亮文解读 | 气候变化对小麦、水稻产量及其病虫害的影响

发布时间：2022-03-11 发布人：唐静月浏览次数：

有害生物绿色防控

Sustainable and Environment-Friendly Agricultural Pest Management

专辑文章介绍

· 第一篇 ·

▎论文ID

Impacts of Climate Change on Crop Production, Pests and Pathogens of Wheat and Rice

气候变化对小麦、水稻产量及其病虫害的影响

发表年份：2022年
第一作者: 王冰鑫
通讯作者 : 马春森
: machunsen@caas.cn

作者单位： 1. 中国农业科学院植物保护研究所，植物病虫害国家重点实验室，气候变化生物学研究组；2. 荷兰瓦赫宁根大学与研究中心野生动物生态与保育研究组；3. 瑞典农业大学，野生动物，鱼类和环境学系

Cite this article :

Bing-Xin WANG, Anouschka R. HOF, Chun-Sen MA. IMPACTSOF CLIMATE CHANGE ON CROP PRODUCTION, PESTS AND PATHOGENS OF WHEAT AND RICE. Front. Agr. Sci. Eng., 2022, 9(1): 4‒18 https://doi.org/10.15302/J-FASE-2021432

· 文章亮点 ·

1. 综述了气候变化对小麦和水稻生长、产量及地理分布的影响。

2. 综述了气候变化对小麦和水稻病虫害及其与作物互作的影响。

3. 提出了减轻气候变化对作物生产和病虫害管理影响的应对策略。

· Graphical abstract ·

图1. 气候变化对农田生态系统的影响途径示意图

· 研究内容 ·

▎引言

全球气候变化正在影响农业生态系统。大量的研究表明气候变化既可以直接导致作物产量降低，也能通过影响作物病虫草害等其他生物因素而间接影响作物产量。虽然全球关于气候变化对农业生产影响的研究已有数十年，但这些研究主要集中在气候变化对作物或病虫害的单一研究，对作物与病虫害互作的研究极少。在本文中，我们首先总结了气候变化对于这两种作物及其病虫害影响的相关研究并指出现有研究的不足之处，提出病虫害管理过程中可能的应对策略；然后，我们讨论了气候变化影响作物及其与病虫害互作的机理，同时为今后的研究提供一些见解。本篇综述旨在全面了解气候变化是如何影响粮食作物及其病虫害，这将有助于科学家和决策者更好地制定策略以减少气候变化对作物生产带来的负面影响。

▎气候变化对小麦和水稻产量的影响

小麦是全球种植面积第一的粮食作物，总体来说全球气温升高将会使小麦产量降低。小麦作为C3植物，适宜的生长温度较低，全球气温升高将会改变小麦代谢，限制小麦的生长发育，对小麦的所有生理过程产生负面影响，最终导致产量降低和品质下降。另外，也有研究表明大气中二氧化碳浓度升高，促进了小麦的生长发育，有利于小麦产量的提高。水稻是仅次于小麦的世界第二粮食作物，气候变化对水稻的影响与小麦类似。一方面，二氧化碳浓度升高促进了水稻的光合作用；另一方面，气温升高导致水稻幼苗生长发育受阻，甚至死亡最终导致水稻产量的降低。另外，极端天气的频繁发生也会导致水稻产量和品质降低。许多研究表明气候对作物的影响具有两面性，但是由于这些研究的方法和地区的局限性导致其研究结果并不能反映其他地区的真实情况，许多问题仍然需要更深入的研究。

为了减轻气候变化对作物的负面影响，可采取的措施主要包括以下几点：（1）调整播种期；（2）培育耐热或耐旱品种；（3）在高纬度地区种植低纬度地区的品种；（4）采取适当的栽培措施；（5）利用气候资源发展新的种植模式；（6）推广节水技术和保护性耕作。

▎气候变化对害虫的影响

全球小麦害虫约100多种。关于气候变化对小麦害虫影响的研究主要集中在四个方面：（1）对个体生活史或行为的影响；（2）对种群动态和地理分布的影响；（3）对群落结构的影响；（4）对生态系统的影响。大量的研究表明致死温度对害虫管理和生物多样性保护至关重要。因此在研究气候变化对害虫个体行为、种群数量和群落结构时必须包含极端气候条件的相关数据。现阶段关于气候变化对于小麦害虫的相关研究局限于利用人工气候箱探究单一气候因素对小麦害虫的影响，对于多种气候因素和管理策略对小麦害虫影响的研究较少。

