适应气候变化:中国农业面临的新挑战*

2012-01-28邱建军王立刚高春雨高懋芳

中国农业资源与区划 2012年6期

李虎，邱建军，王立刚，高春雨，高懋芳

(中国农业科学院-美国新罕布什尔大学可持续农业生态系统研究联合实验室/农业部面源污染控制重点实验室/中国农业科学院农业资源与农业区划研究所，北京 100081)

近百年来，地球气候正经历一次以全球变暖为主要特征的显著变化，这是目前国际社会普遍关注的重大全球性问题。农业是受气候变化影响最为敏感和脆弱的部门。这是因为农作物扎根在土壤里，生长在空气中，各种气候条件如光、热、水、CO2等的变化将直接影响到农作物的生长发育、质量和产量，进而影响农作物的品种、布局和种植制度。有研究表明，平均气温每升高1℃，年平均气温等值线将北移1.76°N，种植制度分界线将北移2.44°N，相当于复种指数提高7.2%［1］。气温的增加也使得小麦的种植品种发生了改变，小麦的适播期比以前推迟了10～15天［2］。而且干旱、洪涝、高温、冷冻等气象灾害和降水变化的不确定性也将影响着种植制度安排［3］。此外，当气温升高，在伴有降雨或湿度大的情况下病虫害发生有可能增大增广，如水稻纹枯病［4］。可见，气候变化已经对中国农业产生了重要影响，未来也将不可避免地对农业生产产生巨大影响［5］，如果不采取任何措施，到21世纪后半期，中国主要农作物如小麦、水稻和玉米的产量最多可下降37%，气候变化将严重威胁中国长期的粮食安全［6］。适应和减缓同是应对气候变化的必要战略，IPCC报告指出，气候变化影响的程度及其危害的大小是由适应和减缓的共同作用所决定的［7］。近年来，中国在减缓农业源温室气体排放取得了积极进展，如采用保护性耕作措施增加土壤固碳能力、采取合理的水肥管理减少农田温室气体的排放、通过改变饲养方式减缓畜禽温室气体排放等，为实现气候变化框架公约的目标做出了巨大贡献，这一成绩为国际社会所公认。但是即使减缓措施是多么的高效，由于气候变化的滞后效应，气候变暖仍将对我国的农业生产产生巨大影响。既然气候变化不可避免，因此适应成为当前应对气候变化的必要措施［8］。目前，针对观测到的和预估的未来气候变化正在采取一些适应措施，但气候变化适应性评价在目前仍是一个比较新的研究领域，一般地区农业适应性措施不成体系，相关研究几乎空白，不能满足实际需求［9］。尤其是我国仍为发展中国家，经济条件不发达，气候条件复杂，生态环境脆弱，其基本国情决定了我国适应气候变化能力还非常有限［10］。因此，农业适应技术对策的分析还需要深入的研究。文章通过反映现阶段我国农业适应气候变化的认知与进展以及农业应对气候变化的挑战，为今后开展相关的研究以及政策的制定提供有意义的参考。

1 适应气候变化的理解

1.1 适应的定义

适应气候变化是一个较为复杂的问题。政府间气候变化专门委员会关于“适应”给出的定义是:在自然或人类系统中由于实际的或预期的气候刺激或其影响而作出调整，以求趋利避害［7］。因此，“适应”是为应对变化了的环境所涉及的可持续调整进程［11］。由于适应能够支持发展进程并有助于推动和持续改善目前人们的生活，因此也被作为适当的应对之策。适应有三个主要目的，一是增强适应能力，二是减小脆弱性，三是开发潜在的发展机会。适应的短期目标是减小气候风险，增强适应能力，长期目标应当与可持续发展相一致［12］。可见，适应与可持续发展密不可分。

1.2 适应的分类

适应根据目的和时间选择可分为:预期的和反应的适应，私人的和公共的适应，以及自发的和计划的适应。从适应性质上可分为挑战的应对和机遇的利用措施，从适应类型上可分为管理、技术/设备和基础设施建设措施，从实现途径上可分为提高适应能力、采取适应性行动和自动调节措施。具体分析如下:

预期适应:发生在气候变化影响被观察到之前的适应，也被称之为事先适应。如加强沿海防潮设施建设、加强海岸监测系统建设。

反应适应:发生在气候变化影响被观察到之后的适应。如调整农业结构和种植制度，提高复种指数，选育和推广抗逆品种等。

私人适应:由个人、家庭或私人公司发起和实施的适应，通常是出于活动者经济上的自身利益。

公共适应:由各级政府发起和实施的适应，通常是针对集体需要。

自发适应:并非制定出的对气候激励有意识的响应，但是由自然系统生态变化和由人类系统市场或福利变化聚合而成的适应，也被称之为自动或本能适应，如农民通过改变作物种类的模式。

计划适应:根据对已改变或正在改变的条件的认识，以及需要反馈、保持、或希望取得的某种状态的行动的认识，经过深思熟虑的政策决策的结果。

2 中国适应气候变化工作进展

全球气候变化已成为世界共同面对的问题，国际社会早已认识到气候变化及其影响的严重性，如何减轻和适应气候变化的不利影响日益引起人们的重视。中国政府也对气候变化问题高度重视。事实上，在过去的数年中，我国在气候变化领域开展了很多实际行动，如2007年6月出台的《中国应对气候变化国家方案》中明确提出，要将适应气候变化的行动纳入国民经济和社会发展的总体规划和地区规划中;《国家中长期科学和技术发展规划纲要 (2006～2020年)》把能源和环境确定为科学技术发展的优先领域，把全球环境变化监测与对策明确列为环境领域的优先主题之一;“八五”以来，通过国家科技攻关计划、国家高技术研究与发展计划 (863计划)、国家基础研究发展计划 (973计划)等先后组织开展了一系列与气候变化有关的科技项目，在全球和中国气候变化预测、适应技术和减缓技术领域取得重要的进展;2007年的《中国应对气候变化科技专项行动》，列出了气候变化对中国主要脆弱领域的影响及适应技术和措施等8项适应技术和措施作为重点任务，并提出了一系列保障措施;2008年11月，中国政府与联合国发表了《应对气候变化技术开发与转让北京宣言》，强调技术在应对气候变化中的关键作用，促进了减缓与适应气候变化技术的有效转让与推广;2009年以来，中国各级政府制定了一系列有利于农业领域适应气候变化的政策法规。如农业部出台了《植物新品种保护项目管理暂行办法》、《农业转基因生物安全项目管理暂行办法》、《超级稻新品种选育与示范项目管理办法》等文件［13］。可见中国对适应问题的关注，突显了未来农业适应气候变化的重要性。

3 中国农业适应气候变化的迫切性

农业是受气候变化影响最直接最脆弱的部门，气候变化造成的粮食短缺可能会比海平面上升等产生的影响来得更快、也更早［14］。中国是一个农业大国，农业生产受气候变化影响最大。中国未来北方地区暖干旱化趋势将更加明显，粮食产量对灌溉的依赖将进一步加大。而受温度升高的影响，土壤有机质分解加快，化肥释放周期缩短，若要达到原有肥效，化肥使用量需要进一步增加，从而阻碍农村节能减排［15］。目前的研究表明，在当前技术水平下，如果不考虑CO2的肥效作用和适应措施，全国平均温度升高若不超过2.5～3℃，中国小麦、水稻和玉米三大主要粮食作物的单产水平有增有减，未来粮食总产水平可以通过种植结构的调整保持稳定，但是如果平均温度升高超过2.5～3℃，中国这三种主要粮食的单产水平将会持续下降。如果采取适应措施，如改善品种、调整结构、应用先进技术、合理使用农药和肥料、改善灌溉及农业基础设施等，则可以大大降低气候变化的不利影响［6，16］。尽管人们对未来粮食供求变化认识还存在差异，但是对研究农业适应措施的重要作用均已达成共识，提高适应能力将帮助农业生产很好地应对气候变化的影响［17］。因此，在气候变化背景下中国未来的粮食安全在很大程度上取决于适应措施的有效性。同时，由于中国很多地方经济不发达，农业投入不足，因此抵御气象灾害和气候变化的风险能力较差。最新研究表明，未来中国区域之间的脆弱性差别很大，并存在几个明显的高脆弱区，主要分布在东北和西北地区 (新疆、甘肃和宁夏)。中度和轻微脆弱区主要分布在长江中下游及云南、贵州等地［18～20］。因此，增强农业对气候变化的适应能力对于确保粮食安全、维护农村经济稳定、保证农民增收和生活水平的提高都有着非同寻常的积极意义［5］。

