農(nóng)業(yè)與氣候變化的若干科學(xué)問題

潘根興 張旭輝 李戀卿 陳效民 等

農(nóng)業(yè)與氣候變化的若干科學(xué)問題

潘根興 張旭輝 李戀卿 陳效民 等

一、如何認(rèn)識(shí)氣候變化對(duì)農(nóng)業(yè)的影響？

認(rèn)識(shí)氣候變化影響農(nóng)業(yè)的特征是探索應(yīng)對(duì)和適應(yīng)的可能途徑的科學(xué)基礎(chǔ)。盡管有一些影響報(bào)道和影響的模型評(píng)估研究，但氣候變化對(duì)農(nóng)業(yè)的影響的具體機(jī)制對(duì)不同產(chǎn)業(yè)的影響特點(diǎn)和趨勢(shì)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(zhǎng)，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(fā)展以及演替，從而間接危害作物的生長(zhǎng)或產(chǎn)量的形成；最近幾年的氣候變化，還常常表現(xiàn)出短期的突發(fā)性事件對(duì)某種作物/動(dòng)物的不利影響，而嚴(yán)重影響生產(chǎn)能力，成為災(zāi)害性影響，而另一些氣候變化，通常只表現(xiàn)為環(huán)境條件的趨勢(shì)性變化，例如持續(xù)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(dòng)物生長(zhǎng)發(fā)育和生活的環(huán)境條件的脅迫性影響，這些直接影響和間接影響,長(zhǎng)期影響和短期影響,脅迫性影響與災(zāi)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(chǎn)業(yè)和不同地區(qū)將表現(xiàn)出什么特點(diǎn)？哪些是技術(shù)能夠應(yīng)對(duì)，哪些是技術(shù)只能規(guī)避的？哪些只能合理減緩的？只有認(rèn)識(shí)這些影響和清楚這些影響的嚴(yán)重性，我們才能做好因地制宜的應(yīng)對(duì)。我們對(duì)于氣候變化對(duì)農(nóng)業(yè)的影響，至今還沒有從對(duì)產(chǎn)量的終極影響走向這些交互作用影響的分析和評(píng)價(jià)，這是真正能夠走向理性認(rèn)識(shí)氣候變化對(duì)農(nóng)業(yè)影響的最為基礎(chǔ)和最為關(guān)鍵的科學(xué)問題。但嚴(yán)重的是，因?yàn)檫@些問題目前還不能有完善的試驗(yàn)方案來研究，還不能有足夠的時(shí)間來認(rèn)識(shí)，而要得到氣候變化對(duì)我國(guó)農(nóng)業(yè)的影響的結(jié)論是十分局限和有風(fēng)險(xiǎn)的。

因此，實(shí)地的和長(zhǎng)期的農(nóng)業(yè)觀察和試驗(yàn)是必不可缺少的，與模型研究不可或缺一樣，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)的實(shí)地和長(zhǎng)期的監(jiān)測(cè)和試驗(yàn)是必須盡快完善和補(bǔ)充的。

二、如何認(rèn)識(shí)氣候變化對(duì)我國(guó)耕地農(nóng)業(yè)和糧食安全的影響？作物生產(chǎn)潛力抑或資源有效潛力？?jī)烧呤胫厥胼p？

