全 文 ：中国生态农业学报 2013年 12月 第 21卷 第 12期
Chinese Journal of Eco-Agriculture, Dec. 2013, 21(12): 1526−1536


* 国家重点基础研究发展计划(973计划)项目(2013CB430205, 2012CB956204)和中国气象局成都高原气象研究所高原气象开放基金课题
(LPM2013002)资助
** 通讯作者: 潘学标(1962—), 男, 博士, 教授, 研究方向为生物气候模型与信息系统、气候变化影响评价与农牧业适应技术、旱地农业
可持续发展及农牧交错带生态恢复。E-mail: panxb@cau.edu.cn
庞艳梅(1983—), 女, 博士研究生, 工程师, 主要从事气候变化影响评价研究。E-mail: pangyanm@126.com
收稿日期: 2013-06-05 接受日期: 2013-09-05
DOI: 10.3724/SP.J.1011.2013.30562
未来气候变化对四川盆地玉米生育期气候
资源及生产潜力的影响*
庞艳梅 1,2 陈 超 3 潘学标 2** 韦潇宇 2
(1. 中国气象局成都高原气象研究所 成都 610072; 2. 中国农业大学资源与环境学院 北京 100193;
3. 四川省气候中心 成都 610072)
摘 要 开展气候变化背景下四川盆地玉米生育期气候资源及生产潜力时空变化趋势的预估, 可对未来应对
气候变化及玉米生产宏观决策提供重要的理论依据。利用区域气候模式 PRECIS输出的未来 A2和 B2气候情
景(2071—2100 年)及基准气候条件(1961—1990 年)气象要素资料, 分析了四川盆地玉米生育期内主要气候资
源(日平均气温≥10 ℃积温、日照时数、降水量、参考作物蒸散量和缺水率)和玉米生产潜力(光合、光温和气
候生产潜力)的时空变化特征。结果表明, 与基准气候条件相比, 在 A2和 B2两种气候情景下, 2071—2100年
四川盆地玉米生育期内≥10 ℃积温、日照时数和参考作物蒸散量都呈增加趋势; 两种气候情景下, 日平均气
温≥10 ℃积温的增量分别为 460~641 ·d℃ 和 376~492 ·d, ℃ 在盆地西部增量最大; 日照时数的增量分别为
15~225 h和 33~202 h, 雅安增加最多; 参考作物蒸散量的增量分别为 76~144 mm和 73~123 mm, 雅安增加最
多。降水量在大部分地区呈减少趋势, 变幅分别为−87~56 mm和−73~47 mm, 雅安减少最多。玉米缺水率分别
增加 2%~18%和 5%~16%, 雅安增幅最大, 未来四川盆地玉米受干旱灾害的风险可能加大。在 A2 和 B2 情景
下, 2071—2100年玉米光合生产潜力分别增加 228~3 277 kg·hm−2和 485~2 960 kg·hm−2, 雅安和川北部分地区
增量最大; 光温生产潜力也呈增加趋势, 分别增加 2 923~5 874 kg·hm−2和 2 697~4 909 kg·hm−2, 雅安的增量最
大; 气候生产潜力同样呈增加趋势, 分别增加 984~2 975 kg·hm−2和 293~2 090 kg·hm−2, 盆地西部增加较多。未
来四川盆地气候资源变化对玉米的生产有利, 产量存在提升空间。
关键词 气候变化 四川盆地 玉米 气候资源 生产潜力
中图分类号: S162.3 文献标识码: A 文章编号: 1671-3990(2013)12-1526-11
Impact of future climate change on climatic resources and potential
productivity of maize in Sichuan Basin
PANG Yan-Mei1,2, CHEN Chao3, PAN Xue-Biao2, WEI Xiao-Yu2
(1. Institute of Plateau Meteorology, China Meteorological Administration, Chengdu 610072, China; 2. College of Resources and
Environment, China Agricultural University, Beijing 100193, China; 3. Sichuan Provincial Climate Centre, Chengdu 610072, China)
Abstract Maize is a major cultivated grain crop in Sichuan and has contributed significantly to total grain production in the
province. Sichuan Province has a complex topography and various landforms where climate change has caused temperature and
precipitation anomalies, adversely affecting local maize production in the past 50 years. However, studies of future changes in
agricultural climatic resources and corresponding impacts on maize production in Sichuan have rarely been reported. Predicting
temporal and spatial changes in climatic resources and potential productivity during the entire growth period of maize under global
climate change in the Sichuan Basin can lay key theoretical basis for developing response strategies of climate change and
macroscopic policy decisions on maize production. Based on baseline climatic condition (1961−1990) and daily data for A2 and B2
第 12期 庞艳梅等: 未来气候变化对四川盆地玉米生育期气候资源及生产潜力的影响 1527


