气候变化对蔬菜学科的影响

2011-08-15邹学校蔡立湘彭新德朱校奇

湖南农业科学 2011年17期

邹学校，蔡立湘，彭新德，朱校奇

（湖南省农业科学院，湖南长沙 410125）

全世界无数的独立研究机构多方观测和研究结果表明：全球陆地、大气、海洋以及极地都显示出气候变暖的趋势。联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）在其2007年的评估报告中表示，自20世纪中期以来，大部分已经观测到的全球平均气温的升高，很可能是人为产生的温室气体浓度增加所致[1]。

全球气候变化受影响最大的是农业。温度升高将延长农作物生长期，减少霜冻，二氧化碳的“肥料效应”会增强光合作用，对农作物等蔬菜生产有利。但土壤蒸发量上升，洪涝灾害增多和海水侵蚀等也将造成农业减产。我国是世界上最大的蔬菜生产国，全球气候变暖，总体上对我国的蔬菜生产发展利大于弊。特别是对我国叶菜类蔬菜种类的布局和生产、供应和消费等将产生积极的影响。我国日益丰富的蔬菜生产实际，是我国蔬菜学科建设与发展的基础。

1 蔬菜科学技术的概念

蔬菜学是以生物学为理论基础，研究蔬菜作物生长发育和遗传规律的一门学科，也是研究蔬菜种质资源、遗传育种、栽培、病虫害防治及采后处理、贮藏、加工等应用技术与原理的综合性专业学科。

在我国蔬菜学作为一门实验科学诞生于上世纪初，但直到改革开放之后，主要由于国内消费的发展，才极大地促进了蔬菜科学技术的普及和发展；特别是改革开放以来近30 a的实践，蔬菜育种、栽培、贮运、加工及蔬菜消费保障技术的不断进步，蔬菜设施栽培技术不断完善，又对我国蔬菜产业的发展起到了巨大的推动作用[2]。

2 全球气候变暖对蔬菜生产的影响

全球气候变化对我国蔬菜生产产生的影响是多方面的。有积极作用的是，由于生产季节热量、雨量的分布发生变化，蔬菜适宜的种植区将扩大，如西北目前不适宜大规模生产蔬菜的传统干旱区，将有条件发展生产，使蔬菜生产季节延长，适栽的蔬菜品种增加。同时，原用于蔬菜储运的成本将大幅度下降。综合各方面的因素估算，全国蔬菜生产成本将下降15%～20%。

全球气候变化对我国蔬菜生产不利的影响更大、更深远。如蔬菜的区域宏观布局；区域内的品种搭配；土地的连作、轮作、套种，土著品种的收集、整理、利用；蔬菜生产、加工、贮运、消费以及相应的政策扶持等，都将产生一系列的深远影响。

有人对我国1951～2003年气候资料分析，我国气温呈明显上升趋势，特别是20世纪80年代中期以来，升温速度显著加快，全国各地区近20 a来温度都是逐渐升高的，1998～2003年的6 a中有5 a是1951年以来最暖的年份，其中北方地区增暖趋势非常显著，华北、东北及西北地区增温幅度达到0.4～0.8℃/10 a。与北方不同，我国南方各省区增暖趋势没有北方明显。

经过建立农业生产与气温、农业投入关系的数学模型和测算，华北地区温度的主效作用大于投入的主效，说明温度变化对蔬菜等农作物生产的影响比投入变化的大。同时，温度与投入对产量的影响均达到0.01的显著水平，但影响趋势不同，负值表现为随着温度的升高，对总产量的增加有极大的抑制作用，而投入对产量的影响是一条开口向下的抛物线，即在早期产量随着投入的增加有很大的提高，但到后期，虽然投入继续加大，但产量增加变缓，甚至有所下降。

东北地区温度的主效大于投入的主效，且温度对蔬菜等农作物总产量的正效应达到0.01的显著水平，表明温度变化对产量的影响比投入变化的大。与华北地区不同的是，东北地区温度的升高对总产量起到明显促进作用。投入对产量的影响达到0.05的显著水平，表现为开口向下的抛物线，即早期的投入增加提高了总产量，到后期投入增加，总产量的增加放缓，甚至还有所下降。