討論氣候變化對(duì)農(nóng)業(yè)的影響，尤其是對(duì)耕地農(nóng)業(yè)和糧食安全的影響，較多地關(guān)注氣候變化下作物生產(chǎn)潛力的變化，但是如何動(dòng)態(tài)地和相互影響地關(guān)注氣候變化對(duì)整個(gè)國(guó)家的糧食生產(chǎn)能力而不是具體田塊的生產(chǎn)能力，是一個(gè)估計(jì)氣候變化對(duì)我國(guó)糧食安全長(zhǎng)遠(yuǎn)影響的極為關(guān)鍵的問題。根據(jù)作物光合模型估計(jì)氣候變化對(duì)作物生產(chǎn)的影響，是未考慮其它條件變化的影響。對(duì)于一個(gè)國(guó)家而言，氣候變化對(duì)糧食作物生產(chǎn)力的影響和氣候變化對(duì)能夠生產(chǎn)糧食的耕地資源供應(yīng)的影響，這兩方面的影響的綜合結(jié)果將決定氣候變化下糧食安全的走勢(shì)。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(chǎn)潛力，溫帶地區(qū)作物生長(zhǎng)溫度適宜性提高；作物帶北移和西移，這與我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中耕地重心位移較為符合；但是，農(nóng)作物生長(zhǎng)的光合潛力增強(qiáng)，需要更為充足的農(nóng)業(yè)資源有效供給，特別是水資源，降水不匹配將嚴(yán)重制約本來不高的生產(chǎn)潛力，光合潛力增長(zhǎng)地區(qū)降水減少，春旱、秋旱加劇，特別是氣候變化強(qiáng)烈的東北、西北地區(qū)，盡管溫度等趨勢(shì)性變化可能利于生產(chǎn)，但土壤肥力和土壤墑情的下降反而可能產(chǎn)生更大的糧食生產(chǎn)減產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)。這些是已經(jīng)有的模型研究還沒有充分考慮的問題。另外，優(yōu)質(zhì)耕地資源日益緊缺，生產(chǎn)中心的西移和北移可能會(huì)加劇我國(guó)糧食生產(chǎn)的脆弱性，據(jù)國(guó)土資源部的估計(jì)，我國(guó)中低產(chǎn)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(dá)67.1%。特別是在南方，高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)稻田面積急劇下降，最近10年糧食播種面積東中部強(qiáng)烈下降，而西南-西北-東北面積擴(kuò)大增大趨勢(shì)，但是過去60年的統(tǒng)計(jì)證明，這些地區(qū)的產(chǎn)量對(duì)氣候的影響一直十分脆弱，特別是濕潤(rùn)地區(qū)季節(jié)性干旱突出，氣候變化下高生產(chǎn)力地區(qū)的生產(chǎn)潛力可能受到嚴(yán)重遏制。例如2010年西南大范圍和長(zhǎng)時(shí)期的持續(xù)干旱。因此，我們認(rèn)為，氣候變化下我國(guó)未來糧食生產(chǎn)將面臨更大的不確定性。

因此，需要探討氣候變化對(duì)我國(guó)未來糧食生產(chǎn)及食物安全的決定性影響是來自農(nóng)田生產(chǎn)過程還是來自氣候變化下我國(guó)農(nóng)業(yè)資源（耕地—水—土壤肥力資源）有效供應(yīng)，兩者孰重孰輕？如何通過保護(hù)和發(fā)展優(yōu)質(zhì)農(nóng)業(yè)資源供應(yīng)達(dá)到穩(wěn)定農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)或適應(yīng)氣候變化的對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)的影響？這些對(duì)中國(guó)這樣氣候變化呈明顯區(qū)域分異，而農(nóng)業(yè)資源分布存在嚴(yán)重區(qū)域不平衡的國(guó)家是至關(guān)重要的。

三、農(nóng)業(yè)減緩氣候變化與應(yīng)對(duì)氣候變化的關(guān)系，能否協(xié)同？

在適應(yīng)和應(yīng)對(duì)氣候變化的影響中，我國(guó)同樣需要面對(duì)的問題是農(nóng)業(yè)減排。國(guó)家要實(shí)現(xiàn)40-45%的單位GDP減排。當(dāng)前我國(guó)耕地農(nóng)業(yè)的排放規(guī)模達(dá)到每年每公頃達(dá)到0.67±0.08tCE，較高于歐美國(guó)家，特別是肥料的碳排放，上個(gè)世紀(jì)90年代末以來是美國(guó)的2倍多。我國(guó)農(nóng)業(yè)減排任重道遠(yuǎn)。因此，我們必須面對(duì)的挑戰(zhàn)是：能否在減排中實(shí)現(xiàn)適應(yīng)和應(yīng)對(duì)氣候變化？或者說農(nóng)業(yè)減排是否會(huì)削弱或遏制適應(yīng)和應(yīng)對(duì)氣候變化的影響？如何在生產(chǎn)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)減排，能否創(chuàng)新我們的農(nóng)業(yè)減排技術(shù)和低碳農(nóng)業(yè)系統(tǒng)，達(dá)到在適應(yīng)和應(yīng)對(duì)氣候變化上減排？反之亦然。

