美国研究气候对玉米品质影响论文

根据美国宇航局（NASA）在《自然-食品》杂志上发表的一项新研究，在大量温室气体排放的情况下，气候变化可能最早在2030年影响玉米和小麦的生产。 玉米作物的产量预计将下降24%，而小麦可能会有大约17%的增长。

科学家们利用先进的气候和农业模型发现，产量的变化是由于预测的温度上升、降雨模式的转变以及人类造成的温室气体排放造成的地表二氧化碳浓度的升高。这些变化将使玉米在热带地区更难种植，但可以扩大小麦的生长范围。

研究第一作者Jonas Jägermeyr说：“与2014年进行的上一次气候和作物模型的作物产量预测相比，我们没有想到会有如此根本的转变。”他是NASA戈达德空间研究所（GISS）和哥伦比亚大学地球研究所的作物建模师和气候科学家。他说，预测的玉米反应大得出奇，而且是负面的。“从目前的生产水平下降20%可能会在全世界产生严重的影响。”

为了得出他们的预测结果，研究小组使用了两套模型。首先，他们使用了第六次国际耦合模式比较计划（CMIP6）的气候模型模拟。本研究使用的五个CMIP6气候模型中的每一个都运行着自己独特的地球大气对2100年温室气体排放情景的反应。由于它们对地球气候系统的表述存在差异，这些反应有一定的区别。

然后，研究小组将气候模型模拟作为12个最先进的全球作物模型的输入，这些模型是“农业模型比较和改进项目”(AgMIP)）的一部分，这是一个由哥伦比亚大学协调的国际伙伴关系。作物模型大规模地模拟了作物如何生长和对环境条件的反应，如温度、降雨量和大气中的二氧化碳，这些条件由气候模型提供。每个作物物种的行为都是基于它们在室内和室外实验室实验中研究的现实生活的生物反应。最后，该团队为每种作物创建了大约240个全球气候-作物模型模拟。通过使用多个气候和作物模型的不同组合，研究人员对他们的结果更有信心。

“我们正在做的是驱动作物模拟，这些模拟有效地逐日种植虚拟作物，由超级计算机提供动力，然后观察世界上每个地方逐年和逐年的变化，”GISS气候影响小组的联合主任和该研究的共同作者Alex Ruane说。

这项研究的重点是气候变化的影响。这些模型并不涉及经济激励、改变耕作方式和适应性，如培育更耐寒的作物品种，尽管这是一个积极研究的领域。研究小组计划在后续工作中研究这些角度，因为这些因素也将决定未来农业产量的命运，因为人们会对气候驱动的变化做出反应。

该小组研究了长期平均作物产量的变化，并提出了一个新的估计，即气候变化的影响何时从通常的、 历史 上已知的作物产量变化中“出现”，成为一个可辨别的信号。对大豆和水稻的预测显示在一些地区有所下降，但在全球范围内，不同的模型对气候变化的总体影响仍有分歧。对于玉米和小麦，气候的影响要明显得多，大多数模型的结果都指向同一个方向。

玉米在世界各地都有种植，大量的玉米是在靠近赤道的国家生产的。北美和中美洲、西非、中亚、巴西和中国在未来几年及以后可能会看到它们的玉米产量下降，因为这些地区的平均气温上升，给植物带来更多压力。

小麦在温带气候下生长得最好，随着温度的上升，它可能会有更广泛的种植区域，包括美国和加拿大北部、中国华北平原、中亚、澳大利亚南部和东非，但这些收益可能会在本世纪中期趋于平缓。

温度不是模型在模拟未来作物产量时考虑的唯一因素。大气层中更高的二氧化碳水平对光合作用和水分保持有积极的影响，增加了作物产量，尽管往往要以营养为代价。这种影响在小麦上比在玉米上发生得更多，这在当前一代模型中得到了更准确的体现。全球气温上升还与降雨模式的变化以及热浪和干旱的频率和持续时间有关，这可能影响作物的 健康 和生产力。更高的温度还影响生长季节的长度，并加速作物的成熟。

