缓解稻麦轮作系统中的养分流失：一种结合田间沟渠和池塘的生态工程解决方案

《Agricultural Water Management》：Mitigating nutrient loss in rice-wheat rotation system: An ecologically engineered solutions with field-ditch-pond systems

气候变化对加拿大草原春油菜产量的影响及适应性策略研究。采用DSSAT-Pythia模型模拟2025-2050年温度与土壤水分胁迫交互作用，发现Aspen Parkland和Lake Manitoba Plain生态区产量分别下降203±4.3和121±13.6 kg/ha，高温加剧水分胁迫导致光合作用受损及发育受阻。

　　### 解读：气候变化对加拿大春油菜产量的影响

在加拿大农业中，油菜是一种重要的经济作物，广泛种植于加拿大、美国、欧洲、中国和印度等地。2024年，加拿大油菜种植面积超过了890万公顷，占全国耕地面积的约10%。其中，阿尔伯塔省、曼尼托巴省和萨斯喀彻温省是加拿大油菜的主要产区，这三个省份共同占据了全国约100%的油菜产量。油菜不仅对加拿大经济至关重要，其种子出口用于榨油，仅在2024年就带来了超过57亿加元的收入。然而，随着气候变化的加剧，特别是气温升高和降水减少，这些条件可能会对油菜的生产造成显著影响，进而影响到植物油、饲料和生物燃料等相关产业。

农业土壤中的水分含量对植物的生长和健康至关重要。油菜的生长过程需要的水分量会因环境条件和土壤含水量而变化。油菜在生长初期（从发芽到生殖阶段）所需的水分大约为100毫米，这一阶段持续约40至60天。随着气温升高，植物的蒸腾作用增强，因此在温暖干燥的条件下，油菜对水分的需求将增加至少三倍。在理想的气候条件下，油菜在整个生长季（5月至9月）内需要的水分大约为400至480毫米。阿尔伯塔省的油菜平均需水量在发芽后开始为每天0.1毫米，到开花和荚果形成阶段时达到每天7毫米。

油菜具有主根系统，成熟时根系可深入土壤约140厘米。由于次生根从主根生长出来，超过50%的土壤水分提取发生在土壤表层以下60厘米处。干旱的土壤环境会导致作物损失，因为土壤水分压力会影响叶片和茎的生长。这些干旱条件会降低植物的生长速度和产量，影响分枝、种子重量和油脂含量。此外，严重的长期水分短缺会加速植物衰老和死亡，如果发生在生长季早期，可能导致不可逆的产量损失。

除了影响降水极端事件外，温度极端事件也可能对植物的生产力和健康产生重大影响。每种作物都有一个最佳的空气温度范围，以最大化其生长和繁殖。对于油菜来说，其基础温度为5℃，最佳温度为26℃，而最高温度为40℃。油菜的生长过程可以通过计算生长积温（GDD）来估计，即从平均每日温度中减去油菜的基础温度。温度的变化会影响植物的生理过程，导致其停止生长以保护自身，极端温度甚至可能是致命的。

为了更准确地模拟和探索气候变化对未来油菜生产的影响，研究中采用了DSSAT作物模型，这是一种广泛使用的工具，可以模拟油菜的生长和产量。DSSAT模型结合了天气、土壤、遗传、管理、害虫和经济因素，用于模拟和分析超过40种作物的种植系统。研究还引入了新的混合品种Invigor?L340PC，这是目前广泛采用的品种，但尚未在DSSAT中进行过模拟。此外，研究还整合了多种共享社会经济路径（SSPs）的气候预测，以模拟2025至2050年的未来条件。

为了提高研究的准确性和适用性，研究团队利用DSSAT-Pythia框架，对加拿大草原地区进行了网格化模拟，以分析气候变化对油菜生产的影响。研究还对水分和温度压力的相互作用进行了机制分析，这些相互作用来自于气候预测的集合。最后，研究预测了在水分压力和高温压力共同作用下，油菜的产量变化，提供了对雨养油菜生产最不利条件的见解，并为不同生态区的油菜种植未来提供了可能的方向。

