基層智慧農業氣象服務與生態環境保護策略

耿 雪

(吉林省長白山氣象局，吉林 延邊 133613)

1 引言

人類努力通過農業來改變地球的生態環境，農業用地擴張被認為是人類對全球環境的重要影響之一[1]。盡管如此，農業擴張帶來的土地利用變化是維持人口增長的必要條件。利用自然資源的新技術使人類能夠主宰幾乎所有的地球生態系統，農業也不例外。綠色革命中的綠色為農業生態系統帶來了各種各樣的化肥、殺蟲劑和其他合成輸入物。全球碳氮循環的改變是人類行為的例子，導致了放射性活性氣體的增加，如二氧化碳、一氧化二氮、甲烷等，由合成肥料驅動的農業增長導致氮循環的重大變化。20世紀50年代之后，氧化亞氮的濃度急劇上升，證實了肥料的濫用[2]。此外，農業活動，特別是低洼水稻的種植和動物的飼養是大氣中甲烷濃度增加的主要原因。實際上，農業也要為溫室氣體排放到大氣中負責。農業、林業和其他土地利用每年排放100～120億t二氧化碳當量的溫室氣體[3]。盡管如此，農業提供的生態系統服務是無價的。食品系統包括所有的過程和基礎設施，旨在滿足社會的食品需求。它包括食物采集、捕魚；糧食的種植、收獲和儲存；食品的加工、包裝、運輸、銷售和消費；以及處理食物垃圾。到2050年，全球糧食產量必須增加60%，才能滿足100億人口的需求。目前約有20億人缺乏微量營養素，實現糧食安全是一項艱巨的任務，因為它非常復雜，生態環境對糧食安全的各個方面都造成了更大的壓力[4]。此外，通過對糧食生產、糧食價格和可及性、消費和利用的負面影響，生態環境對全球糧食安全產生了普遍影響。在糧食安全的所有方面中，糧食生產是最受關注的。在這種情況下，必須對農業生產體系進行保障，以應對迫在眉睫的生態環境危險；生物資源多樣性增強；增強適應能力和恢復力；提供特定地點的可持續管理實踐，如綜合作物管理、保護性農業、農業多樣化和景觀管理。人類出于最大化生產、生產力和利潤的愿望，而很少考慮環境問題，對農業的迅速改變導致了農業土地的退化、全球碳和氮循環的改變、土壤肥力和生物多樣性的喪失、蟲害和疾病的爆發。可持續農業生產受到一系列復雜問題的挑戰，包括生態環境、資源限制、生物多樣性喪失、糧食價格波動、結構性飲食轉變。農業是氣候敏感部門，受生態環境和變化的影響較大，但其影響因地區、作物、農業生產系統的適應程度和恢復力而異。而發展中國家和低緯度國家由于貧困、收入不穩定和適應能力較差，更容易受到生態環境的影響。

2020年，我國氣溫偏高，降水偏多，氣候年景偏差。全國平均降水量695 mm。2020年春季，北方地區沙塵天氣過程(7次)比常年同期偏少10次。2020年，我國主要糧食作物生長期間氣候條件總體較為適宜，利于農業生產；全國年降水資源總量為65926.5億m3，比常年偏多6163.3億m3。當前和今后一個時期，鞏固拓展疫情防控和經濟社會發展成果，更好統籌發展和安全，扎實做好“六穩”工作，全面落實“六保”任務非常艱巨。這樣的情況下，氣象災害的影響更具有復雜性、放大性、全局性。本文綜合農業與生態環境之間的關系和相互作用，包括農業的影響和溫室氣體排放。為結構轉型、彈性增長途徑、環境管理、利益相關者整合以及將農業增長與可持續發展目標相結合的戰略提供了一個穩定的基礎，也為實現這些目標提供了日益增長的需求。為了最大限度地發揮減緩和適應生態環境之間存在的協同作用，并在生態環境和其他多重壓力的情況下實現全球糧食安全，糧農組織提出了一種稱為智慧農業氣象服務的方法來改造農業，該方法因其固有的積極潛力和建立一個包括氣候智能型食品系統、氣候智能型農場和氣候智能型土壤在內的智能農業系統的目標。

2 氣象服務對智慧農業現狀

人類對土地的利用已經改變了地球表面。土地利用的變化是開發自然資源以滿足人類的需要，而這種變化經常破壞環境條件，其表現為大氣成分的變化、全球碳和氮循環、生態危機和災難。然而，土地利用方式對于人類服務至關重要，因為它們提供了食物、飼料、住所和淡水等生態系統服務。在土地利用變化和糧食生產方面，農業幾乎占據了40%的土地表面[5]。農作物土地面積的增加加上技術的發展使得全球農業能夠增加糧食產量。農業系統的可持續發展受到土壤安全、水安全、生態環境、糧食與營養安全、能源安全、農業生物多樣性喪失等環境問題的挑戰。這些挑戰具有全球性、復雜性和關聯性等共同特點。此外，通過減少糧食生產、糧食不安全、糧食危機和糧食騷亂，可以觀察到生態環境對農業部門的普遍影響。

