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为探究气候变化对马铃薯产量和淀粉含量的影响，研究人员分析瑞士西部阿尔卑斯山区 5 个地点 31 年的田间数据。结果显示，环境和基因型显著影响产量，气候变化将致产量下降。该研究为应对气候变化对马铃薯种植的影响提供重要依据。
在全球气候变化的大背景下，粮食安全面临诸多挑战。马铃薯作为世界第四大重要粮食作物，其产量和品质受气候变化的影响备受关注。在过去，虽然已有一些关于马铃薯与气候关系的研究，但大多存在数据局限性，难以精准预测气候变化对马铃薯的影响。而且，随着全球变暖趋势加剧，降水模式改变，极端气候事件增多，这些变化对马铃薯生长的具体影响尚不明确，这促使科研人员开展更深入的研究，以明确气候变化与马铃薯产量和淀粉含量之间的关系，为保障粮食供应提供科学依据。
瑞士的研究人员针对这一问题展开了深入研究。他们对瑞士西部阿尔卑斯山区 5 个不同海拔地点，在 1990 - 2021 年期间进行了马铃薯品种试验，收集了大量数据，涵盖 662 个基因型的产量（t ha?1）、淀粉含量（百分比）以及气象数据等。通过一系列复杂的研究，他们得出结论：气候变化将对马铃薯产量产生显著负面影响，不同的代表性浓度路径（RCP）情景下，产量损失程度不同，不过对淀粉含量的影响相对较小。这一研究成果发表在《Field Crops Research》上，为农业应对气候变化提供了关键参考，有助于制定合理的种植策略，保障马铃薯的稳定生产，对维护全球粮食安全具有重要意义。
研究人员在开展研究时，主要运用了以下关键技术方法：首先，进行长期的田间试验，在多个地点持续 31 年种植不同基因型的马铃薯，记录产量、淀粉含量及作物生长阶段数据。其次，收集气象数据，包括温度、降水、光照等，并进行整合分析。再者，利用随机森林（Random Forest）分析筛选影响产量和淀粉含量的关键变量；通过阈值模型、图形观察和二阶导数估计等方法确定变量间的关系；最后，基于这些结果建立预测模型，评估不同 RCP 情景下的产量和淀粉含量变化。
研究结果
- 影响产量和淀粉含量的因素：通过方差分析（ANOVA）发现，年份和基因型分别解释了产量变异性的 25.47% 和 24.16%，而基因型对淀粉含量变异性的解释度高达 74.54%。不同年份和地点的产量和淀粉含量存在显著差异，如产量在不同年份间波动较大，淀粉含量则主要受基因型影响。
- 关键影响变量：随机森林分析确定了影响产量的 4 个关键变量，包括从种植到成熟的太阳辐照总和、从块茎开始形成到收获的总降水量、从种植到成熟的平均温度和日最高温度总和；影响淀粉含量的 3 个关键变量为从成熟到茎叶枯黄的平均最高温度、从种植到茎叶枯黄的总降水量以及从成熟到收获的土壤最低温度总和。
- 变量关系类型：通过多种方法分析变量关系，发现从块茎开始形成到收获的总降水量、从种植到成熟的太阳辐照总和与产量呈线性关系；从种植到成熟的平均温度在 16.5°C 以下时与产量呈正线性关系，高于此温度则呈负线性关系。对于淀粉含量，从种植到茎叶枯黄的总降水量与之呈线性关系，另外两个变量与淀粉含量的关系较为复杂，但综合判断也呈线性关系。
- 产量预测：基于筛选的变量建立模型，预测不同 RCP 情景下的产量变化。结果显示，到 2035 年，不同 RCP 情景下产量损失约为 3.20 - 15.00%；到 2060 年，RCP 4.5 和 RCP 8.5 情景下产量损失显著增加；到 2085 年，RCP 8.5 情景下产量损失高达 24.2 - 84.6%。淀粉含量变化相对较小，在不同情景和时期下，变化范围在 - 3% 到 + 3% 之间。
研究结论与讨论
研究表明，环境对马铃薯产量影响巨大，解释了 50% 的产量变异性，不过该比例在不同研究中存在差异，可能与气候和种植地点的差异有关。气象变量如降水和温度对产量影响显著，降水量减少和温度升高会导致产量下降，且这种负面影响在气候变化背景下将愈发严重。基因型也是影响产量和淀粉含量的重要因素，但其解释产量变异性的比例在不同研究中有所不同，可能受多种因素影响。未来，应更加注重环境和基因型的相互作用（GxE），选择适应环境的基因型对保障产量至关重要。
此外，气候变化将导致马铃薯产量下降，不同 RCP 情景下产量损失不同。虽然考虑大气 CO2浓度和种植前降雨等因素可能使预测结果更乐观，但 CO2浓度增加也存在诸多弊端。为应对气候变化对马铃薯产量的影响，可采取调整种植日期、优化灌溉系统、培育抗逆基因型以及改变种植地点等策略。这些策略对于保障马铃薯产量、维护粮食安全具有重要意义，为农业生产适应气候变化提供了方向，有助于指导农民和农业决策者制定合理的应对措施。
