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全球变暖威胁小麦生产，其对冬小麦产量和碳固存影响存争议。研究人员用 WOFOST 和 BEPS 模型评估品种优化影响。结果显示，优化可提高产量和 NEP，但部分地区或变碳源。该研究为品种改良和碳循环研究提供依据。
研究背景
在全球人口持续增长的大背景下，粮食需求也在不断攀升。小麦作为全球三大主要粮食作物之一，是超过 35% 全球人口的主要食物来源，为近 20% 的人提供着关键的蛋白质和能量。中国作为人口大国和粮食生产大国，小麦产量对于保障区域乃至全球的粮食安全至关重要。
与此同时，农业生态系统在全球碳循环中占据着重要地位，有着巨大的碳固存潜力。据相关研究，每年农田能从大气中捕获超过 0.3Pg C。然而，全球变暖引发的气候变化却给小麦生产带来了诸多挑战。气温不断上升、降水模式改变以及极端天气事件愈发频繁，这些都严重影响着小麦的生长。
目前，关于未来气候变化对小麦产量的影响，科学界尚未达成一致结论。有的研究指出，二氧化碳施肥效应和降水增加可能会提高华北平原（NCP）小麦产量；但也有研究认为，在未来气候条件下，如果没有优化的田间管理，小麦产量将会下降。此外，随着《巴黎协定》提出要在本世纪后半叶实现温室气体 “净零排放” 的目标，农业生态系统的碳固存潜力及其在缓解气候变化中的作用受到了更多关注。华北平原作为中国最大的冬小麦产区，其麦田通常被视为碳汇，但如果粮食中的碳通过食物链转移并最终通过呼吸作用释放回大气，农田也可能变成碳源。而且，田间管理措施如灌溉、施肥、覆盖和耕作等也会影响碳通量。因此，在未来气候条件下，迫切需要制定优化管理策略，以在保障粮食安全的同时，增强小麦系统的碳汇功能。
为了解决这些问题，来自国内的研究人员开展了一项研究，该研究成果发表在《European Journal of Agronomy》上。研究人员利用未来气候数据集，结合世界粮食研究模型（WOFOST）和北方生态系统生产力模拟器（BEPS），评估了田间管理，特别是品种优化，对华北平原未来气候情景下冬小麦产量和碳固存的影响。
研究方法
研究人员主要运用了两种模型，即 WOFOST 模型和 BEPS 模型。通过这两个模型，对不同未来气候情景下冬小麦的生长状况进行模拟。在模拟过程中，输入未来气候数据集，从而分析品种优化对冬小麦产量和净生态系统生产力（NEP）的影响。同时，研究中涉及的冬小麦种植区域主要为华北平原，涵盖河南、河北、山东、江苏和安徽等省份的部分地区。
研究结果
- 冬小麦产量：在未进行品种优化的情况下，未来气候情景下，华北平原各省冬小麦产量预计下降。其中，在 SSP585 情景下的下降幅度大于 SSP245 情景，且随着预测期的推移，产量下降幅度预计会增大。与基线相比，河南、河北、山东、江苏和安徽等省的冬小麦平均产量有所降低。而进行品种优化后，冬小麦对气候的敏感性降低，在 SSP245 和 SSP585 情景下，产量预计分别平均增长 20.7% 和 16.9%。
- 净生态系统生产力（NEP）：未优化品种时，NEP 预计会增加，在 SSP585 情景下表现尤为明显。优化品种后，NEP 总体上也有所增加，但考虑粮食碳含量时，河北和山东的部分地区可能会从碳汇转变为碳源。
- 物候变化：在气候变暖的情况下，冬小麦的开花期和成熟期提前，营养生长阶段（VGS）显著缩短，而生殖生长阶段（RGS）变化较小。品种优化后，开花期比成熟期提前得更显著，使得 RGS 的持续时间延长。
研究结论与讨论
本研究利用 WOFOST 和 BEPS 模型评估了未来气候情景下冬小麦品种优化对产量和 NEP 的影响。研究发现，品种优化能有效减轻气候变化的负面影响，使产量和 NEP 相对于基线有所增加。物候持续时间是这些改善的关键驱动因素。模型模拟表明，减少播种到开花阶段的积温（TSUM1），增加开花到成熟阶段的积温（TSUM2），有助于提高冬小麦产量和 NEP。
该研究的重要意义在于，为未来华北平原冬小麦品种的改良提供了科学依据。研究结果明确了品种优化在应对气候变化、保障粮食安全和增强碳汇功能方面的重要作用，有助于理解区域碳循环过程。这不仅可以指导农业生产者选择更适宜的冬小麦品种，还为政策制定者制定相关农业政策提供了参考，对于实现粮食安全与生态环境保护的双赢目标具有重要的推动作用。
