西南地區發展氣候智慧型農業的對策建議

杭曉寧, 羅佳, 張鵬程, 李真熤, 張健, 胡留杰,余端, 何為媛, 周優良, 廖敦秀*

(1.重慶市農業科學院, 重慶 401329; 2.重慶市農業生態與資源保護站, 重慶 401121)

據預測，全球人口在2050年將達到90億，對糧食的需求要在現有基礎上增加60%，這就需要糧食生產實現可持續增長[1]。然而，隨著全球氣候變化的持續影響，農業生產面臨巨大挑戰[2]。一方面，氣候變化導致全球氣溫上升、極端氣候發生頻繁，農業生產面臨更大的不確定性。已有研究表明，氣候變化導致部分作物單產下降[3]；全球氣候變暖也導致農業產業布局發生變化，如冬小麥種植區北移西擴等[4]，這些變化都對糧食安全有巨大影響。另一方面，導致氣候變化的主要因素是溫室氣體的排放，而農業生產是溫室氣體的重要來源之一，其排放的溫室氣體約占全球溫室氣體排放總量的20%～35%[5]，如何有效降低農業源溫室氣體的排放是現階段的重要任務之一。因此，在氣候變化和糧食安全的雙重影響下，氣候智慧型農業應運而生，其旨在減少農業源溫室氣體的排放，實現作物產量的可持續增長，緩解氣候變化對農業生產和糧食安全的影響。

中國是世界上人口最多的發展中國家，面臨發展經濟和脫貧攻堅的雙重任務[6]。作為一個負責任的大國，還應對全球溫室氣體的減排做出有區別的貢獻[7]。在保障經濟發展、糧食安全、農民增收的基礎上促進溫室氣體的減排，如何協調四者的關系將是我國未來一段時間面臨的巨大考驗。農業生產在保障國家糧食安全的前提下達到溫室氣體減排，將會為我國經濟提供更大的發展空間。

我國西南地區(重慶、四川、云南、貴州和西藏)是多民族集中居住區，貧困人口多、生態脆弱，還肩負著保護長江上游生態環境的使命。該地區農業生產水平落后，肥料利用率低，農業源溫室氣體排放量較高[8]，因此減排空間巨大，氣候智慧型農業為這一地區農業跨越式發展提供了選擇[9]。本文歸納總結了國內外氣候智慧型農業的技術及舉措，分析了我國西南地區的農業生產條件及現狀，并針對西南地區發展氣候智慧型農業提出了措施和途徑，為西南地區的農業可持續發展提供理論參考。

1 氣候智慧型農業的含義

關于氣候智慧型農業的定義，不同機構給出了不同的定義。聯合國糧食及農業組織(Food and Agriculture Organization of the United Nations，FAO)的定義是，旨在可持續提高農業效率，增強適應性，減少溫室氣體排放，并在更高的目標上實現國家糧食安全的農業生產和發展模式[10]。而世界銀行則將其定義為，建立面對氣候變化，能滿足不斷增長的需求，并保持盈利和可持續發展的食物系統[11]。與可持續農業相比，氣候智慧型農業不僅包含可持續農業，還提出了更高的標準，將農業溫室氣體減排和應對氣候變化的農業生產加入其中，是在以往各種理念的基礎上形成的。2014年紐約氣候峰會期間，時任美國總統奧巴馬宣布成立了氣候智慧型農業全球聯盟(Global Alliance for Climate-smart Agriculture，GACSA)，目的是解決全球糧食可持續增長的同時，提高農民收入，增強農業生產應對氣候變化的能力和彈性，減少溫室氣體(CH4、N2O和CO2)的排放。

