西南地区发展气候智慧型农业的对策建议

杭晓宁, 罗佳, 张鹏程, 李真熤, 张健, 胡留杰,余端, 何为媛, 周优良, 廖敦秀*

(1.重庆市农业科学院, 重庆 401329; 2.重庆市农业生态与资源保护站, 重庆 401121)

据预测，全球人口在2050年将达到90亿，对粮食的需求要在现有基础上增加60%，这就需要粮食生产实现可持续增长[1]。然而，随着全球气候变化的持续影响，农业生产面临巨大挑战[2]。一方面，气候变化导致全球气温上升、极端气候发生频繁，农业生产面临更大的不确定性。已有研究表明，气候变化导致部分作物单产下降[3]；全球气候变暖也导致农业产业布局发生变化，如冬小麦种植区北移西扩等[4]，这些变化都对粮食安全有巨大影响。另一方面，导致气候变化的主要因素是温室气体的排放，而农业生产是温室气体的重要来源之一，其排放的温室气体约占全球温室气体排放总量的20%～35%[5]，如何有效降低农业源温室气体的排放是现阶段的重要任务之一。因此，在气候变化和粮食安全的双重影响下，气候智慧型农业应运而生，其旨在减少农业源温室气体的排放，实现作物产量的可持续增长，缓解气候变化对农业生产和粮食安全的影响。

中国是世界上人口最多的发展中国家，面临发展经济和脱贫攻坚的双重任务[6]。作为一个负责任的大国，还应对全球温室气体的减排做出有区别的贡献[7]。在保障经济发展、粮食安全、农民增收的基础上促进温室气体的减排，如何协调四者的关系将是我国未来一段时间面临的巨大考验。农业生产在保障国家粮食安全的前提下达到温室气体减排，将会为我国经济提供更大的发展空间。

我国西南地区(重庆、四川、云南、贵州和西藏)是多民族集中居住区，贫困人口多、生态脆弱，还肩负着保护长江上游生态环境的使命。该地区农业生产水平落后，肥料利用率低，农业源温室气体排放量较高[8]，因此减排空间巨大，气候智慧型农业为这一地区农业跨越式发展提供了选择[9]。本文归纳总结了国内外气候智慧型农业的技术及举措，分析了我国西南地区的农业生产条件及现状，并针对西南地区发展气候智慧型农业提出了措施和途径，为西南地区的农业可持续发展提供理论参考。

1 气候智慧型农业的含义

关于气候智慧型农业的定义，不同机构给出了不同的定义。联合国粮食及农业组织(Food and Agriculture Organization of the United Nations，FAO)的定义是，旨在可持续提高农业效率，增强适应性，减少温室气体排放，并在更高的目标上实现国家粮食安全的农业生产和发展模式[10]。而世界银行则将其定义为，建立面对气候变化，能满足不断增长的需求，并保持盈利和可持续发展的食物系统[11]。与可持续农业相比，气候智慧型农业不仅包含可持续农业，还提出了更高的标准，将农业温室气体减排和应对气候变化的农业生产加入其中，是在以往各种理念的基础上形成的。2014年纽约气候峰会期间，时任美国总统奥巴马宣布成立了气候智慧型农业全球联盟(Global Alliance for Climate-smart Agriculture，GACSA)，目的是解决全球粮食可持续增长的同时，提高农民收入，增强农业生产应对气候变化的能力和弹性，减少温室气体(CH4、N2O和CO2)的排放。

