中国主要农作物热单位显著增长揭示气候适应与模型优化新路径

针对作物模型长期假设热单位(TU)固定导致的模拟偏差问题，中国科学家通过分析1981-2018年全国206个站点小麦、水稻和玉米物候数据，首次发现作物品种更替导致TU显著增长（最高达5.68 °C d/a），并证实其与平均温度显著正相关（R>0.40），为育种策略优化和全球作物模型改进提供了关键实证依据。

　　

随着全球人口增长和气候变化加剧，粮食安全面临严峻挑战。预计到2050年，全球粮食需求将持续增加，而主要作物产量可能在2°C升温情景下下降3-13%。作物对气候变化的适应能力成为关键科学问题，其中热单位(Thermal Unit, TU)作为决定作物物候期的核心遗传性状，直接影响光合持续时间和产量形成。然而，传统作物模型普遍假设TU固定不变，忽视了作物通过品种更新实现的形态生理适应，这种理论缺陷导致模型预测存在系统性偏差。

中国作为全球最大粮食生产国，其小麦、水稻和玉米产量占全国谷物总面积的97%。为揭示TU动态变化规律，中国科学院等机构的研究人员利用1981-2018年全国206个农业气象站的多作物物候数据和品种记录，开展了系统性研究。论文发表在《European Journal of Agronomy》，首次从国家尺度量化了主要作物TU的长期变化趋势及其气候响应机制。

研究团队采用多时空尺度分析方法，整合了8种作物类型（春小麦、冬小麦、早稻、单季稻、晚稻、春玉米、夏玉米和间作玉米）的物候观测数据，通过计算全生育期(Whole Growing Period, WGP)和生殖生长期(Reproductive Growing Period, RGP)的TU值，结合温度相关性检验，构建了品种更替与气候适应的关联模型。

研究结果
1. 作物品种更替特征
数据显示，1981-2018年间中国主要作物品种更新频繁，平均品种数达10-18个，其中早稻(18个)和间作玉米(17个)品种多样性最高，表明农民持续采用新品种以适应环境变化。

2. TU显著增长趋势
全生育期TU呈现显著上升趋势（P<0.05），增幅最高为春小麦(5.68 °C d/a)和春玉米(5.31 °C d/a)，最低为夏玉米(1.16 °C d/a)。这种增长与品种更替直接相关，证明现代品种具有更高的热量需求。

3. 温度-TU协同效应
TU与平均温度呈显著正相关（R>0.40, P<0.01），表明气候变暖驱动了高TU品种的选择。例如冬小麦TU每十年增加2.44 °C d，与其生育期温度上升同步。

讨论与意义
该研究突破了传统模型固定TU的理论框架，证实作物通过品种更新主动适应气候变化。TU增加可延长生殖生长期，部分抵消升温对产量的负面影响。研究为育种策略制定提供了量化依据——未来需选育更高TU品种以适应持续变暖。此外，成果为改进DSSAT、APSIM等主流作物模型的动态参数化提供了关键数据支持，将提升全球粮食产量预测精度。

结论
中国主要作物TU在过去40年呈现显著增长，其变化幅度存在明显作物类型和区域差异。这种变化既是气候适应的结果，又通过调节物候期影响产量形成。该成果为"气候智慧型农业"提供了理论支撑，对保障粮食安全具有重要战略意义。