表1. 气候变化对全球小麦主要病虫害影响的相关研究

水稻害虫在全球约有800多种。关于气候变化对水稻害虫的研究涵盖个体，种群，群落和生态系统四个方面，但一般情况下重点研究的只是其中一个方面。另外，关于气候变化对水稻害虫的影响在不同害虫种类之间的关注度极不平衡。总体而言，很少有研究者从群落到多级生态系统的角度研究气候变化对水稻害虫影响。因此，未来关于气候变化对水稻害虫影响的研究应关注多个方面，如极端事件的强度和频率对水稻害虫种群数量和群落的影响。

表2. 气候变化对全球水稻主要病虫害影响的相关研究

▎气候变化对病原菌的影响

气候变化对于小麦病害的影响具有两面性。通常情况下，气候变化会导致小麦病害发生率和严重度的增加。也有一些研究表明，未来的气候变化可能会对小麦白粉病和小麦斑枯病的发生及其病原菌的进化产生负面影响。最近关于气候变化对小麦病原菌影响的研究主要集中在气候变化对病害流行和病害发生严重度的影响，而关于气候变化导致病原菌自身进化的研究很少。因此，我们建议未来的研究应侧重于病原菌本身对气候变化的适应性研究，以便更深入地了解小麦病原菌的适应能力，从而更准确地预测小麦病害的流行。气候变化以多种途径影响水稻病原菌，但其影响机理尚不清楚，实际影响情况很大程度上取决于病害类型和当地气候条件。近年来关于气候变化对水稻病原菌影响的研究主要集中在单一气候因子的影响，而未能探讨多种气候因子的互作对水稻病原菌的影响，也未能探讨多种病原菌对同一气候条件的综合反应，未来的研究者需要更多地关注气候变化对水稻致病菌影响的真实情况。

▎气候变化对物种互作的影响

气候变化对作物-病原菌互作的分子研究结果表明，极端气候条件可导致真菌病原菌致病力和侵染力的变异，进而诱导宿主植物产生新的抗病基因以应对这种变化。大气中二氧化碳浓度的升高和温度变化也可能影响作物和害虫之间的相互作用。最近通过增加进化时间来探究植物、昆虫和病原菌在环境变化下相互作用，这可能是未来研究快速进化应该考虑的一个重要因素。然而，很少有研究人员对害虫和病原真菌之间的互作进行系统研究。考虑到多级生态系统的复杂性，气候变化对不同管理制度的农业生态系统中多个物种之间的相互作用有待进一步研究。

▎对病虫害管理的影响

由于气候变化对作物、害虫和病原菌产生了重要影响，所以政策制定者和农业从业者在采用有害生物综合治理（IPM）策略时应考虑气候变化的影响。我们对制定当前的IPM策略以应对气候变化提供了一些建议：首先，加强虫害监测；其次，增加作物栽培品种的多样性以改变种植制度；第三，培育新的抗病虫品种；最后，根据当地的气候变化调整农药的使用。

· 未来展望 ·

气候变化被认为是农业和粮食安全的主要风险之一，因此，关注气候变化对作物及与其病虫害相互作用的影响具有重要意义。但是目前的研究者还未能揭示气候变化对作物与病虫害之间的关系及对作物影响的机理。在气候变化和社会经济发展的双重压力下，我们需要对气候变化下作物、病虫害和农业生产之间的相互作用进行更全面的研究，以帮助科学家和农业从业者更好地理解气候变化对作物生产的影响，以便调整减轻气候变化对农业生产的负面影响。

【作者及团队介绍】

马春森，博士，中国农科院植保所研究员，博导。长期致力于昆虫气候变化生态学。提出自然变温描述指标，揭示昆虫适应高温的4个生态策略和小时间尺度气候特征对昆虫的特有影响，阐明重大害虫麦蚜优势种变迁的生态进化过程和小菜蛾越冬与抗药性的生态关系，成果发表于Nature Communications, Annual Review of Entomology, Global Change Biology, Functional Ecology 等期刊。

· 文章链接 ·

原文链接：https://journal.hep.com.cn/fase/EN/10.15302/J-FASE-2021432