原文發(fā)表于《科技導(dǎo)報》2025 年第17 期 《 氣候變化對可持續(xù)農(nóng)業(yè)的挑戰(zhàn)及對策 》

不可持續(xù)的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)已成為全球生態(tài)環(huán)境惡化的關(guān)鍵驅(qū)動因素?，F(xiàn)有研究多局限于單一學(xué)科視角，缺乏系統(tǒng)評估農(nóng)業(yè)造成的環(huán)境問題與氣候變化互饋機(jī)制的綜合框架。本文基于行星邊界框架理論，評估了農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境問題及其在氣候變化背景下的多維挑戰(zhàn)，深入闡釋了作用機(jī)制、影響程度及地理分布格局，同時剖析了關(guān)鍵要素間的互動反饋效應(yīng)。提出了應(yīng)對氣候變化的農(nóng)業(yè)發(fā)展路徑與政策建議，以期為應(yīng)對氣候變化背景下可持續(xù)農(nóng)業(yè)發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)提供理論支撐與實(shí)踐指導(dǎo)，助力農(nóng)業(yè)向可持續(xù)、氣候適應(yīng)型系統(tǒng)的轉(zhuǎn)型。

農(nóng)業(yè)作為人類社會生存與發(fā)展的基礎(chǔ)，在保障全球糧食安全和維持經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定方面發(fā)揮著核心作用。然而，隨著全球人口增長、經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展以及飲食結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)面臨的壓力持續(xù)加劇，不可持續(xù)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式對全球生態(tài)系統(tǒng)的負(fù)面影響也日益凸顯（圖1）。這些環(huán)境問題不僅嚴(yán)重威脅農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)性，還對實(shí)現(xiàn)聯(lián)合國可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)（SDGs）構(gòu)成了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

圖1 農(nóng)業(yè)對全球主要環(huán)境影響的貢獻(xiàn)

在此背景下，如何實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展已成為全球關(guān)注的重要議題。然而，現(xiàn)有研究主要聚焦于單一維度的分析，尤其是在氣候變化背景下更為明顯。因此，亟需從地球系統(tǒng)科學(xué)的整體視角出發(fā)，對氣候變化如何影響農(nóng)業(yè)多要素以及如何重構(gòu)多邊界要素間的相互作用關(guān)系進(jìn)行分析，這對于制定氣候變化背景下農(nóng)業(yè)可持續(xù)生產(chǎn)策略至關(guān)重要。

行星邊界框架（planetary boundaries）由可持續(xù)發(fā)展領(lǐng)域?qū)＜襌ockstr?m等于2009年提出，為理解人類活動與地球系統(tǒng)的相互作用提供了重要視角，可用于分析農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動對地球系統(tǒng)各個邊界的影響?；诖丝蚣?，我們的研究旨在回答以下2個核心問題。

• 一是機(jī)制解析：氣候變化如何加劇農(nóng)業(yè)對生態(tài)環(huán)境的壓力？

• 二是路徑探究：如何通過多層面協(xié)同措施，引導(dǎo)農(nóng)業(yè)在氣候變化背景下實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展？

1 氣候變化下農(nóng)業(yè)系統(tǒng)多維挑戰(zhàn)

氣候變化通過削弱農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力、改變水資源分布格局、過度開發(fā)土地資源、加速生物多樣性喪失、加劇農(nóng)業(yè)氮磷污染以及增加溫室氣體排放等途徑，顯著加劇了農(nóng)業(yè)對環(huán)境的負(fù)面影響。

1.1 氣候?qū)r(nóng)業(yè)用水的影響

氣候變化對降水（強(qiáng)度、頻率、持續(xù)時間）和溫度的影響，由于陸地–大氣反饋?zhàn)饔枚鰪?qiáng)，極大改變了雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)和灌溉農(nóng)業(yè)的用水需求與可用性。21世紀(jì)，全球灌溉格局已發(fā)生顯著變化，尤其是水資源緊張的地區(qū)。氣候變化還通過干旱加劇了農(nóng)田對地下水的依賴，進(jìn)而增加了區(qū)域地下水枯竭的風(fēng)險。全球約30%的沿海大都市人口正面臨因地下水超采和海水入侵帶來的威脅。在全球升溫3℃的情景下，依賴灌溉維持產(chǎn)量的農(nóng)業(yè)區(qū)可能普遍面臨地下水枯竭的風(fēng)險（圖2）。

