The Impact of Climate Change on Crop Breeding Strategies in China

doi:10.11924/j.issn.1000-6850.casb2021-0454

Abstract

Abstract:

Climate change has a direct impact on crop yield. Breeding new crop varieties according to production practice and climate characteristics is of great significance to food security in China. In this paper, we used the data of meteorological stations and grain yield from 1979 to 2014 in China’s main grain producing areas and northwest to clarify the characteristics of grain yield and climate change through statistical analysis. The results showed that the annual mean temperature increased in northeast China, the Huang-Huai-Hai region, the Yangtze River Basin and northwest China, and the increase rate was 0.30℃/10 a, 0.37℃/10 a, 0.38℃/10 a and 0.48℃/10 a, respectively, which was significantly correlated with grain yield. The annual mean temperature decreased from south to north and east to west. Due to the uneven distribution of heat resources, the change of annual precipitation rate in different regions was significantly different, but had no significant correlation with grain yield. Therefore, grain crop breeding should be based on the principles of high quality, high yield, multiple resistance, and suitability for mechanized production, and a breeding strategy combining traditional breeding and modern molecular biology techniques should be adopted. We should focus on improving the water logging tolerance and lodging resistance of rice varieties in the northeast, the high-temperature tolerance of rice varieties in the Huang-Huai-Hai region and the Yangtze River Basin, the low-temperature tolerance of late-season rice varieties in the northwest, and the drought tolerance of wheat and maize varieties in all regions.

Key words: climate change, mean temperature, precipitation rate, main grain producing areas, crop, yield, breeding strategies

CLC Number:

S332.9、S162.5+3

WANG Heting, ZHANG Conghe, FANG Yu, CHU Jinhua, YAN Zhi, ZHOU Guixiang, WANG Lin, YANG Wei, SHEN Guangle, WANG Hui. The Impact of Climate Change on Crop Breeding Strategies in China[J]. Chinese Agricultural Science Bulletin, 2022, 38(11): 64-74.

