我科学家揭示极端降水对水稻产量影响与机制

  本报北京5月13日电（记者晋浩天）极端降水对水稻产量有何影响？影响多大？北京大学城市与环境学院周丰和王旭辉课题组最新研究揭示了极端降水对水稻产量影响与机制。这项研究成果以长文形式日前发表于国际学术期刊《自然·食物》。该期刊同时配发了哈佛大学乔纳森·普罗克特博士的评述文章，他认为该成果为极端气候事件对粮食安全的影响研究提供了新范式和新证据。

  “频繁发生的极端气候事件对全球粮食安全产生重大影响，因此，准确理解极端气候事件对作物产量影响是全球变化研究关注的重大科学问题。以往大家的研究普遍关注高温、干旱和低温造成农作物减产，但对极端降水影响及其机制的认识十分有限。”周丰介绍，研究团队综合采用多尺度手段，揭示了极端降水造成水稻减产的生物物理和生物化学机制，量化了过去和未来极端降水对我国水稻单产的影响规律。

  针对联网观测难以区分极端降水影响的难点，研究团队提出了一种新的窗口搜索策略方法：针对每一个农业气象站的水稻产量时序数据，搜索发生特定事件的“处理年”和未发生特定灾害但其他灾害一致的“对照年”，计算处理和对照的产量相对变化。“结果发现，极端降水造成水稻产量下降7.6%左右，与极端高温相当，强于其他类型的极端气候事件，如极端低温、极端干旱、飓风等。”王旭辉说。

  为揭示极端降水造成水稻减产的机制，研究团队于2018—2019年在荆州农业气象试验站开展了64场降水控制试验。结果表明，极端降水主要通过改变每穗饱满的籽粒数和有效穗数而造成水稻减产；这种影响具有生育期依赖性，即营养生长期的极端降水主要降低有效穗数，生殖生长期的极端降水主要降低饱满的籽粒数。同时，研究团队于2021年开展了两类补充试验，证实了生殖生长期降水强度降低顶粒受精而影响饱满的籽粒数，以及营养生长期降水量增加稻田氮损失和减少叶片氮吸收而影响有效穗数是最关键的两个影响机制。

  研究团队将上述两个机制引入陆面过程模型，并基于改进后的模型模拟发现，过去20年极端降水造成我国水稻年均减产8.1%左右；到本世纪末，极端降水将在气候变暖、二氧化碳浓度上升影响的基础上，额外造成水稻减产7.6%左右，减产区域集中在我国东北和东南沿海地区，是水稻应对极端降水的关键区。