2 气候智慧型农业发展概况

欧美等发达国家在气候智慧型农业的发展中先行一步，美国农业部于2016年发布了气候智慧型农业的执行路线图，指导美国农业经营主体对气候变化做出响应，主要针对集约型农业生产下化石燃料资源和化学投入品的减量使用，提倡可再生能源在农业中的应用等，以确保温室气体减排、土壤有机碳储量提升，达到作物产量可持续增长的目的[12]。在土壤保育方面，北美以及德国等地区主要推广秸秆还田、免耕、少耕、轮耕、休耕等保护性耕作措施，减小土壤耕作强度、提升土壤固碳能力。法国主要通过现代化农业模型与物联网的有机结合，实现作物生产精准化管理，提高资源的利用效率。以葡萄园为例，主要是利用水肥一体化和精准灌溉等措施，保障葡萄园的产量与品质同步提升，不仅提高了资源利用效率，也降低了温室气体的排放。荷兰和以色列等工厂化农业国家，将工厂生产商品的副产物进一步转化成肥料用于农业生产，在提高农业副产物利用率的同时减少了化学肥料的使用，间接减少了温室气体的排放。瑞士鼓励农民将农业副产品运输到能源工厂生产燃气，同时可以置换成有机肥施入农田[13]。亚洲是水稻的主要生产区，亚洲国家实践气候智慧型农业主要从降低稻田温室气体排放和提高资源利用效率进行。目前，稻田减排的关键技术在水稻主产区已经被广泛应用，如中国、印度和孟加拉国等水稻主产国通过低碳排放水稻品种的选育、干湿交替灌溉、浸润灌溉、水稻旱种、添加硝化抑制剂及保护性耕作等关键技术的集成应用，达到丰产减排的目的[14]。在养分管理方面，积极推进秸秆还田、有机肥替代化肥；根据农田及土壤类型选用不同种类的化肥，如在旱地施用硝态氮肥、在水田施用铵态氮肥；我国还在不同地区大力推进测土配方施肥政策，以提高肥料利用效率。优化现有农业种植结构也是提高农田生态系统适应性、提高农业生产效率的措施之一，以越南北部为例，长期以来该地区以玉米种植为主，但长期单一种植模式和气候变化的双重影响下，农田土壤肥力持续下降、效益降低，在联合国粮农组织(FAO)的支持下，该地区开始采用咖啡和茶叶替代玉米，这一转变不仅提升了经济效益，还有效控制了水土流失[15]。2014年，由全球环境基金(Global Environment Facility，GEF)资助、我国农业农村部(原农业部)和世界银行共同实施的“气候智慧型主要粮食作物生产项目”在北京启动[16]，在河南叶县和安徽怀远县两个示范区，通过引进国际气候智慧型农业理念、集成国内外相关技术，开展农田固碳减排技术集成与示范，旨在探索气候智慧型农业生产体系的技术模式和政策创新，增强作物生产对气候变化的适应能力，推动农业节能减排，为世界农业生产应对气候变化提供了成功经验和典范。

在畜牧业方面，温室气体排放主要来源于反刍动物肠道发酵产生的CH4和动物粪便处理过程中产生的 CO2、N2O 和 CH4排放。美国全面实施了奶牛场沼气工程项目，将奶牛粪便堆肥过程中产生的CH4等温室气体封存起来，作为能源再利用[12]。巴西是全球肉牛养殖第一大国，畜牧业温室气体排放量较大，政府通过提供低息贷款促进畜牧业经营者改善生产条件、提高生产效率，降低肉牛生产过程中温室气体的排放[17]。在非洲国家肯尼亚，当地政府推行了家禽-水产复合养殖模式以提高养分利用效率，在该模式下，家禽粪便作为鱼类饲料被投入鱼塘，替代饲料，不仅解决了禽类粪便处理的难题，也提高了产量和效益[18]。我国在减少动物肠道发酵发面研究较多，如秸秆青贮、氨化、合理调配精粗饲料比、使用营养添加剂等，均可以有效降低CH4的排放[12]。水产养殖中，大力改善养殖环境，推行立体复合种养、高效增氧等模式和技术，实现水产养殖增效减排。另外，国际畜牧研究所在肯尼亚尝试通过卫星监测草地覆盖度来调整放牧的时间和地点，以缓解过度放牧造成的草地退化。

3 西南地区农业生产及碳排放现状

3.1 农业生产现状

西南地区气候资源丰富多样，大部分地区光热充足。受季风影响，气候温暖湿润，水资源丰富，雨量充沛，年降雨量在750～1 200 mm。长江上游各大支流均分布于该地区，占全国水资源的1/3，人均水资源是全国平均水平的2倍多(表1)，比较各省人均水资源，仅重庆人均水资源低于全国平均水平；其他三个省份人均水资源均高于全国平均水平，其中西藏人均水资源远高于西南和全国平均水平。丰富的水资源为农业可持续发展提供有力保证[19]。

西南地区耕地面积占全国耕地面积的15%，人均耕地面积与全国持平。其中稻田面积448.74×104hm2，占耕地面积的22%，与全国稻田面积占比相当；但可灌溉耕地面积仅占耕地面积的32%，低于全国可灌溉耕地面积占比(50%)。在人口密度较大的川渝地区，人均耕地面积低于全国平均水平，西藏和云贵地区的人均耕地面积高于全国平均水平；稻田在川渝地区占比较高，约占耕地面积的30%；可灌溉耕地面积上，四川和西藏的占比高于西南地区平均水平，分别为42%和57%，而重庆、云南和贵州的可灌溉耕地面积占比均低于西南地区平均水平，仅为全国平均水平的一半左右。

