Agr. Forest Meteorol.丨气候变化对墨西哥小麦生产的影响

论文内容

研究背景：

小麦是世界上主要的谷类作物之一，因为其作为人类饮食中能量和蛋白质的主要来源的重要性。在墨西哥，小麦是产量最高的五种作物之一：2015-2016年全国产量为380万吨（价值约7.5亿美元），种植面积为72万公顷。过去的全球气温趋势已经显示出气温变暖对小麦产量的影响。历史小麦产量分析显示，由于全球平均温度升高，自1980年以来，全球小麦总产量下降了5.5%。气候和作物模拟模型由于其结构和参数化而包含误差，这导致预测的不确定性。这种不确定性可以通过使用多模型集合来量化。在多种作物和环境中，使用多模型集合的中值或平均值已被证明比单个模型更接近于观察结果。使用多模型集合和不同的模拟方法可以更好地了解未来气候变化对作物生产的影响范围，并为制定未来几十年的适应战略提供更多信心。本研究的主要目的是探讨气候变化及其不确定性对墨西哥小麦生产的未来影响，通过使用多种气候和作物模式和两种尺度方法。

研究内容：

研究采用点和空间模拟方法进行。使用墨西哥小麦五年（2010-2014年）平均产量，选择32个参考地点产量水平进行点模拟方法。选择的地点捕捉不同的产量水平和灌溉和雨养小麦的环境条件（表1，图1）。大多数参考地点位于西北部各州（小麦生产的主要地区）。参考地点的主要环境特征见表1。还通过使用MINK系统进行了额外的空间模拟方法，MINK系统是一个全球尺度的网格模拟平台，使用点模拟的相同作物和气候模型。考虑到2015年的小麦产区，使用0.5°分辨率进行了模拟。作物模拟模型，两种模拟方法的气候、作物管理、土壤剖面、种植日期、品种选择和分布的输入数据是相同的。CROPSIM和NWheat作物模拟模型嵌入农业技术转让决策支持系统DSSAT v4.6被选中进行研究。

模拟的气候变化影响导致两个季节中小麦物候加快，开花提前，灌浆期缩短（从开花到生理成熟的时间），这是未来情景下气温变暖的结果（图2）。基线的冬季开花日期是在3月中旬，RCP 4.5提前6天，RCP 8.5提前8天。灌浆期也受到影响，从基线的44天减少到两种RCP下的42天。夏播小麦的开花日期在9月初为基线，但RCP 4.5提前4天，RCP 8.5提前5天。RCP 4.5和8.5处理的夏播小麦灌浆期分别缩短5天和7天。灌溉和雨养小麦模拟表明，尽管CO2有缓解作用，但由于预计气温升高和降雨量减少，到21世纪50年代墨西哥大部分地区的产量都会下降。图5显示了墨西哥2050年代灌溉和灌溉小麦的GCM相对产量变化。模拟灌溉小麦显示一致的产量下降的所有GCM在两个RCP与RCP 8.5更明显的下降。GFDL是两个RCPs中最乐观的GCM，因为它预测了最低的温度变暖。对于两种RCP，HadGEM 2中预测的最高温度升高导致最悲观的产量下降（图5a）。由于预计的温度和降雨量变化的综合影响，模拟的小麦产量影响变化很大，表明大多数是负面影响，但RCP 4.5的产量增加了44.3%，产量减少了54.7%（图5b）。到21世纪50年代，两种作物模拟模型都捕捉到了对气候变化的类似反应（图6a）。CROPSIM则更为乐观，预测气候变化对两个RCP灌溉小麦产量的负面影响（<-2.1%）。而NWheat模型显示，所有地点的灌溉小麦产量都下降了，RCP 4.5的平均降幅为-7.3%，RCP 8.5的平均降幅为-8.3%（图6a）。关于小麦产量的模拟变化，两种作物模拟模型一致，显示出由于未来气候情景的大变异性，大部分负面影响具有较大的空间变异性（图6 b）。当对两个模型进行平均时，到21世纪50年代，气候变化对灌溉和雨养小麦生产产生了一致的负面影响（图6a）。平均而言，作物模型表明，随着温度升高，灌溉小麦的产量受到负面影响，RCP 4.5和RCP 8.5的产量分别下降了-10.4%和-13.4%（图7a）。

当将模拟的小麦产量变化与观察到的地区产量进行加权并对两种方法进行平均时，气候变化的影响表明，到2050年，小麦总产量（灌溉+雨养）将下降，RCP 4.5显示产量影响为-5.0%，RCP 8.5显示产量影响为-5.9%（图11）。由于墨西哥各地的区域气候差异，年与年之间的变化比空间变化小得多。模型的不确定性往往很大，主要是由于作物模拟模型捕获的气候变化影响的幅度不同，RCP 4.5的范围从-0.7%到-13.6%，RCP 8.5的范围从2.2%到-15.4%。空间模拟方法的放大气候变化影响显示出略微更多的负面影响，RCP 4.5为-8.9%，RCP 8.5为-9.9%。

研究结论：

小麦是墨西哥最重要的谷类作物之一，但未来气候变化对产量的影响尚不清楚。为了量化未来气候变化的影响及其不确定性，两个小麦作物模型并行执行，使用两种缩放方法，五个全球气候模型（GCM）和两个主要的代表性浓度路径（RCP）。不同的作物模型、尺度方法、GCM和RCP的模拟结果各不相同；但它们都预测到21世纪50年代小麦产量将普遍下降。尽管CO2浓度升高具有刺激生长的作用，但由于预计温度的升高，墨西哥大部分主要小麦种植区的产量持续下降。在一些较凉爽的地区，气温改善了次优条件，在一些地区，降雨量增加，但这些增加对国民生产的贡献微不足道。由于目前和预计的温度和降雨模式的空间变异性，预计小麦产量下降和变异幅度更大。在汇总模拟的气候变化影响时，考虑到温度升高，降雨量变化和灌溉小麦种植系统的大气CO2浓度升高，预为了保持或增加墨西哥未来的小麦产量，必须采取适应战略，特别是应对影响灌溉小麦的气温上升或扩大种植面积。

期刊信息

期刊： Agr. Forest Meteorol.

影响因子（2022）：6.2

中科院分区：农林科学1区

转自：“农科学术圈”微信公众号

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