최근 기후 변화가 미국 남동부의 옥수수, 쌀, 밀에 미치는 영향

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 16928(2022) 이 기사 인용

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기후 변화와 농업 생산성에 미치는 영향은 작물과 지역에 따라 다릅니다. 미국 남동부(SE-US)는 농업생태학적으로 다양하고, 경제적으로 농업에 의존하고 있으며, 대부분 농업기후 연구자들에 의해 간과되고 있습니다. 이 연구의 목적은 기후 변수의 효과를 계산하는 것이었습니다. 일일 최고기온(Tmax), 일일 최저기온(Tmin), 주요 곡물인 옥수수(Zea mays L.), 벼(Oryza sativa L.), 밀(Triticum aestivum L.)의 수확량에 대한 강수량 SE-US. SE-US 11개 주에서 1980년부터 2020년까지의 패널 데이터에 생산함수를 적용하여 고정 효과 모델(패널 데이터 접근 방식)을 사용했습니다. 비대칭적인 온난화 패턴이 관찰되었는데, 야간 온난화는 각각 105.90%, 106.30%, 32.14%로 옥수수, 벼, 밀 재배기의 주간 온난화보다 높았다. 또한, 다양한 성장 계절에 걸쳐 강수량의 변화가 19.2~37.2mm 범위로 나타났습니다. 강수량은 밀 수확량을 크게 감소시켰으나 옥수수와 쌀 수확량에는 아무런 영향을 미치지 않았습니다. Tmax와 Tmin은 밀 수확량에 큰 영향을 미치지 않았습니다. Tmax가 1°C 상승하면 옥수수(-34%)와 쌀(-8.30%) 수확량이 크게 감소했으며, 이는 Tmin이 1°C 증가하여 옥수수(47%)와 쌀(22.40%) 수확량이 증가하여 상쇄되었습니다. 결론적으로, SE-US의 전체 온도 1°C 변화는 옥수수 수확량을 13%, 벼 수확량을 14.10% 향상시켰으며 밀 수확량에는 영향을 미치지 않았습니다.

기후 변화는 기온, 강우량과 같은 기상 매개변수의 장기간에 걸친 상당한 변화로 특징지어집니다1,2,3. 기후 변화는 피할 수 없는 현상이며 그 영향은 우주 전체에 걸쳐 느껴집니다4. 이는 기상 매개변수의 변화가 작물 생산에 영향을 미친다는 점을 고려하면 놀라운 일입니다5. 20506년까지 98억 인구의 식량 안보를 보장하기 위해 곡물 생산량을 70~100% 늘려야 한다는 점을 고려하면 이는 더욱 우려스럽습니다. 곡물은 인간과 동물에게 가장 많은 양의 칼로리와 영양분을 제공하므로 그 어떤 것보다 대부분의 지역을 차지합니다. 기타 작물7. 화석 사용, 삼림 벌채, 토지 피복 변경을 통한 인간의 개입으로 인해 지구 온도 상승의 주요 원인인 온실 가스 생산이 증가합니다8,9. 더욱이, 21세기 내내 가뭄의 기간과 강도가 심각해져서 농업용수 보유량이 5배나 감소했습니다6. 지구 평균 기온은 2050년까지 1.50°C 상승할 것으로 예상됩니다10. 21세기 말까지 특정 지역에서는 이러한 상승폭이 3~5°C에 달할 수 있습니다9. 더욱이, 향후 20~70년 동안의 지구 기후 변화 속도는 이전 10,000년보다 더 빠르고 강렬할 것으로 예상됩니다11,12.

