人才强校丨中国农大胡克林教授冯璞玉副教

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10月13日，《自然》杂志旗下期刊《自然-食品》（NatureFood）在线发表了中国农业大学土地科学与技术学院胡克林教授、冯璞玉副教授课题组题为《印度洋活动的增强对澳大利亚小麦产量波动的影响（IncreasingdominanceofIndianOceanvariabilityimpactsAustralianwheatyields）》的研究论文，揭示气候变化背景下海气耦合作用对作物单产影响的转变，指出印度洋偶极子的作用超过厄尔尼诺南方涛动，成为主导澳洲小麦单产波动的气候驱动因子，并阐明全球变暖是引发该转变的关键因素。

作物单产年际波动主要是由气象条件年际差异引起，而海洋活动（如海温、海平面气压状况等）能够通过大气环流系统调控陆地气象条件。全球各大洋及其子区域存在多个具有大规模陆地气候影响力的海洋活动，被定义为大尺度气候驱动因子（large-scaleclimatedrivers），主要包括太平洋的厄尔尼诺南方涛动（ENSO）、印度洋偶极子（IOD）、北大西洋涛动（NAO）以及南大洋环状模（SAM）等。相比于降水、温度等气象因素，这些驱动因子具有较高的可预报性，当前技术条件可准确预报未来一年以上的大尺度气候驱动因子状况。因此，研究作物单产对大尺度气候驱动因子的响应对于农事管理、保险等具有重要参考价值。以往研究表明厄尔尼诺南方涛动是最具影响力的气候驱动因子，全球大部分地区作物单产波动与其有关。随着全球变暖加剧，各大洋的气候驱动因子出现非平衡性、非稳态性变化，海气耦合机制持续转变，在此背景下作物单产与驱动因子的关系有何变化、全球变暖的贡献如何等问题亟待回答。

图1作物单产和各气候驱动因子年际变化

图2印度洋偶极子（IOD）取代厄尔尼诺南方涛动（ENSO）成为作物单产主导因子

本研究以澳洲小麦带为例，首先基于-年日尺度、0.5×0.5度栅格气候数据和土壤理化参数，利用作物模型APSIM构建了上百年的小麦气候产量数据库，然后使用机器学习算法量化了各气候驱动因子对不同时间段栅格小麦产量的非线性贡献。研究结果表明在-近百年间，厄尔尼诺南方涛动是大部分栅格产量波动的主导因子，但在最近30年，印度洋偶极子取代厄尔尼诺南方涛动成为小麦产量年际波动的主导因子。偏依赖分析进一步印证了该结果，印度洋偶极子海气耦合效应大幅增强。印度洋偶极子作用增强可能与其上升趋势有关，全球变暖造成印度洋海温出现非对称性升温，引发更多的正印度洋偶极子事件。本研究通过去趋势分析并再次运行模型，证实了该假设，并揭示全球变暖对印度洋偶极子效应转变的贡献达18%左右。

图3大尺度气候因子与作物单产的偏依赖关系图4去趋势前后因子对作物单产的相对贡献差异

中国农业大学土地科学与技术学院副教授冯璞玉为论文第一作者，胡克林教授和澳大利亚新南威尔士州初级产业部王斌研究员为论文的通讯作者。研究有澳大利亚新南威尔士大学、澳洲国立大学、墨尔本大学、南京信息工程大学、西北农林科技大学、中国科学院地理科学与资源研究所等国内外科研机构共同参与。本研究是中国-澳大利亚气候变化对农业的影响与适应研究的一部分，得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国农业大学领军人才团队项目以及中央高效基础科研业务费等项目资助。

胡克林教授、冯璞玉副教授课题组围绕气候变化影响与适应、农业固碳减排、农田水氮管理等领域，近期在《可持续发展农艺学》（AgronomyforSustainableDevelopment）、《总环境科学》（ScienceofTheTotalEnvironment）、《土壤耕作研究》（SoilandTillageResearch）、《农业水管理》（AgriculturalWaterManagement）、《计算机和电子技术在农业中的应用》（ComputersandElectronicsinAgriculture）等农业相关的知名期刊上发表了一系列研究成果。本文是课题组又一重要成果，对于进一步理解全球变暖与粮食安全具有重要意义。

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