農(nóng)業(yè)氣候變化對農(nóng)作物產(chǎn)量和質(zhì)量影響的研究

收稿日期：2023-12-10

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

摘 要：農(nóng)業(yè)氣候變化對農(nóng)作物產(chǎn)量和質(zhì)量的影響較大，為此，分析了農(nóng)業(yè)氣候變化的特點(diǎn)及其對農(nóng)作物產(chǎn)量的影響，探討了農(nóng)業(yè)氣候變化對農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量的影響，提出了加強(qiáng)農(nóng)業(yè)氣候變化應(yīng)對的有效策略，強(qiáng)調(diào)了我國在農(nóng)業(yè)氣候變化應(yīng)對方面的挑戰(zhàn)和機(jī)遇。

關(guān)鍵字：農(nóng)業(yè)氣候；變化；農(nóng)作物產(chǎn)量；農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)；策略

中圖分類號：S162 文獻(xiàn)標(biāo)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(fā)生，農(nóng)業(yè)受到了氣候變化的嚴(yán)重影響，農(nóng)業(yè)氣候變化已經(jīng)成為一個備受關(guān)注的問題。我國作為世界上最大的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)國之一，其農(nóng)作物產(chǎn)量和質(zhì)量也深受氣候變化的影響。

1 農(nóng)業(yè)氣候變化的特點(diǎn)

1.1 溫度的變化

農(nóng)業(yè)氣候變化的特點(diǎn)，特別是溫度變化對農(nóng)作物的影響是多方面的。氣候變暖導(dǎo)致的季節(jié)性溫度模式變化可以在某些地區(qū)延長作物的生長季節(jié)。這意味著在這些地區(qū)農(nóng)作物有更長的時間成熟和生長，從而導(dǎo)致產(chǎn)量的增加。例如，原本在寒冷地區(qū)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(qū)，過熱現(xiàn)象會對農(nóng)作物產(chǎn)生負(fù)面影響。過高的溫度會導(dǎo)致作物生長受阻，甚至出現(xiàn)死亡現(xiàn)象。例如，某些作物在特定的溫度范圍內(nèi)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(chǎn)量和質(zhì)量，這種情況在那些氣候較為溫暖的地區(qū)尤為嚴(yán)重。

1.2 降水模式的變化

氣候變化會導(dǎo)致某些地區(qū)的降水量顯著增加或減少。在一些地區(qū)，由于全球溫度的上升，局部蒸發(fā)量會增加，從而導(dǎo)致更多的水汽在大氣中積聚，最終形成更強(qiáng)的降水。相反，在其他地區(qū)降水量可能會減少，導(dǎo)致干旱情況更為嚴(yán)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(qū)會經(jīng)歷更頻繁的降水事件，而其他地區(qū)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(dǎo)致洪水或長期干旱，嚴(yán)重影響了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)[1]。

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

1.3 極端天氣事件的增加

氣候變化導(dǎo)致的全球溫度升高會增加熱浪的頻率和強(qiáng)度，對農(nóng)業(yè)產(chǎn)生直接的影響。這是因?yàn)楦邷貢铀僮魑锏纳L周期，導(dǎo)致營養(yǎng)物質(zhì)積累不足，最終影響產(chǎn)量和質(zhì)量。例如，小麥、玉米等谷物若在花粉受精期間遭受高溫，將導(dǎo)致產(chǎn)量大幅下降。

氣候變化還可能引發(fā)更頻繁和更嚴(yán)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(chǎn)。長期干旱將會使得土地退化，影響土壤肥力。

洪水和風(fēng)暴也是氣候變化的重要方面。強(qiáng)降雨和暴風(fēng)雨事件的增加可能導(dǎo)致河流和湖泊水位上升，造成農(nóng)田水淹。洪水不僅會破壞作物，還會導(dǎo)致土壤侵蝕，進(jìn)一步影響后續(xù)作物的種植。強(qiáng)烈的風(fēng)暴也會因氣候變化而變得更加頻繁和強(qiáng)烈，不僅會直接摧毀作物，還可能導(dǎo)致基礎(chǔ)設(shè)施損壞，從而影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和分銷。

