氣候智能型農業的理念與實踐

趙姣 楊曉光 王志敏

摘要：為了適應氣候變化和保障全球糧食安全，聯合國提出了發展氣候智能型農業的理念與實踐途徑，目標是實現提高農業生產力、適應氣候變化和減少溫室氣體排放3個方面的共贏。筆者闡述了氣候智能型農業產生的背景、內涵和相關的技術方法，并介紹了不同國家的實踐模式和成功案例。結果表明：氣候智能型農業是全球農業轉型發展的新方向，可通過土壤、水分、遺傳資源和產業價值鏈等方面的綜合管理引導當前農業系統做出必要改變，以共同解決糧食安全和應對氣候變化的問題。中國亟待從全球經驗和本國國情出發，推動氣候智能型農業的發展。

關鍵詞：氣候智能型農業；糧食安全；氣候變化；適應性；減排

中圖分類號：SO1

文獻標志碼：A

論文編號：cjas15010030

0引言

“氣候智能型農業（Climate-smart agriculture）”是聯合國糧農組織為應對日益加劇的全球氣候變化、保證糧食安全、促進農業轉型而提出的一個新概念，是當前國際農業研究熱點。氣候變化造成了農業生產的不穩定性，同時生產上的技術不當更會加劇氣候災害的影響，使糧食安全受到威脅。因此，目前國內外的學者從宏觀設計、具體的技術途徑、資源的管理手段和政策制定等方面來探索適應性技術模式。從2015年1月開始，由環球基金會出資、中國農業部和世界銀行共同組織的“中國氣候智能型大宗作物生產”計劃項目正式實施，這也標志著中國農業正朝著氣候智能型農業的方向邁進。筆者總結已有的成功案例和經驗，以期為中國發展氣候智能型農業提供借鑒。

1氣候智能型農業產生的背景與內涵

分析預測，到2050年，全世界人口將增至90億以上。為滿足不斷增長的人口對糧食的需求，世界糧食產量必須提高70%，但氣候變化使農業發展面臨巨大挑戰。據政府間氣候變化專門委員會（IPCC）報告，大氣中CO₂濃度由工業革命之前的280mg/kg，已上升到目前的360mg/kg，到2100年將上升到540～970mg/kg。在全球溫室氣體排放中，農業排放量占14%～20%，主要是CH₄和N₂O。溫室氣體增多，促使氣候變暖。IPCC最近2次評估報告分別得出過去100年來全球平均氣溫上升0.6℃（0.4～0.8℃）和0.74℃（0.56～0.92℃）的結論，在21世紀溫度將繼續增加1.1～6.4℃。氣候變暖，將引起全球整個氣候系統的變化，導致極端天氣的頻繁發生，如持續高溫和低溫天氣、暴風雨、干旱和洪澇等。氣候條件是農業生產的重要決定性因素，全球氣候變化，改變了農業的生產潛力，對作物的產量和品質、氮素淋溶、種植制度、病蟲害的突發頻率均造成很大影響，尤其是極端的天氣變化，會給農業生產帶來嚴重的災害。一些國家的糧食產量將因氣候災害而嚴重降低，糧食生產成本和市場價格提高，將引發嚴峻的糧食危機。為了實現糧食安全和農業發展的目標，農業產業結構將面臨新的調整。全球農業已進入一個新的轉型發展期，需要結合國家和政府的政治、法律、經濟體制的建設，協調處理農業生產和氣候變化之間的關系，通過土地利用、土壤營養、水分和遺傳資源的高效管理，形成“高產、高效、抗氣候變化風險能力強、低排放”的農業生產系統。

基于上述背景，聯合國糧農組織（FAO）于2009年首次提出了氣候智能型農業的概念，并于2010年10月28日發布了《“氣候智能型”農業：有關糧食安全、適應和減緩問題的政策、規范和融資》的報告，該報告指出：氣候變化將使許多糧食已經嚴重短缺地區的農業生產力、穩定性和收入進一步下降，若要滿足不斷增長的世界人口對糧食的需求，發展中國家亟需發展氣候智能型農業。2013年FAO又發布《氣候智能型農業資料》，進一步闡述了氣候智能型農業的意義、定義、實現途徑和發展措施。根據FAO定義，氣候智能型農業的內涵包括3個主要方面：（1）持續提高農業生產力和農民收入；（2）有效增強應對氣候變化的適應力和恢復力；（3）大幅減少溫室氣體排放。它是通過政策、技術和經濟手段將生產力、氣候變化的適應性與減排3方面目標綜合落實到農業發展的政策計劃中，從而實現“三贏”的農業可持續發展新途徑（見圖1）。2014年1月和9月，一些國際組織共同對科學家和農民開展了調查，了解其關于氣候智能型農業具體實施行動的意見。近年來，相關的研究與實踐已在許多國家展開，涌現出許多成功的案例。

