《科學》雜志聚焦中國糧食安全問題

　　我們想弄清全球變暖對農作物的影響……

　　我們正在探索具有中國特色的氣候變化。

　　侯瑞興（音譯）在一塊塊的冬麥田間曲折地前進著，最終駐足于懸掛著紅外線加熱器的橫梁下。為了模擬氣候變化，中國山東省禹城綜合農業試驗站每隔15米就會安置一盞燈，這些臨時使用的設備可以將室溫升高1.6攝氏度，達到模型所預計的此地2030年的平均氣溫。作為一名研究生，侯瑞興每年在實驗站生活8個月。他指著兩排小麥，解釋著傳統的人力耕作和機械耕作所面臨的土地熱量和水源的困境。他說：“實驗室進行了大量的實驗。”但是沒有一項實驗可以驗證新品種的實際產量。

　　半個世紀以來，由于該地地處被喻為中國糧倉的華北平原的東部邊緣地帶，大批中國科學家聚集到該地區，以研究這個緊迫的農業難題。該地區位于黃河正北方，是應對一系列糧食安全問題（如洪水防控、干旱、風化以及鹽堿地）的前沿陣地。除了這些備受關注的問題之外，研究者現在將進一步探討氣候變化及其對糧食產量的影響，來自中國科學院地理科學與資源研究所的農業氣象專家陶福祿說：“我們想弄清全球變暖對農作物的影響。”

　　《科學》雜志指出，從全球范圍來看，科學家和政策制定者正在研究氣候變化對農業的影響。但是對于中國來說，這是一個極其緊迫的問題。中國擁有全球20%的人口，卻只占有7%的耕地，由于快速的城市化進程，耕地面積正在持續縮減。中國國土資源部的資料顯示，從1998年到2006年，每年平均有超過86萬公頃的可耕地被城市吞噬。同時，變化中的飲食習慣在很大程度上加速了糧食消費的增長。隨著中產階級的不斷發展，對于肉類的需求也持續增長，這將為土地和水資源帶來更多的壓力。根據美國的智囊團體——地球政策研究所的資料：1978年，中國肉類消費總計800萬噸，但到2012年，這一數字激增至7100萬噸。2011年，中國1/3的糧食被用于家畜飼養和水產養殖。

　　氣候變化會使情況更加惡化。根據2011年頒布的中國政府《第二次氣候變化國家評估報告》，2050年，持續的海平面上升極有可能威脅到中國東部的水稻產區，同一時間，北部8省將可能會面臨極其嚴重的缺水。

　　根據中國氣象局（CMA）的記錄，禹城附近2011年的平均氣溫已經比1955年高出了0.8攝氏度。在冬季和春季，這一變化的感覺尤為明顯，而這一時期正是該區域的主要糧食作物——冬小麥的生長期。農作物生長會經歷不同的階段，從種子發育到開花結果。陶福祿認為，應當將氣候變暖對多種農作物不同生長階段所造成的影響繪制成圖，這對了解氣候變化的影響是極為重要的。

　　他的團隊發現，與傳統觀念不同的是，氣候變暖導致中國心臟地區農作物的整體生長周期變短。盡管溫暖的氣候加速了小麥的早期發育，但對最終產量有決定性影響的再生產階段并沒有什么改變。陶福祿和其他研究者正嘗試著梳理出這一情況對產量意味著什么。小麥的產量是種植的谷物數量和每株谷物重量的乘積。來自美國斯坦福大學糧食安全與環境研究中心的農業科學家David Lobell解釋說：“谷物的數量由小麥生長的中間階段決定，而每株谷物的重量則由再生產階段決定。”陶福祿認為，對于禹城，Lobell的話揭示了這一事實：過快的生長將導致谷物的數量減少，最終導致產量降低，除非研究者能開發出新型的、對變化中的氣候條件更加適應的新品種。

