全球变化与农业可持续发展

1、全球变化与农业可持续发展技术创新，变革未来主要内容一.全球气候变化二.全球变化条件下的种植业对策三.全球变化条件下的林业对策四.全球变化条件下的渔业对策五.全球变化条件下的荒漠化防治一.全球气候变化一.全球气候变化1.1 主要的全球变化1.2 当代气候变化的证据1.3 气候变化的诱因1.4 当代气候变化的特点1.1 主要的全球变化传统的全球变化的理解全球变暖、气候变化、海平面上升海平面上升1.1 主要的全球变化传统的全球变化的理解最新的理解?人口增长土地利用和土地覆盖变化大气成分变化全球气候变化荒漠化生物多样性变化 1.1 主要的全球变化人口增长是最主要的驱动因子 人类的影响导致大气成分变化土

2、地利用变化生物多样性丧失等 人类活动引起大气成分的变化土地利用方式的转变生物多样性任何物种的灭绝都会对其他物种产生严重的影响，包括人类。1.1 主要的全球变化大气成分的变化二氧化碳 甲烷 氧化亚氮 氟里昂类物质 臭氧 二氧化碳最主要的温室气体，对全球温暖化贡献率达到60%“源”“汇” 海洋碳汇深海封存海洋生物固定滨海湿地固碳滨海湿地包括哪些，滨海湿地为啥可以固碳？甲烷和氧化亚氮都是极重要的温室气体，增温潜势大，分别是二氧化碳的25、310倍。甲烷“源”真菌是温室气体甲烷的生物来源 （Nature，2012）N2O “源”氧化亚氮的去除主要在平流层的光分解 。废水处理与温室气体的产生污泥的处理过

3、程中同样产生温室气体；废水处理工程为持续的温室气体发生器；我国废水处理领域甲烷排放量居世界第一，占总排放量的21%； 废水处理与温室气体的产生废水过程中含碳有机物转化为CO2和CH4； 微生物将废水中的有机质分解，其中一部分碳素物质转化为CH4和CO2;含氮物质转化为NH4，NOX, N2O；1.1 主要的全球变化土地利用与土地覆盖的变化20世纪以来，陆地表面改变非常显著，大量开垦耕地；热带地区，森林开垦为耕地，温带地区农田转变为自然植被；土地利用方式的改变对区域甚至全球的生物地球化学循环产生影响； 1.1 主要的全球变化土地利用与土地覆盖的变化土地利用方式和土地覆盖变化对生态系统的结构和功能

4、的影响：土著种的减少和外来种的引入；土壤碳和养分的丧失；增加温室气体向大气排放；对区域气候的影响；植被生产力的变化； 生物入侵有哪些入侵物种？ 土壤碳的丧失1.主要的全球变化全球气候变化全球温暖化降水格局的改变海平面上升气候灾害事件厄尔尼诺和拉尼娜现象全球气候变化之全球变暖 降水格局发生变化亚热带地区降雨量下降 厄尔尼诺造成秘鲁渔场鱼类大量死亡1.主要的全球变化荒漠化荒漠化与人口增长导致的过度放牧、开垦等有直接关系；全球变化也是荒漠化发生的主要驱动因子；荒漠化又引起气候变化和生物多样性减少； 当气温上升1.5时我国干旱区范围的变化湿润区减少约 25万公顷，干旱区总面积增加约18万公顷（慈龙俊）

5、。1.1 主要的全球变化生物多样性变化当今国际生态学的三大研究热点之一全球气候变化、土地覆盖和土地利用变化及荒漠化都会影响全球性生物多样性的减少和丧失；生物多样性又影响全球气候变化及土地覆盖变化等；1.2 当代气候变化的证据气象观测证据冰芯记录树木年轮学证据 冰芯记录冰芯记录具有分辨率高、时间尺度长和信息多的特点 冰芯记录不同长度的冰芯，可以反映不同历史年代的气候变迁，从中可以得到相应历史年代的气温和降水资料，以及二氧化碳等大气化学成分含量等信息。通过测定发现，冰芯气泡中温室气体含量从工业革命后呈现急剧升高态势，由此可推断出人类活动对环境影响等(侯书贵)。 冰芯记录人类迄今所拥有的最古老的冰芯