2 農(nóng)業(yè)氣候變化對農(nóng)作物產(chǎn)量影響的影響

2.1 氣溫升高對農(nóng)作物產(chǎn)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(dǎo)致春季來臨得更早，秋季結(jié)束得更晚，使作物的生長季節(jié)延長。這一現(xiàn)象通常對季節(jié)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(chǎn)量。

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

氣溫升高會增加農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的不確定性[2]。由于氣象條件的不斷變化，農(nóng)民將更難以準(zhǔn)確預(yù)測最佳的種植和收獲時間，并采取適當(dāng)?shù)霓r(nóng)業(yè)管理措施，這使得農(nóng)民需要應(yīng)對更多的不確定性，增加了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的風(fēng)險。

2.1.2 作物適應(yīng)性和脅迫

氣溫升高對不同作物品種的適應(yīng)性存在差異。一些作物對氣溫升高具有一定程度的適應(yīng)性，這意味著它們能夠在高溫條件下繼續(xù)生長和發(fā)育而不受太大的負(fù)面影響。這種適應(yīng)性是自然選擇的結(jié)果，也可以通過育種和遺傳改良來加強(qiáng)。農(nóng)業(yè)科學(xué)家和育種者可以通過選擇適應(yīng)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(chǎn)量的不利影響。

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

極端高溫天氣還極易引發(fā)熱害，對作物產(chǎn)量造成災(zāi)難性的影響。在極端高溫條件下，受熱害的影響，農(nóng)作物會出現(xiàn)葉片枯黃、枯死，甚至整株作物死亡的情況，致使作物產(chǎn)量嚴(yán)重減少或絕收，給農(nóng)民造成重大的經(jīng)濟(jì)損失。

2.2 降水變化對產(chǎn)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(xiàn)象，會直接影響農(nóng)作物產(chǎn)量。缺水會導(dǎo)致土壤干燥，降低作物生長的水分供應(yīng)，最終導(dǎo)致作物減產(chǎn)、歉收甚至顆粒無收。

干旱時期，農(nóng)民需要更加謹(jǐn)慎地管理水資源，包括改進(jìn)灌溉系統(tǒng)、提高灌溉效率以及實(shí)行節(jié)水措施。農(nóng)民還需要調(diào)整種植季節(jié)，選擇耐旱作物，從而應(yīng)對干旱情況。干旱不僅會對當(dāng)年的產(chǎn)量產(chǎn)生影響，還可能導(dǎo)致土壤質(zhì)量下降，影響農(nóng)田的長期生產(chǎn)能力。

2.2.2 洪水和災(zāi)害風(fēng)險

洪水通常是由降水過多或持續(xù)時間過長引起的，這些極端的降水事件可能導(dǎo)致河流、水體溢出，農(nóng)田內(nèi)積水增加，最終導(dǎo)致洪水。洪水會導(dǎo)致農(nóng)田被淹沒，影響作物生長。當(dāng)農(nóng)田被水淹沒時，植物的根部可能受到氧氣不足的影響，導(dǎo)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(nóng)作物，完全摧毀農(nóng)作物。

洪水不僅會淹沒農(nóng)田，還會導(dǎo)致土壤侵蝕和養(yǎng)分流失[3]。洪水中的流動水會帶走農(nóng)田中的表層土壤，削弱土壤的肥力并損害土壤結(jié)構(gòu)。土壤養(yǎng)分也會被洪水沖走，使土壤貧瘠，對作物的生長產(chǎn)生負(fù)面影響，影響農(nóng)作物產(chǎn)量。

3 農(nóng)業(yè)氣候變化對農(nóng)業(yè)質(zhì)量的影響具體分析

3.1 溫度變化對食品質(zhì)量的影響

3.1.1 營養(yǎng)價值的損失

在高溫和干旱的條件下，農(nóng)作物經(jīng)常會受到水分不足的影響。這種干旱脅迫會導(dǎo)致植物減少水分的攝取，從而影響其生長和養(yǎng)分吸收能力。水分限制會影響植物中的維生素和礦物質(zhì)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(fèi)者會獲得較少的關(guān)鍵營養(yǎng)素，可能導(dǎo)致健康問題。

