干旱和高温给植物带来压力,降低谷物产量。对于一些农民来说,灌溉是解决办法。我们许多人认为,灌溉通过提供土壤水分来提高作物产量,但事实证明,灌溉对作物的降温效果本身也很重要。
在一项基于美国的研究中,由伊利诺伊大学科学家领导的研究小组发现,灌溉带来的产量增加中有16%归因于降温。
“这项研究强调了降温对灌溉产量效益的不可忽视的贡献。随着全球变暖和干旱频率的增加,这种效应在未来可能变得更加重要,”Yan Li说,他是《全球变化生物学》研究的主要作者,曾在伊利诺伊大学自然资源与环境科学系担任博士后研究员。Yan现在是中国北京师范大学的副教授。
灌溉通过蒸腾作用和土壤蒸发相结合的方式来冷却作物。蒸腾作用只能在水供应充足的情况下发生;当根部感知到干燥的土壤时,植物会关闭气孔以防止水分流失。如果这种情况持续足够长的时间,植物会升温并遭受干旱压力,有时会导致产量减少。
由于土壤水分供应和温度如此密不可分,研究人员不得不开发一种创新的方法来分离出对产量的降温效应。该团队分析了卫星衍生的作物温度和生物量数据、灌溉地图以及2003年至2016年间内布拉斯加州的县级玉米产量。通过比较灌溉和雨养地点,他们发现灌溉使产量提高了81%,其中16%归因于降温,84%归因于水分供应。灌溉还使7月的地表温度相对于雨养地点降低了1.63摄氏度。
“在美国玉米带的灌溉部分种植的作物,主要在内布拉斯加州和中部其他一些西部州,都能感受到降温的好处,”Kaiyu Guan说,他是该项目的负责人,也是伊利诺伊大学自然资源与环境科学系和国家超级计算应用中心的Blue Waters教授。“作物在凉爽时感觉更快乐。”
根据Li的说法,分离出灌溉对产量的双重贡献将有助于更好地预测未来的产量。降温效应在之前的作物模型中大多被忽视了。
“当产量预测者开发他们的模型时,他们应该意识到降温是灌溉农田的另一个重要好处,他们需要考虑这一点。否则,他们可能会低估灌溉对产量的效益,”他说。
Guan补充说:“这不仅对目前灌溉的农田如内布拉斯加州重要。在变暖的气候下,我们设想作物将需要更多的水来生长相同的生物量,目前雨养的玉米带部分,如爱荷华州和伊利诺伊州,也可能需要灌溉。”