温度和投入变化对华东地区的蔬菜等农作物产量影响不显著，这可能与播种面积的持续减少对总产量的影响有关。

中南地区温度的增加对蔬菜等农作物产量没有显著的抑制作用。

西南地区温度与投入变化对蔬菜等农作物产量的影响达到0.05的显著水平，且温度的主效大于投入的主效，温度的升高对总产量增加产生很大的抑制作用，投入增加对总产量有促进作用。

西北地区温度与投入对蔬菜等农作物产量的影响达到0.05的显著水平，但趋势不同，温度的主效大于投入的主效，表现为随着温度的上升，产量的增加受到抑制，随着投入的加大，产量由开始的显著增加，到后来增加变缓，甚至有所下降[3]。

气候变暖使冬油菜及十字花科蔬菜的播种期推迟了7～13 d，停止生长期也相应推迟，返青后的生育期提前了8～12 d，全生育期缩短17～32 d，是农作物中全生育期缩短比较明显的。马铃薯生产，如果地温提高2.2～2.5℃,出苗期将提前13 d，全生长期会适当延长[4]。

气候变暖已经使西北地区农作物种植面积和种植格局发生了较大改变。马铃薯适宜种植区上限海拔高度也平均提高了100～200 m，马铃薯的适宜种植范围也有所扩大，尤其是甘肃陇中地区的种植面积扩大迅速。冬油菜及十字花科蔬菜的种植带向北扩展了约100 km，种植区海拔高度提高了约100～200 m，种植面积扩大了大约1倍。

由于气候变暖,多熟制种植带向北推移，种植海拔高度提高了200～300 m；复种指数明显提高，复种面积扩大了4～5倍。西北地区蔬菜等农作物品种熟性总体上正在由早熟型向偏晚熟型发展。

西北地区冬油菜及十字花科蔬菜的产量与冬季平均气温密切相关。一般，每升高1℃，生物学产量将增加172 kg/hm2[5]。气温升高会使马铃薯等块根类蔬菜减产。马铃薯产量与块茎膨大期（7月份）的平均气温和分枝-开花期（6～7月份）的降水相关密切。一般，如果降水不变时,马铃薯等块根类蔬菜产量会随温度升高而降低；若气温升高，降水量也变化时，产量与降水呈正相关，陇东南影响最大，陇东次之，陇中较小[6-9]。

总之，20世纪末与20世纪80年代相比,环境温度升高，使绿洲灌溉区农作物的生物学产量提高了10%～20%，特别是冬油菜及十字花科蔬菜、马铃薯等块茎类蔬菜等的种植面积扩大，其生物学总产量可增加30%左右。

气候变化对蔬菜等农作物病虫害的发生和流行均有比较明显的影响。由于气温升高，特别是冬季温度增加使目前大多数农作物，尤其是蔬菜的病虫害发生及危害呈逐年加重的趋势[10]。

3 全球气候变化对蔬菜品种多样性的影响

生物多样性和气候变化之间的联系是双向的。气候变化是生物多样性丧失的一个重要驱动力。

Myers估计，在过去的两亿年中，大约每27 a就有一种高等植物灭绝。Wilson等估计，随着人类活动的增加，现在物种的灭绝速率是自然的1000倍。中国的生物多样性居世界第8位，北半球的第一位。同时，中国又是生物多样性受到最严重威胁的国家之一。在《濒危野生动植物种国际贸易公约（CITES）》列出的640个世界性濒危物种中，中国占156种，约为其总数的1/4。目前，全世界绝大多数的粮食供应，仅仅来源于100个物种的农作物，而自人类有农业以来（约12000 a前）曾种植过几千个物种及更多的品种（或亚种）。美国农业部1903年列出的商品蔬菜品种中，目前已有96%灭绝。

高、低温及高低温变温的幅度，是蔬菜栽培过程中比较常见的两种逆境因子，温度变化过大会对蔬菜生产产生严重影响，有时可能造成失收，是蔬菜冬春和夏秋之交供应淡季形成的主要原因[11]。

高温胁迫对蔬菜的危害主要是高温下水分失调、原生质胶体结构破坏、导致蛋白质失活和降解。若及时采取相应的栽培措施，改善植株体内的水分状态，提高细胞含水量特别是胶体束缚水的含量，将有助于增强植株对高温的耐受能力和抗性[12]。

