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近几十年来,气候变化对农业生产活动产生了重要影响,尤其西北半干旱区玉米生产对气候变化最为敏感,只有充分利用资源、合理布局及精准管理才是提高作物产量及适应气候变化的最主要途径。目前评估气候变化影响及适应性对策研究是旱作农业亟需解决的科学问题。本文通过研究西北半干旱区春玉米生产力及农业气候资源时间变化特征,明确相互之间的响应机制,同时通过作物模型和农业信息化技术构建玉米数字化生长平台,以便实现不同农业生态区作物生产力预测、统筹区划种植、栽培调控等,对实现粮食持续高产、稳产等具有重要理论意义和应用价值。本研究于2014—2016年在甘肃中部开展了追肥梯度和不同种植模式（露地、单垄、全膜双垄沟播）春玉米田间试验,该地区属于典型西北半干旱雨养农业区。通过观测和收集玉米生长参数、土壤数据及气象资料,利用AquaCrop模型对其参数进行调试和有效性验证,同时利用本地化AquaCrop模型参数对当地管理措施进行优化;利用当地35a历史气象数据和构建不同模拟情景,对当地春玉米气候生产力进行模拟,解析了该地区历史气候演变特征及其对春玉米生产力的影响,建立气象因子与春玉米生产力的回归方程,并借助CIMP5气候模式对该地区未来气候和产量进行预测。最后结合AquaCrop模型、气候模式、管理知识模型,运用面向对象的编程技术,构建数字化玉米生长管理平台。主要结论如下:（1）利用Hsiao等推荐的玉米参数对AquaCrop模型进行校准和验证,得到西北半干旱区春玉米产量和生物量的观测值与模拟值基本呈线性关系,其中不同处理下实测和模拟产量的均方根误差为245.34745.10kg/hm2,标准均方根误差为6.94%9.49%,全生育期观测和模拟生物量的均方根误差为737.13914.21kg/hm2,标准均方根误差为4.17%4.73%,010cm土壤含水率模拟结果与实测变化趋势基本一致,均方根误差为2.21%3.16%,标准均方根误差为8.65%10.74%,模型随着氮肥和干旱胁迫增加,有低值高估趋势,但整体上可以很好地模拟西北半干旱区春玉米生长过程,该模型可以作为该地区春玉米生产预测、调控等有效工具。（2）运用校准后模型参数对不同管理参数水平下玉米产量变化趋势进行模拟,得到了甘肃中部地区全膜双垄沟播栽培春玉米产量与施氮量、生育期时长、密度的回归模型,R2均大于0.98。最佳管理措施如下:最优播种期在4月下旬和5月上旬之间,播种密度为4500065000株/hm2,施氮量为240280kg/hm2。总之,AquaCrop模型作为农业决策工具有助于优化栽培模式增加玉米产量,也有助于提高农业技术的转化力度。（3）在设定范围内（降雨降低15%升高15%,气温降低1.5℃升高1.5℃）,随气温和降雨升高,3种种植模式下产量波动均呈减小趋势;在不同气候情景下,全膜双垄沟播春玉米产量均大于单垄和露地种植,而且产量波动范围普遍较小,平均产量曲线斜率为0.0834,说明其适应气候变化能力较强。与历史气候条件相比,在温度升高1.5℃、降雨提高15%情景下露地、单垄、全膜双垄沟播春玉米产量均达到最大,分别平均增产13.45%、11.57%、17.67%。气温对3种模式下产量均有极显著影响,降雨对露地种植产量影响为极显著,而对单垄和全膜双垄沟播产量影响为显著,而且当气温和降雨升高时,均对春玉米产量产生正效应。（4）分析该地区过去35a各农业气象因子不同月份与年际变化趋势,得到逐月最高气温呈普遍降低趋势,平均趋势率为-0.85℃·(10a-1),而最低气温与之相反,平均趋势率为1.56℃·(10a-1);年际降雨量和参考作物蒸发蒸腾量呈现减少趋势,趋势率分别为-0.811mm·(10a-1)和-1.538 mm·(10a-1),而平均气温和日照时数呈增加趋势,趋势率分别为0.425℃·(10a-1)和0.1h·(10a-1)。春玉米产量的变异系数和离散度远远大于生物量,同时各年代间春玉米产量的相对变化量分布范围的也明显大于生物量,共同说明了产量对气候变化的敏感性大于生物量。利用Box-Behnken试验法,建立了各气象因子与产量和生物量的回归模型（P<0.0001）,并得到各因素对春玉米产量和生物量影响主次顺序为:气温>参考作物蒸发蒸腾量>降雨量,且均达到显著或极显著水平（P<0.05或P<0.01）。（5）CMIP5气候模式对气温模拟值和监测值有较好地线性关系,相关度r=0.5486,n=375。平均气温和最低气温在未来相比基准时段均为增加状态,增加幅度随着辐射强迫的增大而增大,其中平均气温增加0.982.84℃,最低气温增加1.352.87℃,最高气温在本世纪近期有下降趋势,下降幅度为0.921.68℃,但在本世纪中期和末期均有所升高。降雨量模拟和监测值的线性关系较差,模拟相对绝对误差为23.03%52.08%。对降雨量预测中发现在本世纪近期和中期相比基准时段均有所下降,随着辐射强迫增大干旱越严重,下降幅度为5.96%14.83%,但在本世纪末期降雨量有所升高,升高幅度范围为5.34%15.61%。在未来气候变化下该地区春玉米生产力呈增加趋势,产量和生物量分别平均增加18.49%、12.41%。（6）以作物生长模型为核心,结合知识模型和基础数据库,应用面向对象的结构化和模块化程序设计,开发研制了基于作物模型和气候模式的玉米数字化平台,实现了农业信息管理、模型参数校准、生产力预测、栽培策略评估、时空分析、气候模式评估、气候预测多功能为一体的集成数字化平台,可为用户提供精准、规范的决策服务。