climate scenarios (2071−2100) from the PRECIS regional climate model, the spatial and temporal characteristics of climatic
resources (accumulated temperature ≥10 of daily ℃ average temperature, sunshine hours, precipitation, reference crop evapotran-
spiration and water deficient ratio) and potential productivity (photosynthetic potential productivity, photo-temperature potential
productivity and climatic potential productivity) of maize in Sichuan Basin were analyzed. The results showed that accumulated
temperature ≥10 , sunshine hours and reference crop evapotranspiration during the entire growth period of maize increased in ℃
2071−2100 under A2 and B2 climate scenarios compared with the 1961−1990 baseline climate conditions. Accumulated temperature
≥10 ℃ increased respectively by 460−641 ·d and 376℃ −492 ·d℃ under A2 and B2 climate scenarios with the highest increase in
the western basin. Sunshine hours would increased respectively by 15−225 h and 33−202 h, with the highest increase in Ya’an.
Reference crop evapotranspiration increased respectively by 76−144 mm and 73−123 mm with the highest increase in Ya’an.
Precipitation decreased in most of the regions of Sichuan Basin with the highest decrease in Ya’an. For individual region, however,
precipitation apparently respectively increased within 87−56 mm and 73−47 mm under the A2 and B2 climate scenarios. Water
deficient ratio of maize respectively increased by 2%−18% and 5%−16% under the future A2 and B2 climate scenarios, suggesting
increasing maize drought disaster risks in Sichuan Basin. Compared with the 1961−1990 baseline climate conditions, photosynthetic
potential productivity of maize respectively increased by 228−3 277 kg·hm−2 and 485−2 960 kg·hm−2 during 2071−2100 under A2
and B2 climate scenarios with the highest increase in Ya’an and northern basin. Photo-temperature potential productivity respectively
increased by 2 923−5 874 kg·hm−2 and 2 697−4 909 kg·hm−2 during 2071−2100 under A2 and B2 climate scenarios with the highest
increase in Ya’an. Climatic potential productivity respectively increased by 984−2 975 kg·hm−2 and 293−2 090 kg·hm−2 during
2071−2100 under A2 and B2 climate scenarios with the highest increase in western basin. Future changes in climatic resources were
apparently beneficial to maize yield in Sichuan Basin.
Key words Climate change, Sichuan Basin, Maize, Climatic resource, Potential productivity
(Received Jun. 5, 2013; accepted Sep. 5, 2013)
1906—2005年 , 全球平均温度上升 0.74 , ℃
1956—2005年升温0.65 , ℃ 近50年的变暖速率是近
100年的2倍, 变暖幅度从20世纪90年代以来明显加
速[1]。未来100年, 全球气温可能升高1.1~6.4 ℃[1]。
全球气候变暖背景下 , 过去100年中国年均气温上
升0.5~0.8 , ℃ 略高于全球水平[2]; 降水量在西部地
区每10年增加10%~15%, 而在北方大部分地区以减
少为主[3]。气候模式预估2050年中国年均气温可能
升高2.3~3.3 , ℃ 降水量增加5%~7%[3]。研究表明 :
气候变化将使农作物种植制度和农业生产布局发生
改变、农业生产成本和投资成本增加[4−5], 对粮食安
全生产有重要影响[6]。在气候变暖的影响研究中, 前
人基于气象站的历史观测数据或未来情景数据, 对
中国农业气候资源 [7−9]和主要玉米种植区玉米生产
潜力[10−19]的时空分布特征进行了详细研究。而关于
四川地区气候资源和生产潜力的研究也取得一些成
果[20−23], 20世纪的后40年, 川西高原气温升高、降水
量增加、湿度增大的趋势显著, 而在四川盆地西南
部和东北部则出现明显的降温趋势[20]; 1961—2009
年四川省年平均气温、≥10 ℃积温和≥0 ℃积温呈
增加趋势, 全省大部地区日照时数和参考作物蒸散
量减少, 降水量在攀枝花和川西高原升高, 而在盆
地大部分地区减少 [21]; 1961—2007年, 四川省作物
温度生长期内日平均气温≥10 ℃和≥15 ℃积温均
呈增加趋势, 温度生长期内日照时数整体呈增加趋
势, 降水量和参考作物蒸散量总体呈减少趋势[22]。
1971—2006年, 四川盆地降水量和日照时数的减少
使作物生产潜力降低, 而气温升高使生产潜力提高;
各生产潜力在1970s都达到高值时期, 2006年光温生
产潜力达到另一个高值; 1995年后各类生产潜力平
均值均较1970s有所减少[23]; 1981—2010年, 四川省
玉米气候生产潜力总体呈增加趋势[17]。但是, 针对
未来四川省玉米生育期气候资源变化及由此导致的
玉米生产潜力变化的研究还鲜见报道。
鉴于此 , 本研究拟利用区域气候模式PRECIS
(分辨率50 km×50 km)输出的未来A2和B2气候情景
(2071—2100年)以及基准气候条件(1961—1990年)
逐日气象要素资料, 针对四川盆地未来2071—2100
年玉米生育期光、温、水等气候资源和玉米的光合、
光温、气候生产潜力的时空变化特征进行预估, 以
期为未来应对气候变化、合理开发并利用气候资源、
调整种植布局、探讨四川省玉米增产潜力及增产途
径等提供重要的理论依据。
1 材料与方法
1.1 数据来源与区域气候模式 PRECIS简介
PRECIS(providing regional climates for impacts
studies)是由英国Hadley气候预测与研究中心开发的
区域气候模式, 2003年由中国科学家引入我国, 用以
构建中国区域高分辨率的SRES未来气候情景, 并已
被应用于中国区域气候变化的影响评估工作中[24−26]。
1528 中国生态农业学报 2013 第 21卷