氣候智能型農業作為一種新的農業發展理念和方向路徑，它通過提高農業資源利用效率和農業生產適應能力，引導當前農業系統做出必要改變，以共同解決糧食安全和應對氣候變化的問題。氣候智能型農業還要著力改善農民的生計問題，通過降低投入成本、采取合適的生產技術以及農產品的增值加工和有效銷售等手段促進農業經濟持續發展。對于以農業作為國民經濟主要支柱的國家，這既是轉變農業思路，同時也是減少貧困的途徑。要實現農業的轉型并滿足多目標的統一，需要綜合考慮當地的實際情況，并協調種植業、畜牧業、林業和漁業等各農業部門，以及水資源和能源等自然資源利用的關系。因此，Neufeldt等提出了“安全操作空間（safety operating space）”的思想，將氣候智能型農業擴展為包含社會福利（風險保險等）、農業和糧食安全的社會一經濟復合系統，使其更加符合人類的需求。

2氣候智能型農業的實踐途徑與技術模式

在《氣候智能型農業資料》中，FAO提出了一套全面的、綜合的氣候智能型農業的實施方案，包括氣候智能型種植業、漁業、畜牧業、林業等。“氣候智能型”作物生產也是可持續作物生產，實踐中強調采用生態系統方法，重視保護性耕作、水稻強化栽培、農林復合系統等現行的有效措施（見表1），突出土壤和養分管理、水資源管理、遺傳資源的保護和利用等相關技術的綜合應用。

2.1土壤和養分管理

氣候變化對土壤造成了很大的影響，土壤中能供給植物的水分和養分減少、土壤流失加重、土壤有機質分解等。要根據土壤類型來制定土地利用計劃，提高農民的知識水平、創新和管理土地的能力；保護和緩解土地退化，如優化土壤覆蓋物（包括殘茬、作物覆蓋和其他覆蓋物等），改善土地結構（梯田等）；推行保護性耕作，增加土壤中有機質的含量，增加蚯蚓等土壤生物的數量，從而提高土壤的質量。提高土壤肥力和肥料利用效率，施用有機肥和作物殘茬的堆肥、種植豆科植物，既能提高土壤肥力，又能減少溫室氣體的排放。精確施肥，深施肥，滿足植株對養分的需求，能提高土壤中養分的利用效率。目前在農業上生物炭的使用，不僅能提高營養物質的利用效率，而且能減少溫室氣體的排放。

2.2水資源管理和提高水分利用效率

氣候變化增加了降雨的多變性和不確定性，高溫、干旱和洪澇等極端天氣均影響水資源的利用。水資源的管理主要涉及政策、投資、用水管理和制度以及技術等因素。

對于水資源稀缺的地區，未來的壓力會越來越大，重點在于提高已有水資源的利用效率，加強水壩等基礎設施建設，提高貯水能力和水的回收利用，優化水資源的調配，利用海水淡化，控制水污染等方面。

對于灌溉區域，實施不同層面和規模的管理方式。（l）在農田和農場層面：涉及到耐旱品種的選育、高效灌溉技術、農業多樣性以及排水系統的設置等。（2）在灌溉方案上：涉及灌溉設備和技術的現代化；對水資源進行定價，減少水分浪費，提高水分利用效率；實現技術、政策、科研院校研究相結合。比如，在中國黃淮海平原，通過試驗研究的作物節水栽培技術推廣到大面積農田使用，給農民糧食生產帶來了福利。（3）在河流流域層面：涉及到基礎設施的建設和管理、土地規劃、保險制度等，同時利用災害預警系統和氣象預報，幫助農民做出精明的決策。從長遠來看，應通過預測系統預測水資源循環的潛在變化，采取措施應對它的負面影響。（4）在國家層面：制定可靠的保險制度，應對氣候變化帶來的風險，比如國家農作物保險制度，使生產者、保險公司、政府共同承擔風險；對不同等級的災害采取不同的補償措施，優先考慮災害嚴重或抵御災害能力脆弱的地區。