圖2 全球升溫3℃情景下作物受綠水資源短缺影響的區(qū)域預(yù)測

1.2 氣候?qū)r(nóng)業(yè)用地的影響

氣候變暖使北半球高緯度和高海拔地區(qū)的農(nóng)業(yè)條件得到改善，驅(qū)動農(nóng)業(yè)適宜種植區(qū)持續(xù)北移。然而，這種農(nóng)業(yè)格局的重構(gòu)帶來了土壤健康問題，特別是加速土壤有機(jī)質(zhì)分解，降低土壤持水保肥能力，進(jìn)而加劇灌溉需求并削弱土壤肥力。氣候變化通過多種途徑加劇土壤退化，威脅農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)性。土壤增溫加速了有機(jī)質(zhì)的分解，導(dǎo)致CO2排放增加，降低土壤pH值，增加重金屬活性，從而促進(jìn)作物對重金屬的吸收。此外，氣候變化導(dǎo)致的極端降水事件頻發(fā)，加劇了雨水對土壤的侵蝕。同時，降雨的減少也加速了土壤退化，蒸發(fā)量增加、風(fēng)蝕加劇和沙塵暴頻發(fā)等共同導(dǎo)致土地沙化和土壤肥力下降，進(jìn)而引發(fā)有效耕地面積減少和作物產(chǎn)量顯著下降。更為嚴(yán)重的是，氣候變化引起的海平面上升還可能加劇土壤鹽堿化現(xiàn)象，并使沿海農(nóng)田永久性淹沒，可用耕地面積進(jìn)一步減少，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和糧食安全構(gòu)成直接威脅。

1.3 氣候通過農(nóng)業(yè)對生物多樣性的影響

氣候變化加劇了農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的脆弱性，使得主要農(nóng)作物的穩(wěn)定性和抗風(fēng)險能力顯著下降。雖然高緯度地區(qū)因氣候變暖可能獲得增產(chǎn)潛力，但中低緯度地區(qū)的減產(chǎn)將加劇糧食安全風(fēng)險。為應(yīng)對產(chǎn)量波動，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者通過開墾新耕地或增加土地利用強(qiáng)度以抵消減產(chǎn)。但這種土地?cái)U(kuò)張或土地集約化往往導(dǎo)致熱帶雨林和草原等自然生態(tài)系統(tǒng)的退化，引發(fā)“集約化陷阱”，進(jìn)一步威脅全球生物多樣性。此外，氣溫上升和濕度增加為病蟲害和雜草的“北移”創(chuàng)造了有利條件，迫使農(nóng)業(yè)系統(tǒng)增加農(nóng)藥使用。這種化學(xué)防控手段不僅直接導(dǎo)致傳粉昆蟲和天敵種群的區(qū)域性滅絕，還通過食物鏈的生物富集效應(yīng)擾亂食物網(wǎng)結(jié)構(gòu)，對生物多樣性產(chǎn)生連鎖式負(fù)面影響。同時，氣候變化驅(qū)動的物種分布區(qū)偏移加劇了生物入侵風(fēng)險，外來物種通過資源競爭擠壓本地物種的生態(tài)位，進(jìn)一步威脅生物多樣性。

1.4 氣候?qū)r(nóng)業(yè)氮磷污染的影響

在氣候變化背景下，為保障農(nóng)業(yè)產(chǎn)量，氮肥（N）和磷肥（P）的投入持續(xù)增加。大量氮磷的輸入改變了全球氮磷循環(huán)，而氣候變化又進(jìn)一步加劇了大氣氮磷沉降，放大了農(nóng)業(yè)對生態(tài)環(huán)境的負(fù)面影響。降水模式的改變和溫度的上升，使農(nóng)業(yè)土壤中氮和磷的流失形式、數(shù)量和時間，以及它們在景觀中的遷移路徑發(fā)生了變化。降水變異性的增加會使更多的氮磷通過徑流、淋溶等形式脫離農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)，流失到周邊環(huán)境中。此外，氣候多變性的其他要素，如夏季熱浪、寒冷環(huán)境中更頻繁的凍融循環(huán)和干旱事件，也會對農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中的氮磷流失產(chǎn)生顯著影響，且這些影響在空間分布上具有較強(qiáng)的區(qū)域差異性。這些變化不僅形成了惡性循環(huán)，還對農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生長期且復(fù)雜的負(fù)面影響，嚴(yán)重威脅農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)性（圖3）。