蔬菜作物对于高温胁迫的响应并非是完全被动的，其体内会发生相应的适应反应来降低胁迫造成的危害，以维持基本的代谢过程，甚至通过开启某些基因的表达来缓解高温的伤害。

蔬菜的抗热育种，一般通过芽变选种、实生苗选种、杂种优势利用、诱变等育种途径获得；近年通过抗性强的砧木品种培养新的抗热品种、利用细胞工程和基因工程等生物技术来培育抗热突变体或转基因植株，成为蔬菜育种的一个热点。缪曼珉以抗性强的云南黑籽南瓜为砧木嫁接冬春季黄瓜，大幅度提高了夏季黄瓜产量；马德华等通过杂交的方法，育成了适合华北地区越夏栽培的耐热黄瓜品种。

转耐冷基因育种，是科学家想尽快解决蔬菜耐冷问题的热点。目前利用较多的是来自北极深海鱼类的抗冻基因（AFPS）。将鲽鱼科的抗冻基因转入番茄，发现其具有抑制冰块重新结晶的能力，从而使蔬菜免遭冻害。将美洲拟鲽抗冻蛋白基因AFP直接转入番茄，得到的转基因植株，在平均气温低于4.4℃的情况下生长好于对照，并且果实成熟提前。致死温度也降低了l～2℃。

气候变化会对蔬菜品种多样性产生影响。一方面对土著蔬菜品种多样性形成威胁、使生物多样性不断丧失；另一方面，蔬菜品种在长期的进化过程中，由于自然选择、人为品种改良（包括转基因育种等），形成了对气候变化（高温、低温）的适应，产生了新的基因型及表现型，一定程度上增加了蔬菜的生物多样性。

4 应对气候变化蔬菜学科面临的问题

气候变化对蔬菜等农作物生产发展的影响非常显著，给蔬菜学科提出的问题是非常严峻和迫切需要解决的问题。首先，是国家要从保障国家食物安全的角度，思考和重新部署国家的蔬菜生产、贮运、加工和消费布局。有针对性的出台相关政策和措施，积极应对全球气候变暖和极端性气候事件可能给我国蔬菜生产、贮藏、运输和消费等带来的影响。

其次，要研究制定相应的应急方案，尽量利用气候变化可能带来的机遇，发展我国的蔬菜科学技术。目前，特别是要利用国际后金融危机时代给我国带来的历史机遇，集中优势力量，提高我国的自主创新能力；以提高我国蔬菜生产的科技水平为中心，保障国内蔬菜消费的稳步发展；确实转变经济增长方式，促进我国蔬菜生产的可持续发展。

第三，要研究制定蔬菜科学技术发展目标。包括蔬菜学科的生态学目标、生物学目标等。要针对我国蔬菜生产过程中的污染问题，运用生态学的基本原理和方法，研究蔬菜生长及蔬菜安全、可持续生产环境的理论和技术。要根据现代消费的发展，研究蔬菜的个体和群体生理基础，为蔬菜的鲜销、延后或反季节生产、远距离输运和适于加工等专用性生产目标提供技术思路和方法。

第四，国家要出台保障蔬菜生产和消费可持续发展的政策、法规。从当前我国蔬菜生产的实际着手，重点研究土著蔬菜品种资源及基因资源的收集、保存、利用。特别是重要战略型品种资源、野生资源的严格保护，要及时发布和适时修改国家农作物及近缘野生植物种质资源保护名录。加大对农作物新品种选育的公共财政支持。支持开展具有我国特色的蔬菜生产及消费保障技术体系研究；加大对具有我国地方特色的蔬菜品种的研究，经济、适用的工程设施及科学的蔬菜低碳生产技术。出台政策，把支持蔬菜生产和支持采用新技术结合起来。用实在的政策指导鼓励生产者应用新技术、新成果。