另外，農業灌溉會造成溫室氣體的排放，比如地下水的抽取需要燃燒化石燃料等，會釋放溫室氣體；水稻田的甲烷排放量占農業甲烷排放總量的1/3。氣候智能型農業的目標之一是減排，應通過培育旱稻品種、干濕交替的措施來減少稻田溫室氣體的排放。

2.3遺傳資源和培育“智慧型”品種

多樣化的遺傳資源是氣候智能型農業的前提。遺傳資源的多樣性影響生物應對環境變化的能力，比如高溫、干旱、洪澇和病蟲害等；同時，能調控作物的生長周期和對水肥等投入的反應程度等。遺傳資源的保護是提高災害恢復力和物質利用效率的基礎，也是產生高產和優質品種的來源。但是由于氣候變化、自然棲息地的消失和環境的退化等原因，使得遺傳資源的多樣性在以驚人的速度下降。人類可以通過就地保護、遷地保護和二者結合的保護方式來維持生物多樣性，通過生物多樣性來提高動植物生產的穩定性。

面對多變的自然環境和氣候變化，未來作物育種的目標是培育“智慧型”品種，能夠抵御高溫、干旱、洪澇和病蟲害脅迫，對廣泛的農業環境具有較強的適應性，并使用較少的投入生產更多的產品。

2.4“能源智能型”管理

2010-2035年期間，全球對能源的需求將增加1/3，其中發展中國家的需求占很大比例。現在能源有很大的缺口，據國際能源總署估計，全球1/5的人口還不能用上電，2/5的人仍用傳統的生火方式做飯，此方式造成了嚴重的空氣污染。“能源智能型糧食系統”是減排的重要支柱。因此，在氣候智能型農業中應重視“能源智能型”管理，突出以下措施：

2.4.1發展可再生能源 風、太陽能、水、沼氣等資源能產牛巨大的價值，替代化石燃料。在農場種植能源作物或用于能源的樹木，能實現多種用途的統一。

2.4.2提高能源的利用效率 采取少耕或免耕的土壤耕作方式能減少能源消耗；精準農業能提高水肥的利用效率，使單位水肥消耗的能源利用效率提高。

2.4.3技術和設備上的革新 能源技術和設備是農村合作社向“能源智能型”轉變的必備條件，同時取決于自然條件、基礎設施和勞動力的技能的熟練程度。技術和基礎設施的革新需要國家政策和項目的支持。

2.5綜合的農業生態系統

農業生態系統不僅包括作物，還包括土壤、其他多樣化生物等因素。將作物與其他系統結合，形成復合農業生態系統，比如農林系統、作物-畜牧系統、水稻-魚系統等，增加生態系統的生物多樣性，并加強生態系統綜合管理，能使整個系統更具彈性和生產力，并能減少溫室氣體的排放。

2.6可持續的食品產業價值鏈

在食品產業價值鏈中，每年大約有13億t的食品損失和浪費，相當于全球生產供應總量的1/3，發達國家和發展中國家分別為6.7億t、6.3億t，主要是蔬菜和水果。食品的產業價值鏈包括4個主要的環節：生產、貯藏、加工和分配。在產業鏈的每個環節均會有食物的損失和浪費。發展中國家由于低收入、缺少市場和基礎設施（如鐵路、水路和港口等）等原因，浪費和損失主要在于食品生產、收獲后處理、貯藏和加工過程中。而發達國家主要是糧食的貯藏、準備和烹飪、食品選擇（比如，購買和烹飪的食物超出其消費的需求）過程中。因此，需要從社會、經濟和環境的角度，在食品生產、收獲后貯藏和加工、食物的分配和市場流通以及消費等環節來減少損失和浪費，擴大回收利用，實現食品產業價值鏈的可持續發展。

