何塞·埃吉亚1*, 曼努埃尔·卡罗2, 赫苏斯·加西亚-布伦顿2, 赫苏斯·甘宾 3, 何塞·埃贾 1 和大卫·鲁伊斯 1*
- 1CEBAS-CSIC 植物育种部水果育种小组,西班牙穆尔西亚
- 2穆尔西亚农业食品研究与开发研究所,西班牙穆尔西亚
- 3穆尔西亚大学 ENAE 商学院,西班牙穆尔西亚
核果生产在西班牙具有巨大的经济重要性。这些水果品种(即桃子、杏子、李子和甜樱桃)的种植地点覆盖了该国广阔且气候多样的地理区域。气候变化已经导致某些地区(例如地中海地区)的平均气温上升,而且特别严重。这些变化导致积累的寒意减少,这可能对物候产生深远的影响 李 例如,由于难以满足打破休眠的低温要求、晚霜事件的发生或异常的早期高温,核果等物种。所有这些因素都会严重影响水果的产量和质量,因此从现有地区的社会经济角度来看会造成非常负面的后果。因此,本工作根据过去 270 年 20 个气象站的数据,根据农业气候变量(例如寒热累积以及霜冻和早期异常高温事件的概率)对当前耕作区进行了表征,以生成有关当前情况的信息图。此外,还分析了不同全球气候模型(从西班牙国家气象局 - AEMET 检索的数据)对两种代表性浓度路径情景(即 RCP2065 和 RCP4.5)截至 8.5 年的未来气候预测。以当前情况为基准并考虑未来情景,可以推断出不同物种/品种对不同种植区域当前和未来的适应性信息。这些信息可以作为决策支持工具的基础,帮助不同的利益相关者就西班牙当前和未来的核果或其他温带物种种植做出最佳决策。
介绍
西班牙是世界核果(即桃、杏、李子和甜樱桃)的主要生产国之一,平均年产量约为2万吨。这些水果的种植在该国具有非常重要的经济作用,占地约 140,260 公顷(粮农组织统计数据库,2019)。这些品种在西班牙的主要种植区位于具有不同农业气候特征的地区:从瓜达尔基维尔河谷和地中海地区的大部分地区等温暖地区到埃斯特雷马杜拉北部、埃布罗河谷和地中海地区的一些内陆地区等寒冷地区(看 图1)。由于这些作物需要足够的冬季寒冷来打破休眠以避免生产问题(阿特金森等人,2013)坎波伊等人,2011b; Luedeling 等,2011; 吕德林,2012; 朱利安等人,2007; 郭等人,2015; 2019; Chmielewski 等人,2018),以及(iv)选择最佳农业实践和技术来减轻气候变化的影响(坎波伊等人,2010; Mahmood 等人,2018 年).
冷热要求(Fadón 等人,2020b)或冻害程度(米兰达(Miranda)等人,2005)当前栽培物种/栽培品种的数据可以与不同地区的农业气候指标相结合,构建决策工具,帮助生产者和其他利益相关者设计最佳的中长期生产和经济政策。用于处理大量气候和物候的可用建模工具已经成为构建上述决策工具的基础(吕德林,2019; Luedeling 等,2021; 米兰达(Miranda)等人,2021)。地中海盆地的气候预测表明,全球变暖对该地区的影响可能尤其严重(乔治和莱昂内洛,2008; 医学ECC,2020; IPCC,2021),因此,预测措施对于避免未来的生产问题至关重要,这些问题可能会严重影响某些地区的经济,如本研究中提出的地区(奥尔森和宾迪,2002; 本穆萨等人,2018).
不同的研究确定了全球变暖对全球不同地区温带水果和坚果生产的负面影响。主要原因与冬季寒冷的减少有关,尽管一些研究也考虑到由于开花和开花的预期提前而导致霜冻风险的增加。例如,费尔南德斯等人。预计智利落叶水果生产所需的冬季寒冷会减少,预计会对该国北部地区产生负面影响。与此同时,他们预计所有考虑地点的落叶果树在最可能发芽的时期,霜冻概率将显着降低(Fernandez等,2020);洛里特等人。结合气候预测和物候信息,分析了伊比利亚半岛一些杏仁品种开花期间缺乏冬季寒冷、霜冻风险和温暖条件等现象。他们发现,一般来说(取决于所考虑的品种),(i)地中海沿岸和瓜达尔基维尔河谷冬季寒冷的缺乏将更加明显,(ii)中部地区开花期间的温暖条件将更加强烈高原和埃布罗河谷,以及(iii)北部高原和北部丘陵地区的特定地区霜冻风险将降低(洛里特等人,2020)。本穆萨等人。预计突尼斯未来冬季寒冷将显着减少,这可能会严重影响一些水果和坚果的生产。例如,对于最悲观的情况,只有低冷杏仁品种才是可行的。在其他情况下,即使从长远来看,一些开心果和桃子品种在该国西北部地区也可能是可行的(本穆萨等人,2020);弗拉加和桑托斯考虑了未来的冷热积累及其对葡萄牙不同水果生产的影响。他们预计冬季寒冷将大幅下降,这将对该国最内陆地区产生更严重的影响。北方苹果产区将尤其受到寒冷减少的影响。作者还预计热量积累会增加,对该国南部和沿海地区的影响更大。他们强调,由于物候阶段的提前,这一事实可能会增加霜冻损害的风险(罗德里格斯等人,2019, 2021; 弗拉加和桑托斯,2021)将西班牙一些温带水果产区的现状与未来气候变化情景中寒气累积的情况进行了比较。他们预测,即使在不久的将来,一些地区(例如东南部或瓜达尔基维尔地区)也会出现严重的寒冷损失。对于遥远的未来(>2070),这些作者表示,考虑到当前的种植区域,李子、杏仁和苹果品种可能会因缺乏寒冷而受到严重影响(罗德里格斯等人,2019, 2021).