6、据德新社报道，多国科学家合作，于去年冬天从南极洲地表下3200米深处钻取了一块冰芯形成于90万年前，是人类迄今所拥有的最古老的冰芯。借助新钻取的古老冰芯样品，能获得近几十万年间全球气候变化的具体证据。 树木年轮学在温暖湿润的年份，树木生长快，年轮宽度大；在寒冷干旱的年份，树木生长慢，年轮宽度小。 树木年轮学有关欧洲树木年轮的研究表明，温和的夏天可能是罗马帝国兴盛的关键原因；而持续干旱、寒潮等其他气候变化，则可能在历史动荡中起到了一定作用；小冰河期（宋、明末年）；1.3 气候变化的诱因温室气体与温室效应天文成因1.3 气候变化的诱因天文成因一些研究人员认为温暖化是由于别的原因造成的；太阳黑子相对

7、数呈现增强趋势，这种趋势与全球变暖相吻合；九大行星的力矩效应可使地球的公转半径和速度发生改变，从而对气候变化有重要影响；天文成因 俄罗斯天文台首席科学家分析火星全球测量数据显示，火星附近的南极已连续三个夏天不再发现二氧化碳“冰帽子” ，这和太阳能量的剧烈波动有关。同时，也认为长期上升的太阳辐射是造成地球变暖的原因。1.4 当代气候变化的特点人类活动影响大气候变化速率快气候变化区域差异大气候变化预测的不确定性 气候变化区域差异大俄罗斯对气候变化的态度气候变化区域差异大多岛屿国家对全球变暖特别关注菲律宾代表含泪诉“海燕” 绝食追讨气候债务 气候变化预测的不确定性 为了减少气候变化预测的不确定性，需

8、要开展的科学工作：改进并增加大气和陆面观测系统；发展水面（如海洋、湖泊）和冰面的观测系统；发展更完善的气候模型；(1)获取小流域联网观测数据(2)理解碳氮气体交换与氮流失的协同过程(3)模型修改与效验 减少气候变化预测的不确定性采取的措施 密云水库甲烷观测消落带区甲烷排放最大（杨萌等，2011）。二.全球气候变化条件下种植业对策二.全球气候变化条件下种植业对策2.1 温室气体的农业控制2.2 发展能源林和能源作物生产2.3 节水农业与雨养农业并举2.4 多样化农业生态结构2.5 推行生态农业2.6 加强病虫害的防治2.7 推广精确农业和可持续农业二.全球气候变化条件下种植业对策温室气体的农业控

9、制增加单位土地上的林木生产量和土壤有机质含量； 农林复合系统固碳潜力Haile等(2010)的研究表明, 农林复合系统能显著增加050 cm土层有机碳含量。 农林复合系统固碳潜力农林复合系统的固碳机制农林复合系统通过增加土壤有机质输入量、减少土壤淋溶损失、促进根系周转、提高凋落物的数量和质量等措施来增加土壤碳储量(Krsten,2000）；林草复合系统为草本植物的生长提供了较好的微环境, 进而增加了其固碳潜力（ Dube et al., 2012 ）；秸秆还田对稻田温室气体排放及土壤有机碳固定的影响秸秆覆盖稻田土壤碳固定对减缓全球变暖的贡献李成芳等，2011 土壤固碳与甲烷增排稻田CH4排放及

10、其对秸秆还田土壤固碳的抵消在省级尺度上,仅山西、内蒙古、辽宁、吉林、黑龙江、西藏共10个省市自治区CH4增排的GWP小于土壤固碳效益;而在其他20个省份的稻田中,秸秆还田的土壤固碳减排效益可以完全被增排CH4的温室效应所抵消。土壤固碳与甲烷增排稻田CH4排放及其对秸秆还田土壤固碳的抵消在全国尺度上,秸秆还田通过稻田土壤固碳对大气CO2的减少效果为38.43 Tg CO2-eqva-1, 而稻田增排CH4的GWP则达到82.95 Tg CO2-eqva-1。二.全球气候变化条件下种植业对策温室气体的农业控制 改进水田管理、改良饲养技术控制甲烷；水分管理对稻田甲烷排放的影响稻田水分管理会影响土壤通

11、透性及氧化还原状态，进而影响稻田甲烷产生排放及氧化；水稻生长期持续淹水造成极端厌氧，有利于CH4 的产生排放；相反，烤田增加土壤通透性，从而抑制 CH4 产生(Sass et al., 2002)；水稻生长期持续淹水，稻田CH4 排放量远远高于经历烤田和干湿交替处理的稻田CH4 排放量（Cai et al., 2004）；水分管理对稻田甲烷排放的影响控灌处理水稻全生育期CH4平均排放率为7.96,淹水处理为12.98(彭世樟等，2007)氮肥对稻田甲烷排放的影响铵态氮肥甲烷排放明显高于硝态氮肥（Lou et al., 2010）。饲料对反刍动物甲烷排放影响动物品种、日粮类型、饲料种类、饲喂方式

