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。
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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。”