Nat. Food.丨数据驱动的预测表明，在气候变化下，提高欧洲大豆自给率的机会很大

论文内容

研究背景：

欧洲的大豆需求高度依赖于进口。目前，欧洲进口大豆约58 Mt yr−1，占国内消费量的近90%。在全欧洲范围内对大豆产区在当前和未来气候条件下的农业气候适宜性进行评估具有重要的战略意义。基于最近发表的两个全球数据集，我们开发了气候和大豆产量之间的数据驱动关系，以估计整个欧洲适合大豆种植的地区。在全球范围内（随机森林（RF）、人工神经网络（ANN）、广义加法模型（GAM）和多重线性回归（MLR））进行了训练和测试，以预测大豆产量作为每月气候输入（太阳辐射、最低和最高温度、降雨和蒸汽压力）的函数。大部分的训练数据来自主要大豆生产国（阿根廷、巴西、加拿大、中国、印度、意大利和美国），和零产量数据点随机抽样的气候区不适合大豆生产（例如，沙漠和北极地区）添加到数据集（代表约20%的最终数据集）。在运行了一个交叉验证程序，评估模型在时间和空间上的可转移性后，选择了最准确的算法。然后，选定的算法（随机森林）在整个欧洲运行，以评估当前和未来气候下雨养条件下大豆适宜区域的潜在分布。对16个欧洲大豆适宜性情景的预测进行了研究，其中包括CMIP5和2050年代和2090年代两个代表性浓度途径（RCPs; 4.5 and 8.5Wm−2）。该预测假设大豆生长季节从4月到10月，没有灌溉。在我们的模型中没有考虑昼长、土壤类型和大气二氧化碳浓度因素。

研究内容：

结果表明，在本研究测试的算法中，RF在预测的均方根误差（RMSEP）和Nash-RMSEP模型效率系数（MEF）方面是最准确的。RF算法表明，假设没有灌溉，在历史气候下（图1a），约106Mha的预计产量等于或高于2 t ha−1（图2b），而2016年欧洲大豆产量仅为5Mha的平均产量为2 t ha−1。因此，适合大豆的面积似乎比目前欧洲的收获面积要大得多，这表明大豆生产不受气候条件的限制。与RCP 4.5（−4% ~ −10%）相比，在RCP 8.5（−21% ~ −58%）下，中等产量适宜区域大幅下降。这些变化反映了南部（例如西班牙、意大利）的损失和北部和东部（例如俄罗斯、乌克兰、波兰和白俄罗斯）的增加。到本世纪中叶，高产量适宜面积的北移和适宜面积的减少明显（图1b，d），并在本世纪末进一步加强，特别是在RCP 8.5下（图1c，e）。此外，目前来自农民的农田和站上的田间实验和对欧洲目前大豆收获面积的现有估计的现有证据证实了大豆可以生长在欧洲的高纬度地区，最高可达55-57.5°N（对应于拉脱维亚的北部）。为了确定大豆适宜性预测变化的气候驱动因素，我们进行了线性判别分析（LDA），我们的研究结果表明，欧洲南部预计的产量下降主要与温暖地区繁殖期的有害变暖效应有关。根据图1所示的产量预测，我们估计了达到50%和100%的自给自足水平所需的大豆产量面积。

研究结论：

我们的研究表明，即使在农业气候条件下，欧洲的大豆适宜面积也远远大于目前的大豆收获面积。当前和未来的气候将使欧洲种植足够的大豆，达到50%的自给自足水平，即比目前10%的水平高出5倍。此外，我们的预测表明，从农业气候的角度来看实现100%的自给自足是可能的。大豆的生产似乎并不只受到气候的限制，社会经济因素目前也限制了大豆的发展；其次，我们的研究结果表明，根据考虑的中度和强烈的气候变化情景（RCP 4.5和RCP 8.5），预计到本世纪中叶气候变化下，大豆适宜地区将从欧洲南部向欧洲东北部转移。研究结果可以帮助决策者和农业综合企业重组生产区域的分布。

转自：“农科学术圈”微信公众号

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