在这项研究中,我们使用 270 年至 2000 年期间 2020 个气象站的数据评估了西班牙不同地区与核果适应相关的主要农业气候变量,包括最重要核果生产的地区。伴随着未来的温度预测,以估计寒冷和热量积累的演变以及与当前情况相比的未来霜冻和早期异常高温事件的概率。这些信息对于做出与建立新果园、搬迁现有果园或选择最佳品种以获得长期利润相关的最佳决策非常有用。
这项研究的主要贡献是我们同时分析了与核果适应相关的不同农业气候变量。不仅需要积累冷量来满足研究中的 CR 要求 罗德里格斯等人。 (2019年, 2021) 还包括正常开花所需的热量积累、霜冻风险,以及文献中很少量化的一个变量:冬季异常高温事件的可能性,该事件可以促进休眠释放,对水果产量、质量和产量产生负面影响,正如之前所报道的那样过去几年在温暖地区观察到。我们使用来自非常密集的气象站网络的数据,这些数据为当前情况提供了准确的指标。我们重点关注当前的生产地区,因为有关气候变暖适应的决策可能会在这些地区做出,因为这些地区已经掌握了合适的技术和知识。在这些地区,作物迁移会产生不良的社会经济后果和人口减少。此外,为了描述当前的情况,我们使用了每小时的实际温度而不是估计的温度,与其他从每日温度中插值每小时温度的研究相比,这使得结果更加准确。使用的分辨率(∼5 km)比西班牙其他类似研究的分辨率要好(罗德里格斯等人,2019, 2021; 洛里特等人,2020)并有助于甚至在地方层面做出决策。
材料和方法
气候数据和农业气候变量
来自西班牙主要核果产区 340 个气象站的气候数据(参见 图1)用于评估农业气候指标。数据包括主要气候变量,包括平均、最高和最低温度 (°C)、相对湿度 (%)、降雨量 (mm)、蒸散量 (ETo, mm) 和太阳辐射 (W/m)2)。在一些考虑的站点中发现了不完整的记录和问题。应用西班牙法规后(UNE 500540, 2004),最终选定270个站。每小时的温度数据是完整的,但与维护事件相对应的空闲时间未填充,因为它们占总数的百分比可以忽略不计。使用2000-2020年期间的平均每小时气温来计算主要农业气候变量,包括寒热积累以及冬季潜在有害霜冻和异常高温事件的概率。每个站点的完整年数因站点而异:从 5 到 21 年(中位数 = 20),具体取决于站点。
每年1月28日至次年XNUMX月XNUMX日期间计算各季节的寒冷累积量。犹他州(Richardson等,1974) 和动态 (菲什曼等人,1987)模型用于执行此计算。每个季节的热量积累是使用理查森 (Richardson) 计算的,从 1 月 8 日到 14 月 XNUMX 日(大约 XNUMX 周)Richardson等,1974)和安德森(Anderson等,1986) 模型,提供以生长度小时 (GDH) 为单位的结果。每周霜冻和异常高温事件的概率计算如下:每周,如果温度在至少连续三个小时内低于-1°C,则发生霜冻事件。然后,特定一周内发生霜冻事件的概率定义为研究期间该周至少发生一次霜冻事件的次数除以所考虑的年数。同样,如果温度至少连续三个小时升至 25°C 以上,就会发生异常热事件。然后,按照霜冻事件的解释计算异常热事件发生的概率。第一周从 1 月 1 日开始。对于霜冻事件,2 至 10 周被视为具有代表性的潜在危险周。在温暖地区,该范围的前几周(即第 2 周到第 5-6 周)将是最危险的,而其余的周(即第 5-6 周到第 10 周)将是寒冷地区的关键时期。对于异常高温事件,考虑的时间范围为上一年的第 49 周(8 月初)到第 XNUMX 周(XNUMX 月底),此时这些事件可能会促进与后期生产问题相关的早期休眠释放。
未来情景
关于未来情景,使用了西班牙国家气象局(AEMET)计算的温度预测。近年来,AEMET 一直在制作一套针对西班牙的缩小尺度气候变化参考预测,要么将统计缩小尺度技术应用于全球气候模型 (GCM) 的输出,要么利用通过欧洲项目或国际倡议动态缩小尺度技术生成的信息例如 PRUDENCE、ENSEMBLES 和 EURO-CORDEX(Amblar-Frances 等人,2018)。在本研究中,我们使用基于人工神经网络的统计降尺度来预测每日温度(即最高和最低温度)。这已被评估为在西班牙当前和未来情景下进行气候预测的合适方法,同时减少了 GCM 模型偏差(埃尔南茨等人,2022a,b)在5公里分辨率的网格上。考虑了两个时间范围,即 2025-2045 年(以 2035 年为特征)和 2045-2065 年(以 2055 年为特征),以提供短期和中期结果。考虑了两个代表性浓度途径,即 RCP4.5 和 RCP8.5(范·乌伦等人,2011)。值得注意的是,本研究中使用了 11 个 GCM(表1)。结果是使用 合奏 方法 (谢苗诺夫和斯特拉托诺维奇,2010; 瓦拉赫等人,2018),其中由所有模型计算的预测指标(例如冷热积累或概率)的平均值用于后续步骤。使用 chillR 软件包根据每日温度模拟计算农业气候指数的每小时温度(吕德林,2019).