2 氣候智慧型農業發展概況

歐美等發達國家在氣候智慧型農業的發展中先行一步，美國農業部于2016年發布了氣候智慧型農業的執行路線圖，指導美國農業經營主體對氣候變化做出響應，主要針對集約型農業生產下化石燃料資源和化學投入品的減量使用，提倡可再生能源在農業中的應用等，以確保溫室氣體減排、土壤有機碳儲量提升，達到作物產量可持續增長的目的[12]。在土壤保育方面，北美以及德國等地區主要推廣秸稈還田、免耕、少耕、輪耕、休耕等保護性耕作措施，減小土壤耕作強度、提升土壤固碳能力。法國主要通過現代化農業模型與物聯網的有機結合，實現作物生產精準化管理，提高資源的利用效率。以葡萄園為例，主要是利用水肥一體化和精準灌溉等措施，保障葡萄園的產量與品質同步提升，不僅提高了資源利用效率，也降低了溫室氣體的排放。荷蘭和以色列等工廠化農業國家，將工廠生產商品的副產物進一步轉化成肥料用于農業生產，在提高農業副產物利用率的同時減少了化學肥料的使用，間接減少了溫室氣體的排放。瑞士鼓勵農民將農業副產品運輸到能源工廠生產燃氣，同時可以置換成有機肥施入農田[13]。亞洲是水稻的主要生產區，亞洲國家實踐氣候智慧型農業主要從降低稻田溫室氣體排放和提高資源利用效率進行。目前，稻田減排的關鍵技術在水稻主產區已經被廣泛應用，如中國、印度和孟加拉國等水稻主產國通過低碳排放水稻品種的選育、干濕交替灌溉、浸潤灌溉、水稻旱種、添加硝化抑制劑及保護性耕作等關鍵技術的集成應用，達到豐產減排的目的[14]。在養分管理方面，積極推進秸稈還田、有機肥替代化肥；根據農田及土壤類型選用不同種類的化肥，如在旱地施用硝態氮肥、在水田施用銨態氮肥；我國還在不同地區大力推進測土配方施肥政策，以提高肥料利用效率。優化現有農業種植結構也是提高農田生態系統適應性、提高農業生產效率的措施之一，以越南北部為例，長期以來該地區以玉米種植為主，但長期單一種植模式和氣候變化的雙重影響下，農田土壤肥力持續下降、效益降低，在聯合國糧農組織(FAO)的支持下，該地區開始采用咖啡和茶葉替代玉米，這一轉變不僅提升了經濟效益，還有效控制了水土流失[15]。2014年，由全球環境基金(Global Environment Facility，GEF)資助、我國農業農村部(原農業部)和世界銀行共同實施的“氣候智慧型主要糧食作物生產項目”在北京啟動[16]，在河南葉縣和安徽懷遠縣兩個示范區，通過引進國際氣候智慧型農業理念、集成國內外相關技術，開展農田固碳減排技術集成與示范，旨在探索氣候智慧型農業生產體系的技術模式和政策創新，增強作物生產對氣候變化的適應能力，推動農業節能減排，為世界農業生產應對氣候變化提供了成功經驗和典范。

在畜牧業方面，溫室氣體排放主要來源于反芻動物腸道發酵產生的CH4和動物糞便處理過程中產生的 CO2、N2O 和 CH4排放。美國全面實施了奶牛場沼氣工程項目，將奶牛糞便堆肥過程中產生的CH4等溫室氣體封存起來，作為能源再利用[12]。巴西是全球肉牛養殖第一大國，畜牧業溫室氣體排放量較大，政府通過提供低息貸款促進畜牧業經營者改善生產條件、提高生產效率，降低肉牛生產過程中溫室氣體的排放[17]。在非洲國家肯尼亞，當地政府推行了家禽-水產復合養殖模式以提高養分利用效率，在該模式下，家禽糞便作為魚類飼料被投入魚塘，替代飼料，不僅解決了禽類糞便處理的難題，也提高了產量和效益[18]。我國在減少動物腸道發酵發面研究較多，如秸稈青貯、氨化、合理調配精粗飼料比、使用營養添加劑等，均可以有效降低CH4的排放[12]。水產養殖中，大力改善養殖環境，推行立體復合種養、高效增氧等模式和技術，實現水產養殖增效減排。另外，國際畜牧研究所在肯尼亞嘗試通過衛星監測草地覆蓋度來調整放牧的時間和地點，以緩解過度放牧造成的草地退化。