Figures/Tables 25

References 69

[1]	国家统计局官网[EB/OL]. https://data.stats.gov.cn/easyquery.htm?cn=C01.
[2]	中华人民共和国应急管理部[EB/OL]. http://www.mem.gov.cn/xw/yjglbgzdt/202101/t20210108_376745.shtml.
[3]	ZHAO C, PIAO S L, HUANG Y, et al. Field warming experiments shed light on the wheat yield response to temperature in China[J]. Nat Com-mun, 2016, 7: 13530, doi: 10.1038/ncomms13530. doi: 10.1038/ncomms13530
[4]	ASSENG S, EWERT F, MARTRE P, et al. Rising temperatures reduce global wheat production[J]. Nat Clim Change, 2015, 5: 143-147. doi: 10.1038/nclimate2470 URL
[5]	LOBELL D B, FIELD C B. Global scale climate-crop yield relationships and the impacts of recent warming[J]. Environ Res Lett, 2007, 2: 014002, doi: 10.1088/1748-9326/2/1/014002 doi: 10.1088/1748-9326/2/1/014002 URL
[6]	黄耀. 粮食作物产量对气候变暖的响应[J]. 科学通报, 2017, 62(36):4220-4227.
[7]	郑斯中. 全球变暖对我国粮食产量影响估计中的乐观倾向[J]. 中国农业气象, 1993, 14(5):44-47.
[8]	IPCC. Climate change 2001-the scientific basis[M]. Cambridge, UK: Cambridge University Press, 2001:101-125.
[9]	TRENBERTH K E. Atmospheric moisture residence times and cycling:implications for rainfall rates and climate change[J]. Climatic Change, 1998, 39(4): 667-694. doi: 10.1023/A:1005319109110 URL
[10]	谢晓金, 李秉柏, 申双和, 等. 抽穗期高温胁迫对水稻花粉活力与结实率的影响[J]. 江苏农业学报, 2009, 25(2):238-241.
[11]	滕中华, 智丽, 宗学凤, 等. 高温胁迫对水稻灌浆结实期叶绿素荧光、抗活性氧活力和米质的影响[J]. 作物学报, 2008, 34(9):1662-1666.
[12]	刘媛媛. 高温胁迫对水稻生理生化特性的影响研究[D]. 重庆: 西南大学.
[13]	ZHANG J W, DONG S T, WANG K J, et al. Effects of high field temperature on summer maize grain yield and quality[J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2007, 18 (1):52-56.
[14]	姜鹏, 李曼华, 薛晓萍, 等. 不同时期干旱对玉米生长发育及产量的影响[J]. 中国农学通报, 2013, 29(36):232-235.
[15]	王敏, 张从宇, 姚维传, 等. 同生育期干旱胁迫对小麦产量的影响[J]. 安徽农业科学, 2001, 29(5):605-607,610.
[16]	陈宜瑜, 丁永间, 佘之祥, 等. 中国气候与环境演变评估(II):气候与环境变化的影响与适应、减缓对策[J]. 气候变化研究进展, 2005, 1(2):51-57.
[17]	黄维, 邓祥征, 何书金, 等. 中国气候变化对县域粮食产量影响的计量经济分析[J]. 地理科学进展, 2010, 29(6):677-683. doi: 10.11820/dlkxjz.2010.06.006
[18]	熊伟, 陶福禄, 许吟隆, 等. 气候变化情景下我国水稻产量变化模拟[J]. 中国农业气象, 2001, 22(3):1-5.
[19]	王秋京, 马国忠, 李宇光, 等. 黑龙江省主要农业气象灾害特征及其对粮食产量影响的灰色关联分析[J]. 南方农业学报, 2015, 46(5):823-827.
[20]	姜丽霞, 闫敏慧, 翟墨, 等. 关键生育期淹涝胁迫对黑龙江省水稻的影响[J]. 灾害学, 2020, 35(4):128-134.
[21]	侯雯嘉, 耿婷, 陈群, 等. 近20年气候变暖对东北水稻生育期和产量的影响[J]. 应用生态学报, 2015, 26(1) :249-259.
[22]	余会康, 郭建平. 气候变化下东北水稻冷害时空分布变化[J]. 中国生态农业学报, 2014, 22(5): 594-601.
[23]	YIN X, OLESEN J E, WANG M, et al. Climate effects on crop yield in the northeast farming region of China during 1961 to 2010[J]. J Agric Sci, 2016, 154:1190-1208. doi: 10.1017/S0021859616000149 URL
[24]	YIN X, OLESEN J E, WANG M, et al. Impacts and adaptation of the cropping systems to climate change in the Northeast Farming Region of China[J]. Eur J Agron, 2016, 78:60-72. doi: 10.1016/j.eja.2016.04.012 URL
[25]	肖步阳, 孙光祖, 祁适雨, 等. 春小麦生态育种[M]. 北京: 中国农业出版社, 1989.
[26]	祁适雨, 肖志敏, 李仁杰, 等. 中国东北强筋春小麦[M]. 北京: 中国农业出版社, 2006.
[27]	杨晓晨, 明博, 陶洪斌, 等. 中国东北春玉米区干旱时空分布特征及其对产量的影响[J]. 中国生态农业学报, 23(6):758-767.
[28]	杨卫东. 黑龙江省气象灾害防御技术手册[M]. 北京: 气象出版社, 2017.
[29]	车晓翠, 李洪丽, 张春燕, 等. 1980年代以来气候变化对吉林省玉米产量的影响[J]. 水土保持研究, 2021, 28(2):230-234,241.
[30]	王婉昭, 陈鹏狮, 胡春丽, 等. 基于气象条件的辽宁省玉米种植结构调整分析[J]. 贵州农业科学, 2020, 48(12):47-51.
[31]	邱鹏程, 杜永春, 常国有. 内蒙古西部地区自然灾害对玉米产量影响及气象因子分析[J]. 中国农学通报, 2021, 37(1):160-120.