天氣記錄的可用性是進行生態環境分析的必要條件。然而，在發達國家天氣資料有幾百年的歷史，而在欠發達國家天氣資料只有幾十年的歷史。然而，花粉分析、樹木年輪、海洋沉積物等替代性指標使過去的氣候得以重建。自20世紀50年代以來，許多觀測到的變化在幾十年到幾千年的時間里都前所未有[6]。生態環境是指氣候的平均狀態或其變量在很長一段時間內持續的變化。生態環境包括氣溫上升、降水量和降水頻率的變化、海平面上升，以及極端天氣事件的增多。相反，氣候變率是指氣候及其成分在季節、月或周期上的突然、不連續的變化，而不表現出任何特定的時間變化趨勢。自然和人為過程改變了全球能源預算，并推動了生態環境。驅動的強度被量化為輻射強迫，輻射強迫是指驅動所引起的能量通量的變化，在對流層頂或大氣頂部計算。1750年以來大氣中CO2濃度的增加對總輻射強迫的貢獻最大。全球地表溫度是全球氣候最常見的指標[7]。全球變暖導致積雪和海冰減少，海平面上升，對生物圈造成更明顯的影響。生態環境和變異性顯著影響著生物圈的所有組成部分。全球平均溫室氣體濃度發現自工業化開始以來呈上升趨勢，溫室氣體的增加是地表溫度升高的主要原因，揭示了全球陸地和海洋平均聯合表面溫度異常，海平面上升是氣候變暖的一個明顯標志。

3 生態環境保護策略與智慧農業的相互關系

近年來，影響我國的臺風情況較為異常，特別是去年盛夏7月無臺風生成，半個月內相繼有3個臺風對我國東北地區造成嚴重影響，加強對臺風移動路徑、影響范圍、風雨強度的實時監測和預報，及時發布臺風預警信息，為各級政府及社會公眾科學有效防御臺風提供保障。要著力提升自主臺風數值預報模式能力，推進風云氣象衛星在臺風監測及災害預評估領域發揮更大的作用，進一步提高臺風及其風雨影響預報的精細化、定量化水平。

農業正處于十字路口，不斷增長的糧食需求、不斷下降的土壤肥力、對土地、水等農業投入的競爭性使用，包括生態環境在內的全球變化對農業實踐、增長和發展的綠色化的需求帶來了越來越大的壓力。農業增長的綠色化要求在農業規劃、研究和開發、糧食系統創新、減少生物和非生物風險、災害管理和氣候管理等方面進行范式轉變。實際上，農業生產系統需要有彈性的發展途徑，以增加全球糧食生產，減少農業活動產生的溫室氣體排放，并使農業適應生態環境和變化。由于對饑餓和營養不良的日益關注，生態環境和極端天氣事件對農業糧食系統具有潛在威脅。由于農業投入的邊際生產率下降，糧農組織和世界銀行提出了智慧農業氣象服務的概念。智慧農業氣象服務(CSA)被恰當地定義為一種可持續地提高生產力、恢復力、減少/消除溫室氣體和促進實現國家糧食安全和發展目標的農業方法[8]。CSA的目標側重于糧食安全和減貧；維持和增加自然和農業生態系統功能的生產力和恢復力。CSA可以最大限度地減少生態環境對農業系統的威脅，該方法旨在提高農業系統的彈性、農民的適應能力和資源利用效率。適應被定義為一種決策過程和一系列行動，以保持應對未來社會生態系統變化或擾動的能力，而不經歷功能、結構身份的重大變化，同時保持發展的選擇。生態環境與糧食生產之間存在的關系在很大程度上取決于哪些國家、何時以及如何采取適應戰略和行動。多層次的適應策略主要包括農藝適應減少負面影響。例如，旨在建立農業生態系統復原力的變革政策和積極主動的管理做法，將大大增強利益攸關方以及邊緣和小農戶的權能，并確保他們免受生態環境的影響。智慧農業氣象服務為實現以減貧、糧食安全、環境衛生為重點的可持續發展目標提供了途徑。可持續發展目標作為千年發展目標的后續行動被納入發展議程。可持續發展目標是具有全球影響力的相互關聯的目標，它們直接解決了可持續發展的挑戰和障礙，如貧困、糧食和營養安全、環境退化、健康和教育。可持續發展應采取措施消除饑餓，并通過可持續農業和改善營養來實現糧食安全，而可持續發展旨在應對生態環境及其影響。

4 結語

農業是溫室氣體的主要排放源之一，必須納入許多緩和生態環境的變革政策。但作為生態系統服務提供商，農業應努力實現農業生產的高端化，實現全球糧食安全。因此，為了實現農業增產和減少溫室氣體排放，智慧農業氣象服務方法應運而生。從本質上講，生態環境緩解和適應措施是各國特有的，它也有足夠的回旋余地來考慮各種權衡因素。此外，農業系統的穩定性、完整性和恢復力是人類生存的必要條件。