問題與目標
高粱是非洲繼玉米之後的第二大宗作物，由於其獨特的抗旱性質，是撒哈拉以南，非洲最常見的糧食作物，廣泛種植於乾旱和半乾旱地區，包括東非高原，這些地區的特點是季風降雨季節且降雨分佈不均。雖然在衣索比亞的種植面積廣泛，但僅種植傳統品種，且由於肥料和農藥等投入不足，以及自給自足農業的耕作方式，高粱的平均產量仍然低於每公頃1公噸。為了滿足由人口壓力導致的日益增加的糧食需求，高粱的生產正擴展至環境敏感地區，這種做法是非永續的，必須努力在不擴展農田至脆弱地區的情況下提高高粱的產量。
多項研究顯示，東非地區尤其是衣索比亞，是對氣候變遷最脆弱的地區之一，主要為看天田與自給自足的農業，佔國內GDP的41%，提供超過85%的就業機會。鑑於農業系統對降雨的嚴重依賴，季風降雨季節時間的變化，以及乾旱和洪水等極端事件的發生，對脆弱的農業以及國家的糧食安全構成了重大威脅。
廣泛種植高粱的衣索比亞乾旱和半乾旱地區，預計將經歷不可預測且高度變化的降雨、強風、高溫和高蒸散量，進而影響高粱的產量。本研究目的：(1)探討氣候變遷對衣索比亞兩個主要高粱產區看天田生產系統下，高粱產量的潛在影響；(2)評估補充灌溉(supplemental irrigation)對當前看天田的生產系統，和改變播種日期作為調適策略的效果。
採取的改善作為
研究地區位於衣索比亞北部的Kobo及東部的Meisso，如圖1.所示。這些低地的特徵是半乾旱氣候，降雨量變化大且乾旱頻繁，分布不均，缺水現象普遍存在，嚴重影響作物生產力，Kobo的年平均降雨量為653毫米，Meisso為825毫米。看天田農業系統是兩個地點小農主要的生計來源，且傾向選擇低風險的耕作方式，並高度依賴耐旱作物如高粱。
圖1. 位於衣索比亞北部Kobo及東部Meisso的研究區域
以農業技術轉移決策支援系統DSSAT(Decision Support System for Agrotechnology Transfer)中CERES（Crop Estimation through Resource and Environment Synthesis）的高梁模型，模擬作物、發育和產量，並根據梅爾卡薩農業研究中心(MARC)的高梁生長表現、產量及生物量的田間實驗數據來校正模型，並以AgMIP氣候情境中的20個大氣環流模式(GCM)中選擇了5個代表性GCM，針對RCP4.5和RCP8.5(代表性濃度路徑)來模擬未來氣候情境下高粱的產量，評估了改變播種日期和兩種灌溉層級：調缺灌溉(deficit irrigation)和充分灌溉(Full irrigation），在緩解氣候變遷對水分壓力和高粱產量負面影響方面的潛力。
看天田的產量預測顯示如圖2，所有模擬氣候變遷情境下的高粱產量均會大幅下降，除了兩個時期的炎熱／潮濕、涼爽／潮濕和涼爽／乾燥的氣候情境下一些產量預測會增加外。在所有氣候情境中，推測炎熱／乾燥情境將導致所有地點、時期和代表濃度途徑(RCPs)的產量下降幅度最大。
圖2. 在不同氣候變遷情境和期間下，預測看天田生產系統中高粱產量的絕對變化。
對於看天田生產系統來說，從發芽到開花的整個高粱生長期間，兩個地點都普遍存在嚴重的水分壓力(0.75–1.0)，在所有的代表濃度途徑(RCP)，開花階段受到的水分壓力影響最為顯著。Kobo觀察到每個作物季節最多有80天的嚴重水分壓力(0.75–1.0)如圖3(A)，而Meisso則可能達到每季125天，如圖3(B)，在發芽、穗期末和成熟階段，水分壓力相對較小，提早和延後播種日期均顯示出水分壓力的增加和減少；同樣的，在水分壓力方面，各氣候情境之間沒有差異，高粱開花階段的水分壓力對產量影響最為顯著，因而此階段的水分壓力可以作為產量減少的指標。
圖3. 在5種GCM氣候分類和RCP8.5情境下，調整播種日期對未來三個時期看天田的高粱生產，在特定生長階段的缺水壓力影響：(A) Kobo 和 (B) Meisso，使用垂直虛線顯示播種日期的基線。
成效