IPCC排放情景特别报告中提出, 人口、经济、技
术、能源、农业和未来社会经济发展的主要方向是影
响温室气体排放的主要驱动因素, 其将未来世界发展
框架划分为A1、A2、B1和B2共4种情景[27]。本研究使
用50 km×50 km网格的日平均气温、降水、风速、辐射、
相对湿度等气象要素, 以1961—1990年的逐日气象要
素值作为基准时段(baseline), 由SRES排放方案(A2和
B2)驱动获得的2071—2100年的逐日气象要素值表示
未来的气候状况。情景数据由中国农业科学院农业环
境与可持续发展研究所许吟隆课题组提供。
1.2 玉米生育期资料
本研究的玉米全生育期指从播种至成熟。根据
四川盆地23个站点1981—2010年的农业气象观测资
料 , 确定了四川盆地各个区域玉米的平均生育期 ,
见表1。资料来源于四川省气象局信息中心, 研究区
域农业气象观测站点的分布见图1。
表 1 四川盆地玉米种植区域玉米全生育期的起止日期
Table 1 Beginning and ending dates of maize growth period in main production regions of Sichuan Basin
区域 Region 播种 Sowing 成熟 Maturity
盆西平丘区 Plain and hill areas of western basin 4 月上旬 Early April 9 月上旬 Early September
盆中浅丘区 Hilly area of central basin 3 月上旬 Early March 8 月中旬 Middle August
盆南丘陵区 Hilly area of southern basin 3 月上旬 Early March 8 月上旬 Early August
盆东平行岭谷区 Equal ridge-valley region of eastern basin 3 月上旬 Early March 8 月上旬 Early August
盆周边缘山地区 Mountain area around basin 5 月上旬 Early May 9 月下旬 Late September


图 1 研究区域农业气象观测站点分布
Fig. 1 Distribution of agricultural meteorological observation
stations in the study region
1.3 参考作物蒸散量计算
本研究采用FAO 1998年推荐的Penman-Monteith
方法计算参考作物蒸散量[28], 公式为:
( ) ( )
( )
n 2 s a
0
2
9000.408
273
1 0.34
R G U e e
TET
U
γ
γ
Δ − + −+= Δ + + (1)
式中, ET0为参考作物蒸散量(mm·d−1), Δ为饱和水汽
压与温度关系曲线的斜率(kPa·℃−1), Rn为作物表面
净辐射量(MJ·m−2), G为土壤热通量(MJ·m−2), γ为湿
度计常数(kPa·℃−1), T为空气平均温度( ), ℃ U2为地
面以上2 m处的风速 (m·s−1), ea为空气实际水汽压
(kPa), es为空气饱和水汽压(kPa), Rn、G、Δ、U2可以
通过气象台站观测资料计算获得。
1.4 玉米需水量计算
采用FAO推荐的公式确定玉米生育期需水量[28]:
c c 0ET K ET= × (2)
式中, ETc为作物需水量(mm·d−1), Kc为作物系数, ET0
为参考作物蒸散量(mm·d−1)。
本文综合FAO推荐的Kc值和中国主要农作物需
水量等值线图协作组研究成果, 同时根据四川省历
史资料和田间试验结果, 确定了研究区玉米生育期
各月的作物系数(表2)。
表 2 四川盆地玉米生育期各月的作物系数
Table 2 Crop coefficient (Kc) of maize in each month during growth season in Sichuan Basin
月份 Month
区域 Region
3 4 5 6 7 8 9
盆西平丘区 Plain and hill areas of western basin 0.70 0.70 1.10 1.30 1.40 1.25 1.30
盆中浅丘区 Hilly area of central basin 0.80 0.80 1.10 1.40 1.30 1.12 1.12
盆南丘陵区 Hilly area of southern basin 0.80 0.80 1.20 1.35 1.25 1.05 0.95
盆东平行岭谷区 Equal ridge-valley region of eastern basin 0.80 0.80 1.20 1.35 1.25 1.05 0.95
盆周边缘山地区 Mountain area around basin 0.65 0.65 1.05 1.25 1.30 1.20 1.20

