氣候無常變化，農業精準預言

　　當下，全球氣候變化帶來極端氣候事件頻發，農作物又將受到怎樣的影響？事實上，更為精準的評估方法應該被拓展到重要糧食作物預測中。

　　南京農業大學國家信息農業工程技術中心教授朱艷領銜的科研團隊，將農業信息學與作物栽培學相結合，發展基于模型的作物生長監測診斷和生產力預測預警技術，為國家糧食安全生產及智能化管理提供數字化支撐。

　　其團隊在氣候變化效應評估領域不斷獲得新進展，相繼在《自然—氣候變化》《美國科學院院刊》《全球氣候變化》等國際知名期刊上發表研究成果。

　　更精準可信的評估模型

　　世界糧農組織（FAO）一份評估報告表明，到2050年，全球糧食需求將增加60%以上，但氣候變化尤其是溫度升高對糧食生產帶來巨大挑戰。因此，在全球尺度上明確氣候變化對作物生產力的影響，對于制定緩解和應對氣候變化措施、確保全球糧食安全生產具有重要意義。

　　而一個問題是，全球范圍內，關于溫度升高對小麥作物生產潛在效應的定量評估模型約有30種，它們各自的結果卻存在較大差異。誰才是可信的？

　　朱艷介紹，目前在定量評估溫度升高對全球作物生產潛在效應方面存在很大的不確定性。因此，科學合理地評估溫度升高對全球作物生產的潛在效應成為氣候變化研究領域的熱點。

　　“高可信度的科學分析與結果，能精準預測未來氣候條件下的農作物產量和品質。更重要的是，未來農業到底能不能滿足人類的生存需求？”朱艷說，“這不僅時刻提醒著人們所要面臨的食物短缺的挑戰，更提醒我們要抓緊時間研究對策。”

　　為此，朱艷團隊牽頭與美國、法國、德國、英國等國科學家展開了合作研究，在全球范圍內選取30個生態點，通過30余套評估模型得出平均結果，最終這些結果通過平均效應形成方法集合，使研究結果的置信區間范圍達到了95%。

　　這就是他們2016年發表于《自然—氣候變化》的一項研究：在全球、國家以及站點尺度上，系統比較了基于柵格尺度的模擬模型方法、基于典型生態站點的模擬模型方法和基于歷史觀測數據的統計回歸方法等不同方法，在評估溫度升高對小麥生產潛在效應方面的表現。

　　團隊首次提出通過綜合利用不同方法形成方法集合，可以更好地量化氣候效應評估中不同方法的不確定性，顯著提升氣候變化對作物生產效應評估的可信度，為科學分析全球氣候變化與糧食安全生產奠定了基礎。

　　不止一種作物、一支隊伍

　　“智慧農業是一個交叉領域，真正做到頂天立地，需要做好頂層設計，更需要分工協作、融合創新。”朱艷說。

　　她告訴記者，團隊設計了獨一無二的“智慧農業”模型，將品種、土壤、氣候、管理方式等參數“嵌入”，如果一個種植區需要更為精準地評估這種作物的產量和質量，就能夠準確計算。

　　團隊成員、南京農業大學國家信息農業工程技術中心副教授劉兵介紹：“目前，水稻、玉米、大豆等重要糧食作物的模型都已建成。另外，團隊的這些模型還被國內外科學家用來反推氣候變化。”

　　小麥、大米、玉米和大豆為人類提供了2/3的攝入熱量。而氣象記錄顯示，過去一個世紀，這四種作物種植區的年平均溫度增加了1.0℃，預計下個世紀還會繼續增加。

　　團隊在《美國科學院院刊》發表的一項研究顯示，全球平均氣溫每升高1.0℃，小麥全球產量將平均下降6.0%，水稻將下降3.2%，玉米將下降7.4%，大豆將下降3.1%。其中玉米損失最大。

　　通過研究氣溫升高對全球主要農作物的影響進行綜合評估顯示，農業生產面臨巨大風險。“因此迫切需要重新啟動國家研究和推廣計劃，以抵消未來氣候變化的影響。”朱艷說道。

　　團隊構建的RiceGrow和WheatGrow模型，自2011年開始分別參加全球水稻模型協作組和小麥模型協作組的研究。這屬于國際農業模型比較和改進（AgMIP）項目，旨在通過氣象、作物、經濟和模型等領域專家的協作來提高農業模型在全球的預測能力，以應對未來氣候條件下全球糧食安全問題。

　　朱艷介紹，“我們通過研究生聯合培養、合作項目研究、舉辦國際會議等多種形式，廣泛開展國際交流合作，與國際作物模型領域的主要研究機構均建立了良好的合作關系。”

　　其研究還相繼得到國家自然科學基金、國家杰出青年科學基金、國家“111”引智基地項目以及江蘇省高校優勢學科建設工程的資助。

　　再評估糧食安全的風險

　　2015年《巴黎協定》提出，本世紀末前，把全球平均溫升控制在前工業水平的2.0℃以內，并將努力把溫升限定在1.5℃內。當前迫切需要從經濟、社會、生態、農業等方面評估全球增溫1.5℃和2.0℃所帶來的影響。而農作物生產受到氣候變化影響更是首當其沖。

　　日前，朱艷團隊聯合全球18個國家的47所高校和科研機構的科學家，再次采用多模型集合方式，定量評估了溫度升高1.5℃和2.0℃對全球小麥產量的潛在效應，在全球和區域尺度上明確了增溫對作物生產的影響。成果發表于《全球變化生物學》。

　　論文第一作者劉兵介紹，本研究基于全球小麥主產區60個代表性站點，采用包括國家信息農業工程技術中心自主開發的WheatGrow模型在內的國內外31套小麥生長模擬模型，在生態點、國家和全球尺度上系統評估了全球增溫1.5℃和2.0℃對小麥生產力的影響。

　　研究結果顯示，如果考慮CO2濃度升高對小麥產量的正面效應，未來增溫情景下全球多數區域的小麥生產力略有升高，其中在增溫1.5℃和2.0℃情景下的全球小麥總產增幅分別為1.9%和3.3%。

　　但是，作為通訊作者，朱艷補充介紹，對于包括印度、非洲部分國家在內的小麥生長季高溫且缺少降雨的區域來說，小麥產量卻呈顯著降低的趨勢，且小麥產量波動增加、極端低產風險明顯加大。

　　“這些產量風險加大的地區目前多屬于經濟欠發達區域，因此氣候變化的不利影響將會進一步加劇這些區域的糧食安全問題。”朱艷說。

　　論文共同通訊作者、美國佛羅里達大學教授Senthold Asseng表示，該研究在全球和區域尺度上明確了增溫對作物生產的定量影響，對于提出針對性緩解和應對措施、確保全球糧食安全生產具有極其重要的意義。

　　精確設計農作物播種方案，精確診斷農作物長勢，精確預測糧食產量和品質，朱艷和她的科研團隊還在繼續開拓。