表1
表1。 本研究中使用的全球气候模型列表。
为了比较当前和未来情景中的农业气候变量,将气象站的实际位置与其距网格最近的点进行了比较。气象站到网格中最近点的最大、最小和平均距离分别为 3.87、0.26 和 2.14 公里。在所有情况下(当前和未来情景),所考虑的气象站周围的插值区域(即距最近气象站不超过 50 公里)均使用反距离加权方法计算。
成果
寒意累积
如上所述,使用两个模型来计算寒冷累积,即犹他州(以寒冷单位为单位)和动态模型(以部分为单位)。使用所有站的整个期间内总累积冷量的平均值,发现两个指数之间存在非常高的相关性(R2 = 0.95, 补充图1)。因此,仅使用其中之一(部分)来呈现结果。 图2 显示不同考虑时期内平均寒冷部分的空间模式。从目前的情况来看,有几个地区的寒气积累量较高(≥75份),如埃布罗河谷、埃斯特雷马杜拉北部以及地中海的一些内陆地区。仅在地中海和瓜达尔基维尔河谷发现寒冷累积量低于 60 份(某些偏远地区甚至低于 50 份)的温暖地区。未来情景显示,埃斯特雷马杜拉北部和地中海一些内陆地区温暖地区的累积寒气明显减少。埃布罗河谷累积寒气的减少将在该地区的东部产生,而即使在最悲观的情况下(例如2055_RCP8.5),内陆地区也将积累显着的冬季寒气。正如预期的那样,全球变暖对冬季寒冷减弱的影响在 2055_RCP8.5 情景中更为强烈。 补充表格1–4 显示所考虑的时间段(1 月 2000 日至 2020 月底)的平均寒冷累积量,部分针对每个考虑的未来情景中的所有位置和模型。显示了 XNUMX 个模型输出的平均值,以及 XNUMX-XNUMX 年期间记录的累积冷量以供比较。
图2
图2。 西班牙主要石材产区当前情况(大约 2000-2020 年)、两个时间范围(2025-2045 年和 2045-2065 年)和两个未来情景(RCP4.5 和 RCP8.5)的冷量积累。
为了检查预期的寒冷累积量下降是否会对根据当前寒冷累积量的地点产生类似的影响,对 270 个气象站进行了分类,按照当前情景中的平均累积部分将它们划分为:低累积量(< 60份,34站),中积累(60份至80份,121站),高积累(80份以上,115站)。 图3 显示三种类型位置的每种场景中累积部分的箱线图。根据每种情况,观察到的寒冷累积下降符合预期。就当前情景和未来情景之间的中值差异而言,这三种类型的位置似乎表现出相同的行为(这意味着低积累区域的百分比损失较高)。然而,数据的传播却截然不同。低和高冷积聚区域显示出比中等区域更低的离散度(在分布的低端有一些异常值),中等区域呈现出更高的离散度,但没有异常值。对高寒积累区域的这些异常值的分析表明,所有四种未来情景的异常值都对应于地中海内陆位置 (Játiva)。对于低冷积累区域,每种情况(包括当前情况)的异常值都对应于地中海沿岸位置(阿尔梅里亚)。低冷积聚区域分布高端的异常值对应于地中海内陆地区(即蒙特萨、卡洛萨德萨里亚和穆尔西亚),尽管它们可能是人为因素,因为预测预测未来的冷积聚会比当前更多设想。它们可能是由于气象站的实际位置与未来预测网格中最近的点之间可能存在的气候差异造成的。
图3
图3。 所有情景中低(<60 部分)、中(60 到 80 部分)和高(>80 部分)冷量累积站的累积冷量箱线图,参考当前情景。
热量积累
类似于冷积累,使用两个模型(即理查森和安德森模型)计算热积累。两个模型的结果之间也发现了高度相关性(R2 = 0.998, 补充图2)。因此,仅使用安德森模型的结果来呈现结果。 图4 显示不同考虑时期内平均 GDH 的空间模式。所有关于 GDH 的情景似乎都与其相应的寒冷累积情景呈负相关(图2)。积冷量低的地方热量积聚量高,反之亦然。随着未来情景中寒冷积累的减少,每个区域的热量积累会成比例增加。例如,当前情景和 2055_RCP8.5 情景中损失的冷量积累和获得的热量积累之间的皮尔逊相关系数为 0.68(p-值 < 1e - 15).
图4
图4。 西班牙主要石材产区当前情况(大约2000-2020年)、两个时间范围(2025-2045年和2045-2065年)和两种未来情景(RCP4.5和RCP8.5)的热量积累
与寒冷累积情况一样,GDH 增加的影响在 2055_RCP8.5 情景中正如预期的那样更加强烈。 补充表格5–8 显示每个考虑场景中所有位置和模型在考虑期间(1 月 8 日至 2000 月 2020 日)GDH 中的平均热量积累。显示了 XNUMX 个模型输出的平均值,以及 XNUMX 年至 XNUMX 年期间记录的累积热量以供比较。
霜冻和异常高温事件概率
上述定义的霜冻事件的概率显示在 图5 比较当前情景以及 2_RCP10 和 2035_RCP4.5 情景的第 2055-8.5 周(仅概率 ≥ 10%)。在目前的情况下,霜冻事件的可能性很大,特别是在埃布罗河谷地区,以及埃斯特雷马杜拉北部和地中海内陆地区。正如预期的那样,霜冻概率从第 2 周下降到第 10 周,但埃布罗河谷的一些特定地点在第 10 周仍然出现霜冻的可能性很大。分析的未来情景 图5 就温升而言,分别是最乐观的(即2035_RCP4.5)和最悲观的(即2055_RCP8.5)。埃斯特雷马杜拉发生霜冻事件的概率消失,所有地区的霜冻概率均有所下降,而埃布罗河谷地区和地中海内陆一些偏远地区的霜冻概率有所减少,即使在第 10 周也显示出高于 10% 的概率。与目前的情况一样,霜冻概率从第 2 周至第 10 周。值得注意的是,2035_RCP4.5 和 2055_RCP8.5 情景在霜冻事件的概率方面呈现出相似的情况,表明埃布罗河谷和一些地中海内陆地区在所有考虑的情景中都将经历霜冻事件。
图5
图5。 当前、2_RCP10 和 2035_RCP4.5 情景下西班牙主要石材产区 2055 至 8.5 周内发生霜冻事件的概率。
讨论与结论
本研究试图利用遍布这些地区的 270 个气象站的历史农业气候数据(特别是温度)来描述西班牙主要核果产区的特征,并将结果与两个时间范围和 RCP 情景的未来预测进行比较。研究区域的选择基于以下事实:当前和未来有关核果(即桃、杏、李子和甜樱桃)种植的决定将主要在当前产区内做出,这些产区的知识和经验丰富。种植这些作物的技术已得到广泛应用。因此,这项研究并不关注未来其他潜在的核果种植地点。
主要计算变量,即冷量和热量积累表明,从农业气候的角度来看,所考虑的地区是相当不同的,并且气候变化将产生重要影响,特别是在中期,特别是在最温暖的地区。用于计算其中任何一个的模型(即,Utah 和 Dynamic 计算寒冷,Richardson 和 Anderson 计算热量积累)显示出非常高的相关性,正如先前发现的那样 鲁伊斯等人。 (2007年, 2018).
