在气候变化背景下，评估干旱对中国北方玉米生产区作物水分生产力的影响

《Irrigation Science》：Assessing drought and its impact on crop water productivity in northern China maize-producing regions under climate change

　　

摘要

干旱是中国农业发展面临的最严重的自然灾害之一，也是导致玉米产量下降的主要气象因素。本研究将AquaCrop模型与CMIP6中的六个全球气候模型（GCMs）在两种共享社会经济路径（SSP2-4.5和SSP5-8.5）下的输出结果相结合。使用标准化降水蒸发指数（SPEI）来量化历史时期（1997–2017年）和未来时期（2030–2100年）干旱对中国东北部、黄淮海地区和西北部玉米作物水分生产力（CWP）的影响，并探讨其时空模式和相关性。结果表明，年SPEI（SPEI12）呈显著下降趋势，尤其是在SSP5-8.5情景下。在该情景下，中国西北部的干旱化速率达到最大Sen斜率-0.08年^-1，87.32%的区域内水分生产力显著下降（p<0.05）。预计2080–2100年间，中国西北部将经历最严重的干旱，干旱持续时间将延长至192个月。与历史基线相比，未来玉米的水分生产力预计将下降1.82千克/立方米，降至不同未来时期的约1.66–1.81千克/立方米。在SSP2-4.5情景下，2080–2100年间玉米水分生产力增长停滞，斜率为-0.0006千克/立方米/年；而在SSP5-8.5情景下，由于二氧化碳的施肥效应，水分生产力预计会出现恢复。大多数地区SPEI与CWP之间的皮尔逊相关系数随时间逐渐下降。这种下降在西北部尤为明显，2080–2100年间两者之间的关系从强正相关（r=0.734）转变为弱正相关（r=0.093）。本研究为中国干旱预警系统和区域性的可持续农业水资源管理策略提供了前瞻性证据。