研究結果顯示兩個研究區域未來平均溫度將上升6°C，在當前的看天田生產系統下，預計作物的缺水壓力將加劇，尤其是在作物開花期，進而對高粱產量產生負面影響，整體而言，每公頃小於6.2噸。這些氣候變遷對作物生長階段缺水壓力狀態的影響，可以使農民實施有針對性的灌溉，即使在預測的氣候條件下也能可能達到最佳產量，此外，這也為育種專家提供了關鍵訊息，幫助他們培育出能夠適應氣候變遷影響的改良品種。
另外，灌溉在應對缺水壓力頻率和嚴重程度方面可以發揮重要作用，進而提高高粱產量，產量與補充灌溉的增加呈正相關。充分灌溉在提高高粱產量方面效果顯著，Kobo地區可增加至每公頃3噸，Meisso地區可增加至2噸。平均而言，調缺灌溉和充分灌溉之間的產量差異約為1噸。同樣，提前播種日期也有助於提高作物產量，尤其是在實施補充灌溉(supplemental irrigation)時，本研究結果將有助於制定氣候變遷的調適政策和管理決策，因小農需要能夠輕鬆實施且資金投入少或無需資金投入的調適措施。
可供臺灣參考之處
- DSSAT作物模型可模擬農作物的生長及產量等，有助於理解作物在不同環境條件下的表現，以評估未來氣候變遷對不同作物的潛在影響。
- 改變灌溉方式以減少作物的水分壓力，和調整播種日期以提高產量，可作為適應氣候變遷的策略。
- 如何支持小農適應氣候變遷，提高生產力和抗風險能力，將有助於維持農業穩定性。
參考文獻
Getachew, F., Bayabil, H. K., Hoogenboom, G., & Teshome, F. T. (2021). Irrigation and Shifting Planting Date as Climate Change Adaptation Strategies for Sorghum. Agricultural Water Management, 255. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.agwat.2021.106988
參考網址
問題與目標
高粱是非洲繼玉米之後的第二大宗作物，由於其獨特的抗旱性質，是撒哈拉以南，非洲最常見的糧食作物，廣泛種植於乾旱和半乾旱地區，包括東非高原，這些地區的特點是季風降雨季節且降雨分佈不均。雖然在衣索比亞的種植面積廣泛，但僅種植傳統品種，且由於肥料和農藥等投入不足，以及自給自足農業的耕作方式，高粱的平均產量仍然低於每公頃1公噸。為了滿足由人口壓力導致的日益增加的糧食需求，高粱的生產正擴展至環境敏感地區，這種做法是非永續的，必須努力在不擴展農田至脆弱地區的情況下提高高粱的產量。
多項研究顯示，東非地區尤其是衣索比亞，是對氣候變遷最脆弱的地區之一，主要為看天田與自給自足的農業，佔國內GDP的41%，提供超過85%的就業機會。鑑於農業系統對降雨的嚴重依賴，季風降雨季節時間的變化，以及乾旱和洪水等極端事件的發生，對脆弱的農業以及國家的糧食安全構成了重大威脅。
廣泛種植高粱的衣索比亞乾旱和半乾旱地區，預計將經歷不可預測且高度變化的降雨、強風、高溫和高蒸散量，進而影響高粱的產量。本研究目的：(1)探討氣候變遷對衣索比亞兩個主要高粱產區看天田生產系統下，高粱產量的潛在影響；(2)評估補充灌溉(supplemental irrigation)對當前看天田的生產系統，和改變播種日期作為調適策略的效果。
採取的改善作為
研究地區位於衣索比亞北部的Kobo及東部的Meisso，如圖1.所示。這些低地的特徵是半乾旱氣候，降雨量變化大且乾旱頻繁，分布不均，缺水現象普遍存在，嚴重影響作物生產力，Kobo的年平均降雨量為653毫米，Meisso為825毫米。看天田農業系統是兩個地點小農主要的生計來源，且傾向選擇低風險的耕作方式，並高度依賴耐旱作物如高粱。
圖1. 位於衣索比亞北部Kobo及東部Meisso的研究區域