4 中国农业领域气候变化适应技术

对发展中国家而言，应对气候变化对农业的不利影响，最好的办法是因地制宜采取适应措施，包括根据对未来气候的预测调整农业种植结构;加强管理、改善农业基础设施;采用新技术、提高农业生产对气候变化不利影响的抵御能力等等，最大限度地减少损失。中国已在农业领域和地区有针对性地开展了适应气候变化的示范研究项目，积累了一些适应气候变化的成果和经验，采取了一些有效地适应技术，很多措施已经卓见成效，成功经验可以为其他地区提供借鉴和示范，如华北平原弱冬性小麦品种的选育和推广，东北平原 (特别是三江平原)水稻大面积扩种，内蒙古中东部、辽宁阜新等干旱区采取的保护性耕作措施，宁夏等西北干旱区水稻、马铃薯的作物种植比例调整，都是针对当地水热条件变化而采取的适应性措施［21］，为中国农业的可持续发展做出了积极的贡献。目前国内农业适应气候变化的主要措施可以概括为以下几点:(1)调整农业结构和种植制度。该方法是目前农业适应气候变化采取的主要措施之一，主要针对气候变化对农业的可能影响，分析未来光、温、水资源重新分配和农业气象灾害的新格局，改进作物品种布局。如西北干旱区在气候变化的背景下，干旱的显著增加对农作物熟制、布局、结构都产生了影响，为此相应调整了农业结构和品种布局，减少高耗水量作物及品种，如增加马铃薯种植面积，实现了扩大节水型、耐旱型粮食作物的生产。东北地区气候变暖热量增加有利于水稻的种植，一定程度上减少了低温冷害的威胁，延长了水稻生长期，利于水稻增产，因此应适当增加水稻的播种面积。(2)选育作物品种。为减少气候变化对农作物的不利影响，选育优良品种是重要的适应性对策。基因技术会对气候变化适应提供更多的可能，通过体细胞无性繁殖变异技术等生物技术，快速有效地培育出抗逆性强、高产优质的作物新品种是重要途径。如以前推广的冬小麦品种大多属于强冬性，因冬季无法经历足够的寒冷期以满足春化作用对低温的要求，已经被过渡型、半冬性或弱冬性生态类型的冬小麦品种所取代，这种应对气候变暖的适应性行为，有助于小麦总产的稳定和提高。(3)调整管理措施。气候的暖干化趋势，将导致地表蒸发和植物蒸腾作用的加强，从而进一步加剧水资源的供求矛盾，使干旱问题更为突出。而且农作物害虫发生发展与气候条件关系密切。因此需调整农业管理措施如控制水土流失、增加灌溉和施肥、防治病虫害等以提高农业生态系统的适应能力。如中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所发明的一种北方旱区减缓和适应气候变化增效种植技术，它选择生育期长的品种，秋收后不翻地，利用上一年作物根茬固土越冬，播种时行距采用宽窄行，喷施生长调节剂进行生育期的调控，作物选择以谷子、大豆等茎秆直立的中矮秆作物为主，显著提高了生态脆弱区农业适应气候变化的能力，是北方旱区农业实现可持续发展的有效途径。(4)改善农业基础设施。在适应能力建设方面，基础设施建设对于提高防洪、抗旱、供水能力及应变能力是必不可少的重要措施之一。如在水利设施建设上，通过对过去以排水为主要功能的排水沟增设节制闸等技术措施，使其具有一定的集蓄雨水、灌溉回归水的功能，既可以作为干旱时节的灌溉水储备，也可以达到回补地下水的目的;在降水较充沛的江苏省新沂市在设计节水灌溉工程设施时，将防渗渠道和低压管道作为两种主要的节水灌溉设施，以降低农田灌溉用水量、减少输水过程的损失;在西北干旱地区的宁夏，将发展喷、滴灌作为节水灌溉的主要工程措施，对提高农业产量、增强气候变化的适应能力和防御灾害能力具有长远意义。

