气候变化背景下撒丁岛地区作物需水模型构建与水资源管理策略研究

这篇综述通过SIMETAW_GIS模型评估了撒丁岛地区15种作物在历史(1976-2005)和未来(2036-2065)气候情景(RCP2.6/4.5/8.5)下的需水量(NA)、实际蒸散发(ETa )和产量损失。研究发现CO2 浓度升高通过调节冠层阻力(rc )影响参考蒸散发(ETo )，导致小麦、大麦等作物需水量最高增加13%，产量损失达19%。研究为地中海农业水资源管理提供了高分辨率(11km)的气候风险评估框架。

　　

引言

地中海地区作为气候变化热点区域，农业用水占全球淡水抽取量的70%。撒丁岛作为典型地中海环境，其灌溉农业仅占耕地7%却面临严峻水资源压力。研究采用SIMETAW_GIS平台整合5个地球系统模型(GCMs)动态降尺度数据，首次系统评估了小麦、大麦、甜菜等15种主要作物在三种代表性浓度路径(RCPs)下的水胁迫响应。

材料与方法

研究区域覆盖撒丁岛7个水文分区，土壤数据源自Hengl和Gupta的持水量数据集。模型通过Penman-Monteith方程计算ET_o
时，创新性引入CO₂
对冠层阻力的影响公式：r_c
=1000/[1.44(14.18-0.0112CO₂
)]。作物系数(K_c
)根据Guerra公式进行气候校正，产量损失通过FAO-33的Ky因子(1-Y_a
/Y_m
=K_y
×(1-ET_a
/ET_c
))量化。

结果

降水格局显示冬季降水减少最显著(RCP8.5下降6.9%)，而ET_o
在CO₂

600ppm时出现反常下降。需水量增幅呈现明显作物分异：

• 谷类作物：小麦(RCP8.5:+14%)和大麦(+13%)需求增幅最大
• 经济作物：杏仁(+5%)和酿酒葡萄(+4%)相对温和
• 空间差异：高海拔地区NA增加更显著，南部撒丁岛降水减少达7%

产量损失模拟揭示：

• 糖用甜菜(15%)和马铃薯(12%)等块根作物风险突出
• 饲料作物苜蓿损失6%，印证地中海牧场退化趋势

讨论

与AgMIP模型对比显示，SIMETAW在模拟玉米ET_s
方面表现优异。值得注意的是，RCP4.5情景下夏季ET_o
增幅(3%)反而高于RCP8.5，这与CO₂
超过600ppm时的气孔调节机制有关。研究建议将玉米等水分敏感作物北移种植，同时警示灌溉现代化可能引发"效率悖论"——节水技术反而刺激用水需求。

结论

该研究构建了11km精度的农业水风险评估框架，证实气候适应需统筹作物布局优化(如冬春作物轮作)、灌溉技术升级(滴灌DU提升)与制度创新。特别是CO₂
-ET_o
耦合模型的建立，为巴黎协定履约背景下的农业水安全决策提供了新工具。