文章简介

• 论文名称：Concurrent drought threatens wheat and maize production and will widen crop yield gaps in the future （持续的干旱威胁着小麦和玉米生产，并将在未来扩大作物产量差）

• 第一作者及单位：Miaolei Hou（西北农林科技大学）

• 第一通讯作者及单位：李毅（研究员|西北农林科技大学） 

• 文章发表期刊：《Agricultural Systems》（中科院1区Top期刊|最新影响因子：6.1）

• 期刊平均审稿速度：10周(参考)

1.研究背景及目标

        干旱对全球作物生产构成了重大威胁，随着国际社会应对气候变化带来的挑战日益加剧，了解持续干旱对粮食安全的多方面影响变得尤为重要。该研究旨在探讨全球粮食体系中小麦和玉米这两种关键作物对不同类型干旱的响应，重点关注同时发生气象干旱和农业干旱对产量差的影响。

图1|研究区185个农业气象站点的高程、农区划分及分布。农业分区及其作物有:东北平原(NE、春小麦和春玉米)、黄土高原(LP、春玉米、夏玉米和冬小麦)、黄淮海平原(HHH、夏玉米和冬小麦)、北方干旱半干旱区(NA、春玉米、春小麦和冬小麦)、青藏高原(QT、春小麦)和长江以南地区(SY、冬小麦)

2.研究方法

        该研究采用了DSSAT-CERES模型模拟了1962年至2100年中国（图1）玉米和小麦的物候期、雨养和潜在产量（图2），研究计算了从作物播种到成熟阶段的气象干旱（非平稳标准化降水蒸散指数，NSPEI）和农业干旱（标准土壤湿度指数，SSMI）指数（图3，4）使用了双变量和多变量小波分析以及vine Copula方法（图5），定性和定量地分析了产量差对不同干旱类型的响应，最后，通过最小二乘回归确定了玉米和小麦对NSPEI和SSMI的相对依赖权重（图8）。

图3|SSP2-4.5和SSP5-8.5情景下4种作物历史(1962-2021)和未来(2022-2100)全生长期NSPEI (a-c)和SSMI (d-f)的MK趋势

图 4|在历史（1962-2021 年）和未来（2022-2100 年）期间，根据SSP2-4.5 和SSP5-8.5 情景，整个春小麦生长期内气象干旱、农业干旱及复合干旱的发生频率

图 5|产量差与NSPEI（a, b）或SSMI（c, d）之间的双变量交叉小波凝聚谱

3.研究结果

        研究结果显示，从2022年到2100年，发现了作物物候期缩短的趋势，并伴随越来越干燥的条件，这些情况加剧了作物对同时发生的干旱的脆弱性，导致产量显著减少（图6）。

图6|1962-2021年和2022-2100年SSP2-4.5和SSP5-8.5情景下轻度、中度和重度单次干旱和并发干旱下的产量减少

        该研究的预测表明，由于同时发生的干旱，未来产量差距可能比单一类型干旱的产量差平均高出2%至30%（图7），其中，小麦受影响的程度（5%–50%）比玉米（0%–35%）更严重，西部地区的影响将大于东部地区（图8）。在2022–2100年的SSP（共享社会经济路径）5-8.5情景下，所有四种作物对SSMI的依赖权重（51%–99%）均高于NSPEI（26%–59%），这强调了土壤湿度在农业干旱监测和产量损失缓解中的关键作用（图8）。

图7|SSP2-4.5 (b, e)和SSP5-8.5 (c, f)情景下1962-2021年(a, d)和2022-2100年春玉米、夏玉米、春小麦和冬小麦同期中度干旱产量减少的空间分布

图8|SSP2-4.5 (b)和SSP5-8.5 (c)情景下2022-2100年春夏玉米(a-d)和春冬小麦(e-h) NSPEI和SSMI的相对权重

4.研究意义

        该研究的研究结果强调了制定综合干旱管理策略的紧迫性，这些策略需要应对同时发生的干旱带来的复合风险，从而增强农业系统的韧性，保障全球粮食安全，研究建议在应对气候变化下的食品干旱风险时，考虑气象干旱和农业干旱的相对权重，以发展复合干旱监测指标。

5.文章引用

文章信息：Miaolei Hou, Yi Li, Asim Biswas, Xinguo Chen, Lulu Xie, Deli Liu, Linchao Li, Hao Feng, Shufang Wu, Yusuke Satoh, Alim Pulatov, Kadambot H.M. Siddique, Concurrent drought threatens wheat and maize production and will widen crop yield gaps in the future, Agricultural Systems, Volume 220, 2024, 104056, ISSN 0308-521X,https://doi.org/10.1016/j.agsy.2024.104056.