第 12期 庞艳梅等: 未来气候变化对四川盆地玉米生育期气候资源及生产潜力的影响 1529


1.5 有效降水量计算
有效降水量指总降水量减去蒸发量、径流量和
深层渗漏量, 这部分降水量可保留在根区, 并能供
植物利用, 代表了总降水量中的有效部分。本文选
取FAO参考作物蒸散量与降水量的比率法, 计算有
效降水量[29], 并结合本研究需要、可行性、数据获
取的难易及计算的精度需要对其进行修正。
根据土壤和潜在蒸散特性, 选取 10 d分为 1组,
由于作物生育期的限制, 对于余数大于 5 d 但不足
10 d的分为 1组, 而小于 5 d的不再进行划分。公式
如下:
ˆ10N n a= × + (3)
( )
( )
ˆ 5
ˆ 1 5
n a
n
n a
<⎧⎪= ⎨ +⎪⎩ ≥
(4)
式中, N为生育期天数, ˆ /10,n N= a为余数, n为分
组的组数。
由于是计算作物生育期内的有效降水, 需要考
虑作物特性, 所以选用作物需水量替代参考作物蒸
散量来进行计算。修正后的算法为:
( )
( )
c
c c
i
R R ET
Pe
ET R ET
⎧⎪= ⎨ >⎪⎩
≤
(5)
1
n
i
i
Pe Pe
=
= ∑ (6)
式中, Pe为有效降水量(mm), R为一个时段的累积降
水量(mm), ETc 为一个时段的累积作物需水量(mm),
n为分组的组数。
1.6 玉米生育期缺水率计算
为表征作物生育期内的水分亏缺状况, 定义缺
水量与作物需水量的比值为缺水率, 缺水率的正(负)
表示作物生育期内的水分亏缺(盈余), 大小表示亏
缺或盈余的程度[30]:
c
c
100%
ET Pe
K
ET
−= × (7)
式中, K为作物生育期内的缺水率(%), ETc为作物生
育期内需水量(mm), Pe为作物生育期内的有效降水
量(mm)。
1.7 生产潜力计算
光合生产潜力指在热量、水分、土壤等自然环
境条件适宜、最优的管理条件下, 选用最优品种, 在
可能的生长期内, 作物本身通过外界环境将所投射
到该地的光能转换为生物化学的潜能, 光合生产力
是作物能达到的最高理论产量; 光温生产潜力指农
业生产条件充分保证 , 在充足的水分供应和CO2条
件下, 由当地的光、温条件决定的作物能达到的最
高产量; 气候生产潜力指在光温生产潜力的基础上,
加入水分对作物产量的影响[31]。本文采用侯光良[32]
的方法计算光合生产潜力, 计算步骤如下:
1 1 1
i
(1 ) (1 ) (1 ) (1 )
(1 ) (1 ) (1 ) ( )
YQ k
s q F L Q
μ ε ϕ α β ρ γ
ω η ξ− − −
= × × × × − × − × − × − ×
− × − × − × × × ×∑） (8)
式中: YQ为光合产量潜力(kg·hm−2); k为单位换算系
数; μ为作物光合固定CO2能力的比例, 取1.0; ε为光
合辐射占总辐射的比例, 取0.49; φ是光合作用量子
效率, 取0.22; α是植物群体反射率, 取0.08; β为植物
繁茂群体透射率, 取0.06; ρ为非光合器官截获辐射
比例, 取0.10; γ为超过光饱和点的光的比例, 取0.01;
ω为呼吸消耗占光合产物比例, 取0.30; η为成熟谷
物含水率, 取0.15; ξ为植物无机灰分含量比例, 取
0.08; s为作物经济系数, 玉米取0.45; q为单位干物
质所占热量, 取17.2 mJ·kg−1; F(L)为叶面积时间变
化动态订正函数值 , 本文取0.55; Qi为太阳总辐射
(mJ·m−2), 可利用各站点日照百分率资料计算:
( )i AQ ms c Q= + × (9)
式中: QA为天文辐射量(mJ·m−2); s为日照百分率(%); m
和 c为经验常数, 四川地区分别为 0.475和 0.205[33]。
光温生产潜力为:
( )YT YQ f t= × (10)
式中: YT为光温生产潜力(kg·hm−2); YQ为光合生产
潜力(kg·hm−2); f(t)为温度订正函数, 计算公式如下:
min max
min
min s
s min
max
s max
max s
0 ( )
( )
( )
( )
t t t t
t t t t t
t tf t
t t
t t t
t t
⎧ < >⎪⎪ − <⎪⎪ −= ⎨⎪ −⎪⎪ −⎪⎩
,
≤
≤ ≤
(11)
式中, t 为某阶段的平均温度( ), ℃ tmin为作物生长下
限温度( ), ℃ ts为作物生长最适温度( ), ℃ tmax为作物
生长上限温度( )℃ 。本文中玉米的三基点温度分别取
下限温度 8 , ℃ 最适温度 32 , ℃ 上限温度 44 ℃[34]。
气候生产潜力为:
( )YW YT f w= × (12)
式中: YW为气候产量潜力(kg·hm−2); YT为光温生产
潜力(kg·hm−2); f(w)为水分订正函数, 公式如下:
( )
( )
c
c
c
0
( )
1
Pe Pe ET
ETf w
Pe ET
⎧ <⎪= ⎨⎪⎩
≤
≥
(13)
式中, Pe为作物生育期内的有效降水量(mm), ETc为
作物需水量(mm)。
2 结果与分析
2.1 玉米生育期气候资源的变化特征
农业气候资源是农业生产的物质能源与基本环
境条件, 直接影响农业生产过程, 气候资源变化对
1530 中国生态农业学报 2013 第 21卷