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

抗氧化劑對于人體健康的維護(hù)也至關(guān)重要，有助于抵御自由基的損害，從而減少慢性疾病的風(fēng)險。高溫和干旱條件下，農(nóng)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(fēng)險。

3.1.2 食品安全和貯存

高溫和濕度是微生物（細(xì)菌、真菌）生長的理想條件，當(dāng)環(huán)境溫度升高時，這些微生物的生長速度會顯著增加，這會導(dǎo)致農(nóng)產(chǎn)品和加工食品的保質(zhì)期大大縮短，不僅會造成經(jīng)濟(jì)損失，還會浪費(fèi)資源和能源。

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

3.2 降水變化對農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量的影響

3.2.1 霉菌和真菌感染

當(dāng)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(huán)境。這些微生物會感染農(nóng)產(chǎn)品，包括谷物、水果和蔬菜。霉菌和真菌感染會導(dǎo)致農(nóng)產(chǎn)品腐爛、霉變和變質(zhì)。農(nóng)產(chǎn)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(zhì)量和市場價值。此外，高強(qiáng)度降水條件下，農(nóng)作物生長受限，產(chǎn)量也可能會顯著下降。

3.2.2 農(nóng)產(chǎn)品外觀和質(zhì)地

當(dāng)降水量超過一定限度時，農(nóng)作物可能吸收過多的水分，導(dǎo)致水分過剩。這會對水果和蔬菜的外觀產(chǎn)生負(fù)面影響，此時的農(nóng)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(dǎo)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(yè)價值。然而，如果缺乏足夠的降水，一些農(nóng)產(chǎn)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(qiáng)對農(nóng)業(yè)氣候變化的應(yīng)對措施，提升農(nóng)作物產(chǎn)量和質(zhì)量的有效策略

4.1 多樣化農(nóng)作物種植

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

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(nóng)業(yè)生產(chǎn)的穩(wěn)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(nóng)作物產(chǎn)量。例如，耐旱品種可以在缺水條件下保持較高的產(chǎn)量，而耐寒品種則能夠在低溫環(huán)境下生長繁殖。

第二，通過科技手段提升作物的適應(yīng)性。利用基因編輯技術(shù)或遺傳改良，加強(qiáng)作物對氣候變化的抵抗力，使其更具適應(yīng)性和生存能力。這種方法有望培育出更為強(qiáng)健和適應(yīng)性強(qiáng)的農(nóng)作物，從而提高整體農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的抗災(zāi)能力。

4.2 加強(qiáng)水資源管理

通過改進(jìn)水資源管理有利于提升農(nóng)作物產(chǎn)量和質(zhì)量。首要的舉措是改進(jìn)灌溉系統(tǒng)，引入高效的節(jié)水技術(shù)，以降低農(nóng)業(yè)對水資源的浪費(fèi)。農(nóng)民可以通過采用滴灌、滲灌等現(xiàn)代灌溉方式，確保水分更精準(zhǔn)地供應(yīng)到植物根部，從而提高灌溉效率。

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

4.3 氣象信息和農(nóng)業(yè)技術(shù)

氣象信息和農(nóng)業(yè)技術(shù)在加強(qiáng)農(nóng)業(yè)氣候變化應(yīng)對方面扮演著關(guān)鍵角色。通過利用現(xiàn)代氣象數(shù)據(jù)和預(yù)測信息，農(nóng)民能夠及時了解氣候變化對農(nóng)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(nóng)民提供了有針對性的決策支持，使其能夠更好地調(diào)整種植季節(jié)、灌溉計劃和采收時機(jī)，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(jìn)的農(nóng)業(yè)技術(shù)。主要是指精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)，通過使用先進(jìn)的傳感器技術(shù)、衛(wèi)星影像和無人機(jī)等工具，農(nóng)民可以更精細(xì)地監(jiān)測土壤狀況、植物生長狀態(tài)和水分分布，從而實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)施肥、灌溉和病蟲害防控，減少資源浪費(fèi)，提高農(nóng)田利用率。