分析西南和全国的农机总动力可以发现(表1)，西南地区农机总动力占全国的12%，低于耕地面积占比，每公顷农机动力只有5.77 kW，低于全国水平，这可能与西南地区地形地貌复杂有关。西藏由于耕地面积小，每公顷农机动力高于全国和西南地区平均水平；四川农机总动力占西南地区的36%，每公顷农机动力6.34 kW，低于全国平均水平；重庆和云南每公顷农机动力分别为5.53和5.54 kW；贵州每公顷农机动力为4.51 kW，低于全国平均水平。

西南地区大型牲畜年存栏量为3 396.7万头，占全国总存栏量的28%。其中四川存栏量最多，为1 066.3万头，分别占西南地区和全国总存栏量的31%和9%；重庆存栏量最小，分别只占西南地区和全国总存栏量的4%和1%。西南地区畜禽年出栏量为972.58万头(羽)，约占全国畜禽年出栏量的27%，与大型牲畜占比相当。其中四川出栏量最高，为366.30万头(羽)，分别占西南地区和全国出栏量的38%和10%。

从地形上看，西南地区是我国农业发展形态最多的地区，既有山地农业、丘陵农业、平原农业、盆地农业等，还有具有区域特色的喀斯特农业、高原农业、亚热带农业等[10]，但综合农业水平落后，农业生产基础薄弱，灌溉面积比重小，农机总动力低；产业结构不合理，种植业占比高，农产品深加工产业落后，占比小；山地多、耕地质量差，生态环境脆弱，水土流失严重；畜禽养殖量大，粪污资源化利用压力大。

3.2 农业生产碳排放现状

根据农业统计数据和各过程碳排放系数[20-21]计算各地区农业生产碳排放量，结果(表2)表明，2016年西南地区农业生产碳排放总量为2 117.80万t，其中农田生态系统和畜禽养殖导致的碳排放分别为1 145.22万和972.58万t，分别占总排放量的54%和46%。农田生态系统碳排放中四川排放量最大，占西南地区农田生态系统碳排放量的38%；其次为云南，占比为33%；贵州、重庆和西藏的农田生态系统碳排放较少，这与人口、耕地面积占比相一致。畜禽养殖方面，四川同样占比最高，为38%，而重庆在畜禽养殖导致的碳排放中占比最少，只有5%。值得注意的是，西藏的畜禽养殖碳排放与云南相当，占西南地区的20%。

表2 西南地区农业生产碳排放Table 2 Carbon emissions from agricultural production in Southwest China

综上所述，我国西南地区农业生产种类多样，生产条件差，技术落后，碳排放区域之间差异大，因此需要有差别的在西南地区发展气候智慧型农业。

4 发展气候智慧型农业的对策建议

对国内外发展气候智慧型农业的举措归纳总结后，基于西南地区农业生产条件和碳排放现状，对西南地区发展气候智慧型农业提出了以下建议。

4.1 制定不同地区的气候智慧型农业政策制度

虽然气候智慧型农业的概念提出时间不长，但国内外已有许多农业减排固碳的发展模式来应对气候变化，如美国的休耕固碳模式、欧盟的系统应对模式等，借鉴其他国家的经验对西南地区制定相应的发展规划具有重要的意义。农业农村部(原农业部)等八大部委于2013年共同发布《国家适应气候变化战略》，其中发布了关于农业适应气候变化的努力方向；国务院于2016 年印发了《“十三五”控制温室气体排放工作方案》，出台了适宜本地区经济发展水平的发展战略。战略方案明确了一定期限内农业减排固碳的总体发展目标，在有限资源的背景下，选择优先发展领域，制定切实可行的发展策略和步骤；建立相应的激励机制，对以气候智慧型农业为理念进行基础设施提档升级的农业企业和农户进行相应的资金补助等优惠扶持措施；积极探索碳交易模式，将农业碳排放纳入碳交易平台，在限定碳排放总量的前提下，增强农业生产经营者特别是规模经营主体的自愿减排意识，推动农业主动减排，并实现减排后的经济效益。

4.2 完善西南地区气候智慧型农业技术

4.2.1基线调查 西南地区地形复杂，种植业模式和养殖种类多样，更加需要全面掌握农业碳排放清单，以便制定相应的减排策略。首先，需要明确西南地区农业的碳排放系数，不同作物在不同生态环境下的碳排放系数大不相同；不同地区的不同畜禽种类和粪便管理措施也会导致碳排放系数的变化；目前，大多采用国际通用排放系数，因此排放估算有较大差异。其次，需要明确现阶段西南地区农田土壤的碳库情况，不同种植模式的不同土壤母质土壤碳库变化差异较大，需在此基础上模拟未来气候变化大背景下土壤碳库的变化趋势，增强主动应变的能力。再次，掌握种植业和养殖业的产业布局及规模，结合地区经济发展规划，明确未来种植业和养殖业的发展方向及调整策略，为发展气候智慧型农业奠定基础。