[32]	谢志清, 曾燕, 杜银, 等. 江淮流域水稻髙温热害灾损变化及应对策略[J]. 气象, 39(6):774-781.
[33]	包云轩, 刘维, 高苹. 气候变暖背景下江苏省水稻热害发生规律及其对产量的影响[J]. 中国农业气象, 2012, 33(2):289-296.
[34]	李祎君, 王春乙, 赵蓓, 等. 气候变化对中国农业气象灾害与病虫害的影响[J]. 农业工程学报, 2010, 26(1):263-271.
[35]	许信旺, 孙满英, 方宇媛, 等. 安徽省气候变化对水稻生产的影响及应对[J]. 农业环境科学学报, 2011, 30(9):1755-1763.
[36]	白冰, 杨雨豪, 王小慧, 等. 基于农作制分区的1985-2015年中国小麦生产时空变化[J]. 作物学报, 2019, 45(10):1554-1564.
[37]	张宇, 王石立, 王馥棠. 气候变化对我国小麦发育及产量可能影响的模拟研究[J]. 应用气学报, 2000, 11(3):264-270.
[38]	陈怀亮, 张雪芬, 赵国强, 等. 河南省春季气候变化及其对小麦产量构成要素的影响[J]. 河南气象, 2006(1):47-51.
[39]	郝慧芳. 河南小麦生产农业气象灾害风险分析及区划[J]. 农业气象, 2015(4):185.
[40]	刘春晓, 吕建华, 王昊, 等. 鲁中地区夏玉米主要生育期和产量对气候变化的响应[J]. 山东农业科学, 2020, 52(10):48-55.
[41]	谭凯炎, 邬定荣, 赵花荣. 气候变暖背景下华北平原冬小麦生育期温度条件变化趋势分析[J]. 中国农业气象, 2017, 38(6):333-341.
[42]	王占彪, 王猛, 尹小刚, 等. 近50年华北平原冬小麦主要生育期水热时空变化特征分析[J]. 中国农业大学学报, 2015, 20(5):22-29.
[43]	杨绚, 汤绪, 陈葆德, 等. 气候变暖背景下高温胁迫对中国小麦产量的影响[J]. 地理科学进展, 2013, 32(12):1771-1779. doi: 10.11820/dlkxjz.2013.12.006
[44]	胡承霖, 姚大年, 章力干, 等. 安徽沿淮淮北小麦抗灾与高产同步技术研究与应用[J]. 安徽农业大学学报, 2014, 41(5):717-724.
[45]	陆伟婷, 于欢, 曹胜男, 等. 近20年黄淮海地区气候变暖对夏玉米生育进程及产量的影响[J]. 中国农业科学, 2015, 48(16):3132-3145.
[46]	刘永婷, 徐光来, 尹周祥, 等. 全球变化背景下安徽近55 a气温时空变化特征[J]. 自然资源学报, 2017, 32(4):680-691.
[47]	韩宇平, 蒋亚茹, 肖恒. 河南省夏玉米生育期间主要气象灾害发生频率分析与未来预估[J]. 中国农村水利水电, 2018(3):148-154.
[48]	刘春晓, 吕建华, 王昊, 等. 鲁中地区夏玉米主要生育期和产量对气候变化的响应[J]. 山东农业科学, 2020, 52(10):48-55.
[49]	杨晓光, 李勇, 代姝玮, 等. 气候变化背景下中国农业气候资源变化Ⅸ.中国农业气候资源时空变化特征[J]. 应用生态学报, 2011, 22(12):3177-3188.
[50]	艾治勇, 郭夏宇, 刘文祥, 等. 农业气候资源变化对双季稻生产的可能影响分析[J]. 自然资源学报, 2014, 29(12):2089-2102.
[51]	叶清, 杨晓光, 李勇, 等. 气候变化背景下中国农业气候资源变化Ⅷ.江西省双季稻各生育期热量条件变化特征[J]. 应用生态学报, 2011, 22(8):2021-2030.
[52]	谭诗琪, 范嘉智, 颜石, 等. 长时间尺度下气象灾害对湖南水稻产量影响分析[J]. 中国农学通报, 2020, 36(19):104-113.
[53]	吴丽丽. 川中丘陵区气候变化对粮食产量的影响--以四川省盐亭县为例[D]成都: 四川师范大学地理与资源科学学院, 2010.
[54]	朱展望, 黄荣华, 佟汉文, 等. 气候变暖对湖北省小麦生产的影响及应对措施[J]. 湖北农业科学, 2008, 47(10):1216-1218.
[55]	肖霞. 四川省粮食生产变化及供给侧结构性调整--基于1985 -2016年统计数据[J]. 中国农业资源与区划, 2018, 39(2):67-75.
[56]	何永坤, 唐余学, 范莉, 等. 近50年西南地区玉米干旱变化规律研究[J]. 西南大学学报:自然科学版, 2016, 38(1):34-42.
[57]	黄晚华, 杨晓光, 曲辉辉, 等. 基于作物水分亏缺指数的春玉米季节性干旱时空特征分析[J]. 农业工程学报, 2009, 25(8):28-34.
[58]	何俊欧, 凌霄霞, 张建设, 等. 1979-2014年湖北省低丘平原区玉米需水量及旱涝时空变化[J]. 作物学报, 2017, 43(10):1536-1547.
[59]	袁海燕, 张晓煜, 徐华军, 等. 气候变化背景下中国农业气候资源变化Ⅴ.宁夏农业气候资源变化特征[J]. 应用生态学报, 2011, 22(5):1247-1254.
[60]	武万里. 气候变暖背景下宁夏水稻低温冷害的变化特征分析[J]. 宁夏农林科技, 2008(1):54-59.
[61]	李明辉, 周玉玺, 周林, 等. 中国小麦生产区域优势度演变及驱动因素分析[J]. 中国农业资源与区划, 2015, 36(5):7-15.
[62]	XIAO G, ZHANG Q, YAO Y, et al. Impact of recent climatic change on the yield of winter wheat at low and high altitudes in semi-arid northwestern China[J]. Agriculture Eco-systems and Envioronment, 2008, 127(1):37-42.
[63]	张俊香, 延军平关中平原小麦产量对气候变化区域响应的评价模型研究[J]. 千旱区资源与环境, 2003, 17(1):85-90.
[64]	苏占胜, 陈晓光, 黄峰, 等. 宁夏山区小麦产量变化特征及其对气候变化的响应[J]. 干旱地区农业研究, 2007, 25(2):218-225.
[65]	樊廷录, 宋尚有, 徐银萍, 等. 旱地冬小麦灌浆期冠层温度与产量和水分利用效率的关系[J]. 生态学报, 2007, 27(11):4491-4497.
[66]	张平平, 何中虎, 夏先春, 等. 高温胁迫对小麦蛋白质和淀粉品质影响的研究进展[J]. 麦类作物学报, 2005, 25(5):129-132.
[67]	何斌, 刘志娟, 杨晓光, 等. 气候变化背景下中国主要作物农业气象灾害时空分布特征(Ⅱ):西北主要粮食作物干旱[J]. 中国农业气象, 2017, 38(1):31-41.
[68]	邓振镛, 张强, 蒲金涌, 等. 气候变暖对中国西北地区农作物种植的影响[J]. 生态学报, 2008, 28(8):3760-3768.
[69]	赖荣生, 余海龙, 黄菊莹. 宁夏中部干旱带气候变化及其对春玉米气候生产潜力的影响[J]. 中国农业大学学报, 2014, 19(3):108-114.

