Nat. Sustain丨种植面积和收获面积波动在美国作物生产冲击中的关键作用

论文内容

研究背景：

粮食生产的稳定性对应对气候变化和极端情况至关重要，并受到种植面积、收获面积和产量变化的影响。然而，研究的重点是产量对气候波动的反应，忽略了种植面积和可收获部分（即种植面积与收获面积的比率）如何影响生产稳定性。许多国家面临着日益严重的粮食不安全问题，全世界有1.93亿人处于严重粮食不安全状态。为实现联合国到2030年的零饥饿可持续发展目标，需要采取紧急行动，确保各方面的粮食安全。粮食生产的不稳定性(即某一时期的年度变异性的发生和大小)是由种植面积、可收获比例(即种植面积与收获面积之比)和产量的变异性和冲击决定的，每一项都涉及不同程度的人类决策。种植面积的变化主要取决于农民在生长季节之前根据经济、政策和气候条件所作的决定。

研究内容：

本研究旨在关注的是对世界上最大的谷物生产国和出口国美国的作物生产冲击。由于其在全球粮食系统中的重要作用，了解导致美国产量冲击最大的组成部分，可以改进确保稳定可靠的作物生产的战略，并更好地保护国家和全球粮食供应。因此，该研究调查了种植面积，可收获部分和产量的变化如何导致美国作物生产冲击，以及这三个组成部分受气候变异性和极端气候影响的程度。首先收集了43年（1978-2020年）7种主要作物（大麦、玉米、棉花、高粱、大豆、春小麦和冬小麦）的县级农业数据，这些作物占美国耕地的70%。然后，使用自动定量统计方法检测生产及其组成部分（种植面积，可收获部分和产量）的冲击（即突然和统计上显着的下降），该方法捕获时间序列中的突然变化，而忽略长期的逐步波动。通过这种方法，量化了生产冲击的年数（频率），并估计了它们与三个组成部分中的每一个的冲击的共同发生。然后，使用分解方法来调查三个组件中的每一个在多大程度上对生产冲击的影响。最后，本研究建立了随机森林回归模型，以确定在何种程度上年际变化的生产和它的三个组成部分的解释气候变率和极端。总之，这些调查路线可以提供超越产量在影响生产稳定性方面的作用的有价值的见解，并可以作为扩大干预措施的选择空间的基础，以解决与气候有关的作物生产损失。

研究结论：

本研究对美国7种作物的县级数据(1978-2020年)采用了时间序列冲击检测方法。研究发现：（1）作物种植面积和可收获比例的冲击(即统计意义上的突然下降)与51~81%的产量冲击同步发生，具体取决于作物。进一步对作物生产冲击大小进行分解发现，产量波动对玉米(59%)、棉花(49%)、大豆(64%)和冬小麦(40%)的贡献更大，而种植面积和可收获面积对其他作物的影响较大。此外，气候变异解释了种植面积(22~30%)、收获比例(15~28%)和产量(32~50%)的相当大部分的变异。（2）作物生产冲击往往与种植面积和收获比例的波动有关。突显了生产者关于种植模式的决策在抵御气候变化以保证粮食稳产方面的重要性(在很大程度上被忽视的)，同时也强调了未来需要考虑所有三种生产组成部分(即种植面积、收获比例和产量)以提高粮食系统的稳定性。

转自：“农科学术圈”微信公众号

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