極端天氣變化視角下糧食安全問題及抗災方案探究

于燕波，高春梅

（1.威海市農業(yè)綜合執(zhí)法支隊，山東威海 264200；2.榮成市農業(yè)農村事務服務中心，山東榮成 264300）

0 引言

糧食是人類生存的基礎，極端天氣的到來會對區(qū)域中的生態(tài)系統帶來嚴重的負面影響，進而威脅糧食系統的安全。為了盡可能避免因為極端天氣帶來的糧食損失，需要結合極端天氣對糧食的影響方式制定合理的抗災方案，最終保護糧食系統在極端環(huán)境的安全運作。

1 極端天氣對糧食系統的影響方式

1.1 高溫影響

高溫會對作物造成的危害是多方面的，其中包括抑制了植株的光合作用，抑制了作物的代謝過程，降低作物的生長速度，增加作物的易感性、使作物更容易受病蟲害的侵害等。此外，過高的溫度也會導致植物的水分流失，影響植物的正常生長發(fā)育。極端高溫事件是極端天氣下常見的氣象極端事件類型，當極端高溫發(fā)生時，糧食作物會因為熱浪的侵襲發(fā)生光合速率減緩、葉片脫落等現狀，如果不注重預防，作物的植株生長速率會不斷降低，最終發(fā)生植株凋亡，例如，2003年發(fā)生于歐洲地區(qū)的高溫熱浪事件，該熱浪事件的產生是因為西歐地區(qū)的陸地生態(tài)系統釋放的CO2過多，導致自然環(huán)境的碳匯能力受到破壞，自然環(huán)境的碳匯削弱，并引發(fā)連鎖效應，造成當地的作物大面積枯死[1]。又如2022年的6月初，我國南部地區(qū)持續(xù)高溫，多地的氣溫超過了40℃，云南、湖北、重慶等地的氣溫甚至一度達到了44℃，在這種高溫環(huán)境下，南部地區(qū)的農作物遭受了嚴重的日灼影響，大量的秋播蔬菜在出苗時期沒有順利出苗，植株過矮的作物因為貼近地面，被地面高溫灼傷根系，尤其是玉米等不耐高溫的糧食作物，更是大面積出現禿尖、花粒、雌穗過小等癥狀。

除了熱浪對糧食作物本身帶來的直接影響，高溫氣候還會從作物的生長環(huán)境、病蟲害等方面間接影響糧食系統的安全，如薊馬、斜紋夜蛾等害蟲都是能適應高溫的物種，其一般出現在夏季，但如果環(huán)境持續(xù)升溫，有一定概率提前喚醒害蟲的活躍期，或者延長害蟲的活動期，且在高溫引發(fā)的蒸騰與暴曬效應下，土壤中的水分蒸發(fā)得更快，而農作物在吸收水分的過程中需要一定量的水，當水分蒸發(fā)過快時，農作物就無法得到充足的水分，因此生長速度減緩，抗病性變差，更容易受到嚴重侵害，也更容易枯死。

1.2 低溫影響

低溫影響是與高溫影響相對應的糧食安全影響方式，同樣由極端天氣引發(fā)，一般以寒潮形式表現。在寒潮來襲時，作物會因為環(huán)境溫度降低而減緩生長速度，如果不進行及時地保護，會導致作物的組織凍傷，發(fā)生壞死現象。這是因為在低溫作用下，農作物細胞中的水分會不斷向外滲透，當水分滲透過多時就會引起植株的細胞脫水，引發(fā)作物的葉面枯死，嚴重情況下會造成作物的完全死亡。除脫水帶來的傷害外，另一種由低溫引發(fā)的凍害，這種損害是低溫引起植株的細胞間隙發(fā)生結冰現象，由于冰的生成，細胞間隙的空間被不斷擠壓，原生質的空間被壓縮，伴隨結冰現象的增多，原生質和其膜系統的空間越來越小，在擠壓作用下發(fā)生的破壞越來越大，最終就會造成細胞的大量死亡，同時，植物的細胞間隙出現結冰現象后，當氣溫回升時，細胞間隙中的冰會快速融化，這會導致原生質在開始吸收前就提前進行蒸發(fā)作用，進而造成作物的干枯和死亡。

