氣候變暖對西藏農作物產量的不利影響

原文以“Emerging negative warming impacts on tibetan crop yield”為題發表在Engineering上。

作者：Dorji Tsechoe，樸世龍，汪詩平等。

原文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2095809921001569?via%3Dihub

翻譯：張臨峰

保護西藏以青稞（下圖1）為特點的獨特歷史和文化遺產有賴于藏區農田的健康、可持續經營，然而，氣候變化對藏區農田的影響仍然不清楚。在這篇文章中，作者分析了1985年到2015年西藏的農作物產量，發現1980年代至1990年代溫度變化對農作物產量的影響為不顯著（P>0.10），而在21世紀這種影響則變為了顯著（P<0.05）。

圖1

作為地球的第三級，西藏高原是地球上海拔高、面積大的高原，它的變暖速度（下圖2）是全球變暖速度的兩倍，是氣候變化的熱點研究地區。

圖2.（GST：生長季溫度，GSP：生長季降雨量）

西藏高原生活著300萬人口，一半人口以農業為生，但西藏的農作物種類結構獨特、單一，西藏人民傳統的主要食物是青稞，這是一種可以種植在海拔4000米以上的農作物，它占據了西藏大約60%的農作物種植面積、貢獻了70%左右的農作物產量。青稞的種植孕育了西藏文化。

過去三十年，西藏的人口和農作物產量都在增加，而近十年，人口增加速度要明顯快于農作物產量的增加速度（下圖3），這使得糧食的供需平衡日益趨緊。隨著全球范圍內氣候變暖對農作物產量不利影響的證據越來越多，氣候變暖對西藏地區農作物產量的影響也應當受到我們的重視。

圖3

在本文中，作者利用1985–2015年西藏農作物產量的數據和歷史氣候數據，研究了農作物產量與氣候之間的關系以及在這段時間內（1985–2015）這種關系的演變。
分析方法：加權法、模型法（使用模型：Institut Pierre–Simon Laplace Coupled Model, version 5, coupled with NEMO, low resolution（IPSL-CM5A-LR））、對時間序列進行去趨勢化處理、偏相關分析、選擇不同的時間段進行分析、多元回歸等方法。

結果1：農作物產量變化主要由溫度變化引起。

相關性分析表明農作物產量的年際變化和生長季溫度的年際變化呈顯著負相關（R_Y–GST=-0.37，P=0.05）（圖4（b））。平均而言，溫度升高1℃會導致農作物產量下降0.11t·ha^?1。

圖4.農作物產量的年際變化（Δy）分別與生長季溫度年際變化（ΔGST）、降雨量年際變化（ΔGSP）、太陽輻射年際變化（ΔGSR）的時間序列（a、c、e）及產量年際變化分別與這三個因素的擬合情況（b、d、f）

結果2：溫度升高似乎對農作物產量的影響越來越大。

作者以15年為一個時間長度進行分析，發現1980s至1990s農作物產量年際變化和生長季溫度年際變化的關系在統計學上不顯著，而這種關系在2000s則變為顯著負相關。

溫度升高對農作物產量的影響從前15年的（-0.13±0.07）t·ha^-1·℃^-1變為后15年的（-0.22±0.06）t·ha^-1·℃^-1（圖5（d））。這一轉變應該引起我們的警惕。

圖5.農作物產量的年際變化與生長季溫度的關系、農作物產量對溫度的敏感性（S_T）與溫度的關系

在討論中作者分析了溫度升高導致農作物產量降低的原因：

1. 溫度升高會導致空氣的飽和水汽壓差變大，進而降低植物葉片的氣孔導度、降低植物的光合作用，而后導致農作物產量降低。

2. 西藏地區夏季（七月、八月）白天的溫度會超過25℃，然而即使在西藏的低海拔地區，農作物光合作用的合適溫度也低于25℃，夏天是青稞生殖、生長的關鍵時期，這一時期青稞對高溫脅迫非常敏感，這表明不斷增高的溫度可能會導致越來越嚴重的農作物減產。

然而我們對青稞的生長、生殖所知甚少，未來應當加強對青稞的物候研究、在青稞不同生長階段進行人工增溫實驗。

基于以上的研究，作者對未來如果溫度進一步升高的結果進行了預測：如果溫度比之前升高1.5℃，溫度對農作物產量的影響將從目前的（-0.19±0.04）t·ha^-1·℃^-1上升到（-0.33±0.10）t·ha^-1·℃^-1，如果溫度上升2℃，則進一步上升到（-0.51±0.18）t·ha^-1·℃^-1。

這意味著即使實現巴黎協定中好的控溫目標：將升溫控制在1.5℃以內，未來溫度對西藏農作物產量的影響將會擴大為過去三十年（1985-2015）的兩倍（下圖6）。之前的研究可能嚴重低估了氣候變暖對農作物產量的影響。隨著全球升溫不斷進行，西藏的糧食**和獨特的文化將面臨越來越嚴峻的形勢。

圖6.不同升溫幅度下溫度對農作物產量的影響

（左邊灰色、右邊紅區分別代表過去、將來溫度對農作物產量的影響；右邊紅區域的兩條黑色豎直線分別代表溫度升高1.5℃、2℃時溫度所造成的農作物減產范圍）