农业生产结构、作物品种、种植制度、栽培管理措
施和农作物产量有重要的影响[35]。本节探讨四川盆
地未来玉米生育期内光、温和水等气候资源的时空
分布变化特征, 为进一步分析四川盆地的玉米增产
潜力提供技术支撑。
2.1.1 玉米生育期日平均气温≥10 ℃积温变化
由图2a可知, 基准年四川盆地玉米生育期内日
平均气温≥10 ℃积温的分布总体呈由西南向东北
递增的变化趋势, ≥10 ℃积温为2 120~2 944 ·d℃ 。
与基准气候条件 (1961—1990年 )相比 , 未来A2气
候情景下, 2071—2100年四川盆地玉米生育期内≥
10 ℃积温呈增加趋势, 增量达460~641 ·d, ℃ 盆地
西部增加最多(图2b)。B2情景下, ≥10 ℃积温也呈
增加趋势 , 空间分布与A2情景类似 , 增量达376~
492 ·d℃ (图2c)。
2.1.2 玉米生育期日照时数变化
由图 3a可知, 基准年四川盆地玉米生育期内日
照时数的分布总体呈由东北向西南递减的趋势, 日
照时数为 369~503 h。与基准气候条件相比, 未来
A2气候情景下, 2071—2100年四川盆地玉米生育期
内的日照时数呈增加趋势, 增量达到 15~225 h, 盆
地西部和绵阳北部地区增加最多(图 3b)。B2情景下,
日照时数也呈增加趋势, 空间分布与 A2 情景类似,
增量达 33~202 h(图 3c)。

图 2 四川盆地基准年(1961—1990年)玉米生育期≥10 ℃积温(a)及 2071—2100年 A2情景(b)和 B2情景(c)下玉米生育期
≥10 ℃积温相对于基准年的变化
Fig. 2 ≥10 accumulated temperature℃ (AT) for baseline (1961−1990, a), changes relative to baseline under A2 (b) and B2 (c)
scenarios during 2071−2100 of maize’s whole growth period in Sichuan Basin

图 3 四川盆地基准年(1961—1990年)玉米生育期日照时数(a)及 2071—2100年 A2情景(b)和 B2情景(c)下玉米生育期
日照时数相对于基准年的变化
Fig. 3 Sunshine hours for baseline (1961−1990, a), changes relative to baseline under A2 (b) and B2 (c) scenarios during 2071−2100
of maize’s whole growth period in Sichuan Basin
2.1.3 玉米生育期降水量变化
由图4a可知, 基准年四川盆地玉米生育期内降
水量的分布总体呈由西南向东北递减的变化趋势 ,
降水量为410~772 mm。与基准气候条件相比, 未来
A2气候情景下, 2071—2100年盆地大部分地区玉米
生育期内的降水量呈减少趋势, 而在盆地南部、成
都、广安和绵阳的部分地区呈增加趋势, 降水量变
幅达到−87~56 mm(图4b)。B2情景下, 玉米生育期内
的降水量在大部地区也呈减少趋势, 仅在乐山、眉
山、成都和绵阳的北部地区呈增加趋势, 降水量的
变幅达到−73~47 mm(图4c)。
2.1.4 玉米生育期参考作物蒸散量变化
由图5a可知, 基准年四川盆地玉米生育期内参
考作物蒸散量ET0遂宁地区最高 , 整个盆地玉米生
育期的ET0为371~471 mm。与基准气候条件相比, 未
来A2气候情景下, 2071—2100年盆地玉米生育期内
的ET0呈增加趋势, 增量达到76~144 mm, 其中, 乐
山和雅安的增加最多, 总体呈由西向东减少的趋势
(图5b)。B2情景下 , ET0也呈增加趋势 , 增量达到
73~123 mm, 空间分布与A2情景类似(图5c)。
第 12期 庞艳梅等: 未来气候变化对四川盆地玉米生育期气候资源及生产潜力的影响 1531



