中国农业大学资环学院赵闯、杨晓光教授团队揭示冬小麦在气候变暖背景下的增产机制

近日，中国农业大学资源与环境学院农业气象系赵闯教授、杨晓光教授课题组在国际主流期刊《全球变化生物学》（Global Change Biology）在线发表了研究论文《水肥充足条件下增温2°C将提高中国冬小麦主产区产量》（Winter Dormant Wheat Will Benefit From Mean Temperature Increase of 2°C When Well-Watered and Fertilized in the Main Producing Regions of China）。研究基于多点田间增温实验证据与多模型模拟结果，揭示在灌溉和施肥充足条件下，中国冬小麦主产区的冬小麦有可能在未来2°C气温升高的气候背景下实现稳产增产。这一发现为当前全球粮食减产风险评估提供了重要视角，并对我国粮食安全与农业适应策略制定具有积极意义。

小麦是全球种植面积最广的主要粮食作物之一，其产量高低对保障国家和世界粮食安全具有重要意义。目前研究表明，全球尺度上气候变暖预计会导致小麦减产，但是区域范围的影响程度大小和差异尚不明确。在我国，近期大量大田人工控制试验的结果表明人为的增温处理对小麦单产提升作用明显，这与全球尺度的结果差异明显。为了探讨其差异及影响机制，论文整合了所有已发表文献中的华北冬小麦地区8个无水肥胁迫的大田增温试验站点和全球作物模型网格模拟的结果，对增温2°C情景下华北冬小麦单产变化进行了系统的比较分析；同时通过DSSAT平台的3个小麦生长模型对代表性站点增温试验的重新模拟。实测与模拟结果均表明，在保证水肥供应的条件下，冬小麦平均产量可提升8–13%，生物量提高6–15%。空间分布上，小麦生育期平均气温从北向南逐渐增加，而增温带来的产量和生物量增加幅度逐渐减小。

 中国冬小麦主产区升温2°C条件下的籽粒产量和生物量相对变化

研究结果表明，在增温条件下，叶面积的增加和光合效率的提高是促进生物量和产量增加的关键因素。在这些因素的共同作用下，河南新乡和江苏南京两个试验点的生物量积累在花期和成熟期均有所增加。结合试验和模型输出的的小麦逐日生长发育数据，论文发现增温2°C条件下，冬小麦的生育期窗口发生位移，致使小麦生育期内接收到的光温资源变化，积温增加促进冬小麦叶面积发育，表现在开花期叶面积指数增加，直接增加冠层截获的光合有效辐射总量；另一方面，由于当前生育期大部分阶段温度低于小麦最适生长温度，增温引起了小麦实际累积光能利用效率的增加。因此，增温条件下，冬小麦光能利用效率和截获的光合有效辐射总量增加，共同促进了地上生物量和最终产量的增加。

增温2°C情景下小麦生长发育和产量形成变化的流程示意图

论文指出，气候变暖对农业生产的影响具有显著的区域性和作物特异性，对于具有明显冬季休眠特征的冬小麦，尤其是在中国主产区，适度的气温升高反而可能成为促进产量提升的有利因素。研究建议，应因地制宜推进气候风险差异化评估，结合灌溉保障、品种改良和栽培管理优化，积极挖掘气候变暖背景下农业生产的潜在增益空间。

资环学院农业气象系王若诗博士生为论文第一作者，赵闯教授为该论文通讯作者。德国慕尼黑工业大学Senthold Asseng教授、南京农业大学刘兵教授、美国国家航空航天局（NASA）戈达德太空研究所气候研究中心Alex Ruane博士、资环学院气象系博士生丛佳慧、博士生王茜、刘志娟教授、赵锦副教授、杨晓光教授参与论文工作。论文得到中国科技部重点研发项目（2024YFF0808403）、国家自然科学基金青年项目（42201032）、中国农业大学“2115人才发展计划”，以及中国气象局青年创新团队项目（CMA2023QN15）的资助。