Jägermeyr说：“即使在乐观的气候变化情景下， 社会 为限制全球温度上升作出了雄心勃勃的努力，全球农业也面临着一个新的气候现实。由于全球粮食系统的相互关联性，即使是一个地区的粮仓所受到的影响也将在全世界范围内感受到。”

气候变化对农业的影响：

1.将使世界主要粮食带向极地扩展，使较为寒冷的高纬度地区的农作物生长期延长，产量相应增加。

2.使中纬度地区地表的蒸发加大，地下水位下降，旱情趋于加重。

3.使低纬度的高温和伏旱加剧

4.还会使农业病虫大量繁殖，因此对农作物的危害也会加剧。

5.中、低纬度地区粮食产量下降。（世界上主要产粮地区是分布在中、低纬度地区，高纬度地区的耕地面积有限，因此高纬度地区所增加的粮食产量远远不能补偿其他地区粮食的减产。）

6.海平面上升，海水会向内陆倒灌，盐土向内陆扩展，使农作物生长地区的盐渍化和沼泽化更加严重，靠近沿海地区的种植面积减少，粮食产量下降。

7.使土地的荒漠化加剧.

气候变化对全球农业的影响 农业生态系统是一种受人类强烈干预的人控系统,也是自我调节机制较为薄弱的生物系统,是全球气候变化的主要承受者和受害者.已有不少研究表明,全球气候变暖对农业的影响即有不利方面,也有有利方面,它给农业带来的机会与挑战兼而有之. 4.1 CO2浓度对农业的影响 4.1.1 CO2浓度对光合作用的影响 CO2是作物光合作用的原料,对作物生长至关重要.在一定的范围内,CO2浓度升高,植物生长加快,所以有人认为大气中CO2浓度升高,将会大幅度提高植物的生产力.但也有实验表明,许多植物在高CO2浓度下有一段加速生长,之后生长缓慢,甚至停止生长[21].这可能是与植物的不同光合代谢途径有关.C3植物(如小麦、水稻、大豆等)对CO2浓度升高呈较高的正反应,但C4植物(如玉米、高梁等)对CO2浓度增加的反应较弱.在其它条件不变的情况下,CO2浓度升高,对农作物是有利的.但气候变化会导致一系列生态因子的变化.实验研究表明,大气中CO2浓度加倍,主要分布于温带、亚热带和湿润热带地区的C3植物会受益增产,而主要分布于半干旱热带(非洲)的C4植物产量则会受到影响,并且前者的受益并不一定能补偿后者的损失.在全世界粮食产量中,C4作物仅占到20%,但在国际市场上交易的粮食中,C4作物占到75%以上.如玉米在国际市场上交易量最大,其是全球饥困地区的主要食物.因此,气候变化对C4作物产量的影响,将会使某些地区饥荒加剧。 4.1.2 CO2浓度对作物品质的影响 CO2浓度的升高可能会导致农作物品质的下降,因为CO2浓度高的情况下,作物吸收C将增加,而吸收的N减少,体内C/N比升高,蛋白质含量将降低,作物品质降低.这一点已有实验证实:大豆和小麦在CO2浓度倍增条件下实验,结果大豆氨基酸和粗蛋白含量分别下降2.3%和0.83%;冬小麦籽粒粗蛋白和赖氨酸分别下降12.8和4%。这样人类人均需求的粮食量可能要增加,才能满足自身的营养.同样,农业害虫可能也要摄取更多的植物才能满足其营养需求,虫害可能由此加重.这方面尚无实际研究数据. 4.1.3 CO2浓度对水分有效性的影响 由于CO2浓度升高,植物较容易获得CO2,因此气孔开放程度将变小,开放时间也可能缩短,这样植物蒸藤作用将减弱,植物体耗水降低,土壤水分利用率将提高,这对于旱半干旱地区的农作物可能是有益的。但由于温室效应,CO2浓度升高,气温也升高,水分蒸发速度会加快.这种蒸发加快和蒸藤减少是否能达以平衡,目前尚难以预料。有人认为总体耗水可能增加,起码在某些区域可能是这样。 4.2 气候变化对作物布局和面积的影响 温室较应会使大气温度升高,这样对热量有限的地区来说,可以延长生长季节,这一趋势有着极地化和高山化的发展倾向,在北半球高纬度地区这种变化可能是明显的。就象前面讲的植被地带会因气候变化而北移一样,农业区也会大幅度北移,因热量不足而分布区受限的作物的分布北界也会大幅北移,山地分布上界会向上移动,这样中纬度和高纬度地区的作物布局和面积将会发生较大的变化.这方面已进行不少的模拟研究。一些研究表明,在北半球中纬度地区,若平均气温升高1℃,作物的北界一般可以向北移动150～200km,而海拔向上移动150～200m。对冬小麦和玉米的分布区变化问题已有多人做过研究.在欧洲现在的气候条件下,玉米作物(指要收获成熟种子的玉米,不包括只收青穗的玉米)需要气温≥10℃的天数850d,其分布北界位于英格兰的南部.当大气中CO2浓度加倍后,研究认为,其北界移至莫斯科的南部,有的模型预测北移幅度更大。尽管不同模型预测结果有异,但其趋势是一致的,也就是说在CO2浓度升高,气温增加的情况下,一些作物分布北界要向北扩展,面积可能增加.按常理,这些作物的总产量应增加,但这必然是要将一些其它用途的土地转为农田,比如原因热量不足不宜作为农田的草地、林地等要开垦,这样在作物产量增加的情况下,林产品和畜产品可能会减少,为人类提供的总产品是否增加,尚是问题.