比利时仁果类水果生产的干旱胁迫时空演变：基于AquaCrop模型的过去与未来风险评估

《Agricultural Water Management》：From past to future: Spatiotemporal insights into drought stress on Belgian pome fruit production for 1991–2090

本研究针对气候变化背景下比利时仁果类水果（苹果和梨）生产面临的干旱风险加剧问题，利用AquaCrop模型结合多模型气候预估，量化了当前（1991-2020）与未来（2026-2055, 2061-2090）在不同排放情景（RCP4.5, RCP8.5）下的净灌溉需水量（NIR）和蒸腾亏缺（Tdef）。研究发现，至本世纪末，在最坏情景下，NIR和Tdef将显著增加，且空间异质性明显，与土壤有效水含量和地下水位密切相关。研究为温带地区多年生果树的气候适应性规划提供了重要的时空明确风险评估依据。

　　

在欧洲，极端天气事件，尤其是干旱，正对农作物产量和质量构成越来越严重的威胁，导致巨大的经济损失和生产不确定性。对于像苹果和梨这样的高价值多年生温带水果作物而言，干旱的影响尤为显著，它不仅会降低当年的果实产量和品质，其负面影响还可能延续到下一个生长季。比利时作为欧洲主要的梨生产国和重要的苹果生产国，其仁果类水果产业在近年来屡受干旱困扰，而未来气候变暖预计将导致干旱事件更加频繁、强烈和持久。在此背景下，准确评估当前和未来的干旱风险，对于制定有效的适应性管理策略（如灌溉）和保障产业可持续发展至关重要。然而，现有的研究多集中于一年生大田作物或地中海地区的多年生作物（如橄榄、葡萄），针对温带地区仁果类水果生产的系统性、空间显式的干旱风险评估尚属空白。为此，研究人员在《Agricultural Water Management》上发表了最新研究成果，首次对比利时仁果类水果生产的干旱胁迫进行了从过去到未来的时空洞察。

为了精准量化干旱风险，研究人员构建了一个空间显式的过程模型框架。他们首先获取了比利时皇家气象研究所提供的格点化观测数据集（1961-2020）以及来自EURO-CORDEX计划的9个全球-区域气候模型组合对未来（2006-2090）在RCP4.5和RCP8.5情景下的气候预估数据，并进行了偏差校正。核心分析工具是联合国粮农组织开发的AquaCrop作物生长模型，该模型能模拟土壤-植物-大气连续体的水分运移。研究在12.5公里×12.5公里的空间分辨率上运行AquaCrop，模拟了比利时境内1991至2090年间每日的土壤水分平衡。模型输入包含了详细的土壤水力特性（源自AARDEWERK土壤数据库）、动态变化的浅层地下水位数据（对比利时法兰德斯地区进行了详细模拟并外推至全国）以及简化的成熟仁果类果园参数。通过模拟，研究计算了生长季（4月至10月）的净灌溉需水量（Net Irrigation Requirement, NIR，指将土壤水分维持在田间持水量以上所需补充的灌溉水量）和蒸腾亏缺（Transpiration Deficit, T_def，指潜在蒸腾量与实际蒸腾量之差），以此作为农业干旱的指标。同时，也计算了降水亏缺（Precipitation Deficit, P_def，参考蒸散量与降水量之差）作为气象干旱的指标。分析聚焦于基线期（1991-2020）、近期未来（2026-2055）和远期未来（2061-2090）三个30年时段，使用集合中位数作为稳健估计，并分析模型间差异以量化不确定性。

3.1. 未来气候情景下比利时气象特征的变化

气候预估表明，无论是RCP4.5还是RCP8.5情景，生长季的参考作物蒸散量（ET₀）和平均气温均呈现持续上升趋势。至远期未来 under RCP8.5，生长季ET₀平均增加9.2-13.2%，气温平均升高2.5-2.9°C。降水变化则呈现更大的空间异质性，夏季月份降水减少的趋势尤为明显，导致夏季（7、8、9月）的降水亏缺加剧，大气水分需求与降水供给之间的差距拉大。

3.2. 未来气候情景下仁果类水果净灌溉需水量和蒸腾亏缺的时空特征

3.2.1. 季节际变化（1991-2090）

净灌溉需水量和蒸腾亏缺均显示出向未来时期持续增加的趋势。与基线期相比，在RCP8.5情景下的远期未来，空间平均的NIR增加了32.3%，T_def增加了61.4%。年际变率也显著增加，意味着极端干旱事件发生的风险和不确定性加大。NIR和T_def的空间分布呈现强烈异质性。基线期的NIR在比利时北部和南部的侏罗地区较高。未来的NIR增加在全国大部分地区均会发生，其中沙土区域的增加最为显著。T_def的基线值空间变异性更大，未来也以空间异质性的方式增加，沙土区域同样是变化最大的区域。地下水毛细上升对土壤水平衡有重要贡献，其量值在生长季可达0-101.6毫米，主要发生在北部地下水位较浅的地区。预计未来生长季的毛细上升量将减少，尤其是在毛细上升量原本较高的区域。

3.3. 气象干旱与农业干旱

降水亏缺（P_def，气象干旱指标）和蒸腾亏缺（T_def，农业干旱指标）在未来 under RCP8.5情景下均显著增加，且T_def的增加比例超过P_def。这种效应在土壤总有效水含量较低的土壤上最为突出。这表明，相同的降水亏缺条件下，不同的土壤特性会导致不同程度的农业干旱。农业干旱（T_def）的空间变异性远大于气象干旱（P_def），这主要源于土壤特性和地下水位深度的空间差异。

3.4. 气候模型不确定性

不同GCM-RCM组合的模拟结果存在显著差异。对于RCP8.5情景下的远期未来，NIR和T_def变化的模型间四分位距很大，表明气候模型选择带来的不确定性甚至超过了比利时境内的空间变异性。这凸显了使用多模型集合来解释未来干旱风险的重要性。

本研究通过基于AquaCrop模型的土壤水平衡方法，综合气候预估、土壤属性和动态地下水位数据，量化了比利时仁果类果园当前和未来的干旱风险。研究明确显示，在未来气候变暖背景下，尤其是 under RCP8.5高排放情景，比利时仁果类水果生产面临的农业干旱风险将显著加剧，表现为净灌溉需水量和蒸腾亏缺的大幅增加以及年际变率的增大。干旱风险的空间分布不均，与土壤有效水含量和地下水补给能力密切相关。尽管风险总体上升，但就农业干旱而言，当前主要产区的相对适宜性并未发生根本性改变。气候模型间的不确定性很大，强调了基于集合预估进行决策的重要性。该研究为温带地区多年生果树产业应对气候变化、制定适应性管理策略（如优化灌溉、品种布局）提供了重要的科学依据。研究框架和方法亦可应用于其他温带水果作物和产区的风险评估。未来研究可进一步聚焦于极端干旱事件的时空特征及其与物候期变化的相互作用，这些因素可能对仁果类生产造成不成比例的负面影响。