5 中国气候变化适应技术与国外的研究差距

5.1 节水农业技术

近几年，我国的节水农业技术对提高水分利用率、节约用水、改善农田土壤环境和提高作物产量起到了重要的作用，但同现代高效的国外节水种植制度相比仍存在诸多重要的技术瓶颈，主要表现为:缺乏节水农业发展的基础数据资料积累和对农业用水状况的有效监测与控制;从纯基础到应用层面的应用基础研究还很欠缺;缺乏标准化、定量化和集成化的农业节水综合技术体系和应用模式;缺乏高效快速鉴定评价植物抗旱性能的方法与指标;信息化技术应用水平较低，农业节水管理的信息采集、传输的可靠性差等等［22］。而发达国家的灌溉水管理技术正朝着信息化、自动化、智能化方向发展。特别是近年来利用3S技术，为最大限度地优化各项农业投入，充分挖掘田间水肥差异性所隐含的增产潜力创造了条件。因此，加快发展现代节水高效农业技术，建立中国特色的节水高效农业技术体系，是满足未来20年农业与农村经济可持续发展的重大战略，已迫在眉睫，其战略意义重大。

5.2 品种选育技术

我国利用包括生物技术在内的新技术，培育出了一批产量潜力高、内在品质优良、综合抗性突出、适应性广的优良动植物新品种，对强化农业适应气候变化的能力具有显著的作用。然而现阶段我国农业生物技术基本上仍旧是模仿国外的先进技术，国内创新的较少［23］。比如，对抗旱节水新品种的选育技术上，我国有丰富的抗旱物种资源，但与先进国家相比，仍存在差距:种质资源收集保存数量多，抗旱性精细鉴定评价少;抗旱性鉴定评价方法指标多，缺乏快速、高效的抗旱性鉴定评价方法指标;抗旱性鉴定评价的设施落后，鉴定评价体系不完善;抗旱种质资源利用效率低，种质创新工作亟须加强。

5.3 病虫害防治技术

我国现有的作物病虫害综合防治技术，在利用抗病虫品种、重大病虫种型监测、中长期预测预报、防治配套技术等方面都非常具有特色，而且在很多方面居国际先进、甚至领先水平。但在生态调控技术等方面的研究薄弱，技术上仍在很大程度上依靠化学农药［24］。而欧美等发达国家和国际研究机构在以往病虫害综合防治的基础上，提出了以自然控制、生态控制等为主要手段的病虫害可持续控制技术，甚至发展完全不施用化学农药 (化肥)的生态农业或有机农业［25］。

因此，未来需依靠科技进步加强新技术的研究和开发是减缓温室气体排放、提高气候变化适应能力的有效途径。发展包括生物技术在内的新技术，培育产量潜力高、品质优良、综合抗性突出和适应性广的优良动植物新品种。力争在光合作用、生物固氮、生物技术、病虫害防治、抗御逆境、设施农业和精准农业等方面取得重大进展。

6 中国气候变化适应研究面临的挑战

6.1 适应资金和技术障碍

适应气候变化是一个系统工程，需要巨大的资金支持，特别是发展中国家，由于适应的基线较低，在适应行动中需要投入的资金更大。同时，发展中国家由于科学技术实力弱，在适应气候变化方面现有的技术水平与发达国家相比差距较大。因此，如果发达国家向发展中国家转让诸如农业生物技术、节水技术、大气与海洋观测等各种先进技术，则可以促进发展中国家的技术进步，推进其增长方式的转换，增强其适应能力，而发达国家也可以从技术转让中获取相关利益，更好地帮助自己实现减排义务。然而由于缺乏有效的国际合作制度，发达国家和发展中国家在适应问题上一直存在着很大的分歧和矛盾，这主要涉及适应的公平性问题。当前的气候变化是由发达国家过去几十年的经济发展造成的，现在却要发展中国家为其行为承担相应的后果，而且发达国家又不愿意向发展中国家提供资金、技术等的支持。而发展中国家则强调发达国家应该承担一定的责任，向发展中国家提供应对气候变化的资金和先进的技术，共同应对气候变化的不利影响，从而使通过国际合作适应气候变化难以实施，造成资金和技术转让障碍。

