这张罗宾逊投影的彩色地图显示了全球地表温度异常变化的进程。正常温度是 1951-1980 年 30 年基线期的平均值。高于正常温度显示为红色，低于正常温度显示为蓝色。最后一帧代表 2016-2020 年的 5 年全球温度异常。以摄氏度为单位。图片来源：NASA 的科学可视化工作室，数据由 Robert B. Schmunk (NASA/GSFC GISS) 提供
根据美国宇航局发表在《自然食品》杂志上的一项新研究，在温室气体排放量较高的情况下，气候变化最早可能会在 2030 年影响玉米（玉米）和小麦的生产 .玉米作物产量预计将下降 24%，而小麦可能增长 17% 左右。
利用先进的气候和农业模型，科学家们发现，产量的变化是由于预计的温度升高、降雨模式的变化以及人为温室气体排放导致地表二氧化碳浓度升高所致。这些变化将使在热带地区种植玉米变得更加困难，但可以扩大小麦的种植范围。
“与 2014 年进行的上一代气候和作物模型的作物产量预测相比，我们没想到会看到如此根本的转变，”主要作者、美国宇航局戈达德空间研究所的作物建模师和气候科学家 Jonas Jägermeyr 说研究 (GISS) 和纽约市哥伦比亚大学地球研究所。他说，预计的玉米反应出人意料地大而且是负面的。 “从目前的产量水平下降 20% 可能会在全球范围内产生严重影响。”
根据美国宇航局的一项新研究，到本世纪末，全球玉米或玉米的平均作物产量可能会下降 24%，到 2030 年，随着温室气体排放量的增加，这种下降将变得明显。相比之下，小麦的作物产量可能增加约 17%。产量的变化是由于预计温度升高、降雨模式变化以及人为温室气体排放导致地表二氧化碳浓度升高，这使得在热带地区种植玉米变得更加困难，并扩大了小麦的种植范围。图片来源：NASA/Katy Mersmann
为了得出他们的预测，研究小组使用了两组模型。首先，他们使用了国际气候模型比对项目第 6 阶段 (CMIP6) 的气候模型模拟。用于本研究的五个 CMIP6 气候模型中的每一个都运行着地球大气对 2100 年温室气体排放情景的独特响应。由于它们对地球气候系统的表示方式不同，这些响应有所不同。
然后，研究小组将气候模型模拟用作 12 个最先进的全球作物模型的输入，这些模型是由哥伦比亚大学协调的国际合作伙伴农业模型比对和改进项目 (AgMIP) 的一部分。作物模型在很大程度上模拟了作物如何生长以及对气候模型提供的温度、降雨量和大气二氧化碳等环境条件的反应。每个作物物种的行为都是基于它们在室内和室外实验室实验中研究的现实生活中的生物反应。最后，该团队为每种作物创建了大约 240 个全球气候作物模型模拟。通过以各种组合方式使用多种气候和作物模型，研究人员对他们的结果更有信心。
“我们正在做的是推动作物模拟，这些模拟每天有效地种植虚拟作物，由超级计算机提供支持，然后观察世界每个地方的逐年和逐年变化，”GISS 气候影响小组的联合主任兼该研究的合著者 Alex Ruane 说。
这项研究的重点是气候变化的影响。这些模型不涉及经济激励、不断变化的耕作方式和适应性（例如培育更耐寒的作物品种），尽管这是一个积极研究的领域。研究团队计划在后续工作中着眼于这些角度，因为随着人们应对气候驱动的变化，这些因素也将决定未来农业产量的命运。
该团队研究了长期平均作物产量的变化，并引入了一个新的估计，即气候变化影响何时“出现”，作为与通常的、历史上已知的作物产量可变性不同的可辨别信号。大豆和大米的预测显示某些地区有所下降，但在全球范围内，不同的模型在气候变化的总体影响上仍存在分歧。玉米和小麦的气候效应更为明显，大部分模型结果都指向同一方向。
玉米或玉米在世界各地种植，并且在靠近赤道的国家大量生产。北美和中美洲、西非、中亚、巴西和中国的玉米产量在未来几年及以后可能会下降，因为这些粮仓地区的平均气温升高，给植物带来更多压力。
小麦在温带气候下生长最好，随着气温的升高，小麦的种植面积可能会扩大，包括美国北部和加拿大、华北平原、中亚、澳大利亚南部和东非，但这些收益可能会持平上世纪中叶。
温度不是模型在模拟未来作物产量时考虑的唯一因素。大气中较高水平的二氧化碳对光合作用和保水性有积极影响，提高作物产量，但往往以营养为代价。小麦比玉米更容易发生这种效应，这在当前一代模型中得到了更准确的捕捉。全球气温上升还与降雨模式的变化以及热浪和干旱的频率和持续时间有关，这可能会影响作物健康和生产力。较高的温度也会影响生长季节的长度并加速作物成熟。
“你可以把植物想象成在整个生长季节收集阳光，”Ruane 说。 “他们正在收集这些能量，然后将其放入植物和谷物中。所以，如果你匆忙度过你的成长阶段，到赛季结束时，你就没有收集到那么多的能量。”结果，与较长的发育期相比，该植物产生的总谷物较少。 “如果增长得更快，你的产量实际上会下降。”
“即使在乐观的气候变化情景下，社会采取雄心勃勃的努力来限制全球气温上升，全球农业也面临着新的气候现实，”Jägermeyr 说。 “随着全球粮食系统的相互联系，即使是一个地区的粮仓，全球都会感受到影响。”
参考：Jonas Jägermeyr、Christoph Müller、Alex C. Ruane、Joshua Elliott、Juraj Balkovic、Oscar Castillo、Babacar Faye、Ian Foster、Christian Folberth、James 的“新一代气候和作物模型中较早出现气候对全球农业的影响” A. Franke、Kathrin Fuchs、Jose R. Guarin、Jens Heinke、Gerrit Hoogenboom、Toshichika Iizumi、Atul K. Jain、David Kelly、Nikolay Khabarov、Stefan Lange、Tzu-Shun Lin、Wenfeng Liu、Oleksandr Mialyk、Sara Minoli、Elisabeth J. Moyer、Masashi Okada、Meridel Phillips、Cheryl Porter、Sam S. Rabin、Clemens Scheer、Julia M. Schneider、Joep F. Schyns、Rastislav Skalsky、Andrew Smerald、Tommaso Stella、Haynes Stephens、Heidi Webber、Florian Zabel 和 Cynthia Rosenzweig，2021 年 11 月 1 日，自然食品 .
DOI：10.1038/s43016-021-00400-y
