農業氣候變化對農作物產量和質量影響的研究

收稿日期：2023-12-10

作者簡介：孫新龍（1988—），男，內蒙古敖漢人，中級工程師，主要從事氣象服務工作。

摘 要：農業氣候變化對農作物產量和質量的影響較大，為此，分析了農業氣候變化的特點及其對農作物產量的影響，探討了農業氣候變化對農產品質量的影響，提出了加強農業氣候變化應對的有效策略，強調了我國在農業氣候變化應對方面的挑戰和機遇。

關鍵字：農業氣候；變化；農作物產量；農產品品質；策略

中圖分類號：S162 文獻標志碼：B 文章編號：2095–3305（2024）04–0-03

隨著全球氣溫的不斷上升，氣象事件頻繁發生，農業受到了氣候變化的嚴重影響，農業氣候變化已經成為一個備受關注的問題。我國作為世界上最大的農業生產國之一，其農作物產量和質量也深受氣候變化的影響。

1 農業氣候變化的特點

1.1 溫度的變化

農業氣候變化的特點，特別是溫度變化對農作物的影響是多方面的。氣候變暖導致的季節性溫度模式變化可以在某些地區延長作物的生長季節。這意味著在這些地區農作物有更長的時間成熟和生長，從而導致產量的增加。例如，原本在寒冷地區無法生長的某些作物，由于溫暖的氣候，使其成功種植成為可能。

然而，在其他地區，過熱現象會對農作物產生負面影響。過高的溫度會導致作物生長受阻，甚至出現死亡現象。例如，某些作物在特定的溫度范圍內才能最佳生長，超出這個范圍，它們的生長會受到抑制，影響了其產量和質量，這種情況在那些氣候較為溫暖的地區尤為嚴重。

1.2 降水模式的變化

氣候變化會導致某些地區的降水量顯著增加或減少。在一些地區，由于全球溫度的上升，局部蒸發量會增加，從而導致更多的水汽在大氣中積聚，最終形成更強的降水。相反，在其他地區降水量可能會減少，導致干旱情況更為嚴重。

氣候變化不僅會改變降水量，還可能改變降水的頻率。有些地區會經歷更頻繁的降水事件，而其他地區則面臨更長時間的干旱期。隨著全球氣溫的升高，極端天氣事件，如暴雨和干旱會變得更加頻繁和劇烈。這些極端事件將會導致洪水或長期干旱，嚴重影響了農業生產[1]。

氣候變化還可能影響降水的季節性分布。某些地區會經歷季節性降水模式的變化，如雨季的縮短或推遲，這可能影響農作物的種植和收成。

1.3 極端天氣事件的增加

氣候變化導致的全球溫度升高會增加熱浪的頻率和強度，對農業產生直接的影響。這是因為高溫會加速作物的生長周期，導致營養物質積累不足，最終影響產量和質量。例如，小麥、玉米等谷物若在花粉受精期間遭受高溫，將導致產量大幅下降。

氣候變化還可能引發更頻繁和更嚴重的干旱事件。干旱會影響土壤濕度和作物水分的可用性，從而限制作物的生長，并因此而減產。長期干旱將會使得土地退化，影響土壤肥力。

洪水和風暴也是氣候變化的重要方面。強降雨和暴風雨事件的增加可能導致河流和湖泊水位上升，造成農田水淹。洪水不僅會破壞作物，還會導致土壤侵蝕，進一步影響后續作物的種植。強烈的風暴也會因氣候變化而變得更加頻繁和強烈，不僅會直接摧毀作物，還可能導致基礎設施損壞，從而影響農業生產和分銷。

2 農業氣候變化對農作物產量影響的影響

2.1 氣溫升高對農作物產量的影響

2.1.1 作物生長期的變化

氣溫升高在很大程度上會導致春季來臨得更早，秋季結束得更晚，使作物的生長季節延長。這一現象通常對季節性作物小麥、大豆等有利，諸如有更多的時間來完成生長周期，從而增加作物產量。

