西北农林科技大学农学院/作物抗逆与高效生产全国重点实验室, 陕西杨凌 712100
全球气候变暖已成为影响农业生产的主导因素，其对粮食安全的威胁日益凸显。小麦作为我国最重要的口粮作物，其生产稳定性直接关系国计民生。近年来，本研究团队围绕气候变暖对中国小麦生产的影响，开展了一系列系统性研究，分别从气候-产量关系的宏观格局、极端气候的驱动机制、品种适应的育种进展、育种体系自身的挑战四个层面，逐步深入地揭示了中国小麦产量对气候变化的响应与品种适应路径（Han et al., 2024; Han et al., 2025a,b,c）。本研究系统整合了团队近期在气候-作物互作领域的关键发现，明晰了从“气候特征解析”到“未来育种策略”的因果关联框架，旨在为构建具有气候韧性的现代农业体系奠定坚实的科学基础。
一、厘清事实——揭示气候变化对中国小麦产量影响的区域变异性
近年来，气候变化对中国小麦生长与产量的影响一直备受关注（Challinor et al., 2010）。已有研究表明，作物产量的年际变率主要受到气象条件年际变化的驱动（Feng et al., 2022），而气候与产量之间的关系因地区而异，这是由于温度、降水、辐射及其相互作用在不同区域对产量的影响差异显著（Ray et al., 2015）。为此，我们基于1980–2020年中国22个省、410个气象站点的省级产量数据与气象观测数据，通过构建多元回归模型等方法，量化了小麦产量变化对不同区域平均温度、降雨量和太阳辐射等变化的响应。
研究发现，中国小麦主产区的平均温度在过去40年中呈现显著上升趋势（91.7%的站点），而太阳辐射则呈现普遍下降趋势（80%的站点），降水变化则表现出复杂的区域异质性。不同气候因子对小麦产量的影响在空间上具有区域异质性，且气候因子的联合效应普遍高于单一因子的效应。气候变化导致冬小麦区和冬春小麦兼播区产量分别增加1%和4.52%，而春小麦区产量则下降3.72%。此外，不同气象因子对小麦产量的影响也取决于其变化速率。在所有小麦种植区中，太阳辐射和降雨量是导致产量波动的主要驱动因子。此外，在考虑正常气候波动与极端气候事件的共同影响下，我们发现气候变化在不同小麦种植区解释了16.7%至26.1%的小麦产量年际波动。这项研究回答了一个关键问题：气候变化是否以及在多大程度上影响中国的小麦生产？答案是肯定的，且影响具有显著的区域异质性。这一结果首次在国家尺度上系统性地证实了气候变化是影响中国小麦生产的重要外源性变量，为后续深入探究其具体驱动机制奠定了坚实的“事实基础”。
二、揭示机制——极端高温是重塑区域产量格局的核心驱动因子
在确认了气候变化的整体影响后，我们深化了研究，将关注点从“平均气候”转向了更具破坏性的“极端气候事件”。最新的研究表明，全球平均每升高1℃，小麦产量可能减少约4–5%（Tao et al., 2015）。除了长期的气候胁迫外，极端天气事件频率和强度的不断增加也使小麦产量波动增大（Asseng et al., 2015）。已有研究多聚焦于单一极端气候因素或局部区域，这限制了我们了解气候极端变化在不同区域和生态背景下对小麦产量影响的全面程度。因此，有必要在更广泛的区域范围内系统研究包括极端高温等在内的多种气候极端因素的单一和共同作用，以更好理解极端气候等对小麦的生长和区域产量的影响机制。
该研究创新性地采用了“生长积温”（GDD）、“极端高温”（EDD）和“冻积温”（FDD）等指标，量化了极端气候事件对小麦产量的影响。研究结果揭示了一个关键发现：累积的极端高温是过去四十年导致全国小麦产量减少的最主要气候驱动因子。其负面影响远超极端低温和降水等变化，并且这些损失呈现出明显的空间和品种差异，北方地区和春小麦品种受高温极端事件的影响更为显著，反映出其对热胁迫的抗性较低。此外，小麦产量在受到极端高温等多种温度因素共同影响下，不同种植区产量均出现下降，降幅最大达3.28%。尽管部分地区（如春麦区和冬春兼播麦区）降水增加带来了产量小幅提升，但整体上仍不足以抵消高温胁迫带来的损失，气候因子的综合胁迫仍进一步加剧了产量下降（最高达3.56%）。这说明在当前气候变化背景下，适度增加的降水量难以有效缓解极端高温带来的不利影响，凸显了极端高温对小麦生产的主导性限制作用。
三、品种适应——现代育种品系在常规气候变化下的韧性提升
既然极端高温是主要威胁，那么农业生产系统是否具备应对能力？我们接下来的研究将视角转向了农业系统内部的主动适应——品种改良。该研究聚焦于评估先进的育种品系在平均温度、降水和太阳辐射等常规气候变量下的适应性表现。
我们基于2012至2023年间发布的9,669个小麦品系数据，通过对不同年代育成的代表性冬小麦品种（如高产、中产、低产和对照品种）进行多年多点的试验评估，我们系统分析了育种进展在提升气候适应性方面的贡献。研究发现，近几十年来育成的现代小麦品系/品种，相较于早期品种，在产量潜力和稳定性方面均有显著提升。尤其是在水浇地条件下，在平均气温、降水和太阳辐射的综合作用下先进育种系列的产量分别提高了9.3%和8.7%，明显高于对照品种（8.1%），表现出了较强的气候韧性。此外，在旱地条件下，先进育种系列的整体产量提升尚不明显，表明旱地条件下的育种改良仍存在较大提升空间。因此，未来的育种策略应进一步强化不同生态区间的定向改良与广适性培育，以全面提升小麦在多变气候环境下的生产韧性和可持续性。
四、揭示瓶颈——先进育种品系在应对极端高温胁迫时的适应局限
尽管现代小麦育种在常规气候变化下取得了显著的适应性进展，但在极端高温等极端气候事件日益频发的背景下，其应对能力仍面临严峻挑战。基于此，我们提出了更深层次的问题：现代育种品系是否也能有效应对更具破坏性的“极端高温等气候事件”和作物生长的“关键脆弱期”？为此，进一步的研究采用了更能反映作物生理过程的精细化气候指标，聚焦于“生长积温”（GDD）、“极端高温”（EDD）、“冻害积温”（FDD）和降雨等。
