10月16日，《自然-食品》（Nature Food）在线发表南京信息工程大学应用气象学院冯兆忠教授课题组题为《不同尺度作物生产对气候变化和空气污染的适应》（Adapting crop production to climate change and air pollution at different scales）的综述性论文。

以CO₂浓度升高、全球变暖、近地层臭氧污染和干旱为代表的空气污染和气候变化共同影响了作物生产和农田生态系统健康。如何采取有效措施提高农田生态系统的适应性是保障粮食安全和促进农田生态系统健康发展的关键。

本研究从植物个体-田间和农田生态系统尺度上综述了适应空气污染和气候变化的研究进展。在植物个体水平上，重点回顾了遗传变异、分子育种和植物表型等方面的进展。利用作物品种的遗传变异资源，鉴定适应特定环境胁迫的表型并定位其关键基因，进而提高育种效率，最终选育对空气污染和气候变化具有良好适应性的作物品种。

在田间尺度，从灌溉、施肥、播种、轮作制度、作物品种混播等多个方面优化农艺管理措施有效缓解空气污染和气候变化对粮食产量和品质的负效应。改进农艺管理还可以提高土壤有机碳含量，减少粮食生产过程对环境带来的负担，促进农田生态系统的健康发展。植物抗氧化剂、纳米材料和生物激素等新兴的外源添加剂也是提高作物适应性的关键，但需要严格审查这些外源添加剂的生物毒性，确保农产品安全。

在农田生态系统尺度重点关注提高农田生态系统健康对空气污染和气候变化的适应性。采用有机肥替代、保护性耕作、秸秆还田技术或者添加土壤改良剂的手段可以有效提高农田土壤有机质含量，提高土壤的恢复力，保障作物产量的可持续性增长。采用合理的灌溉制度改进农田土壤水分状况和小气候特征。一方面可以减少作物对空气污染物的吸收，缓解作物冠层温度胁迫和空气干旱；另一方面可以有效减少温室气体排放和土壤氮流失，改善农田生态系统健康。遥感技术和作物模型将为生态系统尺度适应策略的应用提供精准的数据基础，为保证粮食安全和农田生态系统健康提供政策指导。

文章指出采取多重组合措施将会有效降低空气污染和气候变化对粮食生产和农田生态系统健康的负效应。未来需要从植物个体-田间和生态系统等多尺度开展研究，在提高作物产量的同时降低农业生产带来的环境负担，提高空气污染和气候变化背景下农业生产的韧性和可持续性。

图1 作物生产在个体-田间和生态系统尺度应对空气污染和气候变化的适应策略

图2 克服当前农业生态系统适应不同规模气候变化和空气污染的局限性。

该文章是基于国家自然科学基金委中德国际合作交流项目“应对空气污染和气候变化粮食生产的响应与适应”项目组主要成员多次研讨。中德国际合作交流项目由中方冯兆忠教授和德方Micheal Frei教授共同主持，项目旨在空气污染和气候变化背景下提高农田生态系统的韧性，形成多维的适应性技术，为全球粮食安全和农田生态系统可持续发展提供技术支撑，提升中德国际合作水平，加速基础科学研究。

南京信息工程大学应用气象学院冯兆忠教授为论文通讯作者，Evgenios Agathokleous（金小龙）教授为论文第一作者。参加人员有德国吉森大学Micheal Frei教授、Muhammad Shahedul Alam博士生、冯燕茹博士生，德国尤里希研究所Oliver M. Knopf博士生、Onno Muller教授，德国波恩大学Thomas Gaiser教授、Frank Ewert教授、Thuy Huu Nguyen博士，雅典农业大学Costas J. Saitanis教授。南京农业大学刘兵教授、刘晓雨副教授、南京信息工程大学尚博副教授徐彦森博士等参与了该研究。该项目得到国家自然科学基金委中德合作基金（M-0105） 国家自然科学基金（42130714、42207123和 42107270）等资助。