地区	年平均气温				年降水量
地区	粮食总产	水稻产量	小麦产量	玉米产量	粮食总产	水稻产量	小麦产量	玉米产量
黑龙江省	0.17	0.2	-0.26	0.13	0.15	0.06	0.1	0.21
吉林省	0.39^*	0.41 ^*	-0.11	0.39^*	0.08	-0.04	-0.14	0.1
辽宁省	0.26	0.37 ^*	0.26	0.23	0.17	-0.01	-0.03	0.16
内蒙古自治区	0.51 ^*	0.67 ^*	0.24	0.48 ^*	0.06	-0.18	0.23	0.04
河北省	0.56^*	-0.22	0.64^*	0.50 ^*	0.1	0.02	-0.03	0.1
山东省	0.54 ^*	0.62 ^*	0.56 ^*	0.55 ^*	0.24	0.22	0.18	0.24
河南省	0.67^*	0.66^*	0.65^*	0.65^*	-0.15	-0.12	-0.13	-0.18
江苏省	0.2	0.51 ^*	0.24	0.27	-0.05	0.04	-0.02	0.01
安徽省	0.56 ^*	0.54^*	0.50 ^*	0.57 ^*	-0.18	-0.18	-0.21	-0.08
湖北省	0.22	0.15	-0.2	0.60^*	-0.18	-0.19	0.01	-0.23
湖南省	0.40 ^*	0.23	-0.67^*	0.63 ^*	-0.08	-0.14	0.11	-0.06
江西省	0.52 ^*	0.51 ^*	-0.66^*	0.48 ^*	-0.02	-0.05	0.12	0.19
四川省	-0.70^*	-0.71^*	-0.68 ^*	0.19	0.15	0.14	0.03	0.17
甘肃省	0.67 ^*	0.67^*	-0.24	0.61^*	0.1	-0.29	-0.06	0.14
陕西省	0.35^*	0.38^*	-0.08	0.52^*	0.01	-0.17	-0.21	0.1
宁夏回族自治区	0.78 ^*	-0.55^*	0.24	0.75^*	0.06	-0.05	-0.13	0.09