3 西南地區農業生產及碳排放現狀

3.1 農業生產現狀

西南地區氣候資源豐富多樣，大部分地區光熱充足。受季風影響，氣候溫暖濕潤，水資源豐富，雨量充沛，年降雨量在750～1 200 mm。長江上游各大支流均分布于該地區，占全國水資源的1/3，人均水資源是全國平均水平的2倍多(表1)，比較各省人均水資源，僅重慶人均水資源低于全國平均水平；其他三個省份人均水資源均高于全國平均水平，其中西藏人均水資源遠高于西南和全國平均水平。豐富的水資源為農業可持續發展提供有力保證[19]。

西南地區耕地面積占全國耕地面積的15%，人均耕地面積與全國持平。其中稻田面積448.74×104hm2，占耕地面積的22%，與全國稻田面積占比相當；但可灌溉耕地面積僅占耕地面積的32%，低于全國可灌溉耕地面積占比(50%)。在人口密度較大的川渝地區，人均耕地面積低于全國平均水平，西藏和云貴地區的人均耕地面積高于全國平均水平；稻田在川渝地區占比較高，約占耕地面積的30%；可灌溉耕地面積上，四川和西藏的占比高于西南地區平均水平，分別為42%和57%，而重慶、云南和貴州的可灌溉耕地面積占比均低于西南地區平均水平，僅為全國平均水平的一半左右。

分析西南和全國的農機總動力可以發現(表1)，西南地區農機總動力占全國的12%，低于耕地面積占比，每公頃農機動力只有5.77 kW，低于全國水平，這可能與西南地區地形地貌復雜有關。西藏由于耕地面積小，每公頃農機動力高于全國和西南地區平均水平；四川農機總動力占西南地區的36%，每公頃農機動力6.34 kW，低于全國平均水平；重慶和云南每公頃農機動力分別為5.53和5.54 kW；貴州每公頃農機動力為4.51 kW，低于全國平均水平。

西南地區大型牲畜年存欄量為3 396.7萬頭，占全國總存欄量的28%。其中四川存欄量最多，為1 066.3萬頭，分別占西南地區和全國總存欄量的31%和9%；重慶存欄量最小，分別只占西南地區和全國總存欄量的4%和1%。西南地區畜禽年出欄量為972.58萬頭(羽)，約占全國畜禽年出欄量的27%，與大型牲畜占比相當。其中四川出欄量最高，為366.30萬頭(羽)，分別占西南地區和全國出欄量的38%和10%。

從地形上看，西南地區是我國農業發展形態最多的地區，既有山地農業、丘陵農業、平原農業、盆地農業等，還有具有區域特色的喀斯特農業、高原農業、亞熱帶農業等[10]，但綜合農業水平落后，農業生產基礎薄弱，灌溉面積比重小，農機總動力低；產業結構不合理，種植業占比高，農產品深加工產業落后，占比小；山地多、耕地質量差，生態環境脆弱，水土流失嚴重；畜禽養殖量大，糞污資源化利用壓力大。

3.2 農業生產碳排放現狀

根據農業統計數據和各過程碳排放系數[20-21]計算各地區農業生產碳排放量，結果(表2)表明，2016年西南地區農業生產碳排放總量為2 117.80萬t，其中農田生態系統和畜禽養殖導致的碳排放分別為1 145.22萬和972.58萬t，分別占總排放量的54%和46%。農田生態系統碳排放中四川排放量最大，占西南地區農田生態系統碳排放量的38%；其次為云南，占比為33%；貴州、重慶和西藏的農田生態系統碳排放較少，這與人口、耕地面積占比相一致。畜禽養殖方面，四川同樣占比最高，為38%，而重慶在畜禽養殖導致的碳排放中占比最少，只有5%。值得注意的是，西藏的畜禽養殖碳排放與云南相當，占西南地區的20%。

