轮作耕作方式在提高土地利用率和单位面积作物产量方面发挥了不可替代的作用，加强气候变化对轮作系统影响的理解，揭示其对气候变化的响应规律，是促进轮作生产体系有效应对和适应气候变化的关键。本文梳理了气候变化对轮作系统影响的研究成果和不足，总结当前常用研究手段（作物模型、统计和试验方法）的优缺点，从作物生长发育、种植布局、种植效益、种植风险4个方面阐述了气候变化对轮作系统产生的影响，并对现有的适应性措施以及今后研究重点进行分析，以期为全面深入评估气候变化对轮作系统的影响，以及未来轮作系统的研究和发展提供一定参考和借鉴。已有研究结果表明，气候变化已经影响，而且还将继续影响轮作系统。尽管因研究的时空尺度、方法及轮作模式的不同，研究结果还存在一定差异，但大部分研究表明，在宏观层面上，气候变暖，热量资源增加，使得研究区轮作系统种植界限发生明显北移，导致不同轮作系统的作物布局及种植面积发生改变。微观角度上，气温升高加快了轮作系统内部作物生育进程，导致作物产量下降，也为系统内品种更换提供了可能。热量资源的变化，还导致轮作系统内部所遭遇的气象灾害规律发生变化，传统意义上的低温灾害事件将减少，但是种植界限变动的敏感区内新的低温灾害事件以及极端高温事件则有增加的趋势，从而增加了轮作系统高产、稳产及可持续发展的风险。生产中，通过改变作物布局，选用生育期更长的品种，以及优化管理措施等，可以在一定程度上减缓气候变化对轮作系统的不利影响。但是，由于气候变化和轮作系统的复杂性和多样性，目前研究还存在一定的不足，今后还需结合多种研究手段，开展气候变化对轮作系统影响的机理性、综合性以及系统性研究，提高研究的深度、广度、精度和准确度，以促进和保障其可持续发展。

以华北地区3个典型站点（山东省莒县站、河南省郑州和南阳站）为研究对象，分析计算玉米生长期间Angstrom-Prescott模型、Ogelman模型、Bahel模型、日照百分率和气温日较差综合模型（简称综合模型）和刘可群等太阳总辐射估算模型的相对误差，分别将该5个模型估算结果和太阳辐射实测值（依次命名为模拟方案1-5和模拟方案0）输入APSIM玉米模型，计算各模型驱动APSIM玉米模型模拟产量的相对误差，分析由于太阳辐射估算误差对模型产量模拟结果造成的误差传输。结果表明，5个日太阳辐射模型在生长期内的平均估算误差（εi）在莒县站以A-P模型最小，在郑州和南阳站点以综合模型最小；各辐射估算模型对APSIM模型的产量模拟结果均有明显影响，综合模型模拟结果最好，其驱动APSIM模拟的玉米产量误差最小；5个辐射模型估算误差对APSIM模型模拟玉米产量的误差均有放大效应，Angstrom-Prescott模型、Ogelman模型、Bahel模型、综合模型和刘可群等模型辐射误差分别以2.23、2.28、1.63、1.85、1.90倍传输到APSIM玉米模型模拟的产量误差，可见，一定要重视辐射模型的选取和辐射模型经验系数的确定；评价5个辐射模型的误差传输到产量的误差，要综合考虑辐射模型本身的误差和辐射误差传输到产量误差中放大的效应两方面的影响，综合模型传输到产量的误差最小。因此，在华北地区无太阳总辐射实测值的地区使用APSIM模型时，本研究推荐辐射方案4即综合模型为首选模型。

以黄瓜品种“博新525”（Boxin525）为试材，设置4个土壤水分处理，即正常灌溉CK（土壤相对湿度为70%～80%）、轻度胁迫T1（土壤相对湿度为60%～70%）、中度胁迫T2（土壤相对湿度为50%～60%）、重度胁迫T3（土壤相对湿度为35%～45%），利用LI-6400便携式光合仪测定不同水分处理下黄瓜叶片的光响应曲线，采用直角双曲线、非直角双曲线、指数和叶子飘等4种光响应模型对黄瓜叶片光响应过程进行模拟，运用统计方法进行模拟效果评价，以探讨水分胁迫对黄瓜叶片光响应过程的影响。结果表明：（1）水分胁迫导致黄瓜叶片净光合速率（Pn）下降，当光合有效辐射PAR（photosynthetically active radiation）为800μmol·m-2·s-1时，T1、T2和T3处理叶片Pn分别比CK下降17.92%、26.49%和50.00%。实测与模拟的光响应曲线对水分胁迫的响应趋势一致，随着胁迫程度增加，Pn-PAR曲线变化幅度减小。（2）水分胁迫显著影响黄瓜叶片的光响应曲线参数。4种模型模拟的叶片初始量子效率均随胁迫加重呈先升高后降低的变化趋势；叶片暗呼吸速率以T2处理最高；4种模型计算的T1、T2和T3处理叶片光饱和点平均值较CK分别下降24.28%、31.99%和38.33%，叶片最大净光合速率平均值分别降低23.88%、33.19%和55.78%。（3）CK处理的黄瓜叶片光响应曲线模拟值偏离程度及光响应曲线参数的平均相对误差均最低，水分胁迫降低了黄瓜叶片光响应曲线的模拟效果。（4）4种模型模拟效果以叶子飘模型最佳，其后依次为指数模型、非直角双曲线模型、直角双曲线模型。研究认为水分胁迫显著影响黄瓜叶片的光响应过程，降低黄瓜叶片的光合能力。

