人才强校 | 资环学院刘学军教授团队在《自然·食物》发表评述论文“中国粮食生产对极端气候事件的响应需立足于长期”

11月29日,资源与环境学院刘学军教授团队在《自然·食物》(Nature Food)发表了评述论文《中国粮食生产对极端气候事件的响应需立足于长期》(China's response to extreme weather events must be long term)。在全球变暖背景下,中国粮食安全正受到日益加剧的极端气象事件威胁,包括极端高温、干旱和洪涝。过去70年来,中国气温上升速度超过了全球平均水平,使其极易受到自然灾害的侵袭。自20世纪中叶以来,多数省份极端高温降水事件增加了5-10倍。农作物单一生长季内,高温、干旱和洪涝交替发生,直接影响我国粮食生产和安全。

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中国今年夏季极端高温天气频发,华北、黄淮等地出现达到或超过极端高温阈值情况,部分地区达到或突破历史极值。仅6月份中央气象台发布了高温预警超40次,北京最高气温达到41.8摄氏度,新疆吐鲁番高达52.2摄氏度。持续高温给农作物生长发育带来挑战,导致产量降低、作物早熟,增加了对害虫和疾病的敏感性。夏季全国耕地受旱面积2082万亩,持续高温对部分地方粮食生产造成一定影响。极端高温还引发了短时强降雨,七月和八月暴雨淹没了中国多地小麦、玉米种植区(例如图1)。

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图1. 河南省鹤壁市浚县东徐庄村玉米地被淹场景(摄于2023年8月5日;图片来源于Alamy)

应对极端天气,各地各部门采取措施积极行动,防灾减灾。农业农村部、水利部、应急管理部、中国气象局等四部门联合印发通知部署安排农业防灾减灾工作,明确在保障防洪安全的前提下,统筹做好蓄水保水,积极储备抗旱水源,强化抗旱水源统一调度和灌区灌溉排水管理,因地制宜采取应急调水、打井取水等措施,保障农业灌溉用水。由于北方降雨有限且地表水资源匮乏,地下水灌溉在抗击干旱方面变得越来越重要。河南安阳滑县6月连续出现的高温天气影响126万多亩玉米生长,为及时补水,农机专员采用无人机给连片的玉米喷施抗旱保水剂或叶面肥,有助于降温增湿并为玉米叶片提供必需的水分养分;在江西省上饶市鄱阳县,四十里街镇太公岭调水站十台机组开机调水,有效保障该镇4万余亩晚稻等农作物防旱抗旱用水。针对可能出现的旱情,各地区组织各方及早做好农灌渠道修缮清淤,改善引水条件、确保引水畅通。

受全球气候变暖和厄尔尼诺影响,北半球大部分地区遭遇高温热浪,多地高温纪录被刷新。厄尔尼诺改变了东亚夏季风的强度和路径,与北京-天津-河北和东北地区出现的暴雨密切有关,导致极端天气频次更多、范围更广、强度更大、不可预见性更强。受台风“杜苏芮”影响,河北省出现极端降水天气过程,石家庄、邢台、保定等9个区市和雄安新区发生洪涝灾害,此次强降雨造成河北省87个县54万人受灾,北方大面积农田遭受洪水淹没,造成小麦、玉米、水稻产量大幅下降,约有400-500万吨玉米(占我国全年玉米产量的2%)受到损害。2023年夏粮产量比去年减少了127万吨。财政部和水利部已向受灾地区拨款超过20亿元用于补偿受灾农田、房屋以及农用机械损失,努力排干低洼地区积水,鼓励农民种植短周期作物以保证秋收。政府还发起了全国性减少食物浪费运动,减少大豆和玉米在饲料中使用,以降低对粮食和饲料谷物需求。此外,通过多元化进口粮食种类、开辟新的供应路线和加强国际间合作等方式增强外部粮食供应以保障国内的粮食供应安全。

文章提出我国未来应着重提升长期抵御多种灾害的能力,制定应对极端复杂天气的农业适应战略(图2)。首先,我国北方地区是主要粮食生产区但始终面临着水资源匮乏的问题,其生产了约60%的粮食,但只拥有24%的淡水资源,生产压力巨大,对极端气象事件较为敏感。未来应发掘南方雨水充足省份的粮食种植潜力,这在一定程度上可以缓解中国北方粮食生产与水资源短缺的矛盾。其次,通过智能调度播种日期,选用适应性更强的作物品种,实施科学的保水管理,引入抗旱抗涝品种,以及采用多样化轮作方式,农业系统可以更有效地抵御极端天气的冲击,降低减产风险。第三,有机质是土壤健康的核心,增加土壤有机碳可大大提高土壤生物多样性、土壤结构、土壤保肥保水或供肥供水能力(缓解极端降水冲击)。此外,提升土壤有机碳还对气候变化有着重要作用,它可以吸收和储存大气中的二氧化碳,缓解温室效应和全球气候变暖的影响。第四,除了农业实践的个体措施,还需要系统性政策支持。这包括保护农田周围生态系统,促进生态平衡;推出针对性农业生产保障措施,为农民提供财政和技术支持;开发环境预警系统,及时提供气象和气候信息。这样的政策框架能够更全面地应对极端天气的挑战,确保农业的可持续性和农民的经济安全。最后,区域力量整合和战略调度对于增强我国应对气候危机的能力至关重要。通过协同行动,各地可以共享资源、技术和信息,更有效地应对气候变化带来的挑战。战略调度可以确保农业系统更灵活地应对不断变化的气候条件,从而稳定粮食供应。这种整体性和协同性的努力将有助于建设更为强大和可持续的国家农业生产体系。

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图2. 未来农业应对极端天气适应途径

中国农业大学资环学院刘学军教授、兰州大学刘磊研究员、研究生许航和刘胜为论文合作者。中国农业大学刘学军教授团队一直从事大气沉降(降水降尘)方面研究,始终关注极端气候事件对农业生产的影响,不仅发现模拟极端降水/干旱导致粮食减产和碳氮环境排放增加,而且通过与兰州大学的合作,深入了解到我国极端气候事件下大范围农作物受灾减产的宏观数据和临时补救措施仍存在优化空间。本项研究对认识极端气候变化对农业生产的影响及应对具有重要的学术价值和决策参考意义。研究工作得到国家重点研发计划(2017YFC0210100和2017YFD0200101)、国家自然科学基金项目(42371324, 42001347 and 41471343)和中国农业大学高水平团队建设项目的资助。

文章链接:https://www.nature.com/articles/s43016-023-00892-w  

供稿:资源与环境学院

供图:资源与环境学院

编辑:李杨

责编:孟祥慈

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