第二，推廣智慧農(nóng)業(yè)。智慧農(nóng)業(yè)可以借助信息技術(shù)，結(jié)合大數(shù)據(jù)和人工智能，為農(nóng)業(yè)決策提供更精準(zhǔn)、智能化的解決方案。這包括基于數(shù)據(jù)分析的決策支持系統(tǒng)、自動化的農(nóng)業(yè)機(jī)械和設(shè)備以及智能化的農(nóng)田管理系統(tǒng)。通過這些技術(shù)手段，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)可以更加靈活、高效地應(yīng)對氣候變化的挑戰(zhàn)，提高農(nóng)作物產(chǎn)量和產(chǎn)品品質(zhì)量[5]。

5 案例分析——全球氣候變暖對我國農(nóng)業(yè)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(nóng)業(yè)產(chǎn)生重大影響。農(nóng)業(yè)是對氣候變化反應(yīng)敏感的領(lǐng)域之一，特別是在我國，這種影響尤為明顯。氣候變暖導(dǎo)致的極端氣候事件、水資源短缺、土壤條件變化等，均會對農(nóng)作物產(chǎn)量和質(zhì)量構(gòu)成較大的影響。

5.2 案例過程

全球氣候變暖導(dǎo)致全球糧食減產(chǎn)約3%，氣候變化引起的極端氣候事件（如干旱、洪災(zāi)）和水資源短缺造成了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境的惡化。這不僅導(dǎo)致生產(chǎn)和管理成本大幅增加，還加大了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的風(fēng)險性和糧食安全的不確定性。氣候變暖使得積溫帶北移，導(dǎo)致農(nóng)作物種植區(qū)北界向北擴(kuò)展。這有利于高緯度地區(qū)作物的生長，但同時也導(dǎo)致三大糧食作物（水稻、小麥、玉米）呈現(xiàn)減產(chǎn)趨勢。病蟲害發(fā)生范圍的擴(kuò)大和危害程度的加重，導(dǎo)致農(nóng)業(yè)成本和投資大幅增加。氣候變暖導(dǎo)致的水分虧缺使得華北地區(qū)等水分資源比較短缺的地區(qū)冬小麥?zhǔn)芩置{迫嚴(yán)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(chǎn)比當(dāng)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(fā)育速率，導(dǎo)致生育期縮短。預(yù)計到2030年，我國農(nóng)作物產(chǎn)量可能會減少5%～10%[6]。氣候變暖使得主要農(nóng)作物害蟲蟲卵越冬北界北移，蟲害發(fā)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(chǎn)幅度將進(jìn)一步增加。

5.3 案例結(jié)論

氣候變化，特別是全球氣候變暖，對我國農(nóng)業(yè)產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。農(nóng)作物產(chǎn)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(xiàn)，不僅對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)構(gòu)成威脅，也影響了糧食安全和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。這要求政府和農(nóng)業(yè)部門采取適應(yīng)性措施，如改進(jìn)農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施、強(qiáng)化農(nóng)作物布局和品種選育等，以增強(qiáng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對氣候變化風(fēng)險的抵御能力[7-8]。

6 結(jié)束語

農(nóng)業(yè)氣候變化已經(jīng)成為全球農(nóng)業(yè)面臨的一項(xiàng)巨大挑戰(zhàn)，但也為農(nóng)業(yè)帶來了機(jī)遇。通過采取有效的策略，相關(guān)部門和農(nóng)民可以減輕其負(fù)面影響并提高農(nóng)業(yè)的適應(yīng)性。為了確保未來的糧食安全和農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量，相關(guān)部門和農(nóng)民必須采取行動，共同應(yīng)對農(nóng)業(yè)氣候變化帶來的挑戰(zhàn)。

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