Nat. Clim. Chang.丨气候变化与适应下作物产量的荟萃分析

论文内容

研究背景：

目前，气候变化对作物产量的影响日益加剧，基于过程的作物模型参数化了作物管理、气候、土壤和植物生长过程的动态，并可用于预测未来的产量。

使用基于过程的模型探索的适应通常是对现有种植系统的作物水平的适应，如品种的变化、种植时间和灌溉管理。这些相对较小的调整与更系统的变化形成对比，如作物种类或放牧整合，或更多的转型选择，如作物迁移或农业系统的转变，如从灌溉系统转移到旱地系统。结合和比较来自众多研究的结果的荟萃分析，可以作为总结文献中预测结果的范围和评估共识的有用方法。

研究内容：

作为第四个评估报告的政府间气候变化专门委员会（IPCC，AR4），荟萃分析作物产量响应气候变化，使用当地平均温度指标的变化，认为2◦C变暖可能导致小麦、水稻和玉米产量增加，然后产量随着气候变暖而下降。AR4还表明，模拟作物水平的适应性对所有作物、地区和升温水平都有显著的积极影响。自AR4以来的几年里，已经发表了许多关于作物产量预测的研究，包括一些针对特定地区的荟萃分析和总结性研究。本文基于AR4数据集的更新，对作物影响进行了荟萃分析。该数据集用于考虑三个问题：（1）不同程度的气候变化对作物和地区的产量的影响；（2）作为温度和降雨的函数，增量适应的数量效应是什么？（3）在本世纪剩下的几十年里，产量变化的幅度和迹象是什么？此外，本研究还使用自举方法进行了一个简单的分析，总结了产量变化对温度、降雨、作物光合途径和适应的依赖性。在这里，我们开发了一个新的数据集，包括超过1700个已发表的数据进行模拟，以评估气候变化和适应对产量的影响。

结果显示，（1）三种主要作物对当地平均气温升高的反应显示出相当大的扩散趋势，其中心趋势与AR4中发现的趋势大致相似。温带小麦与AR4不同，在中高纬度地区，升温约1-3°C。新数据显示了积极和消极的产量反应，而AR4在这些温度变化下主要有积极的反应。对于所有三种温带作物，新的数据集显示，在变暖条件下产量下降的风险更大。水稻、小麦和玉米研究的地理分布反映在图1中数据点的分布上：大多数小麦生长在温带地区，大多数水稻生长在热带地区，玉米的地理分布更加均匀，主要的生产者是美国和中国。

（2）中心趋势表明，在当地变暖高达2-3°C的热带地区和广泛变暖的温带地区，小麦的大多数产量损失可以避免，甚至可以逆转。相比之下，几乎没有证据表明玉米有可能避免产量损失，在当地平均温度升高大于3.5◦C时，玉米减产超过20%，

（3）大多数分析集中于平均产量的变化，因此不能用于评估未来粮食作物供应的年稳定性。通过整理6项可用研究对产量变异系数进行预测，随着世纪的推移，产量变异性增加的可能性越来越大。

研究结论：

如果没有适应，预计温带和热带地区的小麦、水稻和玉米的总产量将因当地变暖2°C而损失。作物水平的适应使模拟产量平均提高7-15%，对小麦和水稻的适应比玉米更有效。本世纪下半叶的产量损失比上半世纪更大。关于本世纪下半叶产量下降的共识在热带地区比温带地区更为强烈，但即使是适度变暖也可能降低许多地区的温带作物产量。虽然对年际变异性的了解少于平均产量，但现有数据表明，产量变异性有可能增加。

转自：“农科学术圈”微信公众号

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