播种时间直接影响作物产量，气候变化又是如何影响农民对播种时间的选择呢？近期，清华大学地学系王焓副教授课题组结合全球观测数据和模型模拟发现，小麦播种日期的全球格局是最优化产量的结果。该发现揭示了农民的播种行为对长期气候态的适应，为可靠模拟作物播种时间提供了支持。

作物模型是研究作物生长响应环境变化的重要工具，被广泛用于作物产量预测和气候风险评估。播种日期是作物模型必不可少的输入变量，直接影响模型结果的准确性。观测资料显示受气候变化的影响，全球作物播种日期在过去几十年中已发生不同程度的变化，调整播种日期也被认为是应对气候变化不利影响最为经济有效的措施。然而，由于缺乏对播种日期变化规律的机理性认识，当前作物模型一般预设固定的播种日期，不考虑其随时间和环境的变化。这样处理虽能反映当下作物播种日期的空间格局，但在对未来产量进行预测时却引入了较大的不确定性，极大地制约了人类科学应对气候变化的能力。

为解决上述问题，研究组以主粮作物小麦为研究对象，尝试从统计和机理两个层面解析气候条件如何影响全球小麦播种日期的宏观格局。在考虑低温和强降雨对小麦影响的前提下，研究假设最大产量对应最优播种日期，借助课题组开发的普适性作物模型PCmodel (Productivity model for Crops) ），成功实现了对全球小麦播种日期宏观格局的模拟，为气候变化背景下播种日期的准确预测提供了基础，并可为有效制订播种日期气候变化适应策略提供支撑。成果以“Optimality-based modelling of wheat sowing dates globally”为题，在农林科学领域的旗舰期刊Agricultural Systems上发表。

研究首先考虑了低温对小麦的生理约束和强降水对小麦生长的不利影响，确定了全球不同区域适宜播种的小麦类型和播种窗口。研究假设在任何气候条件适宜的时间小麦都可能被播种，利用PCmodel模拟了所有可能播种日期对应的小麦产量，根据最大产量确定每个地区的最优播种日期，将其与观测对比评估该方法的模拟精度。最后，研究预测了两个气候情景（SSP26、SSP370）的小麦播种日期，探究了未来气候变化对小麦播种日期的影响。

小麦播种日期的模拟结果显示（图1），温度是决定非热带地区小麦播种日期的首要因素，降雨的周期性在决定季风区的小麦播种日期方面发挥主要作用。考虑温度和降雨强度两个约束条件后，以最大产量对应最优播种日期为假设，PCmodel重现了观测数据展示的全球小麦播种日期的宏观格局。研究发现，农民普遍选择能使产量最大化的日期播种小麦，全球小麦播种日期的宏观格局是最优化当地小麦产量的结果，这体现了农民的小麦播种行为对长期气候态的适应。

图 1 小麦播种日期的全球分布格局。（a）基于统计数据的全球小麦播种日期的观测；（b1）不考虑额外约束的预测结果；（C1）考虑低温约束的预测结果；（d1）考虑低温和降雨强度的预测结果；（b2-d2）预测结果与观测的差异。

气候变化对播种日期影响的评估结果显示（图2），轻微变暖（SSP26情景）会使湿润地区的小麦播种日期提前（如北美中部和东部、西欧、中国东北部和澳大利亚东部），但会延迟干旱区的小麦播种（如亚洲中部和西部、中国北部和西北部、澳大利亚西部、东非和拉丁美洲的一些地区）；强烈变暖（SSP370）会使绝大多数地区的小麦播种日期推迟。播种日期的变化是权衡多个因子对小麦产量影响的综合结果，这些因子包括变暖对生长季长度的影响、关键生育期对水分的需求以及冬小麦春化的温度阈值等。

图 2 两个气候情景下预测的小麦播种期的变化。（a）2000年小麦播种日期的预测结果，同图1 d1；（b1-b3）SSP126情景下预测的小麦播种日期变化；（c1-c3）SSP370情景下预测的小麦播种日期变化。播种日期的变化以十年均值表示（2030CE：2020-2029年，2050CE：2040-2049年，2100CE：2090-2099年），负值代表播种日期提前，正值代表推迟。

清华大学地学系博士毕业生乔圣超为论文第一作者，王焓副教授为论文通讯作者，清华大学杰出访问教授Sandy P. Harrison教授和I. Colin Prentice教授为论文共同作者。该研究得到了国家自然科学基金等项目的支持。

文章链接：https://doi.org/10.1016/j.agsy.2023.103608

供稿：乔圣超

编辑：王佳音

审核：张强