6.2 未来气候变化影响研究不足

适应气候变化主要是对未来气候变化影响的适应，然而在预测未来的气候变化及其影响上存在很大的不确定性，从而导致具体的适应性技术能否适合于未来气候变化的问题。目前用于脆弱性和适应性的分析所采用的气候变化情景都是由IPCC发布的SRES(Special Report on Emissions Scenarios)系列的最新温室气体排放情景，即CO2高排放情景 (A2)和CO2低排放情景 (B2)，与我国未来的社会经济发展情景还是有差异的，而且目前国内外比较著名的全球气候模式输出的气候情景结果也存在较大的差异，它们都导致适应气候变化的决策带来很大的不确定性［26］。此外，未来极端气候事件的频繁发生和强度增强将产生严重的后果。如干旱更频繁、更严重的发生将加剧土地退化，暴雨洪水事件的增加，由此产生的破坏在某些情况下可能使多年的适应建设努力付诸东流，进而加大了适应技术选择的难度。因此加强气候变化影响的研究，丰富气候变化影响知识十分必要。

6.3 适应技术需求量大面广

中国地域广大，各地的土地利用状况、水资源分布状况、温度的波动等因素地域性差异非常显著，气候变化对农业的影响在不同地区存在较大差异，需要因地制宜采取不同对策。比如气候变暖将使东北平原西部和南部受干旱威胁的程度明显增大［1］，所以优先的适应技术应为加大农田水利工程建设，科学调控水资源，扩大旱作农业保水、节水技术的推广使用，并培养耐旱、优质品种。而对长江中下游及沿海平原而言，气候变暖将使降水量呈增加趋势，增暖趋势明显［19］，因此适当调整种植结构，增加复种指数是该区最优先的适应技术。目前，农业的气候变化适应性和不同区域具体适应措施的研究仍比较薄弱，因地制宜地选择适应措施是一项基本原则，研究区域范围的适应性技术是未来适应技术的研究重点。

6.4 缺乏适应技术的风险评价

适应选择措施和技术并非没有成本和风险的，然而有关适应行动的成本和利润的定量信息目前还很缺乏。由于没有足够的社会经济情景和气候变化情景的数据，评价研究主要采用适应性假设，只是按照气候变化情景模型测算的影响条件或参数变化，估计、预判不同适应性手段对气候变化趋势的不同效果，这类研究没有对适应性进行实际调查、没有验证适应性或适应能力的实际过程。提出的适应气候变化的对策建议也都是以定性研究为基础得出的，缺少对适应技术评估标准的深入研究，大多数仅局限于成本与潜力。很难被政府部门采纳。因此，在进行气候变化的适应性研究时，需要加强具体的适应措施和技术的成本和效果分析，任何一个具体的措施或技术都是放在一个大的社会、经济、自然环境中去实施的，必然受到多方面、多重的影响，很难单独区分气候变化的影响，因此需要开发成本-效益分析，多目标分析和风险-效益分析等方法评估适应的效果。

6.5 对适应气候变化关注不够

减缓气候变化是为了降低未来发生气候变化的影响程度，适应气候变化则是通过对气候变化影响做出反应，减少不利影响造成的危害，其实质是减少脆弱性。迄今为止，虽然国内外对适应气候变化作为应对气候变化的主要途径达成一致。但是气候变化的适应问题却没有得到真正的重视，对如何提高公众适应气候变化的意识与管理水平，增强适应气候变化的能力做得很少。因此，应进一步利用现代信息传播技术，加强适应气候变化的先进农业技术的普及、推广及应用培训，提高公众对气候变化影响认识的深刻性和行动的自觉性。

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