图 4 四川盆地基准年(1961—1990年)玉米生育期降水量(a)及 2071—2100年 A2情景(b)和 B2情景(c)下玉米生育期降
水量相对于基准年的变化
Fig. 4 Precipitation for baseline (1961−1990, a), changes relative to baseline under A2 (b) and B2 (c) scenarios during 2071−2100
of maize’s whole growth period in Sichuan basin

图 5 四川盆地基准年(1961—1990年)玉米生育期参考作物蒸散量(a)及 2071—2100年 A2情景(b)和 B2情景(c)下玉米
生育期参考作物蒸散量相对于基准年的变化
Fig. 5 Reference crop evapotranspiration (ET0) for baseline (1961−1990, a), change relative to baseline under A2 (b) and B2 (c)
scenarios during 2071−2100 of maize’s whole growth period in Sichuan basin
2.1.5 玉米生育期缺水率变化
由图6a可知, 基准年四川盆地玉米生育期内缺
水率的分布呈现由东北向西南递减的趋势, 玉米缺
水率为24%~41%。与基准气候条件相比, 未来A2气
候情景下, 2071—2100年四川盆地玉米生育期内的
缺水率呈增加趋势, 增量达2%~18%, 雅安地区增加
最多(图6b)。B2情景下, 缺水率也呈增加趋势, 增量
达5%~16%, 在雅安地区的增幅最大(图6c)。因此 ,
未来四川盆地玉米受干旱灾害的风险可能加大。
2.2 玉米生产潜力变化特征
农业气候生产潜力是评价农业气候资源的判据
之一, 其大小取决于光、温、水的数量及其相互配
合协调的程度[36−37]。在分析了未来四川盆地玉米生
育期气候资源变化的基础上, 研究未来玉米生产潜
力的时空变化特征对四川盆地玉米生产力的稳定增
长具有重要意义[38]。

图 6 四川盆地基准年(1961—1990年)玉米生育期缺水率(a)及 2071—2100年 A2情景(b)和 B2情景(c)下玉米生育期缺
水率相对于基准年的变化
Fig. 6 Water deficient ratio for baseline (1961−1990, a), changes relative to baseline under A2 (b) and B2 (c) scenarios during
2071−2100 of maize’s whole growth period in Sichuan basin
1532 中国生态农业学报 2013 第 21卷


2.2.1 玉米光合生产潜力的变化
基准年四川盆地玉米光合生产潜力与日照时数
的空间分布特征类似, 呈现由东北向西南递减的分
布趋势, 玉米光合生产潜力为14 936~17 555 kg·hm−2
(图7a)。与基准气候条件相比, 未来A2气候情景下,
2071—2100年由于四川盆地玉米生育期内的日照时
数增加15~225 h, 玉米光合生产潜力也呈增加趋势,
增量达到228~3 277 kg·hm−2, 雅安和川北部分地区
的增量最多(图7b)。B2情景下, 由于日照时数增加
33~202 h, 光合生产潜力也呈增加趋势, 增量达到
485~2 960 kg·hm−2, 分布与A2情景类似(图7c)。由此
看来, 未来日照时数的增加对四川盆地玉米的增产
有利。
2.2.2 玉米光温生产潜力的变化
基准年四川盆地玉米光温生产潜力的分布总体
呈由西南向东北递减的趋势, 玉米光温生产潜力为
8 136~11 737 kg·hm−2(图8a)。与基准气候条件相比,
未来A2气候情景下, 在光合生产潜力增加的基础上,
由于2071—2100年四川盆地玉米生育期内≥10 ℃积
温增加460~641 ·d, ℃ 热量资源的增加使玉米光温生
产潜力也呈增加趋势, 增量达到2 923~5 874 kg·hm−2,
雅安的增加最多(图8b)。B2情景下, 由于 ≥10 ℃积温
增加376~492 ·d, ℃ 光温生产潜力也呈增加趋势, 增
量达到2 697~4 909 kg·hm−2, 空间分布和A2情景类
似(图8c)。由此看来, 未来气候变化情景下的光温匹
配对四川盆地玉米的增产有利。

图 7 四川盆地基准年(1961—1990年)玉米光合生产潜力(a)及 2071—2100年 A2情景(b)和 B2情景(c)下玉米光合生产
潜力相对于基准年的变化
Fig. 7 Photosynthetic potential productive (PPP) for baseline (1961−1990, a), changes relative to baseline under A2 (b) and B2 (c)
scenarios during 2071−2100 of maize in Sichuan basin

