许吟隆:气候变化将如何影响我们的食物和农业?

许吟隆:气候变化将如何影响我们的食物和农业?

7月20日,在郑州特大暴雨一周年之际,食通社邀请中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所许吟隆研究员,通过线上分享会,向农友、同行和公众介绍了气候变化和农业的关系,特别是气候变化对我国农业的影响。

本文以问答的方式撷取整合了分享会中的重点内容,以方便错过分享会的读者们了解和参考。更加严谨详细的论述,请参考许吟隆老师和其他专家的学术论文。

本文简单回答了以下问题:

1. 现在全球气候变化的状况究竟是怎样的?未来还会怎么变?

2. 新闻里 “几十年一遇”甚至“上百年一遇”,但好像现在几乎年年遇到。这到底是怎么回事?

3. 我国的极端气候事件的主要特征又是怎样的呢?

4. 气候变化对农业的五大影响。

5. 我国农业在适应方面做了哪些工作?

6. 面对极端天气,农民以前的经验还管用吗?

7. 中国不同的粮食产区所面临的气候风险是不是有所差别?

8. 全球变暖可能导致种植范围的扩大,可能会有利于增长,是这样的吗?

9. 未来的农业生产方式又需要做哪些调整呢?

分享会完整回放可以在B站食通社账号观看。

问:现在全球气候变化的状况究竟是怎样的?未来还会怎么变?
●黑线为截止已观测到的地球升温状况,蓝线为无人类活动的升温状况。图片:IPCC AR6 WGI, 2021

基于更丰富、更可靠的观测资料和证据,2021年IPCC(政府间气候变化专门委员会)第六次评估科学报告中所总结的科学事实是,过去10年(2010-2020)与工业化前(1850-1900)相比,全球已经升温1.09度。

2015年通过的对全球气候变化行动做出安排的《巴黎协定》,提出要将全球温度上升控制在2度以内,争取控制在1.5度以内(与工业化前相比)。这意味着目前的上升空间其实只剩下0.4度。

需要指出的是,这里1.09度实际上是过去十年升温的平均值。2020年地球的平均气温已经较工业化前上升了1.2度,人类离1.5度的温控关口已经越来越近。

我们所看到的全球平均升温不仅在时间分配上不均,在空间分配上也是有所不同的。

从IPCC2013年发布的第五次气候变化评估报告中可以看到,全球的绝大多数地区的气温都在变暖。我国国内的升温基本是在1度以上,东北和内蒙古变暖的情况是最显著的,至少是2度,甚至在2.5度以上。

关于未来怎么变,实际上取决于我们全球的经济社会发展路径,是可持续的还是高排放的,是相对均衡发展的还是不平等加剧的等等,这将直接影响碳排放。我国近年来提出的“碳达峰”“碳中和”等目标,就是为降低全球温升应对气候变化所做出的努力和贡献。

●未来人类的不同排放策略造成的升温差异。图片:IPCC AR6 WGI, 2021
问:我们总是在新闻报道中看到极端天气现象的发生,比如今年广东的暴雨和多个区域的持续高温。新闻中的描述总是“几十年一遇”甚至“上百年一遇”,但好像现在几乎年年遇到。这到底是怎么回事?

这些有关极端气候事件发生频率和强度的讨论,需要考虑与之对比时期的数据。在IPCC科学报告中,是将升温后的发生频率和升温之前相比。

●在升温1℃、1.5℃、2℃、4℃的情形下,十年一遇高温发生率变为原来的2.8倍、4.1倍、5.6倍和9.4倍。图片:IPCC AR6 WGI, 2021

相较于工业化前期十年一遇高温的发生频率,图中用一个红点表示,即当时是每十年发生一次。现在我们已经达到升温1度,那十年一遇的高温的发生率是2.8倍。若升温达到4度,发生频率变为9.4倍,也就是说十年里至少九年会发生这样的高温,几乎是年年有。而对于50年一遇的高温,当升温4度时,50年一遇的频次达到50年39.2次。这都意味着当前的极端事件到时候会变成常态。

●十年一遇的强降水(左)和干旱(右)发生概率。图源:IPCC AR6 WGI, 2021

而强降水和干旱的发生率,也将随着升温而增加。比如十年一遇的强降水,在升温2度升温4度的时候发生频次分别达到原来的1.7倍和2.7倍,十年一遇的农业和生态干旱,则分别达到原来的2.4倍和4.1倍。

问:我国的气候极端事件的主要特征又是怎样的呢?