由于农业带北移而增加的农作物面积在不同的区域或国家的相差悬殊,而且受政策影响甚大,所以,作物格局在未来几十年中究竟如何变化,难以确切预测。 4.3 气候变化与农业气候灾害对农业影响 最大的可能是极端气候条件,比如干旱、风暴、热浪、霜冻等,全球气候变化,对这些气候灾害发生的频率和强度有什么影响,目前知道的甚少。某些研究认为,气候变暖会使热带风暴增强,从而对低纬度地区,尤其是海岸线上的农业有重大影响.有人认为,气温升高,大气热浪将会频繁发生,从而影响农业生产,在热带亚热带地区更为突出.象冬小麦主产区的干热风可能会使小麦大幅减产。由于气温升高,大气层中气流交换增强,大风天气会增加,风暴频率和强度都会有所增强,某些区域(如我国黄土高原地区)风蚀作用导致水土流失会加剧,而影响农业生产.再则温度升高,会使某些要求低温春化阶段的作物受到一定的影响。还有人认为,大气温度升高后会导致土壤耗水量加大,尤其是植被覆度低的干旱和半干旱地区耗水量会更大,旱灾会更严重地发生而危胁农业的发展。这些方面的影响程度尚难确切估计。 4.4 气候变化与农业病虫害 就象植被地带和农作物带北移一样,全球气候变暖会使农业病虫的分布区发生变化.低温往往限制某些病虫害的分布范围,气温升高后,这些病虫的分布区可能扩大,从而影响农作物生长。同时温室效应还使一些病虫害的生长季节加长,使多世代害虫繁殖代数增加,一年中危害时间延长,作物受害可能加重。分析表明,在美国对豆类等作物严重危害的害虫———马铃薯叶蝗,当气候变暖时,越冬虫口密度加大,假定作物种植时间不变,其危害时间提旱,这可能导致作物大面积受害.玉米螟对豆类的危害也会因提前取食而加重。另外,在温带地区某些病虫害目前危害程度不大,但若温度升高,危害会加玉米面积的变化重,比如马铃薯枯萎病由于目前夏季气温较低而对马铃薯危害不大,但当平均气温升高4℃时,马铃薯会因此病而损失产量15%。全球平均雨量增加和平均湿度的变化会对病虫害及它们的天敌发生什么影响,目前尚不知.温度和水分变化很可能导致害虫种间及它们的天敌间种群相互作用关系发生变化。 4.5 海平面升高对农业的影响 CO2浓度的升高可能会导致农作物品质的下降,因为CO2浓度高的情况下,作物吸收C将增加,而吸收的N减少,体内C/N比升高,蛋白质含量将降低,作物品质降低.这一点已有实验证实:大豆和小麦在CO2浓度倍增条件下实验,结果大豆氨基酸和粗蛋白含量分别下降2.3%和0.83%;冬小麦籽粒粗蛋白和赖氨酸分别下降12.8和4%。这样人类人均需求的粮食量可能要增加,才能满足自身的营养.同样,农业害虫可能也要摄取更多的植物才能满足其营养需求,虫害可能由此加重.这方面尚无实际研究数据. 4.1.3 CO2浓度对水分有效性的影响 由于CO2浓度升高,植物较容易获得CO2,因此气孔开放程度将变小,开放时间也可能缩短,这样植物蒸藤作用将减弱,植物体耗水降低,土壤水分利用率将提高,这对于旱半干旱地区的农作物可能是有益的。但由于温室效应,CO2浓度升高,气温也升高,水分蒸发速度会加快.这种蒸发加快和蒸藤减少是否能达以平衡,目前尚难以预料。有人认为总体耗水可能增加,起码在某些区域可能是这样。 4.2 气候变化对作物布局和面积的影响 温室较应会使大气温度升高,这样对热量有限的地区来说,可以延长生长季节,这一趋势有着极地化和高山化的发展倾向,在北半球高纬度地区这种变化可能是明显的。就象前面讲的植被地带会因气候变化而北移一样,农业区也会大幅度北移,因热量不足而分布区受限的作物的分布北界也会大幅北移,山地分布上界会向上移动,这样中纬度和高纬度地区的作物布局和面积将会发生较大的变化.这方面已进行不少的模拟研究。一些研究表明,在北半球中纬度地区,若平均气温升高1℃,作物的北界一般可以向北移动150～200km,而海拔向上移动150～200m。对冬小麦和玉米的分布区变化问题已有多人做过研究.在欧洲现在的气候条件下,玉米作物(指要收获成熟种子的玉米,不包括只收青穗的玉米)需要气温≥10℃的天数850d,其分布北界位于英格兰的南部.当大气中CO2浓度加倍后,研究认为,其北界移至莫斯科的南部,有的模型预测北移幅度更大。尽管不同模型预测结果有异,但其趋势是一致的,也就是说在CO2浓度升高,气温增加的情况下,一些作物分布北界要向北扩展,面积可能增加.按常理,这些作物的总产量应增加,但这必然是要将一些其它用途的土地转为农田,比如原因热量不足不宜作为农田的草地、林地等要开垦,这样在作物产量增加的情况下,林产品和畜产品可能会减少,为人类提供的总产品是否增加,尚是问题.由于农业带北移而增加的农作物面积在不同的区域或国家的相差悬殊,而且受政策影响甚大,所以,作物格局在未来几十年中究竟如何变化,难以确切预测。

