中國南方抗高溫農業措施發展狀況及評價

宋庭玉

（鄭州丹葩沃農業技術有限公司，河南 鄭州 450000）

隨著氣候變化問題日益明顯，人類的農業生產受環境的影響越來越大，氣候加速變暖導致全球平均氣溫不斷上升，極端氣候逐漸成為農業發展過程中的挑戰。其中，對農業生產而言，極端高溫是導致作物減產、影響糧食生產的重要問題。研究表明，高溫會導致植物葉綠素不活躍，阻礙正常的光合作用，降低光合作用效率，導致蛋白質凝固變性。同時，高溫還會引起植物機制失衡，如細胞膜半透性喪失，植物器官和組織受損，酶活性和物質運輸速率降低，導致光合物質積累速度下降。從作物生理角度來看，高溫會妨礙植物的正常生長，降低種苗成活率，還可能產生嚴重的日灼、氣灼等典型熱害，損害農作物的品質和產量，導致農作物減產甚至絕收。例如，在玉米授粉過程中，高溫會影響花粉產生和植株生長發育，導致玉米的正常生殖、生長過程受到影響，使結實率下降。從經濟角度上來看，極端高溫導致作物嚴重減產，影響農業種植者的經濟效益，并對農業設施和種植模式提出了嚴峻的挑戰，增大了農業種植者的經濟負擔。從社會效益角度上來看，極端高溫嚴重危害糧食安全和農業結構的穩定，會產生各種社會問題。

在亞洲季風區，由于氣候的不穩定性，極端高溫頻發，對作物的產量影響巨大。根據印度農業研究所的數據發現，在整個小麥生長期間，極端高溫每上升1 ℃，產量就會損失400 萬～500 萬t。由于與季風區相似的氣候狀況，中國南方和印度面對高溫具有相似的壓力。因此，采取措施對抗極端高溫氣候是防止產量下降、促進高產穩產、確保糧食安全的重要舉措。在中國南方，總體氣溫較高，大部分處于亞熱帶季風區，氣溫波動大，極端高溫頻發，農業種植受極端高溫的影響不斷增大。因此，抗高溫農業措施的使用是確保糧食安全、提高農業生產抗逆性的重要方法。對近期中國南方農業應用層面上采用的抗高溫農業栽培措施進行總結和評價，具有必要性和現實意義。

1 國內外抗高溫農業措施發展概況

目前，從實驗室角度看，作物耐熱性的分子生物學機理已比較明確。近期一項總結性研究指出PhyB（光敏色素B）、PIF4（光敏色素互作因子）、H2A.Z（組蛋白類似物A.Z）及ELF3（EARLY FLOWERING3，朊病毒樣結構域）等生物因子作為植物熱傳感器的事實，明確了植物熱傳感器的定義。該研究進一步總結了這幾種植物熱傳感器參與植物熱形態建成以及植物熱休克的調節機制。在當前實驗室研究水平方面，對于作物熱響應的相關研究比較充分且發展迅速。然而，目前植物熱響應的機理研究主要集中在擬南芥等模式上。對于主要糧食及作物的熱響應以及抗高溫機制的研究有限。在應用技術與推廣層面上，對于作物耐熱栽培技術的研究和進步存在局限性。一些研究整理了當前使用的一些抗高溫農業措施。近期一項研究總結了白菜的耐熱性情況，并列舉分析了抗高溫的農業栽培技術，集中對遮陽網影響夏季普通白菜耐熱性的詳細機理進行了討論，明確了遮陽網對白菜耐熱性機理的重要意義[1]。目前對于單一作物的系統耐熱性評價有一定的研究，并且逐漸成為研究的重點方向。然而，對于作物耐熱機制的總體應用性成果評價較少。

2 中國南方主要抗高溫農業措施

為抵抗極端高溫氣候，數種抗高溫農業措施已經在中國南方農村地區推廣。為了便于對比和討論，可將中國南方的主要抗高溫農業措施根據其主要特征分為3 類：蔭蔽措施、農業栽培措施以及物理降溫劑。蔭蔽措施指直接遮蔽外界光源的裝置；農業栽培措施指通過一定的田間管理措施進行降溫；物理降溫劑指通過使用某些降溫劑進行降溫。

2.1 蔭蔽措施

蔭蔽措施是最直接的抗高溫農業措施，包括遮陽網、遮陽大棚、遮陽式大棚降溫劑等，其特征是通過降低作物受到的直接光輻射來降低熱效應，以此起到抗高溫作用。目前，關于蔭蔽措施的研究比較充分。