预计所有地区的寒冷累积都会减少,这与地中海地区之前的研究一致(本穆萨等人,2018, 2020; 罗德里格斯等人,2019; Delgado等,2021; 弗拉加和桑托斯,2021)。所有研究地区的寒冷积累减少的绝对值都相似,但最温暖的地区(即地中海地区和瓜达尔基维尔河谷)在核果种植适宜性方面可能受到更大的影响,因为它们目前的情况已经限制了核果的种植。许多品种。在埃布罗河谷和埃斯特雷马杜拉等寒冷地区,积寒量下降原则上不会成为继续耕种的障碍,尽管在埃斯特雷马杜拉和地中海的一些特定寒冷地区,积寒量下降会比其他寒冷地区更加剧烈。值得注意的是,根据 图3,观察到当前情况和不久的将来之间的寒冷积累突然下降。所用网格的分辨率,即使精细(∼5 km)也可能是造成这种影响的原因。导致预测值与实际值之间的差异被夸大的其他可能的差异来源可能是在缩小过程中未完全最小化剩余的 GCM 模型偏差,或者我们正在将计算与实际每小时温度(即当前的温度)进行比较这一事实。情景)并使用从预计的每日最高和最低温度得出的理想化温度曲线进行计算(林维尔,1990)对于未来的场景。 Rodríguez 等人在不久的将来也观察到了类似的突然下降,他们预测 30 年至 2021 年期间西班牙某些地区的冷藏部分将减少多达 2050 个(罗德里格斯等人,2019),这与我们的结果一致。 本穆萨等人。 (2020), 德尔加多等人。 (2021)及 弗拉加和桑托斯 (2021) 还分别报告了突尼斯、葡萄牙和阿斯图里亚斯(西班牙北部)的历史情景和未来情景之间的突然下降。与我们的案例一样,这些研究还表明,无论考虑 RCP,在不久的将来不会出现累积寒气的重要差异。与寒气积累相反,热量积累在所有情景下都会上升(特别是在2055_RCP8.5,如预期),其演变与寒气积累相反。这也被观察到 弗拉加和桑托斯 (2021) 葡萄牙
还计算了对产量和产量产生重要影响的几周内发生霜冻和异常高温事件的概率(例如,休眠释放前的晚霜或异常高温事件)。就目前情况而言,正如预期的那样,寒冷地区霜冻事件更加频繁。过去几年,关键几周的异常高温事件集中在地中海地区,但概率很低。对这些变量的未来估计表明,几周内的霜冻事件可能会影响核果产量(米兰达(Miranda)等人,2005; 朱利安等人,2007)将随着世纪的进步而减少,并且 RCP8.5 的频率会降低,这与之前的研究一致(莱奥里尼等人,2018)。然而,即使在最温暖的情况下(即2055_RCP8.5, 图5)。霜冻事件的温度和暴露时间的定义与现有品种的物候阶段密切相关(米兰达(Miranda)等人,2005)。鉴于可能的核果品种多种多样(从非常低到非常高的 CR),以及分析地点的数量(从寒冷到温暖),在本研究中建立特定品种/地点霜冻事件定义是不可行的,因为大量的涉及的信息。这些类型的研究通常使用几个地点和/或品种进行,例如由 洛里特等人。 (2020) 西班牙的杏仁, 费尔南德斯等人。 (2020) 在智利,他们计算出在九个考虑地点中种植的最具代表性的落叶果树品种开花期间的最低温度低于 0°C,或 帕克等人。 (2021) 他们考虑了三个物种(即杏仁、鳄梨和橙子)的不同温度和物候阶段,同时还通过考虑三个温度(0、-2 和 +2°C)和暴露时间对该区域进行了一般表征。我们选择-1°C和至少连续三个小时的目的是为了表征霜冻事件的演变,而不是将具体损害与特定品种联系起来,这需要进行不同的研究。这一定义是在征求专家意见后采用的。由于 CR 和 HR 品种数量众多,以及本研究中考虑区域的温度状况的多样性,我们选择了所有(或大多数)品种/位置组合都可以进行的周(从 2 到 10 周)。根据其物候阶段容易遭受霜害。出于决策目的,生产者应选择最适合其特定情况(即品种/位置)的地图来做出最佳决策。一般来说,温暖地区和/或早花品种将与所考虑范围内的前几周相关,而寒冷地区和/或晚花品种将与所考虑范围内的后几周相关。冬季异常的高温事件可能会促进内休眠提前释放,从而对生产产生负面影响(维蒂和蒙特莱昂内,1995; 罗德里戈和埃雷罗,2002; 拉德维格等人,2019),将在2月中下旬主要在瓜达尔基维尔河谷、地中海沿岸地区以及埃斯特雷马杜拉和埃布罗河谷的部分地区增加(图6)。文献中通常没有提及该指标的量化,但正如近年来观察到的那样,可能会在温暖地区引发重要的生产问题。同样,将温度设置为 25°C 或以上至少连续三个小时来定义此类事件也是出于专家的意见。与霜冻事件的概率类似,我们根据物候阶段选择了所有(或大多数)品种/地点组合可能容易受到这些事件影响的周(从 49 到 8 周)。一般来说,温暖地区和/或早花品种将与所考虑范围内的前几周相关,而寒冷地区和/或晚花品种将与所考虑范围内的后几周相关。
本研究计算的农业气候指标为生产者从适应性角度选择每个产区最合适的品种提供了有价值的信息。每个品种都有其打破休眠的 CR(坎波伊等人,2011b; Fadón 等人,2020b)。预计未来情景中寒冷积累的减少可能会导致当前种植的品种在某些地区无法满足其 CR,特别是已经温暖的地中海和瓜达尔基维尔河谷地区。这将涉及不完全的内休眠释放,从三个主要方面影响果树,即花芽掉落(从而开花不良)、开花和发芽延迟以及两个过程缺乏均匀性,从而导致严重的生产问题。莱加夫等人,1983; 埃雷兹,2000; 阿特金森等人,2013)。所有这些都会给生产者造成重大的经济损失。在这种情况下,尽管目前关于核果树的信息相对匮乏,但有关不同品种的 CR 的知识至关重要(Fadón 等人,2020b),包括桃子(Maulión 等人,2014), 杏 (鲁伊斯等人,2007), 李子 (鲁伊斯等人,2018)和甜樱桃(阿尔伯奎克等人,2008).
