即干旱、洪涝、高温胁迫和冷害）来评估作物适应性，许多研究仅关注单一或特定组合的胁迫（Radha等，2023；Da Costa等，2021）。第三，实际的气候适应需要空间明确的播种建议，以便农民和农技推广人员直接使用，然而此类决策导向的分区工具或应用仍然相对有限（Sailaja等，2019）。
安徽省是中国东部重要的单季稻产区，代表了暖温带向亚热带季风气候的过渡地带。该省在温度、降雨、地形和灾害暴露方面表现出显著的南北梯度，使其成为评估气候适应性播种策略的理想案例。近期的暖化和气候变率增加加剧了对当地定制化种植日历的需求，以维持水稻生产力并降低生产相关风险。因此，本研究的目标是开发一个气候适应性播种时间优化模型（STOM），该模型整合了水稻物候模拟、可实现的气候生产力估算和多灾害胁迫校正，并演示其应用以识别具有区域特异性的播种窗口（20个播种日期情景），平衡生产力与产量稳定性，并量化安徽省（77个气象站点）干旱、洪涝、高温胁迫和冷害的相对影响。我们假设，为长期稳定性优化的播种窗口将与最大化平均生产力的窗口不同，且避免开花期高温暴露将是实现韧性水稻生产的关键机制。
章节摘要
方法学
本研究采用集成建模框架，在中国安徽省不同气候条件下优化水稻播种日期。该工作流程结合了77个站点的气象观测数据（1971–2024年）、三个农业气象站的物候观测数据和地理数据，以模拟作物发育和气候生产力。首先，基于ORYZA的物候模型使用观测的生长阶段数据进行校准。接下来，气候约束生产力
模型性能与评价
物候模拟以4.5天的均方根误差（RMSE）重现了观测的生长阶段（图3），表明在三个校准站点上模拟与观测的发育阶段之间具有良好的吻合度。纳入结实和胁迫函数后，模拟的气候约束生产力功能适应性与观测产量之间的吻合度显著改善。决定系数（R2）从0.310提高到0.538，而均方根误差
建模框架的性能与适用性
本研究开发了一个气候适应性播种优化框架，整合了水稻物候模拟、气候约束生产力估算和多灾害胁迫校正。与常规气候生产力方法相比，该框架显式纳入了物候时序和生殖阶段胁迫敏感性，从而改善了气候对水稻生产力影响的表示。在纳入结实后
结论
本研究开发了一个气候适应性播种日期优化框架，整合了水稻物候模拟、气候约束生产力估算和多灾害（干旱、高温、洪涝和低温）胁迫校正，以识别在气候变化下平衡生产力与年际稳定性的韧性播种窗口。该框架表明，优化播种日期可以减少干旱、高温、洪涝和低温胁迫的暴露，同时保持有利的
资金支持
本研究由中国气象局创新发展项目（CXFZ2025J055）、国家重点研发计划（2022YFD2301400）和国家重点研发计划（2022YFD2301403-4）资助。
CRediT作者贡献声明
陈金华：写作 – 初稿，方法学，调查研究，资金获取，形式化分析，概念构思。吴文戈：写作 – 审阅与编辑，监督指导，调查研究，概念构思。Muhammad Ahmad Hassan：写作 – 审阅与编辑，调查研究，概念构思。陈迅：调查研究。吴琼：调查研究。张建军：形式化分析，数据管理。鞠书纯：调查研究，资金获取。刘瑞娜：数据管理。严付来：写作 – 审阅与编
陈金华|吴文戈|Muhammad Ahmad Hassan|陈迅|吴琼|张建军|鞠书纯|刘瑞娜|严付来|杨雅雅|李虎波|邓桥|王晓东|岳伟