　　根據CMA以及中國地方農業部門1980年到2008年的記錄，陶福祿嘗試著將氣候因素從其他影響產量的因素（例如農作物管理以及農業化肥的使用）中梳理出來。在一份去年10月在線發表于《氣候研究》雜志的報告中，陶福祿將近30年來的氣候變化、降水量以及日照變化與小麥和玉米的產量相聯系，并認為受上述3種氣候因素變化影響，兩種糧食作物產量分別減少1.3%和1.7%。這意味著數十萬噸的糧食產量損失。來自中國農業科學院和美國國際糧食政策研究所的一個小組也認為氣候變化對糧食生產具有重大影響。他們于2009年發表在《農業和森林氣象學》雜志上的一份報告顯示，1979年至2000年之間，氣候變暖導致中國的小麥產量下降4.5%。

　　《科學》雜志認為，區域差異使得問題更加復雜化。在寒冷的中國北部，平均氣溫的上升速度較全國平均水平更加迅速，這使得可耕地面積增加。但是陶福祿警告說，由于氣候變化會在這一水資源本就短缺的區域增加干旱以及極端天氣發生的頻率，因此，潛在的農業利益可能是水中月、鏡中花。

　　中國北方大部分地區氣候干旱，使得農業生產依賴黃河以及其他水源的灌溉，但是水污染導致中國的“母親河”水質下降，同時不斷發展的城市也在與農業灌溉爭奪水源。過去40年里，大約有1200億立方米的水源是從井水以及河水——而不是雨水中抽取，這導致地下水位不斷地下降。陶福祿說：“最大的問題是缺水。”

　　2009年，一項在禹城進行的試點項目中，農民以他們實際從灌溉網抽取的水資源為標準支付費用，而不是根據灌溉的畝數計算。老舊的混凝土灌溉河道上裝有超聲波傳感器以便測量水位，并且向當地的用水協會實時提供用水數據。在實驗中心，農民可以通過電腦終端檢查他們的用水量信息。

　　在中國的水稻產區，氣候變暖或許可以短時間提高產量，但是同時也很可能會加劇高溫帶來的危害。陶福祿說：“不斷增加的高溫天氣頻率是一個危害因素。”時間非常緊迫，如果水稻在受粉期暴露于超過37攝氏度的溫度下，例如2003年夏季的持續高溫，花粉便可能不育。來自美國農業部農業研究院的農業科學家Jerry L.Hatfield說：“哪怕只是短時間地暴露在高溫環境下，水稻的產量都將顯著地減少。”

　　《科學》雜志提出，面對這些挑戰，中國正在思索應對策略。來自CMA的科學家周廣勝正在編輯來自中國研究機構的有關氣候變化和農業的數據，他說：“政府目前對于如何設計應對政策還沒有一個清晰的思路，但是希望能夠全面了解形勢。”就目前他所觀察到的趨勢來看，與氣候相關的災害，包括旱災以及其他自然極端天氣的暴發頻率呈上升趨勢。

　　備選的糧食安全應對策略包括變更耕作制度、調整灌溉方案，以及選種或培育新品種以適應新的氣候條件。亞洲其他地區的研究對于中國有很多值得借鑒之處。在以菲律賓Los Banos為基地的國際水稻研究所（IRRI），科學家正在鑒別可以在氣溫不太熱的清晨就散發花粉的品種。該機構還培育出了具有良好抗洪和抗旱特性的水稻品種，并且在印度東部地區已經開辟了試驗田，該地區的水稻產量對降水量的依賴性極大，IRRI主管Robert Zeigler說：“我們謹慎樂觀地認為，我們有能力培育出不同品種的水稻，可以適應氣候變化帶來的各種挑戰。”

　　把目光投回禹城，一些當地農民并非被動地等待如何應對的科學論斷。47歲的農民趙夏珍（音譯）擺弄著亮橘色的頭巾說道，近年來，10月下旬小麥收獲季節的氣溫一直在穩步上升。5年前，她們家注意到小麥長得比原來快。如果小麥成熟得過快，會因為霜凍而損失部分收成，因為，過快生長的小麥會更加脆弱。為了避免損失，她們開始推遲5到6天播種。她們的收成變得穩定。其他按照老方法循規蹈矩的農民就沒有那么幸運了。趙夏珍說：“他們的莊稼受了損失。”

       來自地理科學與資源研究所的李云生認為，將這些觀測結果轉化成政策歸根到底需要對不斷變化的氣溫和降水模式進行更多的調研。為了建立一套在中國各地都通用的生態系統模式，李云生說：“我們正在探索具有中國特色的氣候變化。”