此外，極端低溫一般發(fā)生于冬季，此時正是低溫寡照的時期，在溫度較低且光照較弱的情況下，植物的新陳代謝會陷入極度緩慢的狀態(tài)，如果是秧苗還會發(fā)生“僵苗”。極端低溫事件對作物的致死率要低于極端高溫事件，但其威脅同樣不容小覷，在“僵苗”情況下，作物雖然不會直接死亡，但生長減緩也會導致糧食產量下降，給農戶帶來經濟損失。且極端低溫下，雖然害蟲的活躍度降低，但真菌卻進入到適宜期，極端的低溫天氣是霜霉病、菌核病、立枯病爆發(fā)的時期，在低溫環(huán)境下，真菌營養(yǎng)物質的利用效率高，同時真菌的繁殖速度也快，因此，當病毒復制的速度超過免疫系統的清除速度時，就可能引發(fā)真菌感染。而低溫導致的土壤松散和凝結，又會影響作物的根系發(fā)育，減少養(yǎng)分的吸收，使得作物的抗病能力進一步下降，因此冬季是作物發(fā)病的高發(fā)期，要特別做好預防工作，避免低溫引發(fā)的大規(guī)模真菌類病害[2]。

2 極端天氣下的抗災措施

2.1 極端高溫抗災措施

高溫環(huán)境會降低農作物的產量，影響農作物的質量，縮短收獲季節(jié)，甚至可能導致農作物的死亡。因此，提高農作物的抗高溫能力，防止高溫對農作物造成的損害，是提升農業(yè)經濟效益，提高作物產量的關鍵。當氣溫逐漸升高時，要及時采取降溫措施，增加作物的抗旱性，作物的抗旱性是植物生長和發(fā)育的關鍵因素。培育植物抗旱性強的品種，可以在高溫下，獲得更好的水分利用率，提高植物的耐旱能力，以應對高溫環(huán)境。比如，當出現土壤干裂的情況，就需要及時地進行灌溉，調節(jié)水土平衡，維護好作物種植環(huán)境。在土壤水分不夠的情況下，作物就會吸取內部的水分直到干枯，所以高溫天氣下，及時灌溉是重要的抗災措施。灌溉方式可以采用噴灌技術，通過管道將水進行輸送，然后對水施加壓力使其能夠均勻地噴灑在農作物的表面。相關的研究數據顯示，噴灌技術可以對農作物實現90%的均勻噴灑，并將水資源利用率提升到80%，相比于以往的漫灌，噴灌可以最大限度地節(jié)約水資源[3]。

同時，由于該技術應用了先進的壓力設備，因此在實際的技術應用過程中也不會有較大的控制需求，可以有效地減少勞動人員的勞動量。在設置水源井時，要盡可能將水源井置于地塊中央，并用干管固定與井相連。沿著地塊長邊進行干管的布設，保持干管與支管的垂直，將支管設置在干管的兩側。其中，布設支管應用的是移動式噴灌技術，采取兩套同時工作，然后以移動安裝的方式灌溉農作物。這種方法可以減少水資源浪費，克服高溫天氣下水分蒸發(fā)過度、水資源稀少的問題。

此外，還需要在農田中安裝降溫設備，通過蒸發(fā)空氣中的水分，降低空氣溫度，使農作物得以生長。在農田中安裝降溫設備可以有效降低土壤溫度，從而提高作物的生長效率，并且安裝降溫設備還可以減少農田中的植物病害，改善農作物的品質，減少農作物的損失。在農田中安裝降溫設備需要考慮空間的大小、通風和排水的條件以及雨水的種類等因素。適合用于農業(yè)種植的降溫設備包括太陽能降溫系統、地熱泵系統、風冷系統和水冷系統等。其中太陽能降溫系統是一種綠色節(jié)能技術，它使用一種叫做太陽能冷卻的技術，該技術可以將太陽能轉換成冷卻能量，以減少農田的地表溫度，與傳統的降溫方法相比，太陽能降溫系統可以節(jié)省更多的能源，并且不會對環(huán)境造成不良影響。而地熱泵系統是通過地下熱量交換器和冷熱輸出器來實現供暖和制冷，不僅可以用于夏季降溫，也可以用于冬季的供暖。不過，這兩項設備的設施成本和技術要求均較高，且空間需求較大，因此在成本不足的情況下，可以選用風冷或者水冷系統替代。

如果高溫天氣持續(xù)時間過長，需要進行移植，在移植的時候應將根系部分帶著土球一起移植，能夠減少對作物的傷害。在移植后，就需要及時澆水、施肥，并注意移植過程中的防護問題，避免植株遭到暴曬，此外要準備噴水裝置用以進行降溫工作，提高植物生長適宜度。農戶還要定時進行雜草清除，避免因為雜草過多，作物吸收不到營養(yǎng)，并且考慮高溫天氣帶來的蒸騰效應，農戶要通過在底肥中增加充足的礦物質、有機肥料和有益微生物肥料，并在生長整個過程同時給予營養(yǎng)干預，在進行播種處理之前配合高活性固氮微生物菌劑實施拌種處理，除了雜草會影響作物的生長，害蟲對作物生長的影響也是很大的。在高溫抗旱的時候就需要做好每一步工序，這樣才能減少害蟲對作物的侵害，加強對土壤的消毒，使用高錳酸鉀等減少微生物的繁殖，在殺蟲的時候也需要觀察植株的形狀，選擇有白色斑點的植株噴灑，需要避免太陽直射，及時補充營養(yǎng)，在生長中適當給予植物營養(yǎng)液補充，包括礦物質元素肥、氨基酸類、高活性固氮微生物菌劑等，可確保農作物的次生代謝得以啟動，產生吲哚生物堿化感物質，其能夠幫助抑制害蟲生長繁衍，同時增強作物的生長能力。