一是气温波动性加大,极端高低温值屡创新高。

这种剧烈的波动在北方尤其明显。冬春季有冷气团主导的时候,寒潮爆发。就是说低温阶段性很可能突破低温极值。冷气团稳定时,太阳辐射加热又可能导致气团变性,高温可能突破极值。而夏季南方气候由负热带高压持续控制,高温可能突破历史极值。

●今年6月某天的高温预报。可以看出,北方变热尤其明显。图源:中国天气网。

第二个特征是降水上的。首先是因为副热带高压增强,导致其边界向北推移。

●4月至8月上旬,我国东部地区降雨带北移的趋势。

往年气象数据所显示的规律是,4月份的时候,华南降雨较多,也就是汛前期;5月下旬到7月上旬,降水主要集中在长江流域,形成“梅雨季”;北京降雨一般集中在在7月下旬和8月上旬,所以有个形象的说法,叫“七下八上”这两个月的降水量几乎是占当地全年降水的一半。

但是现在降水的分布也发生了变化,出现了北移的情况。今年七月上旬,北京出现了连续降水,所以原来的“七下八上”的一般规律在未来可能会改变。

其次,因为气候变暖,大气水汽容量增大,不容易饱和,所以小雨减少,大雨增加。给人的感受是旱涝交替明显。

地面加热使得空气对流增强,使水汽在高空凝结形成降水,再加上冷热气团交汇和台风这样的强对流天气,就容易产生特大暴雨,去年郑州的7.20就是这样的特点。

另外气候变暖加剧水分蒸发,导致副高控制与冷气团变性区域干旱加剧;黑潮(北太平洋西部流势最强的暖流,较其他正常海水的颜色深而得名)提供巨大的热量和水汽,带来台风强度增加等影响。

总结下来,我国气候变化出现两大新特征:一是极端值增加,更冷更热更旱更涝;二是极端天气气候事件,呈现多发并发趋势,影响日趋复杂,所以要采取减缓和适应措施。但是当前采取的措施远远不足,郑州7.20暴雨就是一个例子。

问:那对农业会产生什么影响呢?

第一,气候变化会改变农业的生态环境。

气候变暖主要是加速土壤中的有机质分解,极端降雨事件也会造成水土流失,这些都会使得土壤中的养分减少。

同时一些地区变得更热更干旱,我们称之为“暖干化”,在北方和西南地区比较常见。它会加剧土壤退化,北方一些地方容易出现盐碱化、荒漠化;在西南地区,又因为旱涝急转,加剧石漠化。

第二,作物的生长发育和品质也会受到影响,有利有弊。

比如冬季变暖的程度超过夏季,所以对于北方越冬作物,尤其是小麦,会出现冬季休眠期的缩短,所以可以增加生育期,有利于增产。

但是对植物的生长本身来说,不利影响更大。比如高温会增加作物的秕谷率,就是谷子不饱满,产量降低。同时二氧化碳的浓度升高也会导致谷物的蛋白质含量降低,改变农作物的营养品质。

第三,农业气象灾害会更频繁地发生,危害程度也会加重。

农民现在感觉到的整体趋势是,旱涝交替出现,不仅灾害越来越严重,而且发生的频率和范围也在增加。

第四,病虫害会因为气候变化而加剧。

一些病害和虫害本来是不容易越冬的,但是气温升高让它们更容易安全越冬,从而在春天时的基数明显增加。

另外气候变化也扩大了虫害在时间和空间上的分布范围。一些害虫的迁飞期高发期提前,害虫也出现得更早。本来出现在南方的病虫害现在向北扩展,动物疫病也出现了从低纬度向高纬度蔓延的趋势。

同时还会出现新的虫害,某些次要害虫造成的虫害为害加重,上升为主要病虫害,新发病虫害由于缺乏防控措施为害更加迅猛、更加严重。

人们以前用来应对这些病虫害的手段,也会发生改变。比如,因为气候变化,有害生物迁移到新的区域,但是当地生物上天敌出现的时间往往晚于这些病虫害,因此治理难度更大。

气候变暖导致病虫害加重与农药施用量增加,对天敌也造成杀伤,并使有害生物的耐药性加强,从而形成恶性循环。

比如2007年广西出现稻飞虱爆发的情况,广西南部稻区第二代稻飞虱爆发,部分田块虫口密度最高达700-1000头/丛。之后又发生在长江流域,造成产量减少百分之三四十,甚至绝收。近年稻飞虱的发生率越来越高,也是因为气候变化导致虫子的繁殖和迁移更容易。

第五,气候变化会对农业生态系统的生物多样性造成负面影响。比如会诱发遗传变异,威胁种质资源安全和稳定,也会影响野生植物资源的分布与迁移。还会带来植物开花期和生长季的改变、动物迁徙受阻、天敌数量变化、外来物种入侵,以及对水生态系统的方面影响和海洋酸化等。

问:面对极端天气,农民以前的经验还管用吗?

作物的生长有一个相对稳定的趋势。农民一般按照原来的气候条件,比如到什么时间需要什么温度,和生长期是匹配的,来安排生产。但如果波动性加大,气候条件和作物生长就不匹配了,导致减产。

从现在的资料看,一些本土品种的优势越来越明显。在这种波动面前,虽然和商品种子相比产量没有那么高,但当地品种生长比较好,应对气候变化韧性较强。

●张家界耕心园收集的老品种水稻。供图:谢建交
问:中国因为有不同的粮食产区,它们所面临的气候风险是不是有所差别?