在地中海和瓜达尔基维尔河谷等温暖地区,目前累积冷量低于60份,种植CR在30至60份之间的早熟品种。在所有分析的未来情景中,这些品种的 CR 履行可能面临风险(图2)。为了确保不同物种/品种对这些地区的适应性,可能需要搬迁,一些品种应转移到附近地区(地中海地区的内陆地区或瓜达尔基维尔河谷的埃斯特雷马杜拉地区)即使在未来的情况下,CR 也能得到满足,霜冻风险预计会降低。在这种背景下,引入或开发具有极低CR的品种成为现有物种/品种育种计划中需要考虑的关键目标,特别是适合温暖地区,而当前品种的适应能力在未来将面临风险。场景。否则,这些地区将无法保持与核果生产相关的生产和经济活动。除此之外,还可以应用不同的农艺实践和策略,以最大限度地减少这些地区至少在局部的寒冷积累下降。在温暖地区的核果生产中,已经描述了在达到 CR 之前应用生物刺激剂打破休眠或在不同休眠阶段使用遮阳网的情况(吉尔里斯和布坎南,1981; 埃雷兹,1987; Costa等人,2004; 坎波伊等人,2010; 佩特里等人,2014),尽管还必须进行进一步的研究和优化,以使这些技术更加有效并促进其系统化使用。相比之下,在最冷的产区,如埃布罗河谷、埃斯特雷马杜拉北部和地中海地区的一些内陆地区,预计霜冻事件将会减少,这可能会允许比现有品种更早的品种,从而扩大可行品种的数量,因此,向市场提供的产品对该地区具有积极的经济影响。总体而言,在所有产区,至关重要的是考虑当前种植的品种并分析哪些品种处于其CR履行的边缘以替代或移动它们或引入上述管理实践以确保适应新的气候变化场景。
关于热量积累,未来情景预测该变量在所有考虑的区域都会增加(图4)。在温暖和中间地区,这一变量不像寒气积累那样具有决定性,但会对物候产生相关影响,导致开花日期提前,从而增加潜在的冻害风险。莫塞代尔等人,2015; 温特伯格等人,2018; Ma等,2019)。另外一点,开花提前也将涉及成熟提前(佩努拉斯和菲莱拉,2001; 坎波伊等人,2011b),生产商必须考虑到这一点,以战略性地将其产品投放市场。相反,在寒冷地区,目前热量积累不足会损害物候发育和果实生长(Fadón 等人,2020a)。这些目前寒冷的地区将受到未来情景中预计热量积累增加的青睐。如图所示 图6未来,在果树尚未解除休眠的日期,异常高温事件将会更加频繁,特别是在瓜达尔基维尔河谷和地中海地区等温暖地区。当 CR 被部分覆盖(约 60-70%)时,这些事件可能会产生非常负面的影响,导致休眠释放不完全,可能涉及营养和开花问题,对坐果和产量产生负面影响。罗德里戈和埃雷罗,2002; 坎波伊等人,2011a).
无论如何,寒冷和热量积累状况的变化不会对所有品种及其位置产生共同影响,因为在休眠释放或开花日期预测方面,对于平衡寒冷/热量积累可能会产生一些补偿效应(Pope等人,2014)。此外,由于空间异质性,在非常局部范围内的位置农业气候特征可能需要对数据进行特定校准(洛里特等人,2020)就最佳品种选择做出最佳决策。这项研究中提出的结果不仅对核果生产有用,而且对现有地区极其重要的其他温带水果有用,例如拉里奥哈(埃布罗河谷)或其他地区的葡萄树。这些结果可以作为决策支持系统的基础,帮助生产者做出中长期的最佳战略决策(例如品种选择、迁移和缓解管理实践的实施)。
数据可用性声明
研究中提出的原始贡献包含在文章/补充材料,进一步询问可直接联系相应作者。
作者贡献
MC、JG-B、JG 和 DR 构思并设计了本研究。 MC提供了当前情景的农业气候数据。 JAE 对未来情景进行了计算。 JAE 和 DR 撰写了手稿的主要部分。 JE 提供了有关技术农艺方面的信息。 JG 管理资助这项研究的创新项目。所有作者都修改了文档并批准了提交的版本。
资金
西班牙农业、渔业和食品部通过创新项目“核果行业适应气候变化”(参考号:MAPA-PNDR 20190020007385)和 PRIMA(欧盟 H2020 框架下支持的计划)提供了财政支持研究和创新计划(“AdaMedOr”项目;西班牙科学与创新部的拨款号 PCI2020-112113)。
利益冲突
作者声明,研究是在没有任何可被解释为潜在利益冲突的商业或金融关系的情况下进行的。
出版商的说明
本文中表达的所有声明仅代表作者的声明,并不一定代表其附属组织或出版商、编辑和审稿人的声明。 本文中可能评估的任何产品,或可能由其制造商做出的声明,均不受出版商的保证或认可。
致谢
我们感谢西班牙“核果行业适应气候变化”行动小组(FECOAM、FECOAV、ANECOOP、Frutaria、Basol Fruits、Fundación Universidad-Empresa de la Región de Murcia、Fundación Cajamar)的所有成员为该项目的发展。我们感谢 AEMET 在其网页上提供的数据(http://www.aemet.es/es/serviciosclimaticos/cambio_climat/datos_diarios).