利用国家气候中心收集和整理的8个CMIP5全球气候模式在RCP8.5、RCP4.5和RCP2.6温室气体排放情景下的逐日降水资料，使用泰勒图对2006-2016年数据进行检验，采用模拟效果最好的CCSM4和IPSL-CM5A-MR模式在等权重系数条件下的平均值，计算并分析贵州省2018-2044年、2045-2071年、2072-2098年3个阶段与降水有关的极端天气气候事件指数，即连续干旱日数（CDD）、大于20mm的降水日数（R20mm）、连续5d最大降水量（Rx5day）和简单日降水强度指数（SDII）相对于参照期（1986-2005年）的变化特征。结果表明：在3种情景下，21世纪各个阶段省东部CDD均多于参照期，且排放情景越高，偏多幅度越大，因此，贵州省东部地区未来可能发展的旱情值得关注。在21世纪不同阶段不同情景下，贵州省R20mm、Rx5day和SDII普遍多于参照期，且越到后期，高排放情景下（RCP8.5）增幅越大，中低排放情景下（RCP4.5和RCP2.6）增幅放缓甚至减小。总的来说，全球变暖背景下尤其是高排放情景下贵州省极端降水事件有增加的趋势。

通过大田试验，研究施硅对夜间增温条件下水稻分蘖期、拔节期、灌浆期、成熟期叶片净光合速率（Pn）、蒸腾速率（Tr）、气孔导度（Gs）及胞间CO2浓度（Ci）的影响。夜间增温设常温对照（CK）和夜间增温（NW）2个水平；施硅量设Si0（不施硅）和Si1（钢渣硅肥，200kgSiO2·hm-2）2个水平。结果表明：（1）夜间增温可使水稻冠层和5cm土层温度升高，水稻冠层和5cm土层全生育期夜间平均温度分别提高1.21℃和0.41℃；（2）夜间增温处理可使生育期内水稻叶片Pn、Tr、Gs比对照分别下降11.0%、9.0%和20.2%，Ci比对照增加1.2%；施加钢渣硅肥处理可使叶片Pn、Gs比对照分别增加16.1%和25.8%，Tr、Ci比对照分别降低11.0%和2.0%；夜间增温条件下施硅比不施硅水稻叶片Pn、Gs分别增加22.0%和33.6%，Tr、Ci分别降低7.7%和2.3%。研究认为夜间增温降低了水稻叶片Pn、Tr、Gs，增加了Ci。施硅通过显著提高水稻叶片Pn、Gs，降低Tr、Ci，缓解了夜间增温引起的抑制效应。（3）夜间增温和施硅两种处理对水稻叶片叶绿素含量（SPAD值）影响不显著。夜间增温使叶片SPAD值平均下降3.0%；施硅使叶片SPAD值增加4.7%；夜间增温下施硅比不施硅叶片SPAD值增加5.7%。

在日光温室中采用新型土垄内嵌式基质栽培（SSC）方法栽培甜椒。运用土壤热通量板探究土垄(SR)、标准垄（NR）、窄标准垄（NRn）、矮标准垄（NRs）和种植密度加倍标准垄（NRd）5种不同规格栽培垄东西侧水平方向以及根区垂直方向上热通量昼夜变化特征，探究适合冬季日光温室蔬菜生产的栽培垄。结果表明：各处理热通量均呈相同的昼夜单峰曲线变化特征，但不同处理吸放热的时间有所差异。栽培垄东侧水平方向上，晴天时SR、NR、NRn、NRd4个处理根区吸热的时间为9：00-14：00，阴天时吸热时间延后2h；晴天NRs在23：00-14：00吸热，阴天一直处于吸热状态。栽培垄西侧水平方向上，NRs处理一直为吸热状态，其余4个处理在9：00-17：00吸热。根区垂直方向上热通量变化表明，SR、NR、NRn、NRd4个处理吸热时间晴天为11：00-18：00，阴天为12：00-17：00；NRs放热的时间比其它处理晚2～3h。5个处理在东侧、西侧水平方向上和根区垂直方向上吸放热差值因位置不同有较大差异，在东侧水平方向和根区垂直方向上各处理以放热为主，而在西侧水平方向上吸热较多。东西侧水平方向和根区基质垂直方向上NRs处理基质吸热多放热少，NRd处理基质吸热少放热多，故NRd处理在冬季能更好地维持根区温度，在日光温室冬季和早春季蔬菜生产中具有更好的应用前景。

高温热害是湖北省中稻单产的主要限制因子，高温热害天气指数保险的设计与推广，对于转移农业气象灾害风险，降低农民损失具有重大意义。在开顶式生长室（open-top chamber，OTC）的控制下，以中稻品种“广两优香66”为试材，模拟开花灌浆期高温热害，建立了高温热害减产模型，并用大田调查资料作对比，筛选最优投保集中时段。基于10个试点县（市）1981-2016年每年7月16日-8月31日日最高气温观测资料，采用Weibull分布模型，构建分时段的高温热害风险分布模型。综合减产率模型和概率分布模型，厘定了不同免赔率下，以县（市）为单位的，多个投保时期的中稻高温热害天气指数保险的纯费率，为被保险人提供多种投保方案。结果表明：中稻开花灌浆期高温热害保险的最优投保时间为开花始期后20d，开花始期为7月下旬时费率最高，随着开花期的延迟，费率逐渐降低。纯费率的区域差异较大，咸安、赤壁、浠水、麻城等热害高风险区费率较高，襄阳、随州等低风险区费率较低。