全国冬小麦的地面臭氧诱导产量损失与经济成本：基于重建的 M7 和 AOT40 暴露量的时空估算（2015–2022）

《Agronomy》：Surface Ozone-Induced Yield Losses and Economic Costs of Winter Wheat Across China: Spatiotemporal Estimates Based on Reconstructed M7 and AOT40 Exposures (2015–2022)

　　

摘要

地表臭氧（O₃）对冬小麦生产产生不利影响。然而，由于缺乏与作物产量响应直接相关的空间连续臭氧暴露数据集，臭氧导致的作物损失评估仍然存在不确定性。冬小麦是中国的主要粮食作物，对臭氧高度敏感。其主要种植区——华北平原（NCP）——与严重臭氧污染区重叠，造成了显著的风险叠加。为此，我们采用时空 LightGBM（ST-LightGBM）模型，结合地面观测、大气再分析和卫星反演数据，重构了 2015 年至 2022 年中国 10 公里分辨率的每日 7 小时平均值（M7）和白天累积臭氧暴露指数（AOT40）数据集。模型表现稳健；SHAP 分析显示，向下太阳辐射和 2 米温度解释了超过 42% 的臭氧变率。从 2015 年到 2022 年，尽管有污染控制和新冠疫情，地表臭氧仍呈现阶段性上升趋势（0.83 μg m^?3 yr^?1），研究区内 79.22% 的区域 O₃ 浓度上升，其中华北平原受影响最严重。应用 M7 和 AOT40 指标，冬小麦的平均年相对产量损失范围分别为 3.44% 至 7.20%（M7）和 26.50% 至 36.54%（AOT40），对应的经济损失为 22.1 亿至 44.4 亿美元和 161.6 亿至 260.8 亿美元。两项指标均显示一致的趨勢，但 AOT40 损失明显较高，这凸显了将累积高浓度暴露纳入农业风险评估的必要性。这些发现表明，O₃ 污染对中国冬小麦生产构成了重大威胁。重构的暴露指标为识别高风险农业区提供了定量依据，并为在日益严重的 O₃ 污染下保障粮食安全提供有针对性的缓解策略信息。