补充材料
本文的补充材料可在以下网址找到: https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fpls.2022.842628/full#supplementary-material
补充图 1 | 所有气象站当前情景的平均累积部分与寒冷单位之间的相关性。
补充图 2 | 所有气象站当前情景下安德森和理查森模型的平均累积 GDH 之间的相关性。
参考资料
Alburquerque, N.、García-Montiel, F.、Carrillo, A. 和 Burgos, L. (2008)。甜樱桃品种的冷热需求以及海拔高度与冷热需求满足概率的关系。 环境。 经验。 机器人。 64、162–170。 doi:10.1016/j.envexpbot.2008.01.003
Amblar-Frances, MP、Pastor-Saavedra, MA、Casado-Calle, MJ、Ramos-Calzado, P. 和 Rodríguez-Camino, E. (2018)。为西班牙影响力社区提供气候变化预测的生成策略。 副词。科学。资源。 15,217-230。
Anderson, JL、Richardson, EA 和 Kesner, CD (1986)。 “蒙莫朗西”酸樱桃冷却装置和花芽物候模型的验证。 园艺学报。 1986 年,71-78。 doi: 10.17660/ActaHortic.1986.184.7
阿特金森,CJ、布伦南,RM 和琼斯,HG (2013)。寒冷的减少及其对温带多年生作物的影响。 环境。 经验。 机器人。 91、48–62。 doi:10.1016/j.envexpbot.2013.02.004
Benmoussa, H.、Ben Mimoun, M.、Ghrab, M. 和 Luedeling, E. (2018)。气候变化威胁着突尼斯中部的坚果园。 诠释。 J. Biometeorol。 62, 2245–2255. doi: 10.1007/s00484-018-1628-x
Benmoussa, H.、Luedeling, E.、Ghrab, M. 和 Ben Mimoun, M. (2020)。严重的冬季寒冷减弱影响了突尼斯的果园和坚果园。 爬升。陈. 162, 1249–1267. doi: 10.1007/s10584-020-02774-7
Campoy, JA、Ruiz, D.、Cook, N.、Allderman, L. 和 Egea, J. (2011a)。低温杏“Palsteyn”的高温和发芽时间。更好地了解冷热需求的满足。 科学。园艺。 129、649–655。 doi:10.1016/j.scienta.2011.05.008
Campoy, JA、Ruiz, D. 和 Egea, J. (2011b)。全球变暖背景下温带果树的休眠:综述。 科学。园艺。 130、357–372。 doi:10.1016/j.scienta.2011.07.011
Campoy, JA、Ruiz, D. 和 Egea, J. (2010)。暖冬气候下遮光和噻苯隆+油处理对杏休眠打破、开花和坐果的影响 科学。园艺。 125、203–210。 doi:10.1016/j.scienta.2010.03.029
Chmielewski, F.-M.、Götz, K.-P.、Weber, KC 和 Moryson, S. (2018)。气候变化和春季霜冻对德国甜樱桃造成损害。 诠释。 J. Biometeorol。 62, 217–228. doi: 10.1007/s00484-017-1443-9
Chylek, P.、Li, J.、Dubey, MK、Wang, M. 和 Lesins, G. (2011)。观测并模型模拟 20 世纪北极温度变化:加拿大地球系统模型 CanESM2。 大气。化学。物理。讨论。 11, 22893–22907. doi: 10.5194/acpd-11-22893-2011
Costa, C.、Stassen, PJC 和 Mudzunga, J. (2004)。用于南非仁果和核果行业的化学破息剂。 园艺学报。 2004 年,295-302。 doi: 10.17660/ActaHortic.2004.636.35
Delgado, A.、Dapena, E.、Fernandez, E. 和 Luedeling, E. (2021)。西班牙西北部苹果树休眠期间的气候要求——全球变暖可能威胁高寒品种的种植。 欧元。 J.阿格伦。 130:126374。 doi:10.1016/j.eja.2021.126374
Delworth, TL、Broccoli, AJ、Rosati, A.、Stouffer, RJ、Balaji, V.、Beesley, JA 等。 (2006)。 GFDL 的 CM2 全球耦合气候模型。第一部分:公式化和模拟特性。 J.克莱姆。 19, 643–674。编号:10.1175/JCLI3629.1
Dufresne, J.-L.、Foujols, M.-A.、Denvil, S.、Caubel, A.、Marti, O.、Aumont, O. 等。 (2013)。使用 IPSL-CM5 地球系统模型进行气候变化预测:从 CMIP3 到 CMIP5。 爬达因 40, 2123–2165. doi: 10.1007/s00382-012-1636-1
埃雷兹,A.(1987)。化学控制发芽。 HortScience 22,1240-1243。
埃雷兹,A.(2000)。 “芽休眠;热带和亚热带的现象、问题和解决方案”,载于 温暖气候下的温带水果作物,编辑。 A.埃雷兹(多德雷赫特:施普林格),17-48。号码:10.1007/978-94-017-3215-4_2
Fadón, E.、Fernandez, E.、Behn, H. 和 Luedeling, E. (2020a)。落叶乔木冬季休眠的概念框架。 农艺学 10:241。 doi:10.3390/农学10020241
Fadón, E.、Herrera, S.、Guerrero, BI、Guerra, ME 和 Rodrigo, J. (2020b)。温带核果树(Prunus sp.)的冷热需求。 农艺学 10:409。 doi:10.3390/农学10030409
粮农组织统计数据库(2019)。 粮食和农业数据。 罗马:粮农组织。
Fernandez, E.、Whitney, C.、Cuneo, IF 和 Luedeling, E. (2020)。整个 21 世纪智利落叶水果生产的冬季寒冷减少的前景。 爬升。陈. 159, 423–439. doi: 10.1007/s10584-019-02608-1
Fishman, S.、Erez, A. 和 Couvillon, GA (1987)。植物休眠打破的温度依赖性:涉及合作转变的两步模型的数学分析。 J.理论。 生物学。 124, 473–483. doi: 10.1016/S0022-5193(87)80221-7
Fraga, H. 和 Santos, JA (2021)。评估气候变化对葡萄牙主要新鲜水果产区的冷却和强制的影响。 面前。 植物科学 12:1263。 doi: 10.3389/fpls.2021.689121
PR 吉尔里斯和 DW 布坎南 (1981)。 “Sungold”和“Sunlite”油桃的花芽和营养芽发育受到休息期间头顶喷水蒸发冷却的影响。 J. Am.苏克。园艺。科学。 106,321-324。
