《Agricultural and Forest Meteorology》：Projected shifts in climate and spring barley yields under future (CMIP6) scenarios across eight environmental zones in Europe
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本研究针对气候变化对欧洲春大麦生产的威胁，整合了多模型气候预测（CMIP6）与作物模型（APSIM）模拟，系统评估了未来（2050s和2080s）不同排放情景（SSP1-2.6和SSP5-8.5）下欧洲八大环境区的气候灾害变化及产量响应。结果表明，未来生长季温度普遍升高，热害风险增加，物候期缩短导致多数区域减产，尤其在2080s高排放情景下地中海地区减产高达31%。然而，高浓度CO2的施肥效应可部分抵消减产损失，但存在区域异质性。研究强调了结合气候适应性品种选育与可持续管理实践的区域特异性适应策略的紧迫性。
气候变化正以前所未有的速度和强度影响着全球农业系统，欧洲作为全球变暖最快的地区之一，其农业生产面临着严峻挑战。大麦作为欧洲重要的谷类作物，广泛用于酿造、饲料和食品，其生产稳定性对粮食安全至关重要。然而，日益频繁和严重的极端天气事件，如热浪、干旱和晚霜，正严重威胁着大麦的生产。培育具有气候韧性的作物品种，是应对这些挑战的关键策略之一，但这需要对未来气候条件下作物可能面临的风险有精准的预判。为此，一项覆盖欧洲全域的研究应运而生，旨在深入剖析未来气候情景下春大麦生产的潜在风险与机遇，为适应性育种和管理提供科学依据。相关研究成果已发表在《Agricultural and Forest Meteorology》。
为了系统评估未来气候变化对欧洲春大麦生产的影响，研究人员开展了一项综合性研究。他们选取了欧洲范围内从西班牙南部到芬兰中部、从匈牙利东部到英国北部的19个代表性站点，覆盖了八大环境区。研究采用了最新的第六次国际耦合模式比较计划（CMIP6）中的气候情景数据，包括两种共享社会经济路径（SSP1-2.6和SSP5-8.5）和两个未来时间段（2050s和2080s），并结合了六个全球气候模型（GCM）的模拟结果以量化不确定性。核心分析工具是农业生产系统模拟器（APSIM）春大麦模型，该模型经过校准和验证，能够模拟作物生长、发育及产量形成对每日天气条件的动态响应。研究不仅模拟了未来气候条件下的春大麦产量变化，还计算了一套农气指标，用以量化特定气候灾害（如晚霜、花期高温、灌浆期热害与干旱等）的发生概率。通过聚类分析，研究人员识别了具有相似气候风险组合的区域，从而为分区分类的适应性策略提供了依据。
关键技术方法
本研究的关键技术方法包括：1） 利用LARS天气发生器将CMIP6全球气候模型输出的未来气候情景降尺度到19个具体研究站点，生成日尺度天气数据；2） 应用经过校准和验证的APSIM春大麦模型进行作物生长和产量模拟，模型考虑了CO2浓度升高对辐射利用效率（RUE）和蒸腾效率的促进作用；3） 定义并计算了8个关键的农气指标，用于定量评估不同生育阶段气候灾害的发生概率；4） 采用k-means聚类分析对站点进行分组，识别具有相似风险特征的环境类型。
研究结果
3.1. 生长季气候条件的预估变化
所有环境区、SSP情景和时间段的生长季平均温度均呈现上升趋势。与基线气候相比，高排放情景下的增温幅度更大。增温最显著的是 boreal 区，而 Atlantic North 区的增温幅度最小。生长季总降水量在所有环境区均呈现减少趋势，这主要归因于未来气候条件下生长季长度的缩短。地中海南部在高排放情景下2080s的降水量减少最为显著。
3.2. 大麦生长周期的预估变化
模拟结果表明，所有环境区下春大麦的生长周期长度在未来气候情景下均会缩短。这种缩短在高排放情景和远期更为明显。生长季缩短最显著的是 boreal 区，而 Atlantic Central 区的缩短幅度最小。物候期的加速直接导致了籽粒灌浆期的缩短，这是造成潜在减产的重要原因之一。
3.3. 生长季不利事件发生概率的预估变化
未来气候下，与高温相关的灾害风险普遍增加。特别是在高排放情景下，花期和灌浆期遭遇热害的概率在大多数环境区显著上升。与此相反，晚霜的发生概率在所有环境区均变得极低。干旱事件的发生概率在地中海地区依然较高，并且在某些地区可能加剧。研究还发现，在未来，几乎每个生长季至少遭遇一种气候灾害的概率变得非常高，突显了气候风险的普遍性。
3.4. 产量变化的预估
在不考虑CO2施肥效应的情况下，模拟结果显示大多数环境区的春大麦产量在未来气候下呈现下降趋势，尤其是在高排放情景和远期，地中海地区的减产幅度可达31%。然而，当考虑未来大气CO2浓度升高（例如SSP5-8.5情景下2080s达到868 ppm）的正面效应时，CO2施肥效应能够部分甚至完全补偿由气候变化带来的减产损失，在某些地区甚至导致增产。但这种补偿效应在不同环境区间存在差异，并且可能掩盖作物模型未能完全捕捉的极端条件带来的潜在损失。
3.5. 灾害组合集群的预估变化
通过聚类分析，研究发现无论是在基线气候还是未来气候下，欧洲的春大麦产区都可以根据其面临的主要气候灾害组合划分为几个不同的集群。例如，地中海地区的站点通常面临高温和干旱的双重压力，而北欧站点则风险相对较低。随着气候变化，这些集群的构成和空间分布也会发生改变，例如，一些中欧站点的风险特征在未来会变得更类似于现在地中海地区的站点，表明气候风险正在向北扩张。
结论与讨论
本研究通过结合气候情景、作物模型和农气指标分析，系统地描绘了未来气候变化下欧洲春大麦生产面临的风险图景。主要结论是：欧洲雨养春大麦生产极有可能面临更多与热相关的灾害，气候变化导致的减产风险在多数地区显著，但CO2施肥效应在一定程度上起到了缓冲作用。然而，这种缓冲作用并非均匀分布，且可能掩盖了模型尚未完全模拟的极端条件造成的损失。研究强调了根据未来气候风险区域特征（即“目标环境”）进行针对性适应的重要性。培育能够适应特定灾害组合的气候韧性品种，并结合适应当地条件的可持续管理实践，是应对未来挑战的关键。未来的工作应侧重于测试具体适应措施（如调整播期、选用不同熟性品种）的有效性，并将作物模型与基因组预测等先进育种工具相结合，加速理想株型的选育过程。这项研究为政策制定者、育种家和农业生产者提供了宝贵的区域特异性信息，以支持欧洲春大麦生产应对气候变化的适应规划。
