農業與氣候變化的若干科學問題

潘根興 張旭輝 李戀卿 陳效民 等

農業與氣候變化的若干科學問題

潘根興 張旭輝 李戀卿 陳效民 等

一、如何認識氣候變化對農業的影響？

認識氣候變化影響農業的特征是探索應對和適應的可能途徑的科學基礎。盡管有一些影響報道和影響的模型評估研究，但氣候變化對農業的影響的具體機制對不同產業的影響特點和趨勢仍然很不清楚。氣候變化通過光溫水的分配和分布的變化而直接影響作物的生長，但也可能通過這些條件的改變而改變了病蟲害/雜草和其它生物的生存和發展以及演替，從而間接危害作物的生長或產量的形成；最近幾年的氣候變化，還常常表現出短期的突發性事件對某種作物/動物的不利影響，而嚴重影響生產能力，成為災害性影響，而另一些氣候變化，通常只表現為環境條件的趨勢性變化，例如持續的降雨減少的干旱化，大氣溫度和CO2濃度的升高，造成了作物/動物生長發育和生活的環境條件的脅迫性影響，這些直接影響和間接影響,長期影響和短期影響,脅迫性影響與災害性影響，這些影響是如何相互作用的，其綜合影響在不同的產業和不同地區將表現出什么特點？哪些是技術能夠應對，哪些是技術只能規避的？哪些只能合理減緩的？只有認識這些影響和清楚這些影響的嚴重性，我們才能做好因地制宜的應對。我們對于氣候變化對農業的影響，至今還沒有從對產量的終極影響走向這些交互作用影響的分析和評價，這是真正能夠走向理性認識氣候變化對農業影響的最為基礎和最為關鍵的科學問題。但嚴重的是，因為這些問題目前還不能有完善的試驗方案來研究，還不能有足夠的時間來認識，而要得到氣候變化對我國農業的影響的結論是十分局限和有風險的。

因此，實地的和長期的農業觀察和試驗是必不可缺少的，與模型研究不可或缺一樣，農業生產系統的實地和長期的監測和試驗是必須盡快完善和補充的。

二、如何認識氣候變化對我國耕地農業和糧食安全的影響？作物生產潛力抑或資源有效潛力？兩者孰重孰輕？

討論氣候變化對農業的影響，尤其是對耕地農業和糧食安全的影響，較多地關注氣候變化下作物生產潛力的變化，但是如何動態地和相互影響地關注氣候變化對整個國家的糧食生產能力而不是具體田塊的生產能力，是一個估計氣候變化對我國糧食安全長遠影響的極為關鍵的問題。根據作物光合模型估計氣候變化對作物生產的影響，是未考慮其它條件變化的影響。對于一個國家而言，氣候變化對糧食作物生產力的影響和氣候變化對能夠生產糧食的耕地資源供應的影響，這兩方面的影響的綜合結果將決定氣候變化下糧食安全的走勢。而這方面的研究還很不夠。例如，升溫和CO2濃度增高提高作物生產潛力，溫帶地區作物生長溫度適宜性提高；作物帶北移和西移，這與我國經濟發展中耕地重心位移較為符合；但是，農作物生長的光合潛力增強，需要更為充足的農業資源有效供給，特別是水資源，降水不匹配將嚴重制約本來不高的生產潛力，光合潛力增長地區降水減少，春旱、秋旱加劇，特別是氣候變化強烈的東北、西北地區，盡管溫度等趨勢性變化可能利于生產，但土壤肥力和土壤墑情的下降反而可能產生更大的糧食生產減產風險。這些是已經有的模型研究還沒有充分考慮的問題。另外，優質耕地資源日益緊缺，生產中心的西移和北移可能會加劇我國糧食生產的脆弱性，據國土資源部的估計，我國中低產田比例至今仍然居高不下，在1990年占71.3%；到2009年其比例還高達67.1%。特別是在南方，高產穩產稻田面積急劇下降，最近10年糧食播種面積東中部強烈下降，而西南-西北-東北面積擴大增大趨勢，但是過去60年的統計證明，這些地區的產量對氣候的影響一直十分脆弱，特別是濕潤地區季節性干旱突出，氣候變化下高生產力地區的生產潛力可能受到嚴重遏制。例如2010年西南大范圍和長時期的持續干旱。因此，我們認為，氣候變化下我國未來糧食生產將面臨更大的不確定性。