12、及添加物等都能影响动物甲烷的产生(桑断疾等，2013)。饲料对反刍动物甲烷排放影响饲喂不同粗饲料时公牛肠道甲烷排放量为干玉米秸秆稻草紫花苜蓿（樊霞等，2006）双峰驼体内甲烷产生量的试验表明：意大利黑麦草为 19.6g/Kg、紫花苜蓿为 26.6 g/Kg、稻秸为 17.5 g/Kg、苏丹草为 28.4 g/Kg、猫尾草为 26.9 g/Kg（李霞等，2007）。日粮类型对细毛羊甲烷排放影响采食玉米比采食玉米秸秆组绵羊的日甲烷产量均低；饲料对反刍动物甲烷排放影响饲料经粉碎或制粒后可显著减少动物甲烷产量（Hironaka et al., 1996）。粗切的牧草比细碎的牧草能产生更多的甲烷（Las

13、sey,1997）。饲料添加剂对甲烷排放的影响微生物制剂减少甲烷的产生主要是通过改变瘤胃微生物区系和调整种群的平衡所致。研究表明，饲喂给公牛酿酒酵母（1.5Kg/t 饲料） ， 与对照组相比， 培养后试验组甲烷产量下降 10%（Mutsvangwa et al., 2002）。添加丝兰属提取物显著降了甲烷的产气量（Akahashi et al., 2001）。丝兰属提取物。饲料对甲烷排放影响机制 通过改变微生物群体（如甲烷菌、纤毛虫）和瘤胃 pH所致。当饲喂给动物粗饲料时，纤维素分解菌增加，瘤胃进行乙酸发酵，产生大量的氢，刺激甲烷菌大量增殖（王丽风，2004）。饲喂可溶性碳水化合物或淀粉使瘤胃

14、 pH值降低，抑制了甲烷菌和纤毛虫，并增加了丙酸产量，而丙酸发酵是利用氢，减少了形成甲烷的原料，从而降低甲烷排放量。二.全球气候变化条件下种植业对策温室气体的农业控制控制氮肥使用和反硝化作用的途径控制氧化亚氮保护性耕作施肥对氧化亚氮排放的影响 施氮可显著增加氧化亚氮的排放，并且表施的排放量高于穴施（李鑫等，2008）；施肥对氧化亚氮排放的影响 N2O排放总量表现为缓释肥处理较普通尿素处理显著降低（李鑫等，2008） 耕作后土壤MBC和DOC动态变化（张磊等，2008） 耕作使土壤矿化速率加快，土壤微生物量碳和可溶性有机碳含量呈增加或先增加后减小趋势免耕少耕降低土壤的侵蚀作用减少有机质流失耕作加

15、大土壤侵蚀造成有机质的流失保护性耕作显著提高土壤有机质含量 免耕处理比传统处理固碳量增加了20免耕土壤 05cm 的土壤有机碳是犁耕土壤的 2 倍 免耕秸秆覆盖极显著提高了表层土壤全碳含量 免耕少耕促进真菌的生长,显著提高土壤微生物种类和数量,使更多的不稳定碳得以固定积累,减少由于矿化引起的损失;也有利于大团聚体的形成 不同耕作措施对玉米生长季农田二氧化碳排放通量的影响（张宇等，2009）翻耕旋耕免耕二.全球气候变化条件下种植业对策节水农业与雨养农业并举加大少量灌溉的节水型农业和完全依靠自然降水的雨养型农业的份额；河北省滦平、丰宁、赤城三县10.3万亩水稻全部改种玉米。此举每年可为北京节水60

16、00余万立方米，相当于一个中型水库蓄水量，北京市财政每年补贴“退稻”农民4635万元。 河北水稻改种玉米为北京节水二.全球气候变化条件下种植业对策加强病虫害的防治全球变暖使病虫害加重，采取的措施有：研制农药新品种；采取合理的品种搭配和间作套种技术；加强病虫害的生物防治；二.全球气候变化条件下种植业对策推广精确农业和可持续农业精确农业可实现节水节肥节能源，减少环境污染和温室气体排放，实现农业的可持续发展精细耕作；测土配方施肥；卫星监控，电脑控制耕作；例 适应气候变化的技术 中国北方-冬麦北移目标：保证冬小麦安全越冬 适应措施越冬前提早灌溉加大播种量套种经济作物例 适应气候变化的技术 中国华北地区