然而，氣溫升高也將增加夏季出現極端高溫事件的頻率。高溫脅迫會對作物造成不利影響，因為過高的溫度會導致植物失去水分，葉片枯萎，減緩光合作用，最終降低產量。高溫還會引發作物病害蟲的暴發，對產量造成損害。高溫也可能導致降水分布不均。

氣溫升高會增加農業生產的不確定性[2]。由于氣象條件的不斷變化，農民將更難以準確預測最佳的種植和收獲時間，并采取適當的農業管理措施，這使得農民需要應對更多的不確定性，增加了農業生產的風險。

2.1.2 作物適應性和脅迫

氣溫升高對不同作物品種的適應性存在差異。一些作物對氣溫升高具有一定程度的適應性，這意味著它們能夠在高溫條件下繼續生長和發育而不受太大的負面影響。這種適應性是自然選擇的結果，也可以通過育種和遺傳改良來加強。農業科學家和育種者可以通過選擇適應高溫的作物品種，培育出耐高溫的新品種，從而減輕氣溫升高對產量的不利影響。

即使某些作物品種具有一定的適應性，氣溫升高仍然會對它們的生長和開花過程產生直接的負面影響。高溫會導致作物的生長速度加快，生長周期縮短，使作物的產量減少。高溫還會干擾作物的開花過程，導致花粉失活或不正常的花粉傳播，使果實的結實率降低。

極端高溫天氣還極易引發熱害，對作物產量造成災難性的影響。在極端高溫條件下，受熱害的影響，農作物會出現葉片枯黃、枯死，甚至整株作物死亡的情況，致使作物產量嚴重減少或絕收，給農民造成重大的經濟損失。

2.2 降水變化對產量的影響

2.2.1 干旱和水資源管理

干旱是降水量明顯減少或缺乏降水的現象，會直接影響農作物產量。缺水會導致土壤干燥，降低作物生長的水分供應，最終導致作物減產、歉收甚至顆粒無收。

干旱時期，農民需要更加謹慎地管理水資源，包括改進灌溉系統、提高灌溉效率以及實行節水措施。農民還需要調整種植季節，選擇耐旱作物，從而應對干旱情況。干旱不僅會對當年的產量產生影響，還可能導致土壤質量下降，影響農田的長期生產能力。

2.2.2 洪水和災害風險

洪水通常是由降水過多或持續時間過長引起的，這些極端的降水事件可能導致河流、水體溢出，農田內積水增加，最終導致洪水。洪水會導致農田被淹沒，影響作物生長。當農田被水淹沒時，植物的根部可能受到氧氣不足的影響，導致水稻等作物窒息和死亡。如果水深足夠，洪水還可能沖走農作物，完全摧毀農作物。

洪水不僅會淹沒農田，還會導致土壤侵蝕和養分流失[3]。洪水中的流動水會帶走農田中的表層土壤，削弱土壤的肥力并損害土壤結構。土壤養分也會被洪水沖走，使土壤貧瘠，對作物的生長產生負面影響，影響農作物產量。

3 農業氣候變化對農業質量的影響具體分析

3.1 溫度變化對食品質量的影響

3.1.1 營養價值的損失

在高溫和干旱的條件下，農作物經常會受到水分不足的影響。這種干旱脅迫會導致植物減少水分的攝取，從而影響其生長和養分吸收能力。水分限制會影響植物中的維生素和礦物質含量，如維生素C、維生素A、鈣和鎂等，這對人類健康非常重要。這意味著消費者會獲得較少的關鍵營養素，可能導致健康問題。

蛋白質是人體所需的重要營養素。高溫條件下，一些作物如小麥、大豆和玉米的蛋白質含量會下降。這將會導致素食主義者和以植物為主食的人所攝取的蛋白質水平降低，影響其健康。

抗氧化劑對于人體健康的維護也至關重要，有助于抵御自由基的損害，從而減少慢性疾病的風險。高溫和干旱條件下，農作物中抗氧化劑的含量通常會減少。這意味著人們可能會攝入較少的抗氧化劑，增加患病風險。