表2 西南地區農業生產碳排放Table 2 Carbon emissions from agricultural production in Southwest China

綜上所述，我國西南地區農業生產種類多樣，生產條件差，技術落后，碳排放區域之間差異大，因此需要有差別的在西南地區發展氣候智慧型農業。

4 發展氣候智慧型農業的對策建議

對國內外發展氣候智慧型農業的舉措歸納總結后，基于西南地區農業生產條件和碳排放現狀，對西南地區發展氣候智慧型農業提出了以下建議。

4.1 制定不同地區的氣候智慧型農業政策制度

雖然氣候智慧型農業的概念提出時間不長，但國內外已有許多農業減排固碳的發展模式來應對氣候變化，如美國的休耕固碳模式、歐盟的系統應對模式等，借鑒其他國家的經驗對西南地區制定相應的發展規劃具有重要的意義。農業農村部(原農業部)等八大部委于2013年共同發布《國家適應氣候變化戰略》，其中發布了關于農業適應氣候變化的努力方向；國務院于2016 年印發了《“十三五”控制溫室氣體排放工作方案》，出臺了適宜本地區經濟發展水平的發展戰略。戰略方案明確了一定期限內農業減排固碳的總體發展目標，在有限資源的背景下，選擇優先發展領域，制定切實可行的發展策略和步驟；建立相應的激勵機制，對以氣候智慧型農業為理念進行基礎設施提檔升級的農業企業和農戶進行相應的資金補助等優惠扶持措施；積極探索碳交易模式，將農業碳排放納入碳交易平臺，在限定碳排放總量的前提下，增強農業生產經營者特別是規模經營主體的自愿減排意識，推動農業主動減排，并實現減排后的經濟效益。

4.2 完善西南地區氣候智慧型農業技術

4.2.1基線調查 西南地區地形復雜，種植業模式和養殖種類多樣，更加需要全面掌握農業碳排放清單，以便制定相應的減排策略。首先，需要明確西南地區農業的碳排放系數，不同作物在不同生態環境下的碳排放系數大不相同；不同地區的不同畜禽種類和糞便管理措施也會導致碳排放系數的變化；目前，大多采用國際通用排放系數，因此排放估算有較大差異。其次，需要明確現階段西南地區農田土壤的碳庫情況，不同種植模式的不同土壤母質土壤碳庫變化差異較大，需在此基礎上模擬未來氣候變化大背景下土壤碳庫的變化趨勢，增強主動應變的能力。再次，掌握種植業和養殖業的產業布局及規模，結合地區經濟發展規劃，明確未來種植業和養殖業的發展方向及調整策略，為發展氣候智慧型農業奠定基礎。

4.2.2技術研發 氣候變化導致極端氣候頻發，如旱、澇、高溫、低溫等，因此需加強農業監測預警以保障農業生產和農民收入。作物品種選育需由傳統的以高產為目的向提高作物品種的抗逆性轉變，選育高抗逆的作物品種以保證作物產量的穩定性?？鼓嬖耘嗉夹g在作物生產中也具有重要作用，如調整播期、合理密植、調整施肥制度及施肥量、使用植物生長調節劑等降低極端氣候給農業生產帶來的不利影響。氣候變化也會導致區域性的光、熱資源發生變化，根據這一變化適時調整農業產業布局以應對氣候變化尤為必要。以上措施將會增強農業生產應對氣候變化的適應性。另外，在生產中推廣農業保險，以降低自然災害、意外事故等造成的損失，保障農業生產者的經濟效益。

