农业与气候变暖的关系

农业与气候变暖的关系

气候的变化引起了国际社会的高度关注。联合国的一份报告称,在21世纪,全球气候变化将严重威胁人类。从引起气候变化的因素出发,积极采取相应措施,应对气候变化已经刻不容缓。除了作为一种国际责任之外,积极进行节能减排工作,也是中国经济社会可持续发展的需要。1世界气候变化与农业生产根据政府间气候变化专门委员会发布的最新气候变化评估报告,在过去的100年中,由CO2等气体造成的温室效应使全球平均地表气温上升了0.3℃~0.6℃;并有90%的可信度认为,近50年来的气候变化主要是人为活动排放的CO2、CH4、N2O等温室气体造成的;他们预测,到2100年全球平均气温将升高1.0℃~3.5℃。全球变暖在世界范围内已成为一个热门话题,在2007年初的达沃斯世界经济论坛年会上,全球变暖超过了恐怖主义、阿以冲突和伊拉克问题,被认为是未来几年内影响世界的首要问题;2007年4月联合国大会首次对气候变化与安全问题进行了讨论;2007年的国际会议多数把全球气候问题列为重要议题。目前,在全球气候变化的背景下,“低碳经济”日益受到世界各国的关注。“低碳经济”是以低能耗和低污染为基础的绿色经济。2002年世界可持续发展首脑会议之后,在可持续发展框架下应对气候变化成为国际共识。为打破国际气候谈判中的僵局,着眼于国际气候制度建设,英国于2003年提出了低碳经济概念。低碳经济的实质是能源效率和清洁能源结构问题,其核心是能源技术创新和制度创新,目标是减缓气候变化和促进人类的可持续发展。因此,低碳经济指的是依靠技术创新和政策措施,进行一场能源革命,建立一种较少排放温室气体的经济发展模式,以减缓气候变化。人类的农业生产活动与全球气候变化相互联系又相互影响。农业生产在全球温室气体(包括CO2,CH4,N2O)循环中占有重要地位。土壤中的有机物质经微生物分解,以CO2的形式释放入大气,CH4可在长期淹水的农田中经发酵作用产生,全球一半以上的N2O来自土壤的硝化和反硝化过程。农业作为国民经济的基础产业,是一个重要的温室气体来源,同时又受到温室效应的严重影响。响应“低碳经济”的号召,确定农业温室气体的排放量并探寻减排办法已成为世界各国的当务之急。2农业是温室气体的重要来源2.1土壤呼吸对土壤碳量的影响土壤圈是地球岩石圈、大气圈、水圈和生物圈交界的一个圈层,它不仅是人类赖以生存的自然资源和人类与生物生活栖息的基地,而且是生态系统中生物与环境间进行物质、能量交换的枢纽。土壤圈在全球气候变化尤其在全球碳循环中的重要作用可归纳为两方面:首先,土壤圈是碳素的重要贮存库和转化器。其贮存形式为土壤有机质,它含有的有机碳量占整个生物圈总碳量的3/4。储存的大量有机碳是土壤质量和功能的核心,有利于作物的生长;但由于大量施用化肥,加速了农田土壤中有机碳的矿化,进而向大气中排放了大量的CO2和CH4等温室气体,尤其是千百年来因种植水稻而形成的水稻土,每年排放的CH4占全球CH4排放总量的10%~15%。其次,土壤呼吸使大量的有机碳以CO2形式释放到大气中。土壤呼吸作用释放的CO2量是相当可观的。据估计,全球每年由土壤释放到大气中的碳量约为(0.8~4.6)×1015g。因此,土壤呼吸的微量变化将导致大气中CO2浓度的显著变化,从而影响由于CO2浓度升高所伴随的全球变暖和其他气候因素的变化。2.2对农业生产的影响(1)人类活动尤其是人类的农业生产活动,已引起各类生态系统显著变化,如毁林开荒、放牧、种植经济收益高的作物、弃牧毁草开垦、草场退化、农田侵蚀性退化、土地沙化等。森林和草场破坏所引起的大气CO2浓度变化是双向性的:一方面,植物通过光合作用吸收固定CO2的数量减少;另一方面,被毁坏林木、草通过燃烧或腐解而释放到大气中的CO2数量增加。(2)土地利用变化是目前大气中碳含量增加的第二大来源,其作用仅次于化石燃料的燃烧。目前由于土地利用变化每年向大气中排放1.6PgC/a,约占人类活动总排放量的20%。长期以来大量自然生态系统向人工生态系统转换,增加了大气中CO2的含量。(3)施肥不当会加剧温室效应。向土壤中施用石灰能够降低土壤的酸性,促进作物生长;但是碳酸盐和重碳酸盐的溶解和释放过程中也会产生大量的CO2。尿素施用过程中碳素的易挥发性也导致大量CO2的损失。因此施用石灰和尿素也成为CO2的排放源。由此可见,在全球变暖过程中农业生产活动产生了重大影响。如何减少农业的温室效应是我们应该充分重视的问题。3农业布局的影响因素CO2等温室气体增多,导致全球气候变暖,冰川融化,海平面上升,生态系统退化,自然灾害频发,深度触及了农业和粮食安全。在制约农业布局的众多因素中,气候因素是最终的决定性因素。因此,气候变化必将对农业产生广泛影响。3.1c对作物产量的影响CO2是植物光合作用的原料,是作物生长发育的主要生态因子,随着全球变化过程中CO2浓度的增加,作物的生长发育加快,同时能抑制作物的呼吸作用,提高植物水分利用率。作物产量可能会暂时有所上升,但是随着CO2浓度的大量增加,温度的继续升高,产量将随之下降。