17、-“小麦-玉米双晚栽培技术”目标：提高玉米产量保证小麦正常生产 适应措施推广玉米晚熟品种推迟小麦播种期该技术对小麦产量无负面影响，却可提高玉米产量10%；每年可减少20-25%的灌溉用水，以华北地区小麦种植面积计算，每年可节约水资源90-100亿吨；可减少气候变暖对小麦的不利影响；例 适应气候变化的技术 西北绿洲农业区综合节水技术 目标：提高灌溉用水的利用效率，发挥节水潜力 适应措施建立灌区渠道防渗工程加强农业灌溉用水管理调整农业种植结构发展膜下滴灌技术到2020年，通过技术逐步推广实施可节水量达到2-2.4亿吨。三.全球气候变化条件下林业对策三.全球气候变化条件下林业对策3.1.天然林保护与

18、管理3.2.人工造林对策 三.全球气候变化条件下林业对策3.1.天然林保护与管理（1）保护现有的天然林资源（2）建立自然保护区走廊（3）开展区域引种实验例 我国天然林资源及固碳能力我国天然林分布 “天保工程”东北、西南高山林区，西北高山林区，南方热带林区；例 我国天然林资源及固碳能力流程图 （胡会峰等，2006）固碳能力估算：增加，减少 例 我国天然林资源及固碳能力平均每年固碳 4.26 Tg ,按单位面积计算 ,全国平均每公顷每年固碳率为1.41。例 我国天然林资源及固碳能力天然林保护工程固碳储量天保工程区因减产带来的固碳量为 22.75Tg ,平均每年固碳 4.55Tg。例 大兴安岭地区北

19、美短叶松引种成功大兴安岭地区自然条件严酷，气温低、生长期短、土层瘠薄、树种品种单一，加之全球性气候变化，生态环境已十分脆弱。为保护生态环境、增加物种多样性，还要引进外来树种。北美短叶松的成功引进，对生态建设具有极其重要的意义。例 华南地区引种木麻黄引种约有80多年历史。本种是华南沿海地区造林最适树种，凡沙地和海滨地区均可栽植，其防风固沙作用良好；可做行道树、防护林或绿篱。 例 适应气候变化的技术 川西天然林适应气候变化试验示范目标：提高植被结构稳定性等，从而达到提高天然林适应气候变化能力的目标 适应措施封禁恢复技术封山改造恢复技术 效果：水源涵养能力、植被覆盖度、物种多样性等三.全球气候变化条

20、件下林业对策3.2.人工造林对策 （1）适应气候变化的间伐策略（2）适当发展超短轮伐期人工林（3）森林病虫害防治的适应对策 （4）发展薪炭林（5）森林防火对策例 气候变化对森林病虫害的影响随着气候变暖,以及异常气温繁出现 ,森林生态系统的均衡局面常发变动 ,使病虫害种类增多,发生危害面积增加（赵铁良等，2003）。气候变暖影响昆虫区系的分布, 昆虫分布区系逐渐向北扩大；随着全国气候变暖, 一些昆虫的生物学特性正在逐渐改变 , 发生周期缩短；极端气温天气的频繁出现进一步激发了森林病虫害的突发成灾。例 气候变化对森林病虫害的影响分布在辽宁、 北京、 陕西、 山西、 山东等省的油松毛虫, 近年来出现

21、向北、 向西的扩展趋势；热带、 亚热带地区常见多发的白蚁, 危害范围也在由南向北扩大；过去很少发生病虫害的云贵高原近年来病虫害频发, 云南迪庆地区海拔高山上冷杉林内的高山小毛虫常成灾；例 气候变化对森林病虫害的影响年平均气温变化与森林病虫害发生关系图（赵铁良等，2003）例 气候变化助长森林火灾研究人员预测，2035年以前，森林野火肆虐面积将增加20%；2065年以前，过火面积还将增加40%；到本世纪末，这一数字还将翻番。生态学家们利用模型分析指出，在气候变化的影响下，未来数十年内，美国黄石国家公园的森林火灾可能会更加频繁，森林的构成也会发生改变； 例 气候变化助长森林火灾云南省各生态区森林火灾受害率与气候因子的回归分析生态V区受气候因素的影响最大，由于V区植被为寒温带针叶林， 森林可燃物较易燃， 可燃物对气候变化的响应比较敏感（陈峰等，2012）。四.全球气候变化条件下渔业对策四.全球气候变化条件下渔业对策4.1.实行季节性休渔等措施4.2.加强特定渔场的监管和跟踪研究4.3.关注温暖化引起的赤潮灾害和水体缺氧等问题 4.4.注意湿地、珊瑚礁的保护和恢复特定渔场例 澳大利亚南部海域鱼类大量死亡或与气候变暖有关 据英国卫报报道，由于海水变暖，澳大利亚南部海域的海豚和鱼类的死亡已经变得越来