图 8 四川盆地基准年(1961—1990年)玉米光温生产潜力(a)及 2071—2100年 A2情景(b)和 B2情景(c)下玉米光温生产
潜力相对于基准年的变化
Fig. 8 Photo-temperature potential productive (PTPP) for baseline (1961−1990, a), changes relative to baseline under A2 (b) and
B2 (c) scenarios during 2071−2100 of maize in Sichuan basin
2.2.3 玉米气候生产潜力的变化
基准年四川盆地玉米气候生产潜力的分布总体
呈由西南向东北递减的趋势, 玉米气候生产潜力为
4 719~7 901 kg·hm−2(图9a)。与基准气候条件相比,
未来A2气候情景下, 2071—2100年四川盆地大部分
地区玉米生育期内的降水量呈减少趋势, 水分条件
是限制玉米产量形成的主要气候条件, 但由于光温
生产潜力的增效大于水分不足对玉米的影响, 气候
生产潜力呈增加趋势 , 增量为984~2 975 kg·hm−2,
成都和绵阳北部地区增加较多(图9b)。B2情景与A2
情景类似, 水分条件是限制玉米产量形成的主要气
候条件, 但2071—2100年气候生产潜力也呈增加趋
势, 增量为293~2 090 kg·hm−2, 盆地西部增加较多
(图9c)。因此 , 综合考虑气候情景下玉米生育期内
光、温、水的匹配情况, 未来气候变化对四川盆地
玉米生产有利, 产量存在提升空间。
第 12期 庞艳梅等: 未来气候变化对四川盆地玉米生育期气候资源及生产潜力的影响 1533



图 9 四川盆地基准年(1961—1990年)玉米气候生产潜力(a)及 2071—2100年 A2情景(b)和 B2情景(c)下玉米气候生产
潜力相对于基准年的变化
Fig. 9 Climatic potential productive (CPP) for baseline (1961−1990, a), changes relative to baseline under A2 (b) and B2 (c)
scenarios during 2071−2100 of maize in Sichuan basin
3 讨论与结论
本文利用区域气候模式PRECIS输出的未来A2
和B2气候情景以及基准气候条件逐日资料, 对未来
2071—2100年四川盆地玉米生育期内气候资源和生产
潜力的时空变化特征进行分析。结果表明: 1961—1990
年, 四川盆地玉米生育期内≥10 ℃积温总体呈由西
南向东北递增的变化趋势。和基准年相比, 未来A2
和B2气候情景下, 2071—2100年玉米生育期内日平
均气温≥10 ℃积温呈增加趋势 , 盆地西部增量最
大。积温的增加有利于玉米生物量的积累; 而积温
的增加也有可能使玉米生育期缩短, 但在实际生产
中可通过调整品种熟性、播种期或提高复种指数来
合理利用热量资源。
1961—1990年, 四川盆地玉米生育期内的日照
时数呈现由东北向西南递减的分布趋势。和基准年
相比, 2071—2100年玉米生育期内的日照时数呈增
加趋势, 盆地西部和绵阳北部增加最多。从机理上
来看, 日照时数的增加对玉米的光合生产是正效应,
有利于玉米高产。
1961—1990年, 四川盆地玉米生育期内降水量
呈由西南向东北递减的分布趋势, 而缺水率呈由东
北向西南递减的分布趋势。和基准年相比, 2071—
2100年盆地大部分玉米生育期内的降水量呈减少趋
势, 而缺水率呈不同程度的增加趋势。作物生育期
内降水量的减少和缺水率的上升不利于产量形成[39],
未来四川盆地玉米受干旱灾害的风险可能加大。因
此, 玉米生产中应注重加强灌溉, 提高水分利用效
率以避免水分不足对玉米生长带来的不利影响。
1961—1990年, 四川盆地遂宁地区的参考作物
蒸散量最高。和基准年相比, 2071—2100年四川盆地
玉米生育期内的参考作物蒸散量呈增加趋势, 乐山
和雅安增加最多。有研究指出影响四川盆地参考作
物蒸散量变化的主要气象要素可能是日照, 而风速
是影响高原地区参考作物蒸散量变化的主要因子 ,
同时, 参考作物蒸散量还受到温度、降水量和相对
湿度等气象要素的影响[40]。针对参考作物蒸散量变
化的影响机理还有待进一步研究。
近些年, 对于气候生产潜力的研究一直是国内
外的热点。导致作物光合生产潜力在不同年代、不
同地区有所差异的原因主要与生育期和生育期间的
太阳总辐射有关。未来 2071—2100年四川盆地玉米
生育期内日照时数增加, 光合生产潜力也随之提高,
雅安和川北部分地区增量最大。光温生产潜力由温
度和光照决定, 在计算光合生产潜力的基础上, 随
着未来气温升高, 四川盆地玉米光温生产潜力也将
有所提高, 雅安的增量最大。气候生产潜力由温度、
光照和降水决定, 未来玉米气候生产潜力呈增加趋
势。由此看来, 未来气候变化对四川盆地玉米生产
有利, 产量存在提升空间。这里还有几点需要说明,
首先, 分析 1950—2010年玉米实际生产统计资料[41]
得出, 四川省玉米平均单产呈持续上升趋势, 平均
每 10年增加 737.4 kg·hm−2, 2000s和 1950s相比, 单
产从 1 160.6 kg·hm−2增加到 4 555.4 kg·hm−2, 这和本
研究得到的生产潜力呈上升趋势的结论一致, 说明
单产的提高除与品种改良、生产技术的提高等因素
密切相关外, 有利的气候条件对作物的增产至关重
要。第二, 本文在分析气候变化对作物生产潜力的
影响时, 没有考虑 CO2 浓度增高的施肥效应, 这与
现实生产还有一定的差异。第三, 作物生产潜力计
算模型中的生物学参数是固定的, 而作物品种特性
是随遗传育种技术、管理及环境而变化的, 因此, 玉
米品种特性的变化也是未来生产潜力计算结果具有
不确定性的原因之一。第四, 本研究在计算光温生
产潜力时, 没有考虑热害等极端气候条件对玉米生
长和产量的影响, 而近年来极端气候事件呈增多趋
势, 农业气象灾害频发, 应加强极端气候事件对玉
米生产影响的研究。因此, 本文的结果只是一种参
1534 中国生态农业学报 2013 第 21卷


