佳文分享|Nature Climate Change | 气候变暖通过降低种植频率和产量而减少全球农业生产

文章信息

文章标题：Warming reduces global agricultural production by decreasing cropping frequency and yields

标题译文：气候变暖通过降低种植频率和产量而减少全球农业生产

发表期刊：Nature Climate Change

在线时间：2022.10.10

影响因子：28.66（2021）

通讯作者：Peng Zhu

作者单位：Laboratoire des Sciences du Climat et de l’Environnement, CEA CNRS UVSQ Orme des Merisiers, Gif-sur-Yvette, France.

研究背景

随着人口增加和饮食模式的改变，全球粮食需求在未来几十年预计会增加。在过去，全球粮食生产通过扩大耕地和集约化跟上了增长需求。将耕地面积（CA）扩展到未开垦地区是一个权宜之计，但却是作物产量增长的不可持续方式，因为它造成了一连串的环境危害。

作物集约化包括通过使用高产品种、肥料、农药和其他投入以及增加复种指数（CF）来提高季内产量。在全球尺度，热量生产（CalP）的增加主要是由于作物热产量的提升（CalY，单位面积作物生产的热量），而CF增加和耕地面积的扩大起到相对较小的作用（图1）。

CF在多种时间尺度上容易受到气候变化的影响。报告气候变暖对CF积极影响的研究，通常依靠由气温或“空间-时间”替代驱动的规定作物物候模型来推断潜在变化。这种建模策略可能忽略了限制提高作物产量可行性的其他环境因素。最近在使用卫星数据或统计得出区域尺度CF的进展，使运用数据驱动的方法表征区域差异和探索气候变化如何影响CF变得可能。然而，大多数据驱动的模型研究集中在作物产量，收获面积和总生产力上，这些模型还没有被用来估计气候对CF的具体影响。

研究方法

作者通过建立一个由FAO（粮农组织）提供国家统计数据的面板模型来研究气候变化怎样及多大程度改变CF，并评估未来愈加温暖的气候对CF和全球粮食总产的潜在影响。

1. 通过已知参数量化未知变量

2. 构建面板模型（综合气候与农艺措施作用）

研究结果

1. CF、CalY、CA和CalP的时间变化

在研究期间（1979-2018年），全球CalP增加了125%，CF、CalY和CA分别增加了18%、73%和11%（图1）；•CF在一些地区是增加CalP的第二主要驱动力；•CalP的年际变异性主要是由CalY的时间变化驱动的（图1）；•CalY和CF的年际变化在全球范围呈正相关。这表明，CalY和CF可能对异常气候敏感。

2. 气候对CF、CalY、CA和CalP的影响

在无灌溉情况下，估计CF、CalY和CalP分别在7.5、2.6和4.2℃达到峰值（图2a-c）；•灌溉提高了最适温度（图2a-c），表明灌溉具有缓解热胁迫的潜力；•温度增加1℃，CalY、CF和CalP分别减少3.6±1.5%、1.8±0.9%和5.7±1.9%（图2d）；•CalP的变暖效应接近于对CalY和CF的单独变暖效应的总和，CA的变暖效应非常小。

全球每升温1℃，温暖地区CF、CalY和CalP普遍下降，但寒冷地区，下降幅度较小，甚至略有增加（图3a-c）；•在温暖和干燥条件下，CF、CalY和CalP对灌溉敏感度为显著正相关（p<0.05）（图3d–f）；•有足够的水供应，扩大灌溉可能是缓解世界地区生产损失的有效途径。

3. 2031–2070年，CF、CalY和CalP的变化

全球气候变暖导致全球平均CF，CalY和CalP减少。更高的变暖背景SSP 585中，气候变化导致全球平均CF，CalY和CalP的更大减少；•预计的影响显示出巨大的区域差异。

4. CalP灌溉抵消预测

因为灌溉的积极影响，对每个国家需要增加多少灌溉面积才能完全抵消预期的气候引起的CalP总量下降进行了零阶预测。•在未来气候变暖背景下，温暖国家CalP预计会出现更大下降，也因为这些国家在历史时期的灌溉面积比例较低，需要更大灌溉面积比例增长。

转自：“科研圈内人”微信公众号

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