2.2 極端低溫防災措施

低溫環(huán)境下，土壤的水分蒸發(fā)會減緩，因此在低溫天氣中不必如高溫天氣一般頻繁灌溉，只要保持足夠濕度即可，尤其是陰雨天氣，更不要多澆水。在種植地點的選擇上，可以選擇陽光和空氣流通良好的朝陽坡，應避免選擇冷風通道和低溫區(qū)域，作物種植的合理安排也可以減少低溫的危害。在技術措施方面，采用地膜、覆蓋、氣溫升高等低溫防護技術，也可以有效地減少低溫的危害。舉例來說，塑膠薄膜可覆蓋農作物，以保留農作物表面的溫度，覆蓋可降低土壤的熱量流失，減少低溫對農作物根部的損害，種植人員還可以依靠加熱空氣亦可加熱農作物周圍的空氣，以防止低溫，比如設置溫室環(huán)境抵擋高溫，用保溫材料覆蓋種植區(qū)，減緩溫度的降低過程等等。

在低溫天氣中要提前展開殺菌消毒工作，通過惡霉靈、嘧菌酯等藥劑進行土壤消毒，再對植物噴灑百菌清、吡唑醚菌酯、異菌脲藥物，增強作物抗菌能力。另外，低溫天氣下，光照會減少，因此要充分利用陽光，讓更多的光照射到作物上，如可以收集些草木灰灑在土壤中，潮濕的草木灰能夠吸收更多的陽光，這有助于提高作物的能量，農戶也可以運用白熾燈增加光亮，保證作物的光照充足[4]。

除了從外部環(huán)境來減少低溫天氣對作物的危害，還可以從作物本身強化作物的抗低溫能力。在20世紀70年代的初期，河北遭遇春季玉米在進入到小苗期階段之后遭遇了較為嚴重的冰雹，為了保證玉米產量和正常代謝，割苗機發(fā)明人蘇寶劍帶領農村合作社的成員帶著剪刀深入到玉米地將遭受破壞的小苗剪掉，在經過這種方法處理后，當年玉米卻收獲頗豐。經過此次災害事件后，蘇寶劍提出，在玉米進入到小苗期之后進行適當的割苗處理，即在玉米的幼苗生長到了5～6片葉之后割苗，能夠更好地提升玉米的抗逆性，刺激后期生長。在對抗低溫氣候中，農戶也可以采取該方法，及早對作物幼苗進行割苗處理，增強作物的抗逆性和抗低溫能力，促進幼苗生長。

此外，農戶也可以從作物的種子入手，在零下28℃的條件下，將種子提前進行微凍干預處理，促使種子內部能夠生成抗凍糖蛋白（AFP），確保其能夠在較短時間內進入到休眠階段，短時間的浸泡處理后再取出備用。在低溫脅迫的干預下，能夠激發(fā)種子進入代謝活動生成一定的抗逆蛋白，確保其在未來進入到生長之后，可以增強對各種異端天氣的和病蟲害的預防的抵抗。具體的處理方法：首先取1 kg的真空包裝種子，將其存放到微凍液中持續(xù)浸泡，30 min后取出，隨后將其放置于種子儲藏庫內備用，以便播種時供給。通過該項技術的處理之后，種子表現出較強的抗病毒、耐低溫特性，同時還表現出發(fā)芽速度加快、產量較高、生長更為旺盛等特征。種子的微凍脅迫是現代農業(yè)發(fā)展中提出的重要代謝組學應用技術，同時也是處理方法較為簡單的技術。

3 結語

綜上所述，極端天氣會制約糧食系統的發(fā)展，威脅糧食系統的安全，只有加強作物培植，才能推動糧食系統的快速發(fā)展。所以，抗災措施應考慮極端天氣的類型，采取適當的措施，確保糧食系統的安全運行，以保證糧食供應。另外，還需加強作物的培植，以促進糧食系統快速發(fā)展。而對于抗災措施的制定，應結合極端天氣的類型合理調整其內容，比如高溫環(huán)境下，要考慮到水分流失和害蟲活躍的問題，低溫環(huán)境下，要考慮植株的細胞損壞和真菌繁殖問題，根據不同極端天氣造成的危害給予相應的抗災手段，確保糧食系統能在極端高溫或者極端低溫下繼續(xù)安全運作，維持必要的糧食供給。