Блог

Jun 04, 2023

Противоположное влияние сухой и влажной жары на урожайность кукурузы и сои в США

Scientific Reports, том 13, номер статьи: 710 (2023) Цитировать эту статью 1794 Доступов 1 Цитирований 8 Подробности об альтметрических метриках Влияние экстремальной жары на урожайность сельскохозяйственных культур становится все более актуальным.

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 710 (2023) Цитировать эту статью

1794 Доступа

1 Цитаты

8 Альтметрика

Подробности о метриках

Влияние экстремальной жары на урожайность сельскохозяйственных культур становится все более актуальной проблемой, учитывая антропогенное потепление климата. Однако некоторые физические механизмы, участвующие в этих воздействиях, остаются неясными, что затрудняет понимание вопросов адаптации и надежные прогнозы будущих воздействий климата на сельскохозяйственные культуры. Здесь, используя модель множественной регрессии, основанную на данных наблюдений, мы показываем, что, хотя экстремальная сухая жара резко снизила урожайность кукурузы и сои в США, экстремальная влажная жара оказала незначительное воздействие и даже увеличила урожайность в некоторых районах, несмотря на сравнительно высокие температуры по сухому термометру, их аналоги в сухом тепле. Этот результат предполагает, что объединение экстремальных засушливых и влажных жарких условий может привести к недооценке чувствительности урожайности сельскохозяйственных культур к экстремальной засушливой жаре. Осадки, как правило, предшествуют экстремальным влажным, но не засушливым жарам, что позволяет предположить, что многомерные погодные последовательности играют роль в этой реакции сельскохозяйственных культур. Наши результаты свидетельствуют о том, что экстремальная жара в последние годы в первую очередь повлияла на урожайность, вызывая дефицит влаги, и что объединение экстремальных влажных и засушливых жаров может привести к неточности в прогнозировании реакции урожайности на потепление и изменение влажности.

Одним из известных последствий антропогенного изменения климата является повышение как региональных, так и глобальных средних температур, а также значительное увеличение масштабов экстремальных тепловых явлений1. Недавние исследования показали, что сочетание экстремальной жары и влажности увеличивается по мере изменения климата2,3 и будет продолжать увеличиваться в будущем4, создавая особый стресс для людей и других млекопитающих5. Недавние исследования6,7 показывают, что в тропиках и средних широтах только половина накопления тепла в атмосфере с середины 20-го века происходит за счет явного тепла (т.е. повышения температуры воздуха), а другая половина приходится на скрытое тепло (повышение температуры воздуха). влажность). В то же время, согласно прогнозам, волны тепла станут более засушливыми (чистая потеря поверхностной влаги в виде осадков минус испарение) по мере потепления в некоторых регионах8,9. Таким образом, изменение климата потенциально может изменить влажные термодинамические характеристики волн тепла, поскольку циркуляция, осадки и взаимодействие суши и атмосферы реагируют на рост CO2.

Известно, что сельскохозяйственные культуры теряют урожай при воздействии чрезвычайно высоких температур10,11. Хотя экстремальная жара может одновременно вызвать прямой тепловой стресс для сельскохозяйственных культур12,13, она также может вызвать косвенный дефицит влаги за счет повышения засушливости атмосферы (т.е. дефицита давления пара)14,15. С другой стороны, во время экстремальных высоких температур и высокой влажности этот косвенный стресс от влаги несколько ограничен. Осадки и влажность почвы еще больше усложняют воздействие экстремальной жары на сельскохозяйственные культуры. Например, было показано, что урожайность орошаемых культур гораздо более устойчива к экстремальной жаре, чем урожайность неорошаемых культур, что указывает на то, что чувствительность урожайности к жаре зависит от наличия влаги16,17. Однако влажные условия (из-за орошения или дождя) часто охлаждают экстремально жаркую погоду18,19 и повышают влажность воздуха20,21. Эта зависимость между теплом и влажностью поднимает вопросы о том, вызвано ли воздействие на урожай самой жарой или ее связью с осадками, влажностью почвы и засушливостью атмосферы.

Понимание того, как жара влияет на сельскохозяйственные культуры, необходимо для точного прогнозирования рисков потепления климата для глобальной урожайности сельскохозяйственных культур и оценки эффективности стратегий адаптации. Однако масштабы их воздействия и связанные с ними механизмы остаются неопределенными. Например, исследования расходятся во мнениях относительно относительной важности температуры, влажности почвы и осадков как предсказателей изменчивости урожайности14,22,23. В частности, влияние на урожай высоких температур по сравнению с экстремальными температурами и высокой влажностью, а также их потенциально различная связь с осадками остается малоизученным. Этот пробел в понимании ограничивает способность предвидеть и подготовиться к последствиям прогнозируемого увеличения урожайности в результате экстремальной засушливой и влажной жары в различных глобальных житницах.