以農業技術轉移決策支援系統DSSAT(Decision Support System for Agrotechnology Transfer)中CERES（Crop Estimation through Resource and Environment Synthesis）的高梁模型，模擬作物、發育和產量，並根據梅爾卡薩農業研究中心(MARC)的高梁生長表現、產量及生物量的田間實驗數據來校正模型，並以AgMIP氣候情境中的20個大氣環流模式(GCM)中選擇了5個代表性GCM，針對RCP4.5和RCP8.5(代表性濃度路徑)來模擬未來氣候情境下高粱的產量，評估了改變播種日期和兩種灌溉層級：調缺灌溉(deficit irrigation)和充分灌溉(Full irrigation），在緩解氣候變遷對水分壓力和高粱產量負面影響方面的潛力。
看天田的產量預測顯示如圖2，所有模擬氣候變遷情境下的高粱產量均會大幅下降，除了兩個時期的炎熱／潮濕、涼爽／潮濕和涼爽／乾燥的氣候情境下一些產量預測會增加外。在所有氣候情境中，推測炎熱／乾燥情境將導致所有地點、時期和代表濃度途徑(RCPs)的產量下降幅度最大。
圖2. 在不同氣候變遷情境和期間下，預測看天田生產系統中高粱產量的絕對變化。
對於看天田生產系統來說，從發芽到開花的整個高粱生長期間，兩個地點都普遍存在嚴重的水分壓力(0.75–1.0)，在所有的代表濃度途徑(RCP)，開花階段受到的水分壓力影響最為顯著。Kobo觀察到每個作物季節最多有80天的嚴重水分壓力(0.75–1.0)如圖3(A)，而Meisso則可能達到每季125天，如圖3(B)，在發芽、穗期末和成熟階段，水分壓力相對較小，提早和延後播種日期均顯示出水分壓力的增加和減少；同樣的，在水分壓力方面，各氣候情境之間沒有差異，高粱開花階段的水分壓力對產量影響最為顯著，因而此階段的水分壓力可以作為產量減少的指標。
圖3. 在5種GCM氣候分類和RCP8.5情境下，調整播種日期對未來三個時期看天田的高粱生產，在特定生長階段的缺水壓力影響：(A) Kobo 和 (B) Meisso，使用垂直虛線顯示播種日期的基線。
成效
研究結果顯示兩個研究區域未來平均溫度將上升6°C，在當前的看天田生產系統下，預計作物的缺水壓力將加劇，尤其是在作物開花期，進而對高粱產量產生負面影響，整體而言，每公頃小於6.2噸。這些氣候變遷對作物生長階段缺水壓力狀態的影響，可以使農民實施有針對性的灌溉，即使在預測的氣候條件下也能可能達到最佳產量，此外，這也為育種專家提供了關鍵訊息，幫助他們培育出能夠適應氣候變遷影響的改良品種。
另外，灌溉在應對缺水壓力頻率和嚴重程度方面可以發揮重要作用，進而提高高粱產量，產量與補充灌溉的增加呈正相關。充分灌溉在提高高粱產量方面效果顯著，Kobo地區可增加至每公頃3噸，Meisso地區可增加至2噸。平均而言，調缺灌溉和充分灌溉之間的產量差異約為1噸。同樣，提前播種日期也有助於提高作物產量，尤其是在實施補充灌溉(supplemental irrigation)時，本研究結果將有助於制定氣候變遷的調適政策和管理決策，因小農需要能夠輕鬆實施且資金投入少或無需資金投入的調適措施。
可供臺灣參考之處
- DSSAT作物模型可模擬農作物的生長及產量等，有助於理解作物在不同環境條件下的表現，以評估未來氣候變遷對不同作物的潛在影響。
- 改變灌溉方式以減少作物的水分壓力，和調整播種日期以提高產量，可作為適應氣候變遷的策略。
- 如何支持小農適應氣候變遷，提高生產力和抗風險能力，將有助於維持農業穩定性。
參考文獻
Getachew, F., Bayabil, H. K., Hoogenboom, G., & Teshome, F. T. (2021). Irrigation and Shifting Planting Date as Climate Change Adaptation Strategies for Sorghum. Agricultural Water Management, 255. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.agwat.2021.106988
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