加拿大萨斯喀彻温省在不同气候情景下的未来油菜产量

《FACETS》：Future canola yields under different climate scenarios in Saskatchewan, Canada

气候变化对萨省油菜产量的影响预测。研究基于26个气候模型构建预测模型，分析2025-2100年不同排放情景（SSP1-2.6、SSP2-4.5、SSP5-8.5）下温度、降水及土壤属性对产量的影响。结果表明温度敏感度高于降水，7月日均高温超过28.5℃即导致产量下降。SSP1-2.6情景下产量下降39kg/ha（2%），SSP2-4.5下降137kg/ha（6%），SSP5-8.5达349kg/ha（15%）。黑土带损失最严重，占全省产量下降的40%。

　　气候变化对农业的影响日益显著，其中加拿大萨斯喀atchewan省的油菜种植尤为受到关注。作为该省最重要的农作物之一，油菜不仅在种植面积上占据重要地位，其产量对当地乃至全国的农业经济有着深远影响。根据历史数据和未来气候模型预测，油菜产量的变化与气温和降水等因素密切相关。研究旨在通过构建一个综合考虑气候和土壤因素的预测模型，评估未来气候变暖对油菜产量的潜在影响，从而为农业适应和缓解策略提供科学依据。

萨斯喀atchewan省的农业区位于北半球的温带大陆性气候区，其土壤类型多样，主要由冰川沉积物形成，包括冰川淤积、冰川河流沉积和湖泊沉积物等。这些土壤类型在不同的气候条件下表现出不同的特性，如有机质含量、砂土和黏土比例等，这些都会影响作物的生长环境。此外，随着全球气候变化，该地区的气温和降水模式预计会发生显著变化，进而影响到油菜的生长周期和最终产量。研究团队利用了26个气候模型的数据，结合三种不同的未来温室气体排放路径（SSP1-2.6、SSP2-4.5和SSP5-8.5），并结合了预测土壤图谱中的土壤有机碳、砂土和黏土含量，以及7月的最高和最低气温、超过30°C的天数和超过16°C的夜间温度等关键变量，建立了油菜产量预测模型。

模型的构建基于历史油菜产量数据，通过随机森林算法（ranger包）进行训练和测试。历史数据包括了从1999年至2019年的油菜产量信息，这些数据来自农民的自我报告和加拿大萨斯喀atchewan作物保险公司的记录。尽管这些数据可能存在一定的误差，但研究团队通过去除时间趋势，并调整到2019年的平均产量水平，以提高模型的准确性。模型的验证结果显示，其独立验证的R2值为0.51，而Lin’s concordance correlation coefficient（CCC）为0.66，这表明模型具有一定的预测能力，但仍有改进空间。

研究结果表明，油菜产量对温度的敏感度高于降水。当7月的平均最高气温超过28.5°C时，产量开始下降。在SSP1-2.6（低排放情景）下，油菜产量预计会有较小的下降，平均减少约39千克/公顷（2%）。而在SSP2-4.5（中等排放情景）和SSP5-8.5（高排放情景）下，油菜产量预计分别下降137千克/公顷（6%）和349千克/公顷（15%）。值得注意的是，这些产量损失在不同土壤区域的分布并不均匀，尤其是黑土区（Black soil zone）的产量损失最为显著，预计在中等排放情景下下降约10%，在高排放情景下下降约21%。这一结果表明，尽管黑土区是当前油菜产量最高的区域，但在未来的气候条件下，该区域的产量损失可能更为严重。

温度变化对油菜产量的影响尤为突出，尤其是在7月初的高温条件下，油菜的开花数量和结实率都会受到显著影响。此外，夜间温度的升高也会对产量产生不利影响。而降水的变化则更为复杂，虽然降水增加可能会对油菜的生长有益，但过量的土壤水分在6月初可能会导致产量损失。因此，温度和降水的相互作用可能会影响油菜的最终产量。在模型中，土壤有机碳含量与产量之间也存在一定的正相关关系，但这种关系并非独立存在，而是与气候因素相互影响的结果。

为了更好地理解未来气候情景对油菜产量的影响，研究团队对预测结果进行了时间上的划分，包括近中期（2025–2050）、中长期（2050–2075）和长期（2075–2100）。在不同的气候情景下，油菜产量的变化趋势基本一致，即随着气温的升高，产量会逐渐下降。然而，不同土壤区的产量损失幅度有所不同，其中黑土区的损失最大，而灰土区的损失最小。这种空间异质性可能与土壤类型、地理位置以及管理实践等多种因素有关。

尽管模型提供了有价值的预测信息，但研究也指出了一些局限性。首先，气候数据在未来的不确定性较高，尤其是在高排放情景下，不同气候模型之间的预测结果存在较大差异。其次，油菜产量数据本身可能存在误差，特别是在高和低产量端，这可能会影响模型的准确性。此外，研究假设未来农业生产方式保持不变，未考虑种植时间、品种改良等管理措施的变化。这些因素可能在实际中对产量产生重要影响，因此未来的研究需要进一步考虑这些变量。

总体而言，这项研究揭示了气候变化对萨斯喀atchewan省油菜产量的潜在影响，并强调了温度变化在其中的关键作用。为了应对未来的气候挑战，需要在油菜品种的改良和种植时间的调整上进行更多的投资和研究。开发耐热的油菜品种和采用更早的播种时间，有助于减少高温对油菜生长的不利影响。此外，对于不同土壤区域的产量损失，也需要制定相应的适应策略，以确保油菜在未来的气候条件下仍能保持其作为重要农作物的地位。研究结果为农业政策制定者和农民提供了重要的参考，有助于他们更好地规划未来的农业生产活动。