气候变化下干旱地区水稻水分足迹与产量的SSPs情景预测研究——以埃及达米埃塔为例

为解决气候变化加剧干旱地区水资源短缺和粮食安全问题，研究人员通过整合AquaCrop-GIS模型与CMIP6全球气候模型数据，预测了埃及达米埃塔地区水稻产量(Y)、蒸散发(ET)及水分足迹(WFT)在SSPs 2-4.5和5-8.5情景下的响应。结果表明，CO2效应可显著提升产量并降低WFT，为干旱区农业水资源管理提供科学依据。

　　

气候变化正深刻改变全球天气模式，极端气温和降水变化导致干旱半干旱地区农作物生产面临严峻挑战。以埃及尼罗河三角洲为例，水稻种植消耗了该国20%的尼罗河水量，而该地区又是全球最易受气候变化影响的区域之一。随着气温升高和土壤退化加剧，如何平衡粮食生产与水资源利用成为关键科学问题。传统研究多基于CMIP5的RCP情景，而最新CMIP6模型的SSPs情景能更精准反映社会经济与气候的交互作用。为此，美国亚利桑那大学等机构的研究团队在《Irrigation Science》发表论文，首次将AquaCrop-GIS模型与5个CMIP6降尺度数据耦合，系统预测了埃及达米埃塔地区水稻在SSPs情景下的水分利用效率。

研究采用Delta降尺度技术处理GCMs气候数据，通过Hargreaves-Samani模型计算参考蒸散发(ET_o)，并利用校准后的AquaCrop-GIS模拟水稻生长过程。水分足迹(WF_T)计算涵盖蓝水(WF_B)和绿水(WF_G)组分，评估时段跨越2021-2094年的四个时期（2030s-2090s）。

GCMs评估结果
通过Pearson相关系数(R)和一致性指数(D_index)验证，BCC-CSM2-MR模型对温度预测最优（MAE=0.69°C），而CMCC-ESM2对降水模拟最准（R=0.93）。整体上GCMs能可靠捕捉基线期（1981-2010）气候特征。

产量响应规律
无CO₂效应时，2030s-2050s产量微增1.07%-3.03%，但2070s-2090s因极端高温导致减产4.55%-18.94%。考虑CO₂效应后，光合作用增强使产量提升14.19%-28.31%，其中SSPs 5-8.5情景下CO₂浓度达998.71 ppm时效益最显著。

水分利用变化
蒸散发(ET)整体下降1.42%-18.98%，主要源于高温缩短生育期和气孔导度降低。水分足迹(WF_T)在无CO₂效应时2070s后上升2.88%-17.13%，而CO₂施肥作用使其降低15.45%-34.50%，其中WF_B占比高达99.9%，凸显灌溉水管理的关键性。

该研究创新性地量化了CO₂与气候因子的协同效应，证实SSPs 5-8.5情景下CO₂对产量的正向作用可抵消高温负面影响。通过揭示WF_T的时空演变规律，为制定干旱区节水农艺措施（如间歇灌溉）和政策干预（如耐热品种推广）提供了理论支撑。未来需进一步整合病虫害模型，以完善气候变化对农业系统的多胁迫评估。