研究作物产量对气候变化的响应,对于指导区域农业生产,保障粮食安全和生态安全具有一定的理论指导意义。结合大田试验与农业生产系统模拟模型（Agricultural Production Systems Simulator,APSIM）,在验证模拟研究区冬小麦、玉米和紫花苜蓿产量可靠性的基础上,分析5个降水变化梯度（降水量不变、降低10%和20%、升高10%和20%）和5个气温变化梯度（不变、降低1.5和1℃、升高1.5和1℃）组合情景下3种作物的产量变化趋势。结果表明：APSIM模型在试验点对3种作物籽粒产量和生物量的模拟精度较高,决定系数R2在0.80～0.93之间,归一化均方根误差在11.35%～22.48%之间,模型有效系数在0.53～0.91之间。冬小麦、玉米和紫花苜蓿在气温升高、降水量减少的情景下减产,减产的最大幅度分别为38.7%、40.3%和41.8%;冬小麦、紫花苜蓿的在气温降低、降水量增加时增产,增产的最大幅度分别为29.8%和51.7%;玉米在降水量增加、温度不变的情景下增产幅度最大,为22.0%。总之,在研究范围内,3种作物的产量随降水的增加而增高;玉米的产量随气温升高先增高后降低,另2种作物的产量随气温的升高而降低;紫花苜蓿适应气候变化的能力最强。结果对明确黄土高原地区主要作物的生产走势,制订农业布局、管理措施等具有一定意义。
APSIM(agricultural production systems simulator)模型作为一种作物生长机理模型,可敏感捕捉气候变化、土壤水分变化引致的系统组分响应,适用于降水不确定性地区的农业系统生产预测。为确定APSIM模型对秸秆还田等水土保持耕作拦截夏季降水的模拟功能,在甘肃黄土高原开展了秸秆还田处理,对冬小麦收获后休闲期土壤水分的影响及其APSIM模拟。结果表明:自然降水条件下,免耕+秸秆还田(S)处理下土壤水分蒸发量较休闲裸地(F)、耕作+覆草(TS)及传统耕作(T)降低16.7%～23.9%,裸地休闲或耕作会造成土壤水分流失,秸秆还田的保水作用明显,APSIM模拟可代表71%～92%的土壤水分变化;在人工模拟降水(66 mm.h-1)情况下,土壤蒸发在2 t.hm-2(SS)、4 t.hm-2(LS)秸秆还田量下比裸露休闲地(F)分别降低了27.8%和49.4%,APSIM模拟值解释了96%～99%的土壤水分变化。表明本土化的APSIM模型可以描述研究区土壤水分变化,适用于农业系统研究。