3氣候智能型農業的成功案例

全球不同國家和地區在FAO的協助下，開展了氣候智能型農業的實踐，根據當地的情況制定適宜的解決方案，經過測試后不斷推廣應用，取得了許多成功的案例。

3.1革新農業技術

例如，在薩赫爾，通過“農民管理的自然重建（farmer-managed natural regeneration）”實踐，重新栽種了2億棵樹，恢復了500萬hm²退化的土地，使每年的糧食產量增加了100萬t，解決了250萬人口的糧食安全問題，同時為家畜提供了充足的飼料來源；該國水資源回收高效利用的實踐也給當地農業可持續發展做出了重要貢獻。在非洲和亞洲等國家，開展了農業生態系統重建的實踐活動。在20世紀80年代馬達加斯加發展的“水稻強化栽培方法”（System of RiceIntensification，SRI），已在全世界45個國家得到了運用，均取得了良好的效果。越南運用此方法實現了產量增加、水分利用效率和土壤肥力提高、溫室氣體減排“三贏”。另外，加拿大培育的耐除草劑和病蟲害的作物品種，非洲國家培育的耐旱玉米品種等，均通過遺傳資源的改良提高了農業抗氣候災害風險的能力。在秘魯的安第斯山脈，FAO正致力于促進玉米、馬鈴薯和藜麥等地方品種的保護，每個品種都是在特定的氣候和海拔條件下，經過幾個世紀培育出來的。確保作物和動物的廣泛生物多樣性將是農業適應氣候變化的關鍵。

3.2實施減災措施

例如：印度通過氣候災害保險，鼓勵農民在作物上投資，提高農業生產力，并減少了氣候災害造成的損失；埃塞俄比亞強力推動安全保障和家庭資產建設項目，并得到加拿大、丹麥、美國、聯合國、歐盟、世界銀行等外部力量支持，使將近800萬個家庭的糧食安全得到保障，提高了應對氣候災害的能力。

3.3制定有效政策

例如：丹麥制定了綠色發展政策、澳大利亞和巴西提出了低碳農業倡議等，均減少了溫室氣體的排放。馬拉維、越南和贊比亞等國，也制定了促進和支持氣候智能型農業為目標的國家政策，取得成效。

許多發展中國家的農業生產主要以小農生產為主。近年來，針對小農戶的氣候智能型農業，總結出了一些可行的實踐方式（見表2），對發展中國家有借鑒意義。

氣候智能型農業的實踐也受到一些社會人士的質疑。例如，有農民組織認為，聯合國的提案會使農民陷入負債的泥潭和依賴性增加。以墨西哥為例，它曾經是個自給自足的國家，在綠色革命和扶貧政策的支持下，反而成為依賴他國糧食供給的國家，氣候智能型農業也難以避免不步其后塵。該提案會被某些投機分子利用，認為農業是有利可圖的行業，從而大部分土地被兼并，農民失去土地后只能靠出賣廉價的勞動力為生，生活水平會下降。另外，農民為了迎合世界市場需求更多地生產經濟作物，而不是為了滿足當地的糧食需求，這樣會影響糧食的就地供給。農業工業化在不斷發展，其過程中溫室氣體的排放會增加，這與減排的目標是背道而馳的。因此，要從全球系統和整個體制結構的角度來考慮和推動氣候智能型農業的發展。

4中國發展氣候智能型農業的對策

中國擁有世界l9%的人口，但耕地面積約只占世界的7%。中國地處東亞季風氣候，氣象條件年際波動大，是農業氣象災害多發地區。據統計，目前中國氣象災害占農業災害的70%～80%。20世紀的100年中，中國平均溫度上升了0.5～0.8℃，與2000年比較，至2020年和2050年將分別上升1.3～2.1℃和2.3～3.3℃；降雨也在發生變化，中國北方地區平均每10年降雨量減少20～40mm，而南方地區增加20～60mm。至2050年，全國降雨量將增加5%～7%。未來氣候變化對中國農業生產的影響將尤為嚴重，糧食安全存在更大風險。