考, 生产中还需要具体分析。
此外, 本研究使用的是未来气候情景数据, 这
也是造成研究结果存在不确定性的原因之一。不完
善的气候模式和不确定的未来温室气体排放情景是
气候变化情景不确定性的主要来源[42]。但是, 气候
资源和作物生产潜力的变化是综合因素影响的结果,
要从根本上准确客观地回答这一科学问题, 还需深
刻认识并把握其变化过程、机制。因此, 本项研究
仅提供了一个框架式的结果, 结论有一定的局限性,
但作为气候预估性研究, 此类研究仍然给出了四川
盆地未来玉米生育期的气候资源和生产潜力的变化
范围和大致趋势, 这对今后指导四川省玉米生产具
有一定的现实意义, 随着资料的不断完善, 研究结
论也将不断深入。
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欢迎报考
中国科学院遗传与发育生物学研究所农业资源研究中心

中国科学院遗传与发育生物学研究所农业资源研究中心(以下简称中心)的前身为中国科学院石家庄农
业现代化研究所, 2002年与中国科学院遗传与发育生物学研究所整合后更名为“中国科学院遗传与发育生物
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本中心面向国家水安全、粮食安全、生态环境安全的重大战略需求和农业资源与生态学前沿领域, 以农
业水资源高效利用为重点, 在节水理论与技术、农业生物技术、生态系统及信息管理等领域, 开展应用基础
研究, 集成创新资源节约型现代农业模式, 为区域农业持续发展做出了基础性、战略性、前瞻性贡献。
1 研究生招生
作为中国科学院博士及硕士学位培养单位之一, 中心招收生态学学术型硕士、博士研究生, 生物工程全
日制专业学位硕士研究生, 鼓励优秀学生硕博连读。针对推免生, 凡参加并通过我中心面试, 如未能获得所
在院校推免名额, 第一志愿报考我中心参加统考时, 可免再次复试。
2 研究生培养
中心具有一支结构合理、经验丰富、学术造诣深的导师队伍。博士生导师 20名, 硕士生导师 25名。研
究生作为中心科研工作的生力军在相关研究领域做出了突出成绩。曾荣获中国科学院院长奖、朱李月华奖
学金以及各种冠名奖学金和中国科学院遗传与发育生物学研究所振声奖学金、益海嘉里奖学金等。导师关
注每一位学生的成长, 注重研究生创新能力的培养。积极引导研究生开展跨学科和跨地区的社会实践, 邀请
海内外知名学者参加研究生的培养工作, 举办形式多样的学术研讨会与报告会, 为人才的成长营造良好的
环境和氛围。另外中心有研究生学生会、研究生党支部和各种社团, 同学们的业余生活丰富多彩。
3 研究生待遇
研究生在学期间享有相应的研究助理薪金, 硕士生每年 25 000元左右, 博士生每年 35 000元左右, 定向
和委培生也有机会获得三助岗位津贴。此外, 部分优秀学生每年可获得中国科学院研究生院奖学金、冠名奖
学金等奖励。2010年新建的学生公寓, 宽敞明亮(两人/间), 具有独立卫生间和淋浴条件, 中心食堂伙食可口
且价位低, 深受同学好评。
4 研究生就业
研究生毕业后多数赴国内外大学、科研院所等企事业单位就职或从事博士后研究工作, 平均就业率为
97.6%(2006—2012年数据统计)。
5 联系方式
招生代码: 学校代码: 80001 院系代码: 80156
单位网址: http://www.sjziam.cas.cn
联系部门: 人事教育部门
联系人: 王老师 毛老师
联系电话: 0311-85801050; 0311-85814366