文章信息
Information
文章标题：Observational evidence for groundwater influence on crop yields in the United States
标题译文：美国农作物产量受地下水影响的观测证据
发表期刊：PNAS
在线时间：2024.08.26
通讯作者：Jillian M. Deines
作者单位：Department of Earth System Science, Center on Food Security and the Environment, Stanford University, Stanford; Earth Systems Predictability and Resiliency Group, Pacific Northwest National Laboratory
研究背景
Background
美国玉米带是全球重要的玉米和大豆生产区，年产值超过300亿美元。气候变化导致极端干旱和湿润条件，可能严重影响作物产量。尽管以往研究多集中于表层土壤湿度，但本文通过区域观测数据展示了地下水如何通过提供补充水源，尤其是在降雨量低于平均水平的年份，增加产量稳定性。研究表明，地下水对产量的贡献可能比以往基于理想化作物模拟的研究结果更为保守（干旱条件下约为7%，而以往研究高达24%）。正确理解和计算地下水的作用对于该地区的气候适应至关重要。
主要结果
Results
经过改进的增强型作物模型在模拟地下水对产量影响方面，比标准作物模型更准确地匹配了观测到的卫星产量数据。增强型模型在干旱和湿润条件下的R²值和均方根误差(RMSE)均有所改善。
通过机器学习分析，确定了1.1到2.5米深度为地下水对产量影响的增产区域（补贴区域），当地下水位处于此深度时，产量高于自由排水条件下的基线产量，而地下水位浅于1.1米时，产量会下降。
在增产区域内，地下水的存在提高了产量的稳定性，表现为在较浅地下水位处的产量变异系数(CV)降低。平均来看，当地下水位处于最优深度时，产量增加了3.4%，在干旱条件下这一增加效应大约翻倍。
地下水增产效应在研究期间的年份中约占35%，且75%的地区至少在10%的年份中受益。从经济角度来看，地下水与产量交互作用在1999年到2018年间对美国玉米带的农业贡献了大约100亿美元的净货币价值。
文章图表
Figures & tables
图1. 研究区域和示例地下水与作物产量数据。
图2. 卫星观测产量与作物模拟的一致性按天气类别划分。
图3. 基于随机森林模型的玉米产量对地下水深度变化的响应。
图4. 根据增强型作物模型的网格模拟，1999年至2018年地下水产量影响的普遍性按气候条件划分。
作物生理生态
文献阅读|分享
邮箱：maize2020@126.com