圖3 由于預(yù)估降水增加，全球會經(jīng)歷地下水和地表水氮污染的地區(qū)

1.5 氣候?qū)r(nóng)業(yè)溫室氣體排放的影響

氣候變化通過直接和間接機(jī)制加劇了農(nóng)業(yè)GHG排放。

在直接機(jī)制方面，氣候變暖促進(jìn)水稻根系生長和分泌物釋放，刺激稻田產(chǎn)CH4微生物的生理活動。氣候變暖還會促進(jìn)牲畜糞便發(fā)酵產(chǎn)生CH4，而升溫和降水增加可創(chuàng)造有利于N2O生成的土壤條件。此外，冬季氣候變化可能通過減少積雪、土壤變暖和更頻繁的凍融循環(huán)，促進(jìn)非生長季節(jié)N2O排放。

在間接機(jī)制方面，氣候變化通過改變農(nóng)作物物候?qū)е伦魑餃p產(chǎn)，這引發(fā)了土地利用變化和土地退化，加劇了土地開墾和土壤耕作過程中的CO2排放。此外，氣候變化還降低了農(nóng)業(yè)化學(xué)品效能，為維持產(chǎn)量需要增加更多化學(xué)品投入，而這些農(nóng)業(yè)化學(xué)品的大量生產(chǎn)可能會產(chǎn)生額外的GHG排放。大氣中CO2濃度升高和溫度上升還會降低飼料干物質(zhì)消化率，導(dǎo)致反芻牲畜CH4排放量增加。

2 應(yīng)對氣候變化的農(nóng)業(yè)發(fā)展路徑與對策建議

面對氣候變化、人口增長與經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來的各種挑戰(zhàn)，亟需從基礎(chǔ)研究、產(chǎn)業(yè)發(fā)展、行為轉(zhuǎn)變、技術(shù)支持、政策保障、長遠(yuǎn)規(guī)劃等出發(fā)，構(gòu)建具有氣候適應(yīng)性與可持續(xù)性的農(nóng)業(yè)糧食體系，形成生產(chǎn)、供應(yīng)與消費(fèi)協(xié)同發(fā)展的綠色供應(yīng)鏈模式（圖4），推動未來農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

圖4 氣候智慧型農(nóng)業(yè)全鏈條可持續(xù)措施框架

2.1 推廣氣候智慧型農(nóng)業(yè)的發(fā)展

氣候智慧型農(nóng)業(yè)（CSA）及一系列可持續(xù)管理實(shí)踐（如間歇性灌溉、精準(zhǔn)施肥、豆類輪作等）在降低農(nóng)業(yè)環(huán)境足跡方面具有顯著成效。然而，其在推廣過程中仍面臨多重障礙，亟需因地制宜地加以應(yīng)對。

• 第一，可通過提供分層次的政府補(bǔ)貼、引入氣候保險等方式降低技術(shù)采納門檻，并借助合作社等組織構(gòu)建知識傳播網(wǎng)絡(luò)。

• 第二，為提升技術(shù)適配性，應(yīng)建立“平等對話”機(jī)制，系統(tǒng)收集并整合農(nóng)戶反饋，優(yōu)化技術(shù)參數(shù)。

• 第三，可推動多方協(xié)同機(jī)制，由政府、企業(yè)及科研機(jī)構(gòu)共同提供“打包式”服務(wù)，如定制肥料、補(bǔ)貼農(nóng)藥投入，并通過數(shù)字化工具（如農(nóng)業(yè)技術(shù)APP）擴(kuò)大服務(wù)覆蓋。

• 第四，建議建立統(tǒng)一的“監(jiān)測—報告—核證”體系，將CSA納入國家自主貢獻(xiàn)（NDCs）等氣候政策框架，同時依托碳交易市場為農(nóng)業(yè)生態(tài)服務(wù)提供合理的經(jīng)濟(jì)回報。

2.2 推動農(nóng)業(yè)綠色供應(yīng)鏈建設(shè)

第一，推動物流綠色轉(zhuǎn)型。推廣新能源運(yùn)輸工具，構(gòu)建多式聯(lián)運(yùn)樞紐；結(jié)合AI算法優(yōu)化配送路徑與裝載率；通過屋頂光伏、余熱回收與節(jié)能照明，推進(jìn)“零碳倉儲”與能效提升。