遮陽網是一種設置在地面或空中，通過一定程度阻擋入射光來降低熱效應的設置設施，可以分為永久性、半永久性或臨時性。遮陽網作為設置最簡單的蔭蔽設施，適用范圍較廣。在經濟發展狀況較好、氣候較為炎熱的中國南方地區，遮陽網已經成為廣泛推廣的農業設施，成為夏季農業抗高溫的主要措施。遮陽網可以有效降低地溫，從降低光輻射的角度減少極端高溫對作物產生的危害，可以有效降低田間地表日均溫度。一項關于烤煙的研究中使用遮陽網對烤煙進行處理，研究遮陽網對烤煙田地溫的影響。研究表明，使用遮陽網對烤煙進行遮蓋可有效降低地溫，使田間地表日均溫度降低3.2 ℃[2]。遮陽網等蔭蔽措施可以有效減少高溫對作物的損害，尤其在育苗階段。一項研究表明，對韭菜使用遮陽網處理可有效提升16.4%出苗率，提高21.1%成苗率[3]。在大棚中使用遮陽材料建設遮陽大棚，是設施農業范疇中的優秀遮陽措施，其具有低重復投入成本、效率高、節省人力成本等優點。此外，使用遮陽網作為設施農業的一般遮陽措施可以提高農業機械化效率，有效解決傳統遮陽網不適合機械化操作的問題。

遮陽式大棚降溫劑是近年來發展迅速的一種蔭蔽措施，這和中國塑料薄膜大棚廣泛使用有關。不同于傳統遮陽措施，遮陽式大棚降溫劑一般噴涂在塑料大棚表面，建立一個遮光層。遮陽式大棚降溫劑通過阻擋入射光照中熱效應明顯的部分，例如紅外線，有效降低大棚內的光照強度[4]，對于植物正常的光需求遮擋較小。相比傳統遮陽措施，遮陽式大棚降溫劑具有噴涂方便、節省人工、效果好等優點。同時，遮陽式大棚降溫劑可以將直射光變為散射光，使大棚內光照更加均勻，因此被眾多農業工作者運用，具有廣泛的應用前景[5]。

蔭蔽措施主要是用各種措施阻止作物通過光輻射的方式接受熱量，并通過這種方式降低溫度。

2.2 農業栽培措施

農業栽培措施主要包括通風、灌溉等降溫方式，是歷史悠久的農業降溫技術。通風是通過提高空氣流通速度來帶走熱空氣，由此降低田間溫度，起到抗高溫的作用。通風適用于各種場合，但是其在封閉式的種植環境，特別是大棚種植中作用最為明顯。通過設置通風扇或通風道，可以有效降低大棚內部溫度。一項研究綜合考慮了自然通風手段配合多種抗高溫農業措施對降低氣溫與地溫的影響。研究表明，通風不僅能夠有效降低氣溫，還與很多抗高溫農業措施有著配合作用。對自然通風、遮陽網和微噴的復合降溫系統的研究指出，通風在配合微噴、遮陽網等其他抗高溫農業措施方面有著突出作用，可以更有效降低棚內氣溫[6]。

灌溉是一種非常有效的降溫技術，不僅對大棚作物具有降溫作用，對大田作物的降溫效果也非常好。水稻因其特殊的生長模式，是用灌溉方式降溫的典型作物。一項關于水稻的研究對比了使用不同溫度水源對田間微氣候產生的影響。對高溫池塘水和低溫地下井水進行研究對比，結果表明，使用低溫度的地下水對農田進行灌溉可以有效降低地溫，改善當地土壤微氣候[7]。此外，對于大田作物來說，灌溉是其主要的抗高溫手段，灌溉的管理方法較為簡單，可以利用既有灌溉設備。

灌溉和通風技術在農業生產中有著廣泛的實踐。一般對于大棚種植等設施農業來說，通風技術能夠更有效地降低棚內溫度，而對于大田農業來說，灌溉有著更高的經濟有效性。在實際農業生產中，要正確使用兩種主要的農業栽培措施抵抗高溫，以起到事半功倍的效果。

2.3 物理降溫劑

物理降溫劑一般使用物理手段吸收熱量，起到降溫效果。目前，最常用的物理降溫劑是干冰。雖然物理降溫劑作為降溫手段尚處于發展階段，但由于其固有的降溫機制，物理降溫劑具有用量少、效率高、使用方便、降溫幅度高、可以精確控制降溫幅度等優點，因此逐漸被廣大農業工作者，特別是農業科研部門、智慧農業工作者和設施農業工作者使用。干冰作為固態二氧化碳，在室溫條件下會吸收大量的熱量并轉化為二氧化碳氣體，從而降低地溫和氣溫。在此過程中，干冰不僅能起到降溫、抵抗極端高溫的作用，而且釋放出的二氧化碳是光合作用的重要原料，可以作為氣肥促進植物生長。目前，對于干冰降溫已有相關農業運用，通過自動噴灑干冰降低大棚內的局部溫度。相比傳統的通風、蔭蔽等農業技術措施，物理降溫劑有著節省人工成本、提高效率、精確控制的優點，對于大棚中受熱不均勻情況，其相較傳統降溫方法特別有效。由于物理降溫劑具有精確控制降溫幅度的特點，對于目前正高速發展的精確農業、智慧農業有很高的實用價值，有望成為未來農業的重要抗高溫農業措施。