是有差别的。像华北和西南地区较明显的就是旱灾,南方最明显的是水灾。

因为气候不一样,种植的作物也不一样。比如东北,主要是水稻玉米,和热带作物就不一样。华南地区的第二茬水稻,在收割之前会经历降温,一般称为寒露风等。

南方种植的热带作物,现在因为气候变暖,人们想充分利用热量资源,将热带作物北移。那就可能会经历冷害。

农作物受到的影响和地形也有关,例如在梯田和坡地地区,在暴雨的时候面临洪水和冲刷导致的水土流失。

●此次两广调研图中,我们探访了在梯田上种植水稻的戴云云。在经历强降水时,这里就面临着田埂垮塌、冲毁秧苗的危险。点击这里阅读他的故事。图片:食通社
问:全球变暖可能导致种植范围的扩大,可能会有利于增长,是这样的吗?

这个问题本身有待商榷。我们经过分析认为在我国的三大作物玉米、水稻和小麦中,冬小麦面临的气候变化风险是相对比较小的。

比如说,我们的冬小麦一直在增产。我小的时候种冬小麦,产量也就是每亩500斤,现在每亩上千斤都是很常见的。这里有施肥、病虫害控制等技术进步的原因,但也和气候变化有很大的关系。

冬小麦要冬眠,升温导致冬眠时间延迟,返青时间提前。所以它的生育期比原来长了。由于变暖,现在冬小麦的种植期比原来延后了,收获期又提前了。这样既为夏玉米腾出了更多的生长时间,而且在产量上还有所提高。

还有一个因素是二氧化碳浓度的升高。因为二氧化碳浓度升高可以增加光合作用,而小麦又对二氧化碳浓度敏感。所以相对于玉米,它的增产幅度也更明显。理论上是这样的。

气候变化也会导致东北水稻可以大面积扩种。比如在三江平原,以前那里种水稻是很艰难的,但是现在扩种之后产量也很高。

问:我们都知道,农业被看作是温室气体的重要来源。不管是食物的生产、运输和消费,都会产生排放。所以也有不少人指出,农业的生产方式和大家的消费习惯、饮食结构都需要做一些调整。许老师您是怎么看的?未来的农业生产方式又需要做哪些调整呢?

我国农业的温室气体排放,根据不同的文献源和不同的统计口径,从7%左右到20%多,有很大的差异。

在国际上,一般计算的排放量是指食物系统的各个方面加起来的温室气体排放。如果算上食品生产价值链中储存、运输、包装、加工、销售和消费等环节产生的排放,那么整个食农体系占到全球温室气体排放总量的三分之一左右。

我认为,首先农业的温室气体排放和工业排放不一样的。农业排放属于生存排放,人不吃饭不行。我们尽可能,减少农业温室气体的排放,但也不能眉毛胡子一把抓,觉得工业减多少,农业也减多少,这种看法有失公正。

第二,技术进步也非常重要。在今年的5月27日,中央刚刚发布了《农业农村减排固碳实施方案》。这份文件的精神,其实不单单是减少温室气体的排放,是通过减少排放的约束条件,倒逼农业技术进步。

因此,我们期待着农业上也能有颠覆性的技术突破。以我个人的理解,必须改变粗放型的农业生产方式,农业的技术进步潜力巨大。

问:在气候变化,极端天气持续增加的今天,我们的生产生活确实遭到了很多影响。您认为我们目前的适应措施还有哪些不足呢?具体到我国的农业方面,适应的情况又是怎样的呢?

对双碳目标,我们要智慧性的实现。除了减缓,我们还要适应气候变化。像今天这样的报告我一年要做几十次,反复讲的目的也是呼吁大家加强对适应气候变化的认识。现在的环境也在逐渐变好,大家也在逐渐认识到适应的重要性。其实7.20带来的伤亡和损失反映出的就是我们对于适应认识不够、适应能力不足。

虽然我国的粮食产量还是连年丰收,但是实际上还是有不少地方因为天气原因而减产,比如重庆就曾经连续经历过旱-涝-冰冻雨雪的灾害。而且我国人均耕地还是很少,只有一亩多,农业设施还是很少,农业保险等制度也不完善。这就意味着在气候变化面前,我们是非常脆弱的,适应能力非常有限。在当年提出“四个现代化”中,我个人认为,农业现代化依然是我们的短板。

如何在气候变化的情况下,合理调整农业生产布局和结构,改善农业生产条件,有效减少病虫害的流行和杂草蔓延,降低生产成本,防止潜在荒漠化增大趋势,确保中国农业生产持续稳定发展,对中国农业领域提高气候变化适应能力和抵御气候灾害能力提出了长期的挑战。

食通社作者|许吟隆

中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所研究员,博士生导师,中国农科院“智慧气象与农业气候资源利用”创新团队首席;英国皇家气象学会创办的学术期刊Climate Resilience and Sustainability(《气候韧性与可持续性》)副主编。长期从事适应气候变化研究,曾主持气候变化影响评估与适应对策方面的国家研究项目/课题和国际合作项目多项,曾牵头撰写气候变化国家评估报告(2007)影响与适应部分、适应气候变化国家战略研究报告(2011)等,参与多个国家应对气候变化政策文件的制定。

未标明来源的图片来自许吟隆老师PPT

文字整理:王昊、天乐、启华

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