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气候变化影响作物生长，威胁粮食安全。研究人员以法国 Bourgogne–Franche–Comté 地区为对象，构建作物需水模型评估气候变化影响。结果显示，到 2100 年谷物和牧草产量下降，不同作物受影响程度及时空分布不同。该研究为区域适应气候变化提供策略依据。
在全球气候变化的大背景下，人类活动排放的温室气体使得平均气温不断上升，这极大地改变了区域水循环和作物的生产表现。据政府间气候变化专门委员会预测，气候变化导致的植物可利用水资源减少，将对农业生产产生负面影响。干旱发生的频率预计到 2050 年翻倍，这会严重损害作物产量，威胁全球大部分耕种地区的粮食生产。而且，气候变化下作物生产的年际变异性也会增加，让农民对未来产量充满不确定性。因此，在更精细的空间尺度上评估未来气候变化对作物水分平衡和产量的影响，对指导农民生产至关重要。
法国的研究人员针对位于法国中东部的 Bourgogne–Franche–Comté（BFC）地区开展了相关研究。该地区水资源有限，土壤持水能力差，当地农业利益相关者希望评估气候变化的潜在影响，为农业系统的适应做好准备。研究人员通过构建高分辨率作物需水模型，结合气候、土壤和作物特征，以日为时间步长进行模拟，旨在评估不同作物对气候变化在缺水和相对产量损失方面的响应，以及气候变化对 BFC 地区作物总产量及其年际变异性的影响。该研究成果发表在《Agricultural Water Management》上。
研究人员运用了多种关键技术方法。在数据收集方面，从法国国家 DoneSol 数据库获取土壤信息估算土壤持水能力；利用 SAFRAN 产品和 ARPEGE 模型分别获取历史和未来的每日气候数据。通过空间交叉 857 个气候单元和 1360 个土地处理单元，确定了 8478 个同质的 pedoclimatic units（土壤气候单元） 。采用 FAO 的单作物系数（Kc）来估计作物需水量，并根据区域专家评估确定作物生长阶段。运用两水库水平衡模型模拟土壤水分变化，计算作物缺水状况和相对产量损失，最后用 R 软件进行统计分析。
研究结果如下：
- 作物对缺水的敏感性：研究涉及的 14 种主要作物占区域耕种面积的 95%。向日葵、春大麦和春豌豆等对缺水更敏感，夏季作物在开花期受影响大，冬季和春季作物在结果期受影响大。夏季作物缺水时的年际变异性显著高于冬季作物。在农业景观尺度上，部分农田相对产量损失较大，春作物、向日葵和玉米受影响比冬作物更严重。而且，区域内作物生产、压力系数（Ks）和相对产量损失分布存在较大差异，粮食生产的年际变异性也存在空间差异。
- 21 世纪粮食生产的演变：虽然短期内 BFC 地区谷物和饲料作物平均产量下降幅度较小，但长期来看，谷物产量预计下降 7.7%，饲料作物产量预计下降 14%，到本世纪末平均年产量损失达 12%。不同作物受气候变化影响的时间和阶段不同，作物生产在时空上的响应也各不相同，且相对产量损失的年际变异性在不同作物上表现各异。
- 缺水变化：2000 - 2019 年，玉米、向日葵和大豆缺水最严重，高粱缺水最少。未来所有作物缺水情况预计都会增加，到本世纪末，部分作物缺水情况将大幅加剧。目前 14 种主要作物的总缺水量平均每年达 17 亿立方米，未来会显著增加，区域缺水的年际变异性也会增大。
研究结论表明，到本世纪末，作物生产预计将因缺水显著增加而减少 12%，缺水情况可能翻倍。气候变化的影响在空间、时间和不同作物间存在差异，夏季作物短期内受影响，春冬季作物长期受影响，年际产量变异性增加，威胁粮食安全。
在讨论部分，研究指出夏季作物目前缺水情况比冬季作物更严重，且年际变异性更大，高粱是个例外。气候变化导致的水分胁迫对夏季作物产量影响大，冬季作物长期也会受到负面影响。除了水分胁迫，温度胁迫、作物生长周期变化、二氧化碳浓度增加等因素也会影响作物生产。研究还存在一些局限性，如假设作物日历固定、使用 FAO 的平均作物系数等。为维持当前粮食生产水平所需的水量难以实现，因此，适应气候变化需要综合考虑多种策略，涉及众多利益相关者的合作。该研究为区域适应气候变化提供了重要的参考依据，有助于制定合理的农业发展策略，保障粮食安全。