Giorgetta, MA、Jungclaus, J.、Reick, CH、Legutke, S.、Bader, J.、Böttinger, M. 等。 (2013)。耦合模型比对项目第 1850 阶段的 MPI-ESM 模拟中 2100 年至 5 年的气候和碳循环变化。 J.Adv。模型。地球系统。 5、572-597。 doi:10.1002/jame.20038
Giorgi, F. 和 Lionello, P. (2008)。地中海地区气候变化预测。 全球。行星。陈. 63、90–104。 doi:10.1016/j.gloplacha.2007.09.005
郭 L.、戴 J.、王 M.、徐 J. 和 Luedeling, E. (2015)。温带树木春季物候对气候变暖的响应——以中国杏子开花为例. 农业。为了。梅泰罗尔。 201,1-7。 doi:10.1016/j.agrformet.2014.10.016
郭L.,王J.,李明,刘L.,徐J.,程J.,等。 (2019)。分布边缘作为自然实验室来推断物种开花对气候变暖的反应以及对霜冻风险的影响。 农业。为了。梅泰罗尔。 268,299-307。 doi:10.1016/j.agrformet.2019.01.038
Hatfield, JL、Sivakumar, MVK 和 Prueger, JH(编辑)(2019 年)。 农业气候学:将农业与气候联系起来。第一版。麦迪逊:美国农学会。
Hernanz, A.、García-Valero, JA、Domínguez, M.、Ramos-Calzado, P.、Pastor-Saavedra, MA 和 Rodríguez-Camino, E. (2022a)。西班牙气候变化预测统计降尺度方法的评估:具有完美预测的现状。 国际。 J.Climatol。 42、762–776。 doi:10.1002/joc.7271
Hernanz, A.、García-Valero, JA、Domínguez, M. 和 Rodríguez-Camino, E. (2022b)。西班牙气候变化预测统计降尺度方法的评估:伪现实的未来条件(可转移性实验)。 国际。 J.Climatol。 2022:7464。 doi:10.1002/joc.7464
政府间气候变化专门委员会(2021 年)。 2021 年气候变化:物理科学基础。第一工作组对政府间气候变化专门委员会第六次评估报告的贡献。 剑桥:剑桥大学出版社。
季大、王丽、冯建、吴清、程红、张清等。 (2014)。北京师范大学地球系统模型(BNU-ESM)第1版的描述和基本评价。 地理学。模型开发 7, 2039–2064. doi: 10.5194/gmd-7-2039-2014
Julian, C.、Herrero, M. 和 Rodrigo, J. (2007)。杏 (Prunus ameniaca L.) 的花芽掉落和花前霜冻损害。 J.应用程序。机器人。食品质量。 81,21-25。
Ladwig, LM、Chandler, JL、Guiden, PW 和 Henn, JJ (2019)。极端的冬季温暖事件导致许多木本物种异常提早发芽。 Ecosphere 10:e02542。 doi:10.1002/ecs2.2542
Legave, JM、Garcia, G. 和 Marco, F. (1983)。法国南部杏树上观察到的花蕾或幼花掉落过程的一些描述性方面。 园艺学报。 1983 年,75-84。 doi: 10.17660/ActaHortic.1983.121.6
Leolini, L.、Moriondo, M.、Fila, G.、Costafreda-Aumedes, S.、Ferrise, R. 和 Bindi, M. (2018)。晚春霜冻对欧洲未来葡萄树分布的影响。 田间作物水库。 222、197-208。 doi:10.1016/j.fcr.2017.11.018
特拉华州林维尔 (1990)。根据每日最高和最低温度观测值计算冷却时间和冷却单位。 HortScience 25,14-16。
Lorite, IJ、Cabezas-Luque, JM、Arquero, O.、Gabaldón-Leal, C.、Santos, C.、Rodríguez, A. 等。 (2020)。物候在气候变化影响和木本作物适应策略中的作用:南欧杏仁园的案例研究。 农业。为了。梅泰罗尔。 294:108142。 DOI:10.1016/j.agrformet.2020.108142
Luedeling,E.(2012)。气候变化对温带水果和坚果生产冬季寒冷的影响:综述。 科学。园艺。 144、218–229。 doi:10.1016/j.scienta.2012.07.011
吕德林,E.(2019)。 chillR:温带果树物候分析的统计方法。 R 包版本 0.70.21。
Luedeling, E.、Girvetz, EH、Semenov, MA 和 Brown, PH (2011)。气候变化影响温带果树和坚果树的冬季寒冷。 公共科学图书馆之一 6:e20155。 doi:10.1371 / journal.pone.0020155
Luedeling, E.、Schiffers, K.、Fohrmann, T. 和 Urbach, C. (2021)。 PhenoFlex – 预测温带果树春季物候的综合模型。 农业。为了。梅泰罗尔。 307:108491。 DOI:10.1016/j.agrformet.2021.108491
Ma, Q.、Huang, J.-G.、Hänninen, H. 和 Berninger, F. (2019)。随着近期气候变暖,欧洲春季树木遭受霜冻损害的风险呈现出不同的趋势。 全球。陈.生物。 25、351–360。号码:10.1111/gcb.14479
Mahmood, A.、Hu, Y.、Tanny, J. 和 Asante, EA (2018)。遮阳和防虫纱窗对作物小气候和生产的影响:最新进展回顾。 科学。园艺。 241、241–251。 doi:10.1016/j.scienta.2018.06.078
Maulión, E.、Valentini, GH、Kovalevski, L.、Prunello, M.、Monti, LL、Daorden, ME 等。 (2014)。油桃和桃基因型开花所需冷热需要量估算方法的比较。 科学。园艺。 177、112–117。 doi:10.1016/j.scienta.2014.07.042
医学ECC(2020)。 地中海盆地的气候和环境变化——现状和未来的风险第一份地中海评估报告。 马赛:MedECC。 doi:10.5281/zenodo.4768833
Miranda, C.、Santesteban, LG 和 Royo, JB (2005)。一些栽培李树品种霜温与损伤程度之间关系的变异性。 HortScience 40、357–361。 doi:10.21273/HORTSCI.40.2.357
Miranda, C.、Urrestarazu, J. 和 Santesteban, LG (2021)。 fruclimadapt:用于温带水果物种气候适应评估的 R 包。 计算。 电子。 农业。 180:105879。 doi:10.1016/j.compag.2020.105879
Mosedale, JR、Wilson, RJ 和 Maclean, IMD (2015)。气候变化和作物暴露在恶劣天气下:霜冻风险和葡萄开花条件的变化。 公共科学图书馆之一 10:e0141218。 doi:10.1371 / journal.pone.0141218
