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为探究气候变化对美国大平原地区灌溉玉米生产力的影响，研究人员以堪萨斯州肖尼县为案例，利用 CERES - Maize 作物模型开展研究。结果显示未来玉米产量、水生产力和净收益可能下降，亏缺灌溉可节水 3 - 15% 且不降低生产力。该研究为农业应对气候变化提供指导。
在全球粮食生产体系中，玉米占据着举足轻重的地位，它与小麦、水稻一同为人类提供了约三分之二的热量来源。然而，当下全球气候变化与人口增长的双重压力，正逐渐威胁着粮食安全。玉米对热应激和干旱极为敏感，美国大平原及中西部地区作为世界主要的玉米产区，在灌溉用水不断消耗 Ogallala 含水层的同时，还面临着气候变化带来的诸多挑战。比如，100° 经线附近气候干燥化趋势东移，使得该地区未来的气候条件愈发复杂，这让生产者们在玉米产量、灌溉用水、水生产力以及净收益等方面充满了不确定性。在此背景下，为了给农业生产提供科学指导，来自国外的研究人员开展了一项针对美国大平原地区的研究，相关成果发表在《Agricultural Water Management》上。
研究人员以堪萨斯州肖尼县（位于美国大平原东部堪萨斯河流域）为研究区域，运用了 CERES - Maize 模型（决策支持系统 DSSAT 中用于模拟玉米生长和灌溉实践的模块），结合网格级别的土壤和气候变量，深入探究了不同灌溉管理策略下，历史及未来气候情景对灌溉玉米生产力的影响。
在技术方法上，研究人员首先将研究区域划分为 4km×4km 的网格，通过整合土壤、土地利用和灌溉地图等信息，确定了玉米种植网格。利用 PRISM 气候数据和 gSSURGO 土壤数据，为模型提供历史和未来气候情景输入。采用 MACA - 2 数据库的 CMIP5 气候模型数据，并选取 5 个不同气候敏感性的全球气候模型（GCMs），以降低模型不确定性。通过田间试验数据对模型进行校准和验证，确保模型可靠性。
研究结果表明：
- 模型校准和评估：通过调整玉米品种系数，模型在模拟产量和灌溉深度方面表现良好。校准期间，模拟产量与观测产量匹配度高，验证时虽有一定偏差，但仍在可接受范围内，表明模型适用于后续研究。
- 历史玉米生产力和驱动因素：历史时期，土壤质地和气候变量显著影响玉米生产力。粉砂壤土和粉质粘壤土区域产量较高，土壤质地影响水的储存和利用，进而影响产量、灌溉用水和水生产力。最低温度（Tmin）、最高温度（Tmax）和太阳辐射对产量有显著影响，其中 Tmin影响最大，而降水对产量影响不显著，对灌溉用水影响显著。净收益与产量空间分布相似，受多种环境因素综合影响。
- 未来气候对灌溉玉米生产力的影响：在 RCP 4.5 和 8.5 情景下，未来生长季 Tmin和 Tmax上升，降水略有下降。这将导致灌溉玉米产量、水生产力和净收益下降，且降幅随时间增加。全灌溉用水增加，亏缺灌溉（25% 和 50%*PAW）可节水并利用 CO2施肥效应，且不降低生产力。
- 21 世纪不同时期的空间玉米生产力：到 2030 年代，最具生产力的玉米田可能从粉砂壤土转移到粉质粘壤土和粘壤土。不同土壤质地在不同 RCP 情景下，灌溉用水、水生产力和净收益变化不同。RCP 8.5 情景下，后期升温导致的产量和净收益下降更明显。
研究结论和讨论部分指出，本研究开发的空间协议有助于评估气候变化对玉米生产力的影响。未来，玉米生产需结合提高产量的品种和改进的水管理策略，以应对气候变化挑战。亏缺灌溉策略可节水且不降低生产力，为农民提供了可行的灌溉管理建议。此外，该研究协议具有可扩展性，可应用于其他作物和地区，为农业应对气候变化提供了重要的科学依据和实践指导，对保障全球粮食安全具有重要意义。