要利用我国目前正在加速走出去步伐，加快与世界融和的机遇，通过大范围的合作，促进我国的蔬菜生产、蔬菜产品、蔬菜消费服务和消费文化走向国际大市场。

5 蔬菜学科应对全球气候变暖的对策

5.1 加强蔬菜生产布局规划研究

蔬菜因品种类型丰富，不同气候类型区基本上都有相适应的品种可以栽培和生产，同时，蔬菜产量的高低以及品质的优劣也在很大程度上受到气象条件的制约，因此使得蔬菜生产形成了相对稳定的区域分布。现有的研究表明，气候变暖将使作物生长期的光能资源和热量资源增加,同时，各个地区的降水量还会增加或减少。因此，应根据气候变暖发展趋势，适时调整蔬菜的种植结构和分布，有规划地将有关品种种植区域北移,包括喜温蔬菜品种种植区域北移，也包括喜冷、耐寒蔬菜品种种植区域的北移问题。同时，应根据各地气候特点和生产实际，针对不同品种安排播期，充分考虑各季茬口安排，有效利用各地气候资源发展蔬菜生产[13]。

5.2 培育抗逆性强的蔬菜新品种

气候变暖将导致蔬菜生长环境的一系列和综合性的变化，而且极端性天气出现的频率将增加，因而对蔬菜生长产生综合性影响，选育优良品种是最根本的适应性对策之一[14]。应充分挖掘我国丰富的蔬菜品种资源，加强生物技术与常规技术的融合，通过单倍体培养技术、原生质融合技术、DNA重组技术以及杂种优势利用等，提高蔬菜育种的目的性和育种效率，培育出抗逆性强、高产优质的蔬菜新品种。未来蔬菜品种抗逆性的目标要求，一是要耐高温、耐干旱、抗病虫害，以应对气候变暖和干旱的影响。气候变暖对蔬菜病虫草害发生与危害将产生重要影响。已有的研究表明，暖冬造成主要农作物病虫越冬基数增加、越冬死亡率降低、次年病虫发生加重、全国大部地区病虫发生期提前、危害加重，使农作物害虫迁入期提前、危害期延长[15]。二是要耐盐碱，以满足海平面升高而使部分地区盐碱加重时发展蔬菜生产的要求，同时，土壤次生盐渍化已成为影响蔬菜设施生产发展的主要问题之一[16]，对设施栽培品种特性也提出了同样的要求。

5.3 发展蔬菜工程学理论和技术体系

蔬菜工程学是近几年才发展起来的一门新兴学科。特别是设施栽培技术的广泛应用，促进了蔬菜生产地膜、遮阳网、膜，蔬菜设施材料及保暖、降温技术的发展。要立足我国的实际，继续推广行之有效的地膜覆盖、薄膜小拱棚育苗栽培，以及遮阳网、容器育苗等技术。同时，要进一步开展集成技术研究，从不同地区适宜的设施选型与现有设施的改造升级，到设施栽培关键技术及标准化技术体系的研究与应用，以及设施专用品种的选育等主要技术环节，联合有关高校、科研单位、设施制造企业进行攻关，逐步建立起有中国特色的蔬菜工程学理论与技术体系。重点要针对我国现有的设施专用品种质量和品质与国外品种差距较大的状况，加大设施栽培专用品种选育力度，尽快扭转设施栽培品种需大量从国外进口的尴尬局面[17]。

要制定相应的政策措施，鼓励有实力的企业，特别是科技性企业加速与国际蔬菜市场的接轨。近期应以我国周边国家的合作为主，通过合作，积累经验，再逐步扩展。

5.4 大力发展蔬菜物流、加工和综合利用技术

目前，我国已经初步形成了以各类农产品批发市场为中心，以城乡农贸市场为基础，以直销配送和连锁超市为补充，以产区、销区、集散地市场相结合的农产品市场体系。但我国的蔬菜流通还处在时间长、消耗大、效率低、效益差的低层次上。蔬菜在物流环节上的损失率在25%～30%之间，而发达国家的蔬菜损失率则控制在5%以下[18]。要在加强市场体系建设，扶持蔬菜运销大户发展的基础上，重点发展蔬菜第三方物流，为蔬菜供应方或需求方提供包括蔬菜物流计划、控制、执行等不同层次的、高质量的个性化蔬菜物流综合服务。

其次，要立足全球视野，大力发展我国的蔬菜贮藏加工技术。在做好蔬菜产前、产中、产后服务的基础上，抓好冷藏保鲜、加工、包装等蔬菜产后技术的研究与应用。重点加强高温瞬时杀菌、无菌包装、膜分离等蔬菜制汁加工技术，超微粉碎等蔬菜制粉加工技术研究以及蔬菜功能成分提取技术与下游产品研发等。

[1]陈丹，左手进展·右手争议[N].科技日报，2010-01-16.

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