美国宇航局发表在《自然食品》杂志上的一项新研究表明，在高温室气体排放情景下，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%，而小麦可能会增长约 17%。
科学家们使用先进的气候和农业模型发现，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造成的地表二氧化碳浓度升高。这些变化将使在热带地区种植玉米变得更加困难，但可能会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，我们没想到会出现如此根本性的转变，”主要作者、美国宇航局戈达德太空研究所的作物建模师和气候科学家乔纳斯·贾格迈尔 (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且消极。“从目前的产量水平下降 20% 可能会对全球产生严重影响。”
为了得出他们的预测，研究团队使用了两组模型。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自己独特的地球大气对到 2100 年温室气体排放情景的响应。由于它们对地球气候系统的表示不同，这些响应有所不同。
然后，研究团队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关系农业模型比对和改进项目 (AgMIP) 的一部分。作物模型大规模模拟作物如何生长以及如何对气候模型提供的温度、降雨和大气二氧化碳等环境条件做出反应。每个作物物种的行为都基于它们在室内和室外实验室实验中研究的真实生物反应。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，在超级计算机的支持下，每天有效地种植虚拟作物，然后观察世界每个地方逐年和十年的变化，”GISS 气候影响小组的联合主任、该研究的合著者亚历克斯·鲁恩 (Alex Ruane) 说。
这项研究侧重于气候变化的影响。这些模型没有解决经济激励、改变耕作方式和适应性问题，例如培育更耐寒的作物品种，尽管这是一个活跃的研究领域。研究小组计划在后续工作中研究这些角度，因为随着人们对气候驱动的变化做出反应，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，并对气候变化影响何时“出现”进行了新的估计，作为从通常的、历史上已知的作物产量变化中可辨别的信号。大豆和大米预测显示某些地区有所下降，但在全球范围内，不同模型对气候变化的总体影响仍存在分歧。对于玉米和小麦，气候效应要明显得多，大多数模型结果都指向同一方向。
玉米或玉米在世界各地都有种植，而且在赤道附近的国家大量生产。北美和中美洲、西非、中亚、巴西和中国在未来几年及以后可能会看到玉米产量下降，因为这些粮仓地区的平均气温上升，给植物带来更多压力。
小麦在温带气候中生长最好，随着气温升高，小麦可能会在更广阔的地区种植，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有积极影响，可提高作物产量，但往往以营养为代价。与玉米相比，小麦更容易出现这种效应，而当前这一代模型可以更准确地捕捉到这一点。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，这会影响作物健康和生产力。较高的温度还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，到赛季末，你只是没有收集到那么多的能量。”因此，与具有较长发育期的植物相比，该植物产生的总谷物更少。“通过更快地增长，你的产量实际上会下降。”
“即使在乐观的气候变化情景下，社会为限制全球气温上升做出了雄心勃勃的努力，全球农业也面临着新的气候现实，”Jägermeyr 说。“而且随着全球粮食系统的相互联系，即使是一个地区的粮仓也会受到全世界的影响。”