3.1.2 食品安全和貯存

高溫和濕度是微生物（細菌、真菌）生長的理想條件，當環境溫度升高時，這些微生物的生長速度會顯著增加，這會導致農產品和加工食品的保質期大大縮短，不僅會造成經濟損失，還會浪費資源和能源。

在高溫條件下，一些致病性細菌也更容易繁殖，如沙門氏菌和大腸桿菌。這些細菌可以在食品中繁殖，并在食品被消費時引發食源性疾病，這增加了人們食品中毒的風險，不僅對個人健康構成威脅，還會對公眾健康造成潛在風險。

3.2 降水變化對農產品質量的影響

3.2.1 霉菌和真菌感染

當降水量過多時，土壤容易過于濕潤，這為霉菌和真菌提供了生長和繁殖的理想環境。這些微生物會感染農產品，包括谷物、水果和蔬菜。霉菌和真菌感染會導致農產品腐爛、霉變和變質。農產品受到霉菌和真菌感染后，其外觀、口感和食用價值都會受到損害，這將降低它們的質量和市場價值。此外，高強度降水條件下，農作物生長受限，產量也可能會顯著下降。

3.2.2 農產品外觀和質地

當降水量超過一定限度時，農作物可能吸收過多的水分，導致水分過剩。這會對水果和蔬菜的外觀產生負面影響，此時的農作物水分會過于飽和。水果如蘋果、葡萄等容易因水分過多而裂開或變色，這不僅降低了它們的外觀吸引力，還會影響食用價值和市場價值。過多的水分會導致蔬菜變得過于柔軟或變形，這使得它們不適合銷售或加工，降低了它們的商業價值。然而，如果缺乏足夠的降水，一些農產品如谷物會變得過于堅硬，難以加工；水果將會失去汁液，口感變得極差[4]。

4 加強對農業氣候變化的應對措施，提升農作物產量和質量的有效策略

4.1 多樣化農作物種植

多樣化農作物種植是應對氣候變化的有效策略之一。不同農作物對氣候條件的適應性有所差異，因此種植多樣化的農作物可以降低單一作物受到氣候變化影響的風險。例如，某些作物可能更適應干旱，而另一些則更適應寒冷或鹽堿地區。

第一，引入能抵抗氣候變化的作物品種。培育耐旱、耐寒或耐鹽堿的新品種可以提高農業生產的穩定性，這些新品種不僅能夠在不利氣候條件下生存，還有助于保持農作物產量。例如，耐旱品種可以在缺水條件下保持較高的產量，而耐寒品種則能夠在低溫環境下生長繁殖。

第二，通過科技手段提升作物的適應性。利用基因編輯技術或遺傳改良，加強作物對氣候變化的抵抗力，使其更具適應性和生存能力。這種方法有望培育出更為強健和適應性強的農作物，從而提高整體農業系統的抗災能力。

4.2 加強水資源管理

通過改進水資源管理有利于提升農作物產量和質量。首要的舉措是改進灌溉系統，引入高效的節水技術，以降低農業對水資源的浪費。農民可以通過采用滴灌、滲灌等現代灌溉方式，確保水分更精準地供應到植物根部，從而提高灌溉效率。

為了更全面地應對氣候變化對水資源的影響，制定水資源管理計劃至關重要。在制定計劃時，相關部門應考慮干旱、降水不足等多種情況，通過科學的水資源分配，確保在干旱時期維持農作物的正常生長。同時，通過建設水庫、調整灌溉時間表或引入智能灌溉系統等措施，農作物可以更好地適應氣候變化的不確定性。

4.3 氣象信息和農業技術

氣象信息和農業技術在加強農業氣候變化應對方面扮演著關鍵角色。通過利用現代氣象數據和預測信息，農民能夠及時了解氣候變化對農作物的影響，包括降水量、溫度、濕度等因素的變化趨勢，這為農民提供了有針對性的決策支持，使其能夠更好地調整種植季節、灌溉計劃和采收時機，從而最大限度地減緩氣候變化帶來的不利影響。