加強以氣候變化為驅動力的農業生產模型研究。現有模型如EPIC、DSSAT 等，都是在模擬大氣-作物-土壤之間物質和能量轉化的基礎上，建立作物生長模型，以模擬環境因子和管理措施對作物生長發育和產量的影響，以及作物生長對環境和管理措施的響應，因此在預測氣候變化對農業影響方面有較強的研究價值。通過模型進一步研究預測區域農業的發展趨勢，對應對氣候變化、增強農業生產的適應性有重要意義。

4.2.3農業減排 稻田是溫室氣體CH4的主要人為排放源之一，長期淹水導致的厭氧環境是CH4產生的主要因素，因此，提高土壤氧化還原電位是稻田減排的主要途徑。采用干濕交替灌溉、浸潤灌溉等替代傳統漫灌；使用新型稻作技術，如旱育秧、旱直播等均會有效降低稻田CH4的排放。最新的研究成果表明，在中高產稻田或者秸稈還田條件下，高產新品種水稻能降低稻田CH4的排放，因此，選擇高產水稻品種也可以達到高產低排的協同。在旱地生產中，適量施用生物炭、改善灌溉措施和施肥模式等均能降低N2O的排放。同時合理的間作套種可以促進光合產物向地下部運輸，進而轉化成土壤有機碳，降低CO2排放。畜牧業中，通過推廣青儲飼料、調整精粗飼料比、添加營養劑等都能降低動物腸道發酵產生的CH4，采用集約化、工廠化處理廢棄物降低碳排放，提高有機肥肥力。

4.2.4土壤固碳 增加土壤碳儲量對緩解氣候變化、提高作物適應性具有重要意義。長期秸稈還田能夠顯著提高土壤耕層有機碳的含量，提高土壤的固碳潛力以及有機碳密度。有機肥替代化肥不僅能改善土壤理化性狀，增強土壤的抵抗力和恢復力，還可以使土壤團粒結構加速形成，增加土壤有機質含量。保護性耕作可以減少人為擾動次數，避免土壤含水量和透氣性下降，提高水分利用效率，減少土壤有機碳分解，提高土壤微生物碳含量。而我國西南地區冬水田問題突出，不僅CH4排放量較高，還降低了土壤有機碳含量，積極推廣冬水田綠肥種植技術可以減少土壤厭氧時間，降低溫室氣體排放，改善土壤理化性狀。

4.3 兼顧農業氣候智慧開展農業綜合開發

為支持和保護農業發展，國家因地制宜改善農業生產條件，提高農業生產效率和效益，設立專項資金對農業資源進行綜合開發利用，其任務之一就是加強農業基礎設施建設和生態保護建設，這對發展氣候智慧型農業具有重要的推動作用。在土地整治項目中，通過有針對性建設高標準農田提高土壤和水資源利用率，提高農業生產的抗逆能力，達到高產穩產的目的；通過生態流域治理，有效控制農業源污染和水土流失；產業化經營中通過支持種植、養殖、加工一體化的循環模式項目延長產業鏈，減少農業廢棄物，提高農業生產效率和經濟效益，降低農業生產風險。

4.4 因地制宜選擇氣候智慧型農業發展模式

發展氣候智慧型農業需以區域農業發展水平、生態環境和自然條件為依據進行合理布局。如在城市周邊的蔬菜種植區，應減少肥料施用量，提高肥料利用效率；在成都平原和川東、渝西、淺丘等水稻主產區以稻田溫室氣體減排為首要目標，兼顧農田應對氣候變化的能力；在云貴高原等生態脆弱區應以發展循環農業為主，進一步提高水肥資源利用效率；在森林覆蓋度較高的橫斷山脈、武陵山區等以保持農田生物多樣性、提高土壤封存有機碳的能力為主；在高山草原地區應以加強草原生態建設為重點；在四川和西藏等以畜禽養殖業為主的地區，應該加強畜禽養殖業中飼料配比和畜禽糞便資源化利用，以降低溫室氣體的排放。