기후 변화로 인해 불규칙한 강우 패턴과 함께 야간 및 주간 온난화가 증가합니다13. 이러한 요인의 변화는 비생물적 스트레스 유발을 통해 직접적으로 곡물 생산에 영향을 미치고14 해충 및 잡초 해충의 압력, 유익한 토양 미생물 군집 감소 등과 같은 생물적 스트레스를 통해 간접적으로 영향을 미칩니다.15. 온도가 증가하면 곡물 충전 기간이 단축되어 수율이 감소합니다16. 개화 단계의 극한 온도는 시리얼 커널 수, 두께 및 품질도 감소시킵니다17,18. 시기적절한 강수량은 온도 변화 상승을 완화할 수 있지만, 강수량의 극심한 변동으로 인해 상당한 수확량 손실이 발생할 수 있습니다13.

수확량에 대한 기후 영향의 심각도는 작물, 지리적 위치, 크기 및 기후 변수의 이동 방향에 따라 다릅니다19,20. 전 세계적으로 기후 변화 영향은 고르지 않으며, 특히 토지 면적이 넓은 국가에서는 더욱 그렇습니다21,22. 과학계는 현재의 추세가 아프리카, 중동, 남부 및 동남아시아의 열대 및 아열대 지역에 해로울 것이며23,24,25,26 러시아, 아일랜드27, 캐나다28,29 및 핀란드30에 유리할 것이라는 점에 어느 정도 동의합니다. ,31 곡물 수확량과 관련하여. 마찬가지로, 과학자들은 기후 변화가 미국 곡물 생산에 미치는 영향에 대해 엇갈린 의견을 갖고 있으며 Adams 등32, Knox 등33, Wolfe 등34 및 Petersen35는 이것이 유익하다고 추론했으며 Schlenker 등23, NDRC24 , You et al.25, Raza et al.36 및 Su et al.20은 해로울 수 있습니다.

34%) in our study results (Table 6). Consequently, the magnitude of the positive effect of Tmin surpassed the negative effect of Tmax implying that each 1 °C increase in net temperature resulted in a 13% increase in corn yield (Table 6) which is in line with Zhang et al.126 who documented the overall positive effect of an increase in net temperature on corn yield./p> 28 °C), negatively influencing rice yield. The Tmin coefficient of regression was significantly positive (Table 5), indicating a significant increase in rice yield for every 1 °C increase in Tmin, supporting the findings of Zhang et al.114, Guntukula118, and Tan et al.65, but contradicting Zhang et al.135 and Ghadirnezhad and Fallah136. However, Cooper et al.137 found no change in rice yield with rising Tmin. According to Agrawal et al.138, the increased Tmin had a positive effect over the early, delayed vegetative, or reproductive phases, and a negative effect throughout the ripening phase. Moreover, according to Mohammed and Tarpley139, and Nagarajan et al.140, increased Tmin between 21 and 32 °C has a negative impact on the plant respiratory system, reducing rice yield, but SE-US's Tmin average (16.40 °C) (Table 4) was outside this range, and not even hit the threshold level to start impacting rice yields negatively. Therefore, this study revealed that increasing Tmax and Tmin has a net beneficial effect on rice yield, as indicated by the fact that every 1 °C overall increase in temperature improves rice grain yield. The positive effect of Tmin outpaced the negative effect of Tmax on rice yield, increasing the rice yield. Similar findings showing a net beneficial effect of changing temperatures on rice yield were reported by Kim and Pang141, Petersen35, and Ding and Shi109./p> 31.37%), RGS (66.70% > 33.30%), and WGS (56.92% > 43.08%) than Tmax in overall warming. Furthermore, the rate of increasing Tmin was noted to be 105.90%, 106.30%, and 32.14% higher than the Tmax during CGS, RGS, and WGS, respectively. During CGS, RGS, and WGS, rainfall had shifted by 36.3 mm, 37.2 mm, and 19.2 mm, with annual rates of change of 0.91 mm/year, 0.93 mm/year, and 0.48 mm/year, respectively. Rainfall had a negative (non-significant), positive (non-significant), and negative (significant) effect on corn, rice, and wheat yields, respectively. Overall, climate change in the SE-US had no net effect on wheat yield but significantly increased corn yield by 13%, and rice yield by 14.10%./p>

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