二氧化碳浓度升高可以抵消部分高温和干旱对大豆造成的损失，但会改变大豆籽粒的营养成分。一项研究结合了对照试验和预测模型，评估了气候变化情景下大豆的产量、碳水化合物、脂质、蛋白质和氨基酸含量。
研究人员观察到，在高二氧化碳浓度条件下，粮食产量最多可增加142%。相反，高温使粮食产量减少了91%，干旱则使其减少了60%。所谓“三重效应”情景（即高二氧化碳浓度、高温和干旱同时出现）表明，粮食产量可能增加50%，可溶性糖含量增加35%，氨基酸含量增加175%。同一情景还预测，淀粉含量将减少20%，蛋白质含量将减少6%。
学习形式
本研究采用巴西农业研究公司（Embrapa）提供的MG/BR-46 Conquista品种大豆植株。种植于2018年9月至2019年2月在圣保罗的开放式温室中进行。试验处理比较了环境二氧化碳浓度（400 ppm）和升高二氧化碳浓度（800 ppm）两种情况。其中一项试验将温度提高至比环境温度高5°C。另一项试验评估了开花后水分亏缺的影响，试验中停止灌溉，然后限制灌溉量，每三天浇水100毫升，直至生理成熟。
植物分别在出苗后第60天和第125天进行收获。研究人员以第60天的干生物量作为初始指标，然后将其与第125天的籽粒产量和成分进行比较。分析内容包括可溶性糖、淀粉、氨基酸、脂质、碳、氮和蛋白质。
高二氧化碳
在两项试验中，二氧化碳浓度升高均对籽粒产量产生了积极影响。二氧化碳浓度升高与高温相结合，能够减轻热胁迫。单独高温处理使每株植物的籽粒产量达到0,63克。而二氧化碳浓度升高与高温相结合的处理，则使每株植物的籽粒产量达到16,9克。
干旱也影响了籽粒的形成。水分亏缺处理下，每株籽粒产量为2,78克。高二氧化碳浓度与干旱相结合处理下，每株籽粒产量为4,04克。科学家指出，这仍然是一个显著的减产，但比没有高二氧化碳浓度的干旱条件下的减产幅度要小。
谷物品质
不同处理组间谷物品质差异显著。高浓度二氧化碳有利于碳同化和碳水化合物储存。高温和干旱诱导代谢调整，导致糖类和氨基酸组成发生改变。这些变化对谷物的营养品质具有重要意义。
在油脂中，高温处理增加了棕榈酸、硬脂酸和油酸的比例，分别增加了14%、7%和28%。高温处理以及高二氧化碳浓度加高温处理均降低了多不饱和脂肪酸亚油酸和亚麻酸的含量。干旱降低了棕榈酸、亚油酸和亚麻酸的相对含量，但增加了油酸的含量。
氨基酸对胁迫反应强烈。高二氧化碳浓度加高温处理组的氨基酸水平最高，是正常环境处理的五倍。单独高温处理组氨基酸水平升高四倍。干旱处理组氨基酸水平升高三倍。高二氧化碳浓度加干旱处理组氨基酸水平升高两倍。尽管如此，各处理组间总氮和粗蛋白含量差异并不显著。
研究中的建模
建模在本研究中发挥了核心作用。广义线性模型利用60天时的总生物量来预测125天时的产量和品质。模型结果显示，观测值与预测值吻合良好。例如，在高二氧化碳浓度下，观测产量为16,9克，预测产量为16,56克。
路径分析表明，60天时的生物量与125天时的籽粒产量之间存在显著相关性。二氧化碳浓度升高以及二氧化碳浓度升高与温度升高相结合对籽粒产量有正向影响。温度、干旱以及二氧化碳浓度升高与干旱相结合则对籽粒产量有负向影响。
对于“三重效应”，研究人员采用了机器学习方法。在综合情景下，XGBoost 模型对产量的预测误差最小。该模型预测的谷物产量为 10,46 克，均方根误差 (RMSE) 为 0,04。CatBoost 模型预测的产量为 10,51 克，RMSE 为 1,50。在其他品质属性方面，XGBoost 模型的表现也优于 CatBoost 模型。
科学家指出一个重要的局限性：“三重效应”尚未经过直接的实验验证。该预测是基于对双重胁迫（例如高二氧化碳浓度加高温和高二氧化碳浓度加干旱）下已验证数据的整合而得出的。此外，该研究是在开放式试验箱中进行的，且仅使用了特定品种。因此，研究人员指出，有必要在田间条件下进行验证。
该研究由 Janaina da Silva Fortirer、Adriana Grandis、Carmen Eusebia Palacios Jara、Débora Pagliuso、Leandro Francisco de Oliveira、Eveline Queiroz de Pinho Tavares、Lauana Pereira de Oliveira、Plínio B. Camargo、Eny Iochevet Segal Floh、Cibele M. Russo 和 Marcos S. Buckeridge 进行。
更多信息请访问 doi.org/10.1016/j.foodres.2026.119004
