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气候变化对农业影响的研究进展与前沿

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曾志勇

摘要：在全球气候变化背景下，我国农业生产活动所受到的影响越来越严重。本文以水稻为研究对象，从生产方式、种植制度、经营方式、结构布局等不同角度总结和分析了气候变化与农业活动之间的相互关系与作用机制。结果表明，现有的研究主要分析气候变化对水稻产量与水稻种植面积的影响，而在水稻生产对气候变化的适应性与脆弱性这一领域，几乎无人问津。鲜有的关于水稻生产对气候变化适应性与脆弱性的研究发现，研究时段长短的差异以及不同的区域水稻生产对气候变化的适应性与脆弱性不尽相同。因此，气候变化背景下水稻种植户的适应性行为研究将成为未来研究的主要方向，加强对这些方面的研究将有助于深化与完善气候变化与农业影响双向互动机制的研究。

关键词：气候变化;农业;水稻生产;影响;研究进展

中图分类号：S162?文献标志码：A?文章编号：1002-1302（2019）03-0020-07

自20世纪中后期以来，气候变化问题一直是全球的热点话题。关于气候变化的研究也越来越多，并且其研究已经远超出大气科学研究范畴，涉及到社会经济科学的方方面面。特别是在我国，气候变化与农业生产行为关系密切，彼此之间存在着相互影响和相互作用的关系。一方面，气候变化的加剧给我国粮食生产带来了严峻的挑战;另一方面，我国粮食生产也积极适应气候变化并对其产生积极影响。因此，本文首先从自然科学角度和社会科学角度阐述气候变化及未来气候变化对农业生产的影响。其次，以水稻生产为重点，分析气候变化对水稻总产量、种植面积、水稻单产的影响;总结气候变化对水稻生产影响的研究成果。最后，关于水稻生产对气候变化的适应性与脆弱性分析，进行了梳理与评价，为深入开展气候变化对农业生产影响的研究和制定我国应对气候变化的农业生产政策提供经验借鉴。

1气候变化对农业的影响

1.1自然科学角度

气候变化给全球生态环境带来了相应的影响，农业生态环境也不例外。最早对其展开研究的是自然科学界的专家学者们，他们主要利用观测试验和构建作物模型对气候变化与农业生产活动之间的关系进行模拟分析。

1.1.1关于观测试验的研究在国外，学者们首先以农作物、树木、草等作为研究对象，通过开顶试验室（open-topchamber）与温室环境控制（controlledenvironment）研究气候变化对其的影响。研究发现，相关农作物的主要蛋白质及酶、非结构性碳水化合物含量在气候变化的作用下有所增加，这将增强作物光合作用，同时抑制作物呼吸作用，提高水分利用效率，从而改变农作物的生理形态结构与化学组成成分，最终导致农作物产量增加，这些都是气候变化导致大气CO2浓度增加所带来的结果[1]。后来，有学者通过试验得出了与之相反的结论，他们认为在早期大气CO2浓度的增加会导致作物光合作用的加强，但是如果高CO2浓度对作物的影响时间比较长，那么作物光合作用不但不会加强，反而会由于植物叶片气孔导度的减小而减弱，也就是说，作物光合作用的强弱取决于受高CO2浓度影响时间的长短[2]。

在国内，研究学者以花生、大豆等作物为对象研究气候变化对农作物光合作用的影响，重点分析CO2浓度与光合作用之间的关系。曹仁林等通过设定不同CO2浓度，利用开顶式熏气罩对花生、大豆进行试验研究，结果表明，提高CO2浓度将导致农作物光合作用加强，即CO2浓度与作物光合作用之间呈正相关关系[3]。在33～40℃温度区间，农作物光合作用会随着CO2浓度与温度的升高而加强，并且在同等条件下，CO2浓度与温度对花生的影响要大于对大豆的影响。但是，如果温度不在这一区间，CO2浓度与光合作用之间的关系并没有得到有效验证，表明这一关系受到温度变化的影响而呈现出不稳定性。

无论是国外还是国内，观测试验条件下所得到的农作物对CO2浓度变化的响应程度由于温度、湿度、光照、风力等气候因素的严格控制将明显区别于自然条件下所带来的结果[4]。因此，1987年在美国的小麦、棉花、玉米等种植地里出现了一种名为FACE（free-airCO2enrichment）的装置，对CO2浓度变化给农作物带来影响的分析完全是在自然气候环境下进行的，没有采取任何主观控制环境的措施。近些年在森林、水稻田地甚至是草地也陆续出现了FACE装置，都能够比较客观地反映出农作物对于CO2浓度变化的反应程度。但是，FACE装置也存在不足之处，如不能有效解释CO2浓度变化所引起的温度变化对农作物的影響[5]，这一缺陷也给学者们指出了后续研究的方向。

1.1.2关于作物模型的研究为了有效解决观测试验结果精确度较低的问题，科学家们开始尝试建立各种农作物模型。最早的作物生长动态模型是由Dewit于20世纪