研究结果显示，先进的育种品系在生育后期（抽穗至成熟期）对极端高温（EDD）的敏感性依然较高，其产量随升温的下降幅度虽然小于对照品种（分别为-3.16% vs. -4.52% / °C），但仍无法完全规避气温升高所带来的减产风险。进一步分析发现，在未来气候情景（如SSP5–8.5）下，即使高产育种品系表现相对优异，其产量优势亦随着升温加剧而不断降低，难以逆转整体产量下降趋势。这表明当前的育种进展在应对极端高温胁迫方面仍存在显著局限。因此，强化对热胁迫响应机制的深入解析与耐热育种材料的系统选育，将是未来小麦育种应对气候变化的关键突破方向。
五、展望未来——构建面向气候韧性的精准化育种与适应体系
综合研究表明，中国小麦生产正面临气候变化的严峻挑战，而现代育种是核心应对手段。但当前育种成效具有阶段性，未来发展亟需更加精准与系统。首先，应加快育种进程，推广快速育种技术与基因组选择，重点突破“后期高温耐受性”和“高水分利用效率”等关键性状。其次，应构建“抗逆品种+智慧农艺+精准管理”的一体化适应体系，将品种改良与播期优化、水肥调控等措施协同推进，以全面提升小麦生产系统的气候韧性。
* 通信作者(Corresponding author): 王东, E-mail: wangd@nwafu.edu.cn
参考文献
Asseng, S., Ewert, F., Martre, P., Rotter, ¨ R.P., Lobell, D.B., Cammarano, D., Kimball, B.A., Ottman, M.J., Wall, G.W., White, J.W., 2015. Rising temperatures reduce global wheat production. Nat. Clim. Change 5, 143–147. https://doi.org/10.1038/ nclimate2470.
Challinor, A.J., Simelton, E., Fraser, E.D., Hemming, D., Collins, M., 2010. Increased crop failure due to climate change: assessing adaptation options using models and socioeconomic data for wheat in China. Environ. Res. Lett. 5 (3), 034012 https://doi.org/10.1088/1748-9326/5/3/034012.
Feng, P., Wang, B., Macadam, I., et al., 2022. Increasing dominance of Indian Ocean
variability impacts Australian wheat yields. Nat Food 3 (10), 862–870. https://doi.
org/10.1038/s.43016-022-00613-9.
Han, W., Lin, X., & Wang, D., 2023. Uncovering the primary drivers of regional variability in the impact of climate change on wheat yields in China. J. Clean. Prod. 421, 138479. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2023.138479.
Han, W., Wang, S., Ma, L., Ali, M. F., Lin, X., & Wang, D., 2025a. Four decades of temperature extremes reshape regional wheat yields and adaptation in China. J. Environ. Manage. 389, 126271. https://doi.org/10.1016/ j. jenvman.2025.126271.
Han, W., Wang, S., Ali, M. F., Ma, L., Lin, X., Liu, Y., & Wang, D., 2025b. Breeding advances in climate adaptation of winter wheat across diverse ecotypes in China. Eur. J. Agron. 170, 127732. https://doi.org/10.1016/j.eja.2025.127732.
Han, W., Liu, Y., Wang, S., Ali, M. F., Ma, L., Lin, X., & Wang, D., 2025c. Adaptation progress and challenges of winter wheat breeding in China under climate warming. Field Crops Res. 326, 109889. https://doi.org/10.1016/j.fcr.2025.109889.
Ray, D., Gerber, J., MacDonald, G., et al., 2015. Climate variation explains a third of
global crop yield variability. Nat. Commun. 6 (1), 5989. https://doi.org/10.1038/ ncomms6989.
Tao, F., Zhang, Z., Zhang, S., Rotter, ¨ R.P., 2015. Heat stress impacts on wheat growth and yield were reduced in the Huang-Huai-Hai Plain of China in the past three decades. Eur. J. Agron. 71, 44–52. https://doi.org/10.1016/j.eja.2015.08.003.