第一，推廣先進的農業技術。主要是指精準農業，通過使用先進的傳感器技術、衛星影像和無人機等工具，農民可以更精細地監測土壤狀況、植物生長狀態和水分分布，從而實現精準施肥、灌溉和病蟲害防控，減少資源浪費，提高農田利用率。

第二，推廣智慧農業。智慧農業可以借助信息技術，結合大數據和人工智能，為農業決策提供更精準、智能化的解決方案。這包括基于數據分析的決策支持系統、自動化的農業機械和設備以及智能化的農田管理系統。通過這些技術手段，農業生產可以更加靈活、高效地應對氣候變化的挑戰，提高農作物產量和產品品質量[5]。

5 案例分析——全球氣候變暖對我國農業的影響

5.1 案例背景

全球氣候變化，尤其是氣候變暖，正在對農業產生重大影響。農業是對氣候變化反應敏感的領域之一，特別是在我國，這種影響尤為明顯。氣候變暖導致的極端氣候事件、水資源短缺、土壤條件變化等，均會對農作物產量和質量構成較大的影響。

5.2 案例過程

全球氣候變暖導致全球糧食減產約3%，氣候變化引起的極端氣候事件（如干旱、洪災）和水資源短缺造成了農業生產環境的惡化。這不僅導致生產和管理成本大幅增加，還加大了農業生產的風險性和糧食安全的不確定性。氣候變暖使得積溫帶北移，導致農作物種植區北界向北擴展。這有利于高緯度地區作物的生長，但同時也導致三大糧食作物（水稻、小麥、玉米）呈現減產趨勢。病蟲害發生范圍的擴大和危害程度的加重，導致農業成本和投資大幅增加。氣候變暖導致的水分虧缺使得華北地區等水分資源比較短缺的地區冬小麥受水分脅迫嚴重，水資源供需矛盾更為突出。全生育期水分虧缺加劇引起的小麥減產比當前氣候下大8%～20%，灌溉額將增加25%～30%。氣候變暖加快了作物發育速率，導致生育期縮短。預計到2030年，我國農作物產量可能會減少5%～10%[6]。氣候變暖使得主要農作物害蟲蟲卵越冬北界北移，蟲害發生期、遷入期提前，危害期延長。氣候變暖后，病蟲害的危害程度將加重10%～20%，因病蟲害造成的糧食減產幅度將進一步增加。

5.3 案例結論

氣候變化，特別是全球氣候變暖，對我國農業產生了深遠的影響。農作物產量下降、種植布局變化、水資源短缺、病蟲害加劇等問題的出現，不僅對農業生產構成威脅，也影響了糧食安全和農業可持續發展。這要求政府和農業部門采取適應性措施，如改進農業基礎設施、強化農作物布局和品種選育等，以增強農業生產對氣候變化風險的抵御能力[7-8]。

6 結束語

農業氣候變化已經成為全球農業面臨的一項巨大挑戰，但也為農業帶來了機遇。通過采取有效的策略，相關部門和農民可以減輕其負面影響并提高農業的適應性。為了確保未來的糧食安全和農產品質量，相關部門和農民必須采取行動，共同應對農業氣候變化帶來的挑戰。

參考文獻

[1] 趙俊芳，郭建平，張艷紅，等.氣候變化對農業影響研究綜述[J].中國農業氣象，2010，31（2）：200-205.

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[3] 宋建新.氣候變化對農業生產影響的研究方法進展[J].科技促進發展，2016，12（6）：765-776.

[4] 徐斌，辛曉平，唐華俊，等.氣候變化對我國農業地理分布的影響及對策[J].地理科學進展，1999（4）：316-321.

[5] 肖風勁，張海東，王春乙，等.氣候變化對我國農業的可能影響及適應性對策[J].自然災害學報，2006（S1）：327-331.

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[7] 馬銳，江敏，石春林.氣候變化對農業影響評價研究進展[J].江蘇農業科學，2015，43（10）：16-19.

[8] 孫白妮，門艷忠，姚鳳梅.氣候變化對農業影響評價方法研究進展[J].環境科學與管理，2007（6）：165-168.