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计算机模型帮助预测植物对高温天气的反应
日期:2018-07-17 作者:编译:龚晶 来源:农科智库 点击:
     一场热浪席卷了整座城市,闷热难忍的人们直奔屋内享受空调的清凉。但屋外田间的作物却没有这么走运。对于它们来说,热浪无处可躲。
    澳大利亚的科学家正在努力研究热浪如何对小麦产生影响。通过将观察研究和计算机科学结合起来,科学家建立模型,以了解小麦如何应对某些特定条件。
    高温会以许多不同的方式影响植物、土壤、水分、空气以及它们周围的微生物。了解所有这些因素如何影响作物,能够帮助农民保护他们的作物免受热浪的侵袭。
    任职于澳大利亚经济发展、就业、运输和资源部(Department of Economic Development, Jobs, Transport and Resources, DEDJTR)维多利亚州农业部门(Agriculture Victoria)的詹姆斯•纳特尔(James Nuttall)表示,“热浪会大幅减少小麦种植地区的产量,而建模可以帮助我们找到策略,从而限制极端天气和气候变化带来的冲击。在作物的敏感时期,也就是开花阶段和灌浆阶段,建模将变得尤其有效。”
    小麦2014年全球产量达7.29亿吨,是一种重要的作物,也是人类营养的重要来源。纳特尔称,要让小麦未来的产量保持稳定,就需要想办法减少高温胁迫对植物的影响。
    纳特尔和他带领的团队开展了三个实验。他们希望全面了解高温胁迫的不同特点,例如时机、强度和持续时长。他们的试验内容包括,植物如何应对持续数日的热浪天气,以及该热浪是否在植物的开花期和灌浆期影响更大。他们还研究了小麦在热浪天气下如何受到水资源可利用率的影响。
    纳特尔表示,“这些模型能够让我们预测作物的生长和产量。在寻找对抗热浪的解决办法时,建模为我们提供了一个了解气候和天气变化如何影响小麦生产的工具,同时可以帮助我们预测小麦如何做出反应,以便我们提前终止任何负面影响。”
研究结果表明,小麦如果在开花期开始前五天遭遇高温天气,单棵植株上的小麦籽粒数量将减少,而如果在灌浆期内遭遇高温天气,其籽粒大小则会受到影响。
    研究人员随后将所有结果集中起来,导入计算机的仿真模型。该模型能让研究人员预测实验之外的小麦如何受到热浪影响。
    纳特尔解释道:“作物建模可以让我们测试植物如何对不同环境和处理组合做出反应,还能够测试这些反应之间的相互作用。”
    他说,气候变化研究就是一个很好的例子,科学家开展气候变化研究,以此了解植物如何对二氧化碳水平、温度和降雨做出反应。一种作物模型可以让他们任意组合以上因素,来测试其对作物生长和产量的影响。
    纳特尔表示,下一步研究将在田间种植的小麦身上测试他们的模型,而非一小部分植株样本。他们的最终目标是将自己的研究纳入更大的作物模型,以做出改进。
    他表示,“作为一名科学家,如果发现了作物生长和热浪等胁迫之间的联系,我会因此获得满足感。同时,我认为这项研究很有价值,因为我们能够利用作物模型找到可行办法,让我们持续保证作物产量,满足全球的粮食需求。”
该研究由澳大利亚谷物研究和发展公司(Grains Research and Development Corporation, GRDC)以及DEDJTR维多利亚州农业部门出资开展。
(来源:美国农学会  北京市农林科学院农业信息与经济研究所报道)
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