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May 22, 2023

米国のトウモロコシと大豆の収量に対する乾燥熱と湿熱の対照的な影響

Scientific Reports volume 13、記事番号: 710 (2023) この記事を引用 1640 アクセス 8 Altmetric Metrics の詳細

Scientific Reports volume 13、記事番号: 710 (2023) この記事を引用

1640 アクセス

8 オルトメトリック

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人為的気候温暖化を考慮すると、極端な暑さが作物収量に与える影響は、ますます差し迫った問題となっています。 しかし、これらの影響に関与する物理的メカニズムの一部は依然として不明瞭であり、適応関連の洞察や将来の気候が作物に与える影響の信頼できる予測を妨げています。 ここでは、観察データに基づく重回帰モデルを使用して、極端な乾燥熱が米国のトウモロコシと大豆の収量を大幅に減少させたのに対し、極端な湿潤熱は、乾球温度が比較的高いにもかかわらず、一部の地域では影響が小さく、収量を押し上げさえしたことを示します。それらの乾熱対応物。 この結果は、極端な乾燥した暑さと湿った暑さを混同すると、極端な乾燥した暑さに対する作物の収量の感受性が過小評価される可能性があることを示唆しています。 降雨は湿気が多いが極端な乾燥した暑さには先行しない傾向があり、多変量の気象シーケンスがこれらの作物の反応に役割を果たしていることが示唆されています。 我々の研究結果は、近年の猛暑は主に湿気ストレスを誘発することによって収量に影響を与えており、極端な湿熱と乾燥した暑さが混同することで、温暖化や湿度の変化に対する作物の収量の反応を予測する際に不正確さをもたらしている可能性があるという証拠を提供している。

人為的気候変動の既知の影響の 1 つは、地域および地球規模の平均気温の上昇と、猛暑イベントの規模の大幅な増加です。 最近の研究では、気候変動に伴い極度の高温と多湿の組み合わせの頻度が増加しており 2,3 、将来的にも増加し続け 4 、人間や他の哺乳類に特別なストレスを与えていることが明らかになりました 5。 最近の研究 6,7 は、熱帯と中緯度地域では、20 世紀半ば以降の大気中に蓄積された熱の半分だけが顕熱 (気温の上昇) によるもので、残りの半分は潜熱 (気温の上昇) によるものであることを示しています。湿度）。 同時に、一部の地域では温暖化に伴い熱波がより乾燥すると予測されている（降水量から蒸発を差し引いた表面水分の正味損失）。 したがって、気候変動は、循環、降水量、および陸地と大気の相互作用が CO2 の増加に反応するため、熱波の湿った熱力学的特性を変化させる可能性があります。

作物は極度の高温にさらされると収量が低下することが知られています10,11。 極端な暑さは作物に直接的な熱ストレスを引き起こす可能性があると同時に12、13、大気の乾燥度（つまり蒸気圧不足）を高めることによって間接的な湿気ストレスを誘発する可能性もあります14、15。 一方、極端な高温高湿時には、この間接的な湿気ストレスはある程度制限されます。 降水量と土壌水分は、作物への猛暑の影響をさらに複雑にします。 たとえば、灌漑作物の収量は天水作物よりも極度の暑さに対する耐性がはるかに高いことが示されており、熱に対する収量の感受性は水分の利用可能性に依存することが示されています16,17。 しかし、（灌漑や降雨による）湿潤な状態は、極端な暑さを冷やし 18,19 、大気湿度を上昇させることがよくあります 20,21。 この熱と湿気の依存性​​は、作物への影響が熱そのものによって引き起こされるのか、それとも降雨量、土壌水分、大気の乾燥との関連性によって引き起こされるのかという疑問を引き起こします。

気候温暖化が世界の作物収量に及ぼすリスクを正確に予測し、適応戦略の有効性を評価するには、熱が作物にどのような影響を与えるかを理解することが不可欠です。 しかし、その影響の範囲とそれに関連するメカニズムは依然として不確実です。 たとえば、作物収量の変動性の予測因子としての温度、土壌水分、降水量の相対的な重要性については、研究によって意見が一致していません14,22,23。 特に、極端な高温と高温多湿による作物への影響、および降雨現象との潜在的な異なる関係については、ほとんど研究されていない。 この理解のギャップにより、世界のさまざまな穀倉地帯で予測される極端な乾燥と湿潤な暑さの増加による収量への影響を予測し、それに備える能力が制限されます。