雨养农业约占全球耕地面积的80%，提供了全球一半以上的粮食产量（FAO 2020）。它依靠降雨和土壤里的储水进行生产，因此比灌溉农业更容易受到干旱的冲击。2024年，全球约有6.73亿人（占总人口的8.3%）面临饥饿，其中许多人生活在高度依赖雨养农业的地区（FAO et al. 2025）。随着全球变暖加剧，许多农业区的干旱正变得更为频繁、持久和严重（Gebrechorkos et al. 2025）。以往研究常将受灾面积、单产损失和年产量损失分开或混在一起讨论，而且很少在同一框架内同时考虑气候强迫、作物响应与二氧化碳（CO₂）设置。在此背景下，气象干旱如何转化为根区土壤水分亏缺并最终导致作物减产，大气CO₂浓度上升又如何改变这些影响，一直是农业干旱风险评估的关键难点，也是实现联合国可持续发展目标“零饥饿”（SDG 2）的一大障碍（United Nations 2015）。
针对上述科学问题，中国科学院东北地理与农业生态研究所的科研人员联合国际应用系统分析研究所、新加坡国立大学和中国农业科学院，构建了一套耦合大气干旱（标准化降水蒸散指数SPEI）、农业干旱（标准化土壤湿度指数SSI）以及多作物模型集合（GGCMI3）的产量加权综合评估框架。该框架以玉米、大豆、小麦三大主栽雨养作物为对象，区分受旱面积、条件性产量损失、累积生产损失三类核心指标，追踪气象干旱到根区水分胁迫、作物减产的完整传递链条；同时设置默认CO₂浓度和固定2015年CO₂浓度两组对照试验，量化大气CO₂浓度升高对干旱损失的缓冲效应，评估低排放（SSP1‑2.6）、高排放（SSP5‑8.5）两种情景下本世纪末（2070‑2099年）干旱风险变化特征。主要结果如下：
（1）气象干旱与根区土壤水分变化存在显著的空间解耦现象。高排放（SSP5‑8.5）情景下，气象趋于干旱但根区土壤并未同步变干的区域占雨养耕地面积的比例可达26.6%‑48.2%，CO₂浓度升高会进一步扩大这种水文‑气象解耦的空间范围。历史基准期内（1990-2019年），农业干旱每年影响1200—1600万公顷雨养耕地，造成每年500—1200万吨的产量损失（占预期产量的1.6%—2.0%）。到未来时期，受灾面积在SSP1-2.6/默认CO₂下增至1400—2100万公顷，在SSP5-8.5/默认CO₂下增至1900—2700万公顷，年产量损失分别达到600—1200万吨和900—1200万吨。若不考虑CO₂的生理缓冲效应，玉米、大豆、小麦的产量损失率会显著升高。CO₂升高能够通过降低作物气孔耗水缓解干旱带来的减产，但不仅无法消除、反而会进一步扩大气象干旱与根区水分胁迫之间的解耦关系。
（2）未来干旱损失结构将发生重要转变。无论何种排放情景，重度干旱均取代轻度干旱，成为全球雨养作物生产损失的首要贡献来源。空间上，干旱减产风险增加的区域集中分布在中美洲、巴西东北部、西欧与非洲南部；而中国东北部分地区、南亚、萨赫勒地带根区土壤水分条件改善，干旱减产风险有所下降。即使在全球总体损失变化不大的低排放情景（SSP1-2.6）下，干旱损失也向极端干旱事件集中，风险发生显著的空间再分配。不同纬度、不同区域呈现高度异质性，不能简单用纬度梯度概括未来风险格局。
（3）研究进一步指出，单纯依靠气象干旱指数会误判农业实际受旱风险，农业干旱评估需要兼顾气象胁迫、作物根区土壤水条件、产量响应以及 CO₂生理效应等多重环节。面向适应对策，中美洲、巴西东北部、西欧、非洲南部等风险热点区，应重点推进土壤保水、耐旱品种选育和关键生育期补灌；对于根区水分条件改善的区域，可通过调整播期、匹配新的水分窗口开展生产。不同区域需要因地制宜制定作物特异性的风险管理方案，不能采取统一化的干旱应对措施。
不同干旱等级下全球雨养玉米、大豆和小麦的产量变化及产量损失。a 不同土壤湿度指数（SSI）分箱对应的产量变化分布；色带标识−3%—+3% 变化区间，橙线为产量变化≤0 的观测占比。b 历史阶段轻度、中度、重度干旱下的产量损失（%）。c SSP5-8.5 情景下，默认 CO₂与固定 CO₂两种设置中，2020–2100 年各干旱等级占比（左轴）和产量损失（右轴）
该研究发表于全球变化领域顶级期刊《Global Change Biology》，由东北地理所王海庆博士（第一作者）、姜明研究员、章光新研究员、邹元春研究员（通讯作者）、齐鹏副研究员（共同通讯作者）、国际应用系统分析研究所Dor Fridman研究学者、新加坡国立大学Xixi Lu教授和中国农业科学院温艳茹副研究员共同完成。研究得到国家重点研发计划项目、国家自然科学基金项目和吉林省自然科学基金项目资助。