第二，構(gòu)建循環(huán)經(jīng)濟(jì)模式。推進(jìn)農(nóng)業(yè)副產(chǎn)品資源化，發(fā)展秸稈制生物炭、農(nóng)膜與包裝材料回收及再加工的“源—匯—源”閉環(huán)產(chǎn)業(yè)鏈；推廣可降解與可回收包裝，替代傳統(tǒng)塑料包裝；依托農(nóng)機(jī)共享平臺，以租賃模式提高設(shè)備利用率。

第三，推動供應(yīng)鏈數(shù)字化。融合區(qū)塊鏈與物聯(lián)網(wǎng)，構(gòu)建可視化溯源與質(zhì)量安全追蹤系統(tǒng)；部署基于生命周期評價的碳足跡監(jiān)測平臺，建立環(huán)境績效實(shí)時優(yōu)化機(jī)制；利用機(jī)器學(xué)習(xí)預(yù)判市場波動與氣候風(fēng)險，增強(qiáng)供應(yīng)鏈彈性與應(yīng)急響應(yīng)。

第四，強(qiáng)化政策保障。設(shè)立綠色信貸產(chǎn)品，定向支持冷鏈基建與技術(shù)升級；完善中央和地方儲備聯(lián)動機(jī)制，縮短供應(yīng)鏈“最后一公里”距離；推進(jìn)綠色供應(yīng)鏈政策“先行先試”，打造試點(diǎn)示范區(qū)；構(gòu)建綠色采購、綠色金融與碳排放市場等激勵體系，營造有利于零碳供應(yīng)鏈構(gòu)建的制度環(huán)境。

2.3 引導(dǎo)可持續(xù)健康飲食結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型

第一，強(qiáng)化消費(fèi)引導(dǎo)。通過食品包裝上的碳足跡標(biāo)簽，引導(dǎo)消費(fèi)者選擇低碳食品；在超市設(shè)立可持續(xù)食品專區(qū)，突出展示本地應(yīng)季蔬果和植物蛋白產(chǎn)品。

第二，減少食物浪費(fèi)。倡導(dǎo)按需采購并設(shè)立購物清單，避免過度購買；在家庭中采用“先進(jìn)先出”原則管理食物儲存；零售商可提供小分量商品，并設(shè)立“臨期食品專區(qū)”，促進(jìn)食物資源的再利用。

第三，公眾教育。聯(lián)合媒體和營養(yǎng)學(xué)家推廣行星健康飲食理念；通過碳標(biāo)簽和短視頻等方式，提升消費(fèi)者對飲食與環(huán)境關(guān)系的認(rèn)識；發(fā)起“節(jié)約挑戰(zhàn)”等互動倡議，鼓勵公眾參與，營造節(jié)約型消費(fèi)氛圍。

第四，政策引導(dǎo)。通過對高碳食品征稅、健康食品（如蔬果）加大補(bǔ)貼，激勵市場主體增加低碳健康食品供給；推動農(nóng)業(yè)政策改革，建立“作物中性”政策取向；并將營養(yǎng)目標(biāo)納入農(nóng)業(yè)政策評估體系；制定公共機(jī)構(gòu)低碳膳食規(guī)范，建立基于生命周期碳排放核算的食材采購標(biāo)準(zhǔn)，逐步減少紅肉等高碳食材供應(yīng)比例。

2.4 加大科技創(chuàng)新與技術(shù)研發(fā)支持力度

加大對前沿農(nóng)業(yè)技術(shù)的研發(fā)投入，加快其成熟和商業(yè)化步伐，是未來農(nóng)業(yè)適應(yīng)與減緩氣候變化的戰(zhàn)略重點(diǎn)。目前，人工智能與機(jī)器學(xué)習(xí)在農(nóng)業(yè)場景中的嵌入式應(yīng)用日益增強(qiáng)，可通過遙感數(shù)據(jù)與地塊信息模型實(shí)現(xiàn)灌溉、施肥等資源投入的精準(zhǔn)化管理，減少農(nóng)資過度施用。納米技術(shù)則有望推動控釋型農(nóng)藥與肥料的應(yīng)用，提升資源利用效率并降低環(huán)境負(fù)擔(dān)，實(shí)現(xiàn)綠色輸入替代。此外，多年生作物與農(nóng)業(yè)光伏系統(tǒng)的復(fù)合布局，有望在減少土地?cái)_動的同時，提高農(nóng)田碳匯潛力與氣候韌性；基因編輯和微生物組工程等生物技術(shù)則為作物抗逆性提升和土壤功能修復(fù)提供了新的技術(shù)路徑。與此同時，浮動式光伏、垂直農(nóng)業(yè)、智能灌溉和農(nóng)業(yè)機(jī)器人等多元技術(shù)形態(tài)，亦在空間利用、水資源管理與勞動力替代等方面拓展了農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的適應(yīng)能力與轉(zhuǎn)型空間。