4℃或更高的温度增长,将使全球粮食产量受到严重的影响。3.2农业水文气象上升(1)大气中温室气体增多,会影响和改变气候生产潜力,从而改变生态系统的初级生产力和农业的土地承载力。(2)由于气温升高,海水变暖和膨胀,极地和高山冰雪融化,海平面将上升20~140cm,不利于沿海滩涂的农业开发,甚至会淹没部分农田,也将增加盐渍土地范围,台风、风暴潮、暴雨等造成的危害将更为严重。(3)气候变暖,冰川后退,变薄,雪线上升,河川径流量会减少,地面蒸发加剧,中纬度的一些地区的干旱有进一步发展的可能,同时中纬度降水趋于减少,农业水资源面临的困境更为严重。(4)低纬度地区的洪涝和高纬度地区农田的渍涝,可能经常发生。(5)部分地区雨热同季,有利于农作物生长的优势将被削弱,早涝灾害出现次数将增多。(6)冬季越冬菌量和虫源量增多,农作物受病虫危害会加重。3.3气候交流增加了农业投资气候变化改变了生态环境的状况,为了保证种植业的高产、稳产,人们及时、正确、有力地采取行动是必不可少的,这就需要大量投资。由于气候变化而引起的额外投资,我们把它视为气候变化的间接影响。这种影响主要有以下几方面:(1)水利工程建设投资。增温后会多耗水量,地表径流也会增加,洪涝灾害出现的频率也会增大。不论是洪灾增加还时旱灾增加,都意味着对原有水利工程的改造必须提高防洪和抗洪标准,或者兴修新的水利工程。这种水利工程的额外投资是气候变暖对农业间接影响的重要组成部分。(2)化肥农药投资。温度升高必然会提高农业害虫的活动能力,并增加其活动范围,作物发病范围也会随之扩大,农田杂草生长更茂盛。为了对付这些灾害,必须投入更多的化肥和农药,增加农业投资。(3)土地生产力建设投资。气候变化的另一结果是沙漠化土地、盐碱化土地的面积扩大,水土流失现象加重,土地生产力大大降低。为提高土地生产力必须增加投资,对这些受损土地进行恢复和改造,势必增加农业生产成本。全球气候变化对农业带来的间接影响还包括对农业生产能源供应的影响,对生物多样性保护的影响,对农产品市场平衡的影响,对人类消费结构的影响,对人类饮食结构和生活方式的影响,等等。4农业生产的控制措施农业生产的目标是作物的高产、稳产、优质、高效。在农业生产上,应从适应变化和减缓变化两个方面采取措施,既保证作物高产、稳产,又不会对气候变暖增添大的压力。4.1优化农业结构,发展农业种植制度农业生态系统是建立在一定的气候、生物背景上的。随着气候变化,生物适应性也发生变化。在变化的气候、生物背景上,必须建立与之适应的农业生态系统,并采取相应的农业管理措施,降低气候变暖引发的农业自然灾害,主要措施有:(1)根据气候变暖产生的一系列自然环境条件的特点,及时调整农业结构,优化作物布局,改革种植制度。发展对CO2利用高的作物,增加种植密度,控制和减少空地面积,保持全年有充足的吸收和固定CO2的绿色面积。调整作物育种的方向任务,培育作物新品种,加强选育与引进耐中高温型、抗因高温引发病害的新品种作物的工作。(2)根据气候变暖易引发干旱和加快水分蒸发的特点,发展节水型农业,改革灌溉制度,提高灌溉水的利用率,增加抗旱作物种植面积,发展旱作农业,建设水利工程,人为调节降水在地表重分配,可以大大缓解降水时空分布不均与农业用水需求的矛盾。(3)提倡化肥深施,推广缓释长效肥,提高化肥利用率。(4)生产新型农药,加强研制高效低毒或无毒农药,加强生物防治和抗病虫育种工作,发展农业灾害预报防治和病虫草害综合防治技术,减少农药用量,减轻病虫害。4.2推广低产林生产农业生产减少碳排放的许多措施具有“双赢”的效果,除实现减少碳排放之外,还具有提高土壤肥力,保护土地持续利用,节省开支,增加农产品种类的额外效益。这些措施是:(1)通过农业生产的生物燃料代替化石燃料消费,减少碳排放。所有农业生物燃料,包括生物燃料作物、农林混合系统、作物秸秆等,每年可代替全球化石燃料消费的8%~27%,降低碳排放量。(2)提倡非经济产量资源化利用。农作物副产品应进行深加工利用,如扩大秸秆作为饲料、工业或手工业原料的比例;推行过腹还田,发展沼气;直接还田的秸秆要在粉碎,沤制后施用,严禁就地焚烧;加强生物能源的商品化技术研究与推广等。(3)充分利用耕地资源。气候变暖有利于多熟种植,应因地因时提高复种指数,调整耕作制度,变农业经济的二元结构为三元结构。提高耕地利用率可增加碳吸收,减少冬闲田和裸地则会降低土壤碳排放。(4)培育推广优良品种。根据我国农业生产实际和未来气候变化趋势,有计划地抓紧培育或引进具有对高温、干旱等极端气候及病虫害有抗性的品种,确保在新的生态环境中农牧产量不断提高,扩大碳的吸收存储。(5)重视土壤保护和改良。强调施用有机肥,调控化肥施用,加强盐碱涝洼地、黄红壤等低产田的治理改良,增加土壤有机质,提高单位面积产量,扩大碳吸收,减少碳排放。(6)合理利用和保护草地资源。改良天然草地,扩大人工草地,既能使土壤减少碳排放,又有利于提高产草量,促进畜牧业生产,增加碳储存。还应特别注意对草地资源的保护,严禁破坏草地,防止草地沙荒化。(7)稳定耕地,控制人口