撰文 | SHR
责编 | 王一
"郑州暴雨"、台风"烟花"压境，最近关于这些由于恶劣天气所引发人类生命及财产安全隐患的报道，无一不触人心弦。然而，这仅仅是全球气候变化的微小缩影，未来，随着全球气候变化的加剧，诸如此类的极端天气将会更为频繁的发生，不仅会威胁人身安全，还会对全球粮食安全带来前所未有的挑战。
气候变化对粮食安全的影响是多维的，不仅会通过温度、水分等直接影响作物生长发育，还可通过影响植物病原菌和害虫等的生态位，进而影响作物健康和产量【1】。研究表明，随着全球变暖，害虫和病原体的地理分布会发生变化，比如几十年来首次在德国发生的小麦茎锈病就与2013年的温度升高有关【2】。现如今，至少有8000种真菌和卵菌被证明会引起植物病害，因此，阐明这些病原菌对全球变化的响应方式及其与粮食产量之间的关系对未来粮食安全至关重要。
近日，英国University of Exeter 的Daniel Bebber团队通过模型模拟的方式表明，未来全球气候变化会增加高纬度地区的粮食产量，而对低纬度地区的粮食产量影响较少。更为重要的是，全球变化，尤其是全球变暖会导致病原菌生态位向高纬度地区移动，这会导致高纬度地区病原菌物种丰度的增加并对粮食产量造成等同的负面影响。该研究成果以Plant pathogen infection risk tracks global crop yields under climate change为题发表在Nature Climate Change（IF=25.290）上。
在该研究中，研究人员首先基于三种作物模型(LPJmL、GEPIC和PEPIC)和四种全球气候模型(GFDL-ESM2M、HADGEM2-ES、IPSL-CM5A-LR和MIROC5)，对灌溉和非灌溉条件下的重要作物(玉米、水稻、大豆、小麦、木薯、小米、豌豆、花生、油菜籽、甜菜、甘蔗和向日葵)产量进行了预测。预测结果显示，尽管不同作物模型之间存在差异，但是大多作物产量对全球变化的响应存在纬度梯度，即：预计在未来，高纬度地区的作物产量增加较多，而低纬度地区的作物产量变化较小。该研究还表明，由于小麦、木薯、油菜籽和向日葵等均在高纬度地区种植，这会导致全球气候变化下全球粮食产量的整体增加。
在此基础上，研究人员重点关注了全球气候变化，尤其是温度变化（决定病原菌分布和活性的最重要因素）对80种真菌和卵菌属植物病原体分布的影响。研究发现，全球变暖可能会导致两极变化，在作物产量增加最多的高纬度地区病原菌物种丰度也同步增加，而病原菌物种丰度在低纬度地区却会降低。进一步分析发现，全球变化下的病原菌丰度与作物产量之间存在显著的直接空间匹配。模拟结果还表明，全球变化还会影响病原菌的群落组成，并且病原菌群落组成的最大变化预计将发生在北半球的高纬度地区，尤以欧洲、中国和秘鲁为风险最高地域。
Changes in crop yield and r(T) under rCP 6.0 by latitude
总之，该研究通过模型模拟的方式预测，全球变化将促进高纬度地区的作物产量，但同时也增加了这些作物面临病原真菌和卵菌的可能性。未来应进一步加强将作物预测模型与单个害虫和病原菌的多方面影响相结合的研究，以推动制定气候智能型粮食安全策略。
参考文献
【1】Y an, Y ., Wang, Y .-C., Feng, C.-C., Wan, P .-H. M. & Chang, K. T.-T. Appl. Geogr. 82, 83–92 (2017)
【2】Saunders, D. G. O., Pretorius, Z. A. & Hovmoller, M. S. Commun. Biol. 2, 51 (2019)
论文链接：
https://doi.org/10.1038/s41558-021-01104-8
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