奥尔森,JE 和宾迪,M. (2002)。气候变化对欧洲农业生产力、土地利用和政策的影响。 欧元。 J.阿格伦。 16, 239–262. doi: 10.1016/S1161-0301(02)00004-7
Parker, L.、Pathak, T. 和 Ostoja, S. (2021)。气候变化减少了加州高价值果园作物的霜冻暴露。 科学 总环境。 762:143971。 doi:10.1016/j.scitotenv.2020.143971
Peñuelas, J. 和 Filella, I. (2001)。对全球变暖的反应。 科学 294,793-795。 doi:10.1126 / science.1066860
Petri, JL、Leite, GB、Couto, M.、Gabardo, GC 和 Haverroth, FJ (2014)。化学诱导发芽:取代氰氨化氢的新一代产品。 园艺学报。 2014 年,159-166。 doi: 10.17660/ActaHortic.2014.1042.19
Pope, KS、Da Silva, D.、Brown, PH 和 DeJong, TM (2014)。一种基于生物学的方法来模拟温带落叶树春季物候。 农业。为了。梅泰罗尔。 198,15-23。 doi:10.1016/j.agrformet.2014.07.009
Richardson, EA、Seeley, SD 和 Walker, DR (1974)。用于估计“Redhaven”和“Elberta”桃树休息完成情况的模型。 HortScience 9,331-332。
罗德里戈,J. 和埃雷罗,M. (2002)。开花前温度对杏花发育和坐果的影响。 科学。园艺。 92, 125–135. doi: 10.1016/S0304-4238(01)00289-8
Rodríguez, A.、Pérez-López, D.、Centeno, A. 和 Ruiz-Ramos, M. (2021)。根据冷积累,西班牙温带果树品种在气候变化下的生存能力。 农业。系统。 186:102961。 doi:10.1016/j.agsy.2020.102961
Rodríguez, A.、Pérez-López, D.、Sánchez, E.、Centeno, A.、Gómara, I.、Dosio, A. 等。 (2019)。气候变化下西班牙果树的冷积累。 纳特。危害地球系统。科学。 19, 1087–1103. doi: 10.5194/nhess-19-1087-2019
Ruiz, D.、Campoy, JA 和 Egea, J. (2007)。杏品种开花所需的冷热要求。 环境。 经验。 机器人。 61、254–263。 doi:10.1016/j.envexpbot.2007.06.008
Ruiz, D.、Egea, J.、Salazar, JA 和 Campoy, JA (2018)。日本李品种开花所需的冷热要求。 科学。园艺。 242、164–169。 doi:10.1016/j.scienta.2018.07.014
Scoccimarro, E.、Gualdi, S.、Bellucci, A.、Sanna, A.、Fogli, PG、Manzini, E. 等人。 (2011)。高分辨率耦合大气环流模型中热带气旋对海洋热传输的影响。 J.克莱姆。 24、4368–4384。 doi:10.1175/2011JCLI4104.1
Semenov, MA 和 Stratonovitch, P. (2010)。使用全球气候模型的多模型集合来评估气候变化影响。 爬升。资源。 41、1-14。号码:10.3354/cr00836
UNE 500540 (2004)。 自动气象站网络:站网络天气数据验证指南。 马德里:AENOR
Unterberger, C.、Brunner, L.、Nabernegg, S.、Steininger, KW、Steiner, AK、Stabentheiner, E. 等。 (2018)。气候变暖下地区苹果生产面临春季霜冻风险。 公共科学图书馆之一 13:e0200201。 doi:10.1371 / journal.pone.0200201
van Vuuren, DP、Edmonds, J.、Kainuma, M.、Riahi, K.、Thomson, A.、Hibbard, K. 等人。 (2011)。代表性浓度途径:概述。 爬升。陈. 109:5. doi: 10.1007/s10584-011-0148-z
维蒂,R. 和蒙特莱昂,P. (1995)。高温对两个不同生产力杏品种花芽异常的影响。 园艺学报。 1995 年,283-290。 doi: 10.17660/ActaHortic.1995.384.43
Volodin, EM、Dianskii, NA 和 Gusev, AV (2010)。使用 INMCM4.0 大气和海洋环流耦合模型模拟当今气候。 伊兹夫。气氛。海洋。物理。 46,414-431。 doi:10.1134 / S000143381004002X
Wallach, D.、Martre, P.、Liu, B.、Asseng, S.、Ewert, F.、Thorburn, PJ 等人。 (2018)。多模型集成改进了作物-环境-管理相互作用的预测。 全球。陈.生物。 24、5072–5083。号码:10.1111/gcb.14411
Watanabe, S.、Hajima, T.、Sudo, K.、Nagashima, T.、Takemura, T.、Okajima, H. 等。 (2011)。 MIROC-ESM 2010:模型描述和CMIP5-20c3m实验的基本结果。 地理学。模型开发 4, 845–872. doi: 10.5194/gmd-4-845-2011
吴T.,宋L.,李W.,王Z.,张红,辛X.,等。 (2014)。 BCC 气候系统模型开发和气候变化研究应用概述。 J.Meteorol。资源。 28, 34–56. doi: 10.1007/s13351-014-3041-7
Yukimoto, S.、Adachi, Y.、Hosaka, M.、Sakami, T.、Yoshimura, H.、Hirabara, M. 等。 (2012)。气象研究所新的全球气候模型:MRI-CGCM3——模型描述和基本性能。 J.Meteorol。苏克。日本。序列II 90、23-64。 doi:10.2151/jmsj.2012-A02
关键词: 李、核果、适应、寒冷积累、物候、霜冻风险、品种选择、农业气候指标
引文: Egea JA、Caro M、García-Brunton J、Gambin J、Egea J 和 Ruiz D (2022) 当前和未来气候变化情景下西班牙主要核果产区的农业气候指标:适应性观点的影响。 面前。 植物科学 13:842628。 doi: 10.3389/fpls.2022.842628
收稿日期: 23十二月2021; 公认: 02 May 2022;
出版日期: 08 2022月。
编辑:山根久代,日本京都大学
点评人:郭亮,西北农林科技大学,中国
吉尔蒂·拉贾戈帕兰,华盛顿州立大学,美国
版权 © 2022 Egea、Caro、García-Brunton、Gambin、Egea 和 Ruiz。这是一篇根据以下条款分发的开放获取文章 知识共享署名许可(CC BY)。 允许在其他论坛中使用,分发或复制,前提是原始作者和版权所有者被记入贷方,并且根据公认的学术惯例引用本期刊中的原始出版物。 不允许使用,分发或复制,不符合这些条款。
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