長期以來，中國農業生產走的是一條“高投入、高產出”的道路，在不斷追求高產的同時，消耗了大量的資源，并對環境造成不良影響。據研究，2005年中國溫室氣體總排放量中農業占11.6%，其中農田的CH₄排放量占全國CH₄排放總量的56.6%，主要是稻田排放；農業N₂O的排放量占全國總量的74%。肥料、農藥和灌溉的過量使用及利用效率低是造成溫室氣體大量排放的主要原因。中國的肥料使用量占世界總量的30%，位居世界第一。2011年，中國消費了5.63億t肥料，但利用效率只有30%～35%，而發達國家是60%；同年，農業生產消耗了350億m³水，但水分利用率只有50%，而發達國家是80%；農藥的利用率只有30%。過量的投入、低利用效率、大量溫室氣體排放和較低的土壤有機碳含量等情況表明，中國應該走氣候智能型農業道路。筆者認為，中國發展氣候智能型農業應重視以下工作。

4.1制定和實施應對性策略

為應對氣候變化，中國政府已經采取了一系列的政策和行動計劃。在2007年中國成立了“國家氣候變化項目”；增加了有關氣候變化方面的研究資金投入。在農業方面，加強了水利等基礎設施的建設，并開展了多項節水節肥技術的研究；同時，推動了農業節能減排多項工作。根據聯合國氣候變化框架公約（UNFCCC）和京東協議書，至2020年中國溫室氣體的排放量將比2005年減少40%～45%。然而，圍繞發展氣候智能型農業目標，中國尚需加強政策推動，促進農業生產方式的轉變。要制定更嚴格的水資源管理、耕地保育、農業有害物控制等政策，逐步建立完善的農業保險制度，加強對氣候災害的預警預測。在區域水平上，根據氣候變化特點，分區制定氣候智能型農業發展規劃和技術實施路線圖。鼓勵企業參與農業節能減排項目的投資與產品開發，同時支持社會組織參與農業氣候風險管理和綠色發展的評估與監督。

4.2創新和集成優良技術

農業技術是農業發展的命脈，研究和開發適合于當地的氣候智能型農業技術體系至關重要。目前正在發展和已經取得成效的技術主要有：培育耐脅迫和減排的動植物品種，如雜交水稻品種能減少甲烷排放；提高作物產量和水肥利用效率的栽培技術；減少溫室氣體排放的措施，如半干法水稻栽培技術、微生物技術來減少水稻田甲烷的排放；控制氣候條件的技術，如中國一些省份在降雨方面（如人工降雨）進行技術投入，在四川和西藏用干冰降雨；保護性耕作及生態農業建設相關技術等。未來要繼續探索和創新土壤可持續培肥、水肥精量管理、作物精確設計栽培、病蟲草害綠色治理、生物多樣性利用、高效輪作模式、微生態調控等技術，發揮模擬模型、專家系統及“3S”技術的系統整合作用，集成建立具有中國特色的“高產、優質、高效、生態、安全”多目標統一的農業生產體系。

4.3強化和擴大技術推廣

中國在科技入戶、高產創建等技術示范推廣方面已經做了大量的工作，并取得了成效，積累了很好的經驗。2005年農業部推行因地制宜的施肥技術，根據土壤類型和特征進行配方施肥，促進了施肥技術的規范化實施。但我國各地生態環境多樣，生產水平差異很大，農民的技術文化素質參差不齊，技術的全面推廣應用仍存在較多困難。隨著農業規模化經營不斷發展以及農業生產主體和勞動力結構的變化，在今后的農業技術推廣中，需要適應性地創新模式，建立科技人員、地方政府、企業、農民合作組織、農民和農機手聯合協作、協同參與式推廣體系，強化氣候智能型農業的宣傳，針對地區特點不斷推出適宜的品種和技術，開展綜合技術規模化示范和知識培訓，突出發揮機械和農機手在現代農業技術傳播中的載體作用，特別重視農機手綜合素質培訓。

4.4建設和完善研究合作平臺

氣候智能型農業作為一種新的農業發展理念模式，需要和現代農業和農村建設相結合，需要借鑒國際經驗并針對本國國情研究提出糧食安全、氣候適應、節能減排和農民增收多目標相統一的理論和技術解決方案。中國有關氣候智能型農業的研究和實踐才剛剛開始，實施過程中的風險性和不確定性以及農民的可接受性均需要進行科學的評估，需要縱向和橫向的協作研究，為政府提供決策方案。建立政府主導、企業融資、社會力量參與、國際合作的研究平臺，集中一批多學科的優秀專家，整合和利用農業-氣候-牛態-經濟相關聯的大數據網絡，建立從定性到定量綜合集成研討廳體系，處理和解決氣候智能型農業復雜系統問題。