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新2全讯3344111:城环新2全讯3344111王少鹏研究组揭示作物多样性的稳定化效应存在尺度依赖

发布时间:2024-05-27
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在全球气候变化背景下,粮食安全与产量稳定性成为管理者和科学家共同关注的问题。近期研究表明,作物组合的多样化有利于增强国家水平粮食产量的稳定性1,2。但关于作物多样性的稳定化效应的强度及其普适性仍存在较大争议。近期生态学研究发现多样性和稳定性都具有空间尺度依赖性3,二者关系的强度也随空间尺度增大而增强4。类似地,作物多样性和稳定性也可能呈现尺度依赖,也即面积较大的国家包含更高的作物多样性和稳定性,这可能引起国家水平的作物多样性与粮食产量稳定性呈假相关。另外,作物多样性的稳定化效应也可能取决于国家面积大小。这些因素都为评估作物多样性与产量稳定性的关系引入不确定性。

该研究利用世界粮农组织统计数据库(FAOSTAT)、全球农业遥感数据和社会经济数据集等分析了国家尺度的作物多样性-产量稳定性关系及其尺度依赖性。研究发现,随着国家面积(或收获面积)增加,粮食产量的稳定性增强(图1),作物多样性与稳定性的关系也增强(图2)。这两方面结果均与生态学理论预测一致。作物多样性-稳定性关系的尺度依赖可通过两方面作用的权衡来理解:一方面,作物多样性增加会导致作物的平均种植面积减少,从而降低作物的平均稳定性,这一效应在面积较小的国家中尤其明显;另一方面,作物多样性与农场数量呈正相关,而多样化的管理措施有助于提高作物的平均稳定性,这一效应在面积较大的国家中更明显。该研究结果对中小面积国家的决策管理有重要启示:由于增加作物多样性可能减小作物的平均稳定性,因此在制定多样化农业生产体系时,应考虑到这一权衡以及作物多样化的经济成本。对于这些国家而言,可采取其他策略提升粮食产量的稳定性,比如改善灌溉或实行轮作。

该研究结果以“Larger nations benefit more than smaller nations from the stabilizing effects of crop diversity”为题,2024年5月24日发表在《自然·食物》(Nature Food)期刊。新2全讯3344111在站博士后孟博为论文第一作者,王少鹏研究员为论文通讯作者,合作者包括博士研究生杨其和科罗拉多大学助理教授Zia Mehrabi。本研究得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划、博士后科学基金等资助。

图1.作物多样性与收获面积对国家粮食产量稳定性的影响

图2.过去六十年来不同国家的作物多样性的稳定化效应及其影响因素

参考文献:

Renard, D. & Tilman, D. (2019). National food production stabilized by crop diversity. Nature 571, 257-260.

Lin, B. B. (2011). Resilience in agriculture through crop diversification: adaptive management for environmental change. BioScience 61, 183-193

Wang, S., Loreau, M., Arnoldi, J.-F., Fang, J., Rahman, K.Abd., Tao, S., de Mazancourt, C., (2017). An invariability-area relationship sheds new light on the spatial scaling of ecological stability. Nature Communications 8, 15211.

Liang, M., Baiser, B., Hallett, L.M., Hautier, Y., Jiang, L., Loreau, M., Record, S., Sokol, E.R., Zarnetske, P.L., Wang, S., (2022). Consistent stabilizing effects of plant diversity across spatial scales and climatic gradients. Nature Ecology & Evolution 6, 1669–1675.

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