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https://www.nature.com/articles/s43016-021-00407-5.epdf?sharing_token=6kfZkv2Ab5_tSCVAmUTp4dRgN0jAjWel9jnR3ZoTv0MhvVq5Ujc2jp1zNgjrz-XceJLd3-AESDxkILybNVAmEQyFSxHew0ad4MoKGZ3v8gi9JWEYzdbZYrYXEinUWj-3XDUFbkxASb1MxXKLqs81hKWOPb9gPS8hsSV04PNp50s%3D
作者：Bin Peng, Kaiyu Guan
编译：邓骁上
感谢：感谢秦子棋博士对于本文部分翻译提供支持
如果我们开发新的建模工具用以更好地支持设计应对气候变化的策略，将为作物生产、减缓气候变化和环境可持续性三者协同发展创造新的可能。
全球粮食供应已经受到，并将继续受到气候变化带来挑战。已有的实证研究数据和现有的拟合模型提高了我们预测气候变化对全球作物生产影响的能力。尽管仍然存在很大的不确定性，但更为广泛的共识是：随着变暖的加剧，气候变化将越来越不利于全球范围内的作物生产。
近来，Jägermeyr和他的同事们在《Nature Food》上发表文章，利用全球范围内最先进的作物和气候模型组合，对“四大”主要作物中的三种(玉米、大豆和水稻)的作物产量进行了更为悲观的预测。与1983-2013年基期相比，在SSP585和SSP126条件下，预计本世纪后期(2069-2099年)全球玉米产量平均将分别下降约24%和6%。（SSP585和SSP126代表依照原有方式的高排放、高变暖和以可持续为重点的共享社会经济路径情景，SSP585的2100年辐射强度限制为8.5W/平方米，SSP126的2100年辐射强度限制为2.6W/平方米。）新的模型得出的数据比之前的模型结果分别低20%和10%左右。同样，先前模型预测的全球大豆和水稻产量的增长，在新的模型结果中大幅减少，甚至变为减产。最重要的是，Jägermeyr及其同事发现了气候影响出现的时间时间拐点比（现有的认知）提前了，在拐点出现的那一年，气候变化的响应从多个单独的气候-作物模型组合中显示出来。虽然考虑气候适应性的影响超出了模型本身的范畴，但新模型的出现引出了一个严重的问题：我们应该如何设计农业适应策略来确保全球粮食(Global food baskets)安全？
一般来说，气候变化下确保作物生产力的气候适应性的策略有两大类：遗传育种改良，以及适应性农艺管理。作物育种、基因工程和生物技术有关学者正在努力研发对生物和非生物威胁具有耐受性或抗性并提高资源（太阳辐射、水和氮）利用效率的新品种。然而，传统的作物育种可能需要十年或更长时间才能开发出新的作物品种，而基因工程还需要在研究和监管方面进行更大的投入。另一方面，适应性农艺管理的措施有很多，但它们的实施和部署需要通过系统性地评估环境、社会经济、政治、文化，甚至评估区域范围内群众的认知水平。将遗传改良和适应性农艺管理策略相结合通常是应对气候变化相关风险的更有效方法。
从系统的角度来看，在设计和推广单个或组合的适应性措施时，必须评估作物生产、减缓气候变化潜力、环境可持续性和气候响应四者之间的平衡（图1）。积极采用气候适应性策略很可能减少农业生态系统中的碳排放和环境足迹。例如，采用保护性或再生性气候适应措施可以降低温室气体排放并提高农田土壤固碳能力，同时有助于保持作物生产的韧性。砍伐森林开辟农田可能会短暂地增加作物产量，但同时也会导致土壤利用相关的温室气体排放，并增加其他相关的环境成本。高强度的施肥在提高作物产量的同时，也可能会导致更多的温室气体排放和水质问题。在过去的20年里，人们经常权衡各个维度的利弊，但定量评估仍然很少。作为一个新的方向，最近一些令人鼓舞的研究在评估全球粮食安全实现路径时考虑了到了自然资源的限制。
图1 | 在全球作物生产中实现适应气候变化、减缓气候变化和环境可持续三者之间的统一，以支持联合国可持续发展目标 (SDG)。设计和改进气候适应方案需要考虑多种结果、多重限制的系统方案。在这场与时间的赛跑中，政府、非政府组织 (NGO)、学术界、整个行业和农民都可以发挥作用。改进和整合自下而上和自上而下的评估模型是实现这种统一的途径之一。图片来源：Marty Schmer，USDA-ARS。
在开发模型工具方面可以找到几个新机会，这些工具在评估不同的气候适应策略方面发挥着核心作用。首先，在自下而上的生物物理学模型（即作物生长和农业生态系统模型）中平衡不同管理模式下预估的作物产量、净温室气体排放（包括温室气体排放和土壤碳汇）和环境足迹是评估的先决条件。其次，将多尺度的、自下而上的、生物物理模型与社会经济模型联系起来，对基于风险管理框架下评估气候变化适应性是必要的。第三，加强气候适应方案及其成本在自上而下综合评估模型中的代表性，将有助于设计更好的气候适应方案。第四，在自上而下的综合评价模式中应更多地关注环境可持续性，特别是在水质、土壤健康、生物多样性和生态系统服务方面。最后，有必要在自下而上和自上而下的评估模型之间建立更有效的桥梁，以便更好地在社会经济发展、技术创新和气候条件变化三个维度下评估农业系统。
在全球作物生产中实现适应气候变化、减缓气候变化和环境持续三者之间的平衡是一个需要应对的新的挑战。实现三者统一将实现更加可持续的发展（图1）。开发新的建模工具和转变建模方式以更好地支持减缓和适应气候变化战略是实现这种统一的关键第一步。此外，技术、社会经济、政治和文化障碍仍是阻碍我们实际采用这些措施的原因。尽管目前对气候变化对全球作物生产影响的预测仍然有争议，但我们应该尽早采取行动，因为我们无法承受全球粮食安全的风险。各国政府、国际组织、学术界、整个行业和农民都应该在这场与时间赛跑的比赛中各自采取行动，因为我们没有多少回旋的余地。
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