期刊: NATURE

中文题目: 气候变化对全球农业的影响及适应措施

英文题目: Impacts of Climate Change on Global Agriculture Accounting for Adaptation

作者: Andrew Hultgren, Tamma Carleton, Michael Delgado, Diana R. Gergel, Michael Greenstone, Trevor Houser, Solomon Hsiang, Amir Jina, Robert E. Kopp, Steven B. Malevich, Kelly E. McCusker, Terin Mayer, Ishan Nath, James Rising, Ashwin Rode, Jiacan Yuan

摘要

气候变化对全球粮食系统构成威胁，但适应措施能在多大程度上减少损失仍存在争议。本研究通过分析12658个地区的六种主要作物数据（覆盖全球2/3的作物热量），实证估计了气候变化对农业生产的影响及适应措施的效果。研究发现，全球平均地表温度每升高1°C，粮食生产将减少5.5×10¹⁴ kcal（相当于每人每天减少120 kcal或推荐摄入量的4.4%）。预计到2050年，适应措施和收入增长可缓解23%的全球损失，到本世纪末可缓解34%（中等排放情景下分别为6%和12%）。然而，除水稻外，其他作物的损失仍然显著。与预期不同，全球影响主要由现代粮食主产区的损失主导，这些地区气候适宜但当前适应能力有限。研究结果表明，为确保气候变化下的粮食安全，可能需要大规模的创新、耕地扩展或进一步适应措施。

研究背景

气候变化对全球粮食系统的破坏威胁人类福祉和社会稳定，但研究者对其影响的规模和结构缺乏全面理解。尽管已知气候变化会改变全球天气分布，农业系统的生物物理过程也会相应调整，但全球农业生产者如何有效适应这些变化仍不明确。现有全球预测未能充分考虑生产者的适应行为及其效果，导致争议不断。本研究通过结合纵向数据和全球代表性样本，首次系统评估了实际生产者的适应行为及其对气候变化影响的缓解作用。

研究方法

1.    数据来源：

覆盖54个国家12,658个地区的六种主要作物（玉米、大豆、水稻、小麦、木薯、高粱）的产量数据，历史气象数据（GMFD）和未来气候预测（NEX-GDDP），国家和地区收入数据（OECD和IIASA模型）。

2.    模型构建：

本研究开发了一个基于因果推断的简化式计量经济模型，该模型的核心在于利用交互项，量化了一个地区的长期气候特征（如30年平均气温）与经济水平（如人均GDP）如何调节其作物产量对短期天气事件的响应。通过这种方法，研究得以从数据中经验性地推断出生产者适应行为（如更换品种、调整种植窗口）的总体净效应，规避了对每一项适应机制进行显式建模(图1)。该方法包括以下两个部分：

（1）三阶段交叉验证：

阶段一：通过非参数控制消除混杂因素。

阶段二：选择影响作物产量的关键气象变量（如非线性度日）。

阶段三：选择反映适应行为的调节变量（如气候、收入、灌溉）。

（2）适应成本核算：基于生产者利润最大化假设，推断适应行为的成本与收益。

图1  全球尺度下农业适应性的经验性量化与影响预测

3.    分析方法：

（1）结合气候模型（RCP 4.5和RCP 8.5）和社会经济情景（SSP3），预测未来作物产量变化。

（2）通过DSCIM模型计算气候变化对农业的部分社会成本（SCC）。

研究结果

结果1：全球作物产量下降

全球平均地表温度每升高1°C，粮食生产将减少5.5×10¹⁴ kcal（图2）。到本世纪末，高排放情景下主要作物的产量损失为：玉米-27.8%、大豆-35.6%、水稻-6.0%、小麦-28.2%、木薯-29.8%、高粱-21.7%（图3）。

结果2：适应措施的效果

适应措施和收入增长可显著缓解损失（图2）。到2050年，适应措施可减少23%的损失（中等排放情景下为6%），到本世纪末可减少34%（中等排放情景下为12%）。其中，水稻的适应效果最显著（减少79%的损失），而小麦的适应效果较弱。

结果3：气候与收入的差异化影响

中等温度地区的产量损失最大，而高降雨地区的升温影响被部分抵消。高收入地区的损失更为显著（最高达41%），因其集中了全球主要粮食产区，且当前适应能力有限（图3）。

结果4：二氧化碳施肥效应

调整二氧化碳施肥效应后，本世纪末的产量损失减少5.0-9.5%，但全球影响的结构性特征保持不变（图3）。

图2  考虑气候适应与收入增长后，气候变化导致的世纪末作物产量的变化预

图3  气候变化对主要作物的全球影响

研究意义

首次量化了全球农业生产者对气候变化的实际适应行为，并基于实证数据预测了气候变化对农业的损害。结果显示，尽管适应措施能显著缓解损失，但全球粮食生产仍面临严峻挑战，尤其是在现代粮食主产区。研究强调了通过创新、耕地扩展和进一步适应措施确保粮食安全的重要性，并为气候政策提供了部分社会成本碳（SCC）的估算依据。

对工作的启示

1. 方法层面：研究采用计量经济学方法，结合全球代表性数据，为评估气候变化对农业的影响提供了新框架。

2. 政策层面：研究结果表明，高收入地区的粮食主产区需加强适应能力，而低收入地区需关注技术创新和资源分配。

3. 研究方向：未来研究可进一步探索非主要作物和畜牧业的影响，以及气候变化对全球贫困人口的差异化影响。

文献来源:https://doi.org/10.1038/s41586-025-09085-w

声明：以上内容为对论文的概略总结，准确信息请参考英文原文。

撰稿：杨祎

初审：任杰

复审：杜军

终审：鲁鹏