Nature Climate Change | 英国埃克塞特大学揭示气候变化通过植物病害影响作物产量！

自上一个冰河时代后不久第一个农业社会成立以来，气候稳定性和农业实践一直密切相关。在过去的大约10,000年中，随着社会向以农业为主导的生活方式转变，当地的环境条件和生物地理对人们种植的作物类型产生了强烈影响，导致农业景观的区域差异。然而，气候变化可能会显著改变这些长期存在的农业系统（Science Advances | 研究揭示气候变化引起菌根共生互作的权衡和有机碳分解！Nature Climate Change | 周集中团队揭示气候变暖增加了微生物网络的复杂性和稳定性！生活在地下的细菌能否有助于应对气候变化？真菌如何帮助植物应对全球气候变化？真菌如何应对全球变暖所带来的干旱胁迫？New Phytologist | 奋力抗争或拼死一搏：当植物在热胁迫下面对病原菌时）。

2021年8月5日，国际顶级学术期刊Nature Climate Change最新一期的主题为作物生产和粮食安全，发表了英国埃克塞特大学Daniel Bebber教授（Nature Communications | 农作物病原菌表现出显著的适应性）团队的最新相关研究成果，题为Plant pathogen infection risk tracks global crop yields under climate change的研究论文。同时，英国约翰英纳斯中心Diane Saunders为该研究撰写了题为Will yield gains be lost to disease?的点评文章。科研人员研究了未来半个世纪气候变化对12种主要作物品种产量的潜在影响，并揭示这些可能会带来巨大的全球收益。然而，他们还发现，随着植物相关病原体的地理分布也发生变化，作物病害负担的平行变化可能会间接阻碍这些好处。

温度和降雨量的变化以及极端天气事件，都归因于气候变化，增加了现代粮食生产系统的不确定性。自从作物物种驯化以来，对生产的一种间接和持续威胁是由真菌和卵菌引起的病害，这些生物与植物一样对环境变化高度敏感。最近的许多植物病害爆发都与病原体地理分布的扩大有关，例如德国几十年来首次出现小麦茎锈病，这与2013年的气温升高有关。如今大约有8,000种真菌和卵菌已被证明会引起植物病害。虽然之前的研究调查了气候变化对作物产量的影响，但本研究更进一步将作物产量预测与全球范围内植物病原体分布变化的间接作用联系起来，特别考虑了全球变暖在影响作物病害负担方面的作用。

本研究使用三种作物模型和四种全球气候模型来比较灌溉和非灌溉条件下12种重要作物的当前（2011-2030）和未来（2061-2080）产量预测：玉米、水稻、大豆、小麦、木薯、小米、豌豆、花生、油菜、甜菜、甘蔗和向日葵。尽管作物模型之间存在不一致，但灌溉和未灌溉作物模型预测表明许多作物的产量增加存在纬度梯度；预计高纬度地区产量增加幅度较大，低纬度地区产量增加或减少幅度较小。这转化为在接下来的半个世纪中，包括小麦、木薯、油菜和向日葵在内的许多作物的全球总产量增加，这主要是由于高纬度地区的产量增加。然而，令人担忧的是，结果还证明了植物病原体地理分布和存活率的变化如何危及这些整体产量增加，从而导致更高的感染风险。

考虑到80种真菌和卵菌植物病原体之前已经确定了它们的最低、最佳和最高感染温度，本研究估计了与温度有关的感染率，并发现全球变暖可能会导致向极地纬度转变。这与作者之前的分析一致，说明作物真菌和卵菌如何平均每年向极地移动6-7公里。在作物产量增加最多的高纬度地区，这与病原体物种丰富度的增加相吻合，这可能会增加北半球植物病原体组合的复杂性。此外，欧洲、中国和秘鲁被强调为新发植物病害风险最高的地区。这对这些地区来说是个令人不安的消息，因为突发病害会导致严重的经济和生态问题：历史提供了许多由植物病原体进入新地区引起的灾难性流行病的例子。如今作物保护战略为规避类似的大规模损失提供了缓冲，但现代农业和生态系统稳定性仍然容易受到这些事件的突然和不可预测的影响。

与其他研究一样，本研究将模型集中在评估温度对植物病原体感染发展的影响上，其中数据丰富，同时认为病原体传播、湿度和水分、宿主抵抗力和作物保护策略的有效性等因素也值得未来考虑。科研人员还在预测中假设所研究的病原体将找到通往新宜居地区的途径。虽然地理扩张的速度可能取决于病原体传播的方法和内在的生态约束，但国际贸易和旅行的指数增长可能有助于它们的重新分布。粮食生产系统的全球化导致了大批量贸易的植物及其产品，其中病原体也可搭上顺风车。因此，这些病原体中的许多都有很大的潜力进入新的领域，并且 本研究预测的对产量增加的负面影响可能会实现。

图 1：本研究中包含的80种植物病原体的感染基本温度

图 2：在RCP6.0下所有月份的Rr和病原体周转率的平均变化

图 3：RCP和病原体限制方法对Rr变化和病原体周转率的影响

图 4：RCP对所有月份Rr平均变化和病原体周转率的影响

图 5：RCP6.0下不同纬度的作物产量和r(T) 变化

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