中国农业大学资环学院杨晓光教授团队揭示气候变化下我国作物分布与环境资源禀赋的错位加剧

近日，资源与环境学院农业气象系杨晓光教授团队在国际权威期刊《先进科学》（Advanced Science）上发表研究论文《气候变化下中国作物分布与环境资源禀赋的错位加剧》（An Increasing Misalignment Between Crop Distribution and Environmental Resources Under Climate Change in China）。该研究量化了过去20年间（2000-2020年）中国玉米和小麦种植分布与环境资源禀赋的空间演变规律，发现作物分布与环境资源禀赋（尤其是水资源）的错位不断加剧，研究成果为未来优化作物布局和水资源管理适应气候变化提供了重要科学依据。

中国以全球7%的耕地养活了22%的人口，资源环境压力巨大。气候变化导致的温度升高和降水模式改变，驱使农户通过调整种植区域（作物迁移）来规避风险。前人研究多从气候的角度关注种植分布的适应性，但忽略了“环境资源禀赋”是一个多维度的整体（包括光、温、水、土等）。如果作物盲目向气候适宜但其它资源匮乏的地区迁移，将导致地下水超采和生态环境恶化等问题。因此，定量评估作物分布与综合环境资源禀赋的空间一致性，是实现农业可持续发展的关键。为此，论文通过建立多维度环境资源禀赋的综合评价框架，将作物模型模拟的“气候资源驱动潜力（CRY）”和“气象-水资源驱动潜力（RY）”作为衡量区域综合环境资源禀赋的指标；利用标准差椭圆（SDE）和重心迁移分析，对比了过去20年作物实际种植面积（HA）与环境资源禀赋重心的移动轨迹；引入经济学中的洛伦兹曲线（Lorenz curves）和基尼系数（Gini coefficients），量化环境资源禀赋分布与种植布局的匹配程度。

多维度环境资源禀赋综合评价框架

结果表明，2000年以来，玉米的种植重心呈现向东北迁移的趋势，这与气候变暖下的光温资源改善趋势相一致；虽然与气候资源的匹配度略有增加，但与水资源的错位也在增加。与此同时，小麦的高资源禀赋区正在向西移动，但实际种植重心却在向东偏移，表现出与气候和水资源双重的错位加剧。全国约84%的玉米产区和90%的小麦产区正面临结构性缺水，需要依赖额外的蓝水（灌溉）投入来维持产量。

近20年玉米（a）和小麦（b）环境资源禀赋与实际种植面积的空间变化比较

因此，单纯依赖气候适应（如利用热量北移）是不够的，必须转向基于环境资源禀赋的综合布局规划。例如，在华北、西北等水资源匮乏的“结构性缺水区”，可以通过政策干预适度减少耗水量大的作物种植；在南方水资源充沛的区域，在保障生态平衡的前提下，挖掘其作为粮食生产后备区的潜力；由于水资源比气候更易于人工调节，通过现代灌溉设施建设、跨区域调水以及调整种植结构（如粮豆轮作），缓解当前的错位危机。

杨晓光教授团队依托传统优势特色学科农业气象学，长期围绕农业应对气候变化和防灾减灾、保障粮食安全的国家战略需求开展研究，研究成果先后获国家科技进步二等奖、教育部自然科学和科技进步等奖励20余项。“气候变化与农业减灾团队”入选神农中华农业科技创新团队和中国农业大学2115高水平创新团队。论文是团队在农业应对气候变化领域又一阶段性重要成果。

资源与环境学院农业气象系博士毕业生苏正娥为第一作者，赵锦副教授为通讯作者，澳大利亚墨尔本大学梁霞研究员为共同通讯作者，资源与环境学院张镇涛博士后、赵闯教授、刘志娟教授和中国科学院生态环境研究中心庄明浩研究员参与了论文的写作，中国农业科学院农业资源与农业区划研究所孙晶研究员、国家气候中心陆波研究员、澳大利亚塔斯马尼亚大学刘科博士对论文的修改与完善提出了宝贵意见，澳大利亚塔斯马尼亚大学Matthew T. Harrison院士、墨尔本大学Deli Chen院士和资源与环境学院杨晓光教授对论文进行了全程指导。论文得到国家重点研发计划项目、国家自然科学基金项目、挪威国际合作项目和中国农业大学2115人才培育发展计划、中国气象局青年创新团队等资助。