地区	年平均气温				年降水量
地区	粮食总产	水稻产量	小麦产量	玉米产量	粮食总产	水稻产量	小麦产量	玉米产量
黑龙江省	0.17	0.2	-0.26	0.13	0.15	0.06	0.1	0.21
吉林省	0.39^*	0.41 ^*	-0.11	0.39^*	0.08	-0.04	-0.14	0.1
辽宁省	0.26	0.37 ^*	0.26	0.23	0.17	-0.01	-0.03	0.16
内蒙古自治区	0.51 ^*	0.67 ^*	0.24	0.48 ^*	0.06	-0.18	0.23	0.04
河北省	0.56^*	-0.22	0.64^*	0.50 ^*	0.1	0.02	-0.03	0.1
山东省	0.54 ^*	0.62 ^*	0.56 ^*	0.55 ^*	0.24	0.22	0.18	0.24
河南省	0.67^*	0.66^*	0.65^*	0.65^*	-0.15	-0.12	-0.13	-0.18
江苏省	0.2	0.51 ^*	0.24	0.27	-0.05	0.04	-0.02	0.01
安徽省	0.56 ^*	0.54^*	0.50 ^*	0.57 ^*	-0.18	-0.18	-0.21	-0.08
湖北省	0.22	0.15	-0.2	0.60^*	-0.18	-0.19	0.01	-0.23
湖南省	0.40 ^*	0.23	-0.67^*	0.63 ^*	-0.08	-0.14	0.11	-0.06
江西省	0.52 ^*	0.51 ^*	-0.66^*	0.48 ^*	-0.02	-0.05	0.12	0.19
四川省	-0.70^*	-0.71^*	-0.68 ^*	0.19	0.15	0.14	0.03	0.17
甘肃省	0.67 ^*	0.67^*	-0.24	0.61^*	0.1	-0.29	-0.06	0.14
陕西省	0.35^*	0.38^*	-0.08	0.52^*	0.01	-0.17	-0.21	0.1
宁夏回族自治区	0.78 ^*	-0.55^*	0.24	0.75^*	0.06	-0.05	-0.13	0.09