研究发现，在多种气候情景下，加拿大草原地区的雨养油菜生产将受到负面影响。主要的油菜生长生态区——阿斯本草原区（Aspen Parkland）预计将在温室气体排放持续上升的情况下，面临更高的气温和更低的土壤水分含量。如果空气温度平均上升1.5℃，水分压力因子指数平均上升0.025，那么在Lake Manitoba Plain和Aspen Parkland生态区，油菜的年产量可能分别减少约203±4.3和121±13.6千克/公顷。因此，建议在这些生态区制定和实施适应和缓解策略，以改善油菜的生产条件。

研究还分析了不同气候情景下油菜产量的变化趋势。例如，在SSP1–2.6（可持续发展）和SSP2–4.5（中间路线）情景下，油菜的产量可能有所增加，而在SSP3–7.0（区域竞争）和SSP5–8.5（化石燃料发展）情景下，产量可能显著下降。这种变化趋势反映了气候变化对油菜生产的影响，也突显了不同生态区之间的差异。因此，制定适应策略对于确保油菜生产的可持续性和减少产量损失至关重要。

在探讨适应策略时，研究强调了改变播种时间、种植多样化作物、采用保护性耕作、恢复或保护湿地以及制定合理的施肥计划等方法的有效性。这些方法有助于提高油菜对气候变化的适应能力，减少由于高温和水分短缺导致的产量损失。此外，研究还指出，气候变化对油菜生产的影响不仅限于直接的产量变化，还可能影响到整个农业生态系统，包括土壤水分平衡、植物生长速率和生物多样性等方面。

在分析不同生态区的油菜产量时，研究发现，阿斯本草原区（Aspen Parkland）是油菜的主要种植区之一，其土壤水分含量和空气温度的变化将对产量产生显著影响。而Lake Manitoba Plain生态区则因为较高的降水和适宜的温度，成为油菜产量较高的地区。此外，西南曼尼托巴高原（Southwest Manitoba Uplands）生态区的土壤条件相对较好，适合油菜种植，但部分区域可能需要排水管理。因此，研究建议在这些生态区采取相应的适应措施，以确保油菜生产的稳定性和可持续性。

研究还指出，气候变化对油菜生产的影响不仅限于单一因素，而是多种因素的综合效应。例如，高温和水分短缺的共同作用可能会导致油菜产量下降超过20%。因此，适应策略应综合考虑这些因素，以确保油菜生产的可持续性和减少产量损失。此外，研究还强调了水资源管理的重要性，特别是在干旱和高温条件下，如何合理分配水资源以提高油菜的产量和经济效益。

在探讨未来油菜产量的变化时，研究发现，不同气候情景下的油菜产量变化趋势各不相同。例如，在SSP1–2.6和SSP2–4.5情景下，油菜的产量可能有所增加，而在SSP3–7.0和SSP5–8.5情景下，产量可能显著下降。这种变化趋势反映了不同气候情景对油菜生产的影响，也突显了生态区之间的差异。因此，制定适应策略对于确保油菜生产的可持续性和减少产量损失至关重要。

研究还强调了水资源管理的重要性，特别是在干旱和高温条件下，如何合理分配水资源以提高油菜的产量和经济效益。此外，研究还指出，气候变化对油菜生产的影响不仅限于单一因素，而是多种因素的综合效应。例如，高温和水分短缺的共同作用可能会导致油菜产量下降超过20%。因此，适应策略应综合考虑这些因素，以确保油菜生产的可持续性和减少产量损失。

在探讨未来油菜产量的变化时，研究发现，不同气候情景下的油菜产量变化趋势各不相同。例如，在SSP1–2.6和SSP2–4.5情景下，油菜的产量可能有所增加，而在SSP3–7.0和SSP5–8.5情景下，产量可能显著下降。这种变化趋势反映了不同气候情景对油菜生产的影响，也突显了生态区之间的差异。因此，制定适应策略对于确保油菜生产的可持续性和减少产量损失至关重要。

综上所述，气候变化对加拿大春油菜生产的影响是多方面的，涉及气温、降水、土壤水分和作物管理等多个因素。为了应对这些挑战，研究建议采取多种适应和缓解措施，包括改变播种时间、种植多样化作物、采用保护性耕作、恢复或保护湿地以及制定合理的施肥计划等。这些措施有助于提高油菜对气候变化的适应能力，减少由于高温和水分短缺导致的产量损失。同时，研究还指出，气候变化对油菜生产的影响不仅限于单一因素，而是多种因素的综合效应，因此，适应策略应综合考虑这些因素，以确保油菜生产的可持续性和减少产量损失。