因此，需要探討氣候變化對我國未來糧食生產及食物安全的決定性影響是來自農田生產過程還是來自氣候變化下我國農業資源（耕地—水—土壤肥力資源）有效供應，兩者孰重孰輕？如何通過保護和發展優質農業資源供應達到穩定農業生產系統或適應氣候變化的對農業生產系統的影響？這些對中國這樣氣候變化呈明顯區域分異，而農業資源分布存在嚴重區域不平衡的國家是至關重要的。

三、農業減緩氣候變化與應對氣候變化的關系，能否協同？

在適應和應對氣候變化的影響中，我國同樣需要面對的問題是農業減排。國家要實現40-45%的單位GDP減排。當前我國耕地農業的排放規模達到每年每公頃達到0.67±0.08tCE，較高于歐美國家，特別是肥料的碳排放，上個世紀90年代末以來是美國的2倍多。我國農業減排任重道遠。因此，我們必須面對的挑戰是：能否在減排中實現適應和應對氣候變化？或者說農業減排是否會削弱或遏制適應和應對氣候變化的影響？如何在生產系統實現減排，能否創新我們的農業減排技術和低碳農業系統，達到在適應和應對氣候變化上減排？反之亦然。

首先，農業生產系統的減排，其最大潛力來自肥料的合理使用與減少單位產量的肥料投入。糧食生產中肥料碳排放成本不斷加大，上個世紀90年代末以來近50TgC/yr，減排具有巨大空間。根據我們的研究，農業生產碳足跡中肥料占絕大部分；英國和中國氮肥碳成本分別占75%和66%；中國施肥碳成本：旱地，75-80%；稻田，約50%，通過養分定量配施或者配方施肥而減少施肥量減肥，可能是減排和適應氣候變化達到和諧的重要方面。2005年我國氮肥施用量3000萬噸，按照我國化肥生產的能耗，減1千萬噸氮肥約減排60TgCE/yr。在這個方面，減肥與減排節本不謀而合，農業生產技術與減排技術的可能達到真實和諧。

在面對氣候變化挑戰中，農業科學面臨的問題：如何實現低碳適應和低碳應對？農業與工業的不同是，生產過程的控制并不只是工藝的函數，生產過程的減排技術是否會影響生產的結果是需要認真研究的問題，我們對農業減排技術的野外試驗進行了初步的分析，大約有60%的減排技術沒有實現產量的提高，有30%的技術可能引起減產。因此，在農業上需要的是增產減排或至少是穩產減排技術，因此，如何減排和增產，是發展低碳農業并適應和應對氣候變化的重要科學問題。

如何考慮投入減排—過程減排和增產減排等多種途徑的減排來建立低碳農業體系是適應和應對氣候變化中的至關重要的應用基礎科學問題。

四、農業減緩與應對氣候變化，農村經濟發展/農民民生改善與農業經營現代化

無論是農業減排還是適應和應對，農業問題牽涉鄉村地區的民生問題和鄉村經濟發展的問題，同時也可能農村產業化和經濟系統的運行機制。一個突出的問題，中國農戶經營機制在減排和適應上都是脆弱的，我們的研究估計，改變經營機制，散戶改規模，可以增加農業減排潛力的30-40%。因此，適應和應對氣候變化，可能不僅僅是科學技術的問題，經濟政策與鼓勵，碳補償與津貼，優化運行和管理機制，都是在世界上影響農業適應和減排的外部機制和動力問題。只有解決這些問題，使適應農村和農民的吁求，農業減排和適應氣候變化才能為鄉村帶來發展的動力和民生的福祉。在這方面，社會科學/經濟科學和農業科學的多學科結合的實際研究，特別是案例研究，才是農業—氣候變化研究真正解決問題的契機。