纬度高,玉米生长周期长,养分积累时间长;昼夜温差大,有利于有机物积累;冬季寒冷漫长,害虫(虫卵)不易越冬,病虫害少。

公主岭市位于吉林省中西部，松辽平原腹地，东辽河中游右岸。该市处于东经124°10′~125°18′，北纬43°11′~44°9′，与在同纬度的美国玉米带、乌克兰玉米带并称为世界“三大黄金玉米带”。公主岭市的玉米无论在产量和成分含量上，都明显好于其他地区。经检测，公主岭市玉米的淀粉含量保持在71%以上，蛋白质含量保持在9%以上，脂肪含量保持在4%以上。营养价值玉米中含有大量的营养保健物质，所含的谷胱甘肽，是抗癌因子，玉米中还含有的核黄素、 维生素等营养物质对预防心脏病、癌症等疾病有很大的作用。玉米中含有大量的植物纤维素能加速排除体内毒素，其中天然维生素E则有促进细胞分裂、延缓衰老、降低血清胆固醇、防止皮肤病变的功能。所以玉米对治疗青春痘和痘痘肌肤恢复也有一定的作用。玉米富含维生素C有长寿、美容作用。玉米胚尖所含的营养物质有增强人体新陈代谢、调整神经系统功能，能起到使皮肤细嫩光滑，抑制、延缓皱纹产生作用，对痘痘肌肤有相应的调节作用。获奖荣誉基于公主岭得天独厚的资源优势以及在保障国家粮食安全方面的重要地位，2011年4月25日，中国粮食行业协会将“中国玉米之乡”这一殊荣授予了公主岭。