3 對比與評價

對3 類降溫手段進行對比和評價的標準基于經濟性、生態友好性、有效性3 個指標。經濟性指其采購價格、折舊成本和維持性的可接受度；生態友好性指其在全生產周期內對于環境造成的影響，包括使用過程中造成的影響和報廢后對當地環境的影響等內容；有效性指其降低溫度、抗高溫的能力。綜合3 個指標，基于南方的自然條件對3 種抗高溫措施進行分析和對比，并基于每一項指標的優勢和劣勢對3 種抗高溫措施進行評價。

3.1 經濟性

經濟性是決定一切農業抗高溫措施的基礎條件，農業作為一項投入較大、經濟回收周期較長的生產活動，對于經濟性非常敏感。經濟性不可接受的降溫手段不能用于農業生產中，經濟上不劃算的降溫手段也很難對廣大農業工作者進行推廣。從經濟角度看，中國南方的水資源較為豐富，采用灌溉方法控制地溫具有可行性，南方稻作地區優秀的水利條件也為灌溉方法控制地溫創造了基礎。通風在經濟上成本較為低廉，可以說農業栽培措施的經濟性最好。蔭蔽措施在經濟上需要較高的一次投入，用于購買遮陽網、遮陽式大棚降溫劑等蔭蔽設施，但是設置或噴涂之后就可以長期使用。物理降溫劑的經濟性最差，購買干冰價格較高且需要持續投入。因此，農業栽培措施經濟性最好，蔭蔽措施經濟性其次，物理降溫劑經濟性最差。

3.2 生態友好性

生態友好性是基于可持續農業理念的重要評價指標，生態友好性不足的降溫手段不能可持續提供抗高溫能力。特別是在氣候變化導致極端高溫頻發的歷史時期，生態友好性作為從根源上控制極端高溫的途徑，從長遠來看更為重要。隨著居民生態意識的不斷深入，生態友好性對于體驗性農業、高附加值農業具有獨特的重要性。蔭蔽措施帶來的環境生態壓力主要來自于遮陽網等設備的折舊損耗，廢棄的塑料遮陽網會帶來嚴重的塑料污染，長期停留在土壤或水體中污染環境。然而，使用可降解塑料可以有效避免這一問題發生。農業栽培措施的環境生態壓力較小，其環境壓力主要來自于水資源消耗。在水資源較為豐富的地區，這一問題不太明顯，同時使用循環用水等技術也可以有效降低這一潛在環境風險。物理降溫劑的生態壓力主要來自于二氧化碳帶來的潛在碳排，干冰使用的二氧化碳來自于碳固定，二氧化碳本身可作為氣體肥料使用，通過合理的農業管理措施可以降低甚至逆轉由干冰物理降溫劑導致的生態壓力。因此，3 種抗高溫農業措施都有固有的生態壓力，但隨著科技發展和農業生產水平的提升，這些潛在的生態問題都可以得到一定程度解決。

3.3 有效性

有效性是決定生態友好性最重要的措施。有效性主要指控制溫度、抵抗高溫的能力。物理降溫劑由于其固有的物理特性，降溫效果最好且最直接，可以精確控制溫度，是條件允許時最快速、有效的抗高溫手段。一般來說，遮陽網能更加有效地降低地溫，而通風能更有效地降低氣溫。總體來說，兩種方式同時使用會更加有效。灌溉是有效性最低的手段，因為其對水源的溫度要求較高，而大量的低溫水源在農業生產中一般由地下水提供。在農業生產主要依賴地表水的地區，灌溉降溫的效率會大大下降。同時，灌溉本身作為一種農業管理手段，會對水肥平衡等方面產生影響，還可能和農作物正常的灌溉周期發生沖突。此外，不科學灌水可能導致高溫高濕的環境產生氣灼等損失。因此，對于有效性而言，物理降溫劑的有效性最好，蔭蔽措施的有效性其次，農業栽培措施中通風效果較好，而灌溉的應用有局限性。在實際應用時，應參照需要降低的局部溫度區間來使用恰當的抗高溫措施。

4 結束語

目前農業生產中抗高溫農業措施主要分為蔭蔽措施、農業栽培措施和物理降溫劑三大類。在中國南方的生態環境背景下，從經濟性、生態友好性和有效性3 個方面對三大類抗高溫農業措施進行分析可得出如下結論：經濟性方面，農業栽培措施經濟性＞蔭蔽措施經濟性＞物理降溫劑經濟性；生態友好性方面，3 類措施都有潛在問題，但是可以通過農業技術進步得到一定程度的解決；有效性方面，物理降溫劑有效性＞蔭蔽措施有效性＞農業栽培措施有效性。結合上述結論，在農業生產中，小規模、高投入的大棚等種植模式應優先考慮物理降溫劑，大田的大規模種植模式應優先考慮農業栽培措施，蔭蔽措施各方面特點都較好，適合在各種場合進行推廣使用。