4.2.2技术研发 气候变化导致极端气候频发，如旱、涝、高温、低温等，因此需加强农业监测预警以保障农业生产和农民收入。作物品种选育需由传统的以高产为目的向提高作物品种的抗逆性转变，选育高抗逆的作物品种以保证作物产量的稳定性。抗逆栽培技术在作物生产中也具有重要作用，如调整播期、合理密植、调整施肥制度及施肥量、使用植物生长调节剂等降低极端气候给农业生产带来的不利影响。气候变化也会导致区域性的光、热资源发生变化，根据这一变化适时调整农业产业布局以应对气候变化尤为必要。以上措施将会增强农业生产应对气候变化的适应性。另外，在生产中推广农业保险，以降低自然灾害、意外事故等造成的损失，保障农业生产者的经济效益。

加强以气候变化为驱动力的农业生产模型研究。现有模型如EPIC、DSSAT 等，都是在模拟大气-作物-土壤之间物质和能量转化的基础上，建立作物生长模型，以模拟环境因子和管理措施对作物生长发育和产量的影响，以及作物生长对环境和管理措施的响应，因此在预测气候变化对农业影响方面有较强的研究价值。通过模型进一步研究预测区域农业的发展趋势，对应对气候变化、增强农业生产的适应性有重要意义。

4.2.3农业减排 稻田是温室气体CH4的主要人为排放源之一，长期淹水导致的厌氧环境是CH4产生的主要因素，因此，提高土壤氧化还原电位是稻田减排的主要途径。采用干湿交替灌溉、浸润灌溉等替代传统漫灌；使用新型稻作技术，如旱育秧、旱直播等均会有效降低稻田CH4的排放。最新的研究成果表明，在中高产稻田或者秸秆还田条件下，高产新品种水稻能降低稻田CH4的排放，因此，选择高产水稻品种也可以达到高产低排的协同。在旱地生产中，适量施用生物炭、改善灌溉措施和施肥模式等均能降低N2O的排放。同时合理的间作套种可以促进光合产物向地下部运输，进而转化成土壤有机碳，降低CO2排放。畜牧业中，通过推广青储饲料、调整精粗饲料比、添加营养剂等都能降低动物肠道发酵产生的CH4，采用集约化、工厂化处理废弃物降低碳排放，提高有机肥肥力。

4.2.4土壤固碳 增加土壤碳储量对缓解气候变化、提高作物适应性具有重要意义。长期秸秆还田能够显著提高土壤耕层有机碳的含量，提高土壤的固碳潜力以及有机碳密度。有机肥替代化肥不仅能改善土壤理化性状，增强土壤的抵抗力和恢复力，还可以使土壤团粒结构加速形成，增加土壤有机质含量。保护性耕作可以减少人为扰动次数，避免土壤含水量和透气性下降，提高水分利用效率，减少土壤有机碳分解，提高土壤微生物碳含量。而我国西南地区冬水田问题突出，不仅CH4排放量较高，还降低了土壤有机碳含量，积极推广冬水田绿肥种植技术可以减少土壤厌氧时间，降低温室气体排放，改善土壤理化性状。

4.3 兼顾农业气候智慧开展农业综合开发

为支持和保护农业发展，国家因地制宜改善农业生产条件，提高农业生产效率和效益，设立专项资金对农业资源进行综合开发利用，其任务之一就是加强农业基础设施建设和生态保护建设，这对发展气候智慧型农业具有重要的推动作用。在土地整治项目中，通过有针对性建设高标准农田提高土壤和水资源利用率，提高农业生产的抗逆能力，达到高产稳产的目的；通过生态流域治理，有效控制农业源污染和水土流失；产业化经营中通过支持种植、养殖、加工一体化的循环模式项目延长产业链，减少农业废弃物，提高农业生产效率和经济效益，降低农业生产风险。

4.4 因地制宜选择气候智慧型农业发展模式

发展气候智慧型农业需以区域农业发展水平、生态环境和自然条件为依据进行合理布局。如在城市周边的蔬菜种植区，应减少肥料施用量，提高肥料利用效率；在成都平原和川东、渝西、浅丘等水稻主产区以稻田温室气体减排为首要目标，兼顾农田应对气候变化的能力；在云贵高原等生态脆弱区应以发展循环农业为主，进一步提高水肥资源利用效率；在森林覆盖度较高的横断山脉、武陵山区等以保持农田生物多样性、提高土壤封存有机碳的能力为主；在高山草原地区应以加强草原生态建设为重点；在四川和西藏等以畜禽养殖业为主的地区，应该加强畜禽养殖业中饲料配比和畜禽粪便资源化利用，以降低温室气体的排放。