首先，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)的減排，其最大潛力來自肥料的合理使用與減少單位產(chǎn)量的肥料投入。糧食生產(chǎn)中肥料碳排放成本不斷加大，上個(gè)世紀(jì)90年代末以來近50TgC/yr，減排具有巨大空間。根據(jù)我們的研究，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)碳足跡中肥料占絕大部分；英國(guó)和中國(guó)氮肥碳成本分別占75%和66%；中國(guó)施肥碳成本：旱地，75-80%；稻田，約50%，通過養(yǎng)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(yīng)氣候變化達(dá)到和諧的重要方面。2005年我國(guó)氮肥施用量3000萬噸，按照我國(guó)化肥生產(chǎn)的能耗，減1千萬噸氮肥約減排60TgCE/yr。在這個(gè)方面，減肥與減排節(jié)本不謀而合，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)與減排技術(shù)的可能達(dá)到真實(shí)和諧。

在面對(duì)氣候變化挑戰(zhàn)中，農(nóng)業(yè)科學(xué)面臨的問題：如何實(shí)現(xiàn)低碳適應(yīng)和低碳應(yīng)對(duì)？農(nóng)業(yè)與工業(yè)的不同是，生產(chǎn)過程的控制并不只是工藝的函數(shù)，生產(chǎn)過程的減排技術(shù)是否會(huì)影響生產(chǎn)的結(jié)果是需要認(rèn)真研究的問題，我們對(duì)農(nóng)業(yè)減排技術(shù)的野外試驗(yàn)進(jìn)行了初步的分析，大約有60%的減排技術(shù)沒有實(shí)現(xiàn)產(chǎn)量的提高，有30%的技術(shù)可能引起減產(chǎn)。因此，在農(nóng)業(yè)上需要的是增產(chǎn)減排或至少是穩(wěn)產(chǎn)減排技術(shù)，因此，如何減排和增產(chǎn)，是發(fā)展低碳農(nóng)業(yè)并適應(yīng)和應(yīng)對(duì)氣候變化的重要科學(xué)問題。

如何考慮投入減排—過程減排和增產(chǎn)減排等多種途徑的減排來建立低碳農(nóng)業(yè)體系是適應(yīng)和應(yīng)對(duì)氣候變化中的至關(guān)重要的應(yīng)用基礎(chǔ)科學(xué)問題。

四、農(nóng)業(yè)減緩與應(yīng)對(duì)氣候變化，農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展/農(nóng)民民生改善與農(nóng)業(yè)經(jīng)營(yíng)現(xiàn)代化

無論是農(nóng)業(yè)減排還是適應(yīng)和應(yīng)對(duì)，農(nóng)業(yè)問題牽涉鄉(xiāng)村地區(qū)的民生問題和鄉(xiāng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展的問題，同時(shí)也可能農(nóng)村產(chǎn)業(yè)化和經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的運(yùn)行機(jī)制。一個(gè)突出的問題，中國(guó)農(nóng)戶經(jīng)營(yíng)機(jī)制在減排和適應(yīng)上都是脆弱的，我們的研究估計(jì)，改變經(jīng)營(yíng)機(jī)制，散戶改規(guī)模，可以增加農(nóng)業(yè)減排潛力的30-40%。因此，適應(yīng)和應(yīng)對(duì)氣候變化，可能不僅僅是科學(xué)技術(shù)的問題，經(jīng)濟(jì)政策與鼓勵(lì)，碳補(bǔ)償與津貼，優(yōu)化運(yùn)行和管理機(jī)制，都是在世界上影響農(nóng)業(yè)適應(yīng)和減排的外部機(jī)制和動(dòng)力問題。只有解決這些問題，使適應(yīng)農(nóng)村和農(nóng)民的吁求，農(nóng)業(yè)減排和適應(yīng)氣候變化才能為鄉(xiāng)村帶來發(fā)展的動(dòng)力和民生的福祉。在這方面，社會(huì)科學(xué)/經(jīng)濟(jì)科學(xué)和農(nóng)業(yè)科學(xué)的多學(xué)科結(jié)合的實(shí)際研究，特別是案例研究，才是農(nóng)業(yè)—?dú)夂蜃兓芯空嬲鉀Q問題的契機(jī)。