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本研究以黄土高原主要作物(冬小麦、春玉米)为研究对象,围绕气候变化对于作物产量与土壤水分的影响,以研究区域升尺度为主要思路,利用EPIC作物模型模拟了长武1981-2017年冬小麦、春玉米产量变化与土壤水分动态、研究了温度、降水和大气二氧化碳浓度三类气候要素对于冬小麦产量与土壤水分的影响、阐明了影响作物产量与土壤水分的关键气候要素;以降尺度气候数据驱动APSIM作物模型运行,探究了气候变化下冬小麦的产量与稳产性变化趋势,并利用Arc GIS技术预测了在RCP 4.5和RCP 8.5情景下2020-2100年间黄土高原冬小麦适宜种植区域变化趋势,从而明确作物产量和土壤水分对于气候变化的响应,为积极应用合理农业措施来应对气候变化提供理论基础。主要结论如下:(1)休闲期是影响冬小麦土壤墒情的关键时期。黄土塬区降水资源较为缺乏,连续多季休闲期降水不足会导致土壤储水量大幅度降低并难以恢复到之前水平。以1998-1999(休闲期降水11.5 mm)、1999-2000(休闲期降水45.9 mm)、2000-2001(休闲期降水140.0 mm)连续三年休闲期降水缺乏为例,这三季之后冬小麦土壤储水量难以恢复到1998年之前的水平。(2)1981-2017年间,春玉米和冬小麦0-4.0 m土层有效储水量在模拟前期均呈现逐渐波动上升,之后显著降低,最后在较低的水平上随着降水量变化而波动的趋势。连作后期春玉米土壤有效储水量大于冬小麦。冬小麦土壤连作14季之后出现土壤干层,随着连作年限的增加干层厚度逐渐加厚,连作末期土壤干层厚度可达3.0 m;春玉米土壤在连作12季之后出现土壤干层,随着连作年限的增加干层厚度逐渐加厚,连作末期土壤干层厚度达到2.2 m,小于冬小麦干层厚度。在全球气候不断升温的状况下,从保持土壤墒情的角度出发,黄土塬区连作冬小麦、连作春玉米年限不宜超过14季和12季。(3)在气候变化背景下,影响黄土高原冬小麦产量(产量水平和产量稳定性)和土壤水分的最大气候因素是降水,大气二氧化碳浓度和温度次之。气温的升高和降水的减少都将使冬小麦土壤水分含量降低,也将减小土层干湿交替频率,延长较低土壤水分的持续时间。但温度升高1°C的土壤水分条件优于降水量下降10%的土壤水分条件。大气二氧化碳浓度的提升将改善0-4.0 m土层的水分。短期内二氧化碳浓度的升高不足以改变模拟后期(17季以后)1.0-2.0 m土层干湿交替频率,但延长了较高土壤水分的持续时间。(4)在RCP 4.5与RCP 8.5情景下,黄土高原种植区冬小麦的产量与稳产性都显著提高。同时,冬小麦适宜种植范围将存在明显的北移,且RCP 8.5情景下北移增加的面积更大。在RCP 4.5情景下2020-2060年间,适宜种植面占黄土高原总面积的46.8%,相较于1981-2017年间减少了13095 km~2;2061-2100年间,适宜种植面积占比为65.2%,相较于1981-2017年间增加面积101763 km~2。在RCP 8.5情景下,2020-2060年间,占比为56.4%,相较于1981-2017年间增加面积46968 km~2;2061-2100年间,面积占比为65.7%,相较于1981-2017年间增加面积107671 km~2。