2.5 完善農(nóng)業(yè)綠色轉(zhuǎn)型政策體系

第一，應(yīng)明確綠色農(nóng)業(yè)政策框架。政府應(yīng)以精準(zhǔn)、協(xié)同、可持續(xù)為導(dǎo)向，明確綠色農(nóng)業(yè)發(fā)展目標(biāo)、重點(diǎn)領(lǐng)域和實(shí)施路徑，推動政策的整體協(xié)調(diào)性。

第二，加大對農(nóng)業(yè)綠色技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的資金支持。政府應(yīng)通過財(cái)政補(bǔ)貼、稅收優(yōu)惠和貸款貼息等手段，促進(jìn)綠色農(nóng)業(yè)技術(shù)的研發(fā)與推廣。

第三，推動綠色生產(chǎn)模式的政策引導(dǎo)。應(yīng)通過優(yōu)化農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)，推廣智慧農(nóng)業(yè)、保護(hù)性耕作和有機(jī)農(nóng)業(yè)等綠色生產(chǎn)方式，推動農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式的轉(zhuǎn)型升級。

第四，完善農(nóng)業(yè)碳排放與減排政策。政府應(yīng)進(jìn)一步完善碳排放交易機(jī)制，明確農(nóng)業(yè)部門的減排責(zé)任與目標(biāo)，鼓勵農(nóng)民采用低碳減排技術(shù)，通過財(cái)政補(bǔ)貼等手段支持低碳農(nóng)業(yè)的發(fā)展。

第五，加強(qiáng)政策執(zhí)行與監(jiān)督。應(yīng)建立健全的農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展評價體系，定期評估政策實(shí)施效果，確保綠色農(nóng)業(yè)政策的有效落實(shí)。政策執(zhí)行應(yīng)具備透明性和公平性，及時發(fā)現(xiàn)問題并進(jìn)行調(diào)整與優(yōu)化，確保綠色農(nóng)業(yè)政策的長期有效性。

2.6 未來研究方向

基于現(xiàn)有研究，提出5個關(guān)鍵的優(yōu)先研究問題，貫穿氣候變化與農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的多維度影響路徑，為未來研究提供了重要方向。

• 第一，量化氣候–農(nóng)業(yè)多路徑反饋效應(yīng)。

• 第二，填補(bǔ)氣候變化如何通過農(nóng)業(yè)影響生物多樣性的機(jī)制空白（圖5）。

• 第三，研究氣候變化背景下農(nóng)業(yè)綠色低碳轉(zhuǎn)型的可持續(xù)性路徑。

• 第四，全面評估新技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)的綜合影響。

• 第五，系統(tǒng)評估農(nóng)藥使用與氣候變化的交互影響及優(yōu)化路徑。

圖5 氣候–農(nóng)業(yè)–生物多樣性損失反饋圖

本文作者：湯瑞瑜、宋潔、朱廣宇、莊明浩、楊易

作者簡介：湯瑞瑜，重慶大學(xué)環(huán)境與生態(tài)學(xué)院，碩士研究生，研究方向?yàn)檗r(nóng)業(yè)對生物多樣性影響評估；楊易（通信作者），重慶大學(xué)環(huán)境與生態(tài)學(xué)院，教授，研究方向?yàn)闅夂蜃兓瘜r(nóng)業(yè)系統(tǒng)的影響和可持續(xù)健康飲食的環(huán)境效益分析等。

文章來 源 ： 湯瑞瑜, 宋潔, 朱廣宇, 等. 氣候變化對可持續(xù)農(nóng)業(yè)的挑戰(zhàn)及對策[J]. 科技導(dǎo)報, 2025, 43(17): 132?140 .

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