随着全球气候变暖趋势加剧，极端气候事件对粮食生产的影响愈发显著。2023年中国粮食生产遭受极端气候的严重冲击，导致全国农田大面积减产，对粮食安全构成了严重威胁。中国未来粮食生产的核心任务是提高对各种灾害的长期防御能力，重视气候平均状态随时间的变化给未来农业生产带来的挑战，确保粮食生产的安全与稳定。

  全球大部分地区的作物产量变化与气候平均状态随时间的变化紧密关联，极端气候事件将明显地增加粮食不安全的风险。自21世纪以来，中国南部、西北部和东北部地区7天内连续发生极端气候事件的概率增加了5～10倍，在全球升温1.5℃的背景下，百年一遇的日最高气温和夜最冷气温事件的风险预计将增加14.4倍和31.4倍,国内粮食产量波动和农产品贸易政策调整都将对全球粮食贸易产生重大影响。全球变暖导致的气候平均状态随时间的变化和种植条件的改变，使中国农业部门面临着严峻的挑战，如何有效应对极端气候事件将成为未来中国粮食生产的核心问题之一。

  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。受此影响，2023年全国夏粮播种面积较上年增加118万亩，但全国夏粮总产量减少25.5亿斤，其中小麦播种面积较上年增加146万亩，产量减少24.5亿斤。

  应对极端天气，各地各部门采取一定的措施，积极行动，防灾减灾。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。

  为提高农业系统抵御极端气候的能力，我们提出了以下应对措施：实施农业布局的战略性调整、研发新抗性新品种的高产作物、兴建农田水利工程，推广水资源管理和高效灌溉技术、关注土壤质量和土壤保肥保水能力、建立健全农业政策，注重生态环境的保护与恢复、发展和完善农业金融服务以及研发农业灾害预警系统（图1）。

  中国北方地区生产全国约60%的粮食，但只拥有24%的淡水资源，始终面临着水资源匮乏的问题。此外，随着中国北方灌溉面积的扩大，过度开采导致的地下水水位下降将会加剧干旱，对环境产生不利影响。

  中国目前的种植制度仍以热量为主导，随着气候变暖和积温增加，丰富的热量资源将导致种植北界向北移动，二熟制和三熟制的面积将会扩大，华南地区三熟制北界将从长江流域移动至黄河流域。对于南方满足种植双季稻的地区应利用气候变暖带来的升温优势，大力推广种植双季稻和再生稻以提高全国水稻产量。充分的利用升温趋势，有望在某些特定的程度上缓解中国北方粮食生产与水资源短缺的矛盾，并发挥南方水汽充足的天然条件。

  通过培育和推广能适应气候平均状态随时间的变化的新品种作物，深入对抗旱、抗涝、抗病虫害等特性作物种类的研究，提升农业适应气候平均状态随时间的变化的能力。解决这一个问题的一个实用方案是根据给定种植系统中预期的最恶劣天气情况来确定植物所需的适应性，开发具有广泛适应性的品种，使植物可承受在同一区域或同一年内发生的干旱、洪水和别的可能极端气候事件。在未来气候多变的背景下，需要国家加大对于作物育种、选种工作的支持，研发出更多种类、更多特性的新品种作物。组织各地区高校、科研院所和农业公司进行科研交流和成果互惠，加快农业科学技术进步和技术迭代更新，构建创新、多元的农业科研环境。

  目前部分地区农田水利设施仍存在配套设施不完善、数量不充分，用水不科学、不高效等问题，受经济条件等因素限制，部分地区的农田水利基础无法抵御极端气候，一旦遇到干旱或洪涝灾害，将无法及时灌溉或排水。未来应持续推进农田水利设施建设，提高工程标准，保障农田用水排水安全，在提升农田水利设施建设的同时，也应配套节水设施建设，实施科学的保水用水管理措施，采用农业高效节水灌溉模式。

  土壤中的有机碳含量占陆地ECO碳含量的60%以上，对气候平均状态随时间的变化有着重要影响，影响着作物的发育和健康。此外，土壤有机碳是土壤质量的核心，是衡量土壤肥力的重要指标，影响着作物的发育和健康。增加土壤有机碳对于应对极端气候至关重要：

  提高土壤有机碳的数量和质量能改善土壤结构稳定性、保水能力、孔隙度和对水的利用效率，提高对干旱、热浪和气候突变的耐受性。

  中国作为全球氮肥生产与消耗大国，由于施肥方式不科学导致氮肥利用效率低下，过量的氮肥造成了严重的土壤、水、大气污染。中国同时还是农药生产与消耗大国，农药使用不科学、不合理导致过量的有毒农药残留，威胁着生产生活安全。过去，为养活日渐增长的全国人口，粮食生产模式存在不科学、不可持续等问题，经济效益低下并对环境造成了严重压力。

  中国耕地破碎化现象都会存在，人均耕地资源有限，农业生产仍以小农为主。氮肥大量施用导致的氧化亚氮等温室气体排放将会促进加剧升温速度，提高极端气候事件的发生概率。与现代规模化农场相比，这些破碎的农田设施配套不全面，生产经营方式不科学，生产力和抵御风险的能力低下。规模化的农场在应对极端气候事件时拥有更加专业有效的解决方案和更完善的灌溉、排水设施。

  农民承担风险的能力往往较弱，完善的农业金融服务体系可以为农民提供多样化的金融服务。发展农业保险需要加强对农民的宣传教育，强调极端气候对农业生产的影响。由于农民收入水平普遍较低，高昂的保费可能会抑制农民购买农业保险的积极性。在农业市场的监管方面，防止农作物价格会出现不合理波动，确保市场行情报价的稳定和公平。

  人工智能的发展极大促进了精准气象预报服务。开发先进的环境预警系统能够实时监测和评估气候平均状态随时间的变化对农业生产的影响，科学应对极端气候事件。同时也加强人工干预天气的能力和方法，通过现代科学技术手段改变天气条件。各地还需要制定充分预案，开展相关演练，充分应对突发的极端气候事件。

  “十四五”发展规划仅描述了全国各区域目前主体的作物熟制情况，但未强调如何利用积温优势。全球升温带来热量资源将改变中国的作物熟制，建议在当前升温背景下尝试新的作物熟制以应对极端气候事件。发展规划针对不一样地区和不同粮食作物，制定具体的育种要求。各地还需要制定充分预案，开展相关演练，充分应对突发的极端气候事件。发展规划提及农业生产的集约化、组织化和规模化经营，推动肥料和农药的合理化施用。发展规划中建议推广秸秆还田和保护性耕作，提高土壤有机碳含量能够增强作物抵抗极端气候的能力，提高产量。发展规划中提到要逐步提高农田高效节水灌溉面积，以实现农业的可持续发展。

  气候变化已对中国农业生产造成了深刻影响，切合实际的解决方案显得很迫切。中国应当持续推进作物对极端气候事件的响应机制研究，提供持续的资金支持和政策引导，促进农学、生态学、遗传学等多学科的深层次地融合。通过深入探索作物对极端气候事件响应与适用机制，为农业生产提供更为精确和高效的科学指导。

  作者简介：许航，中国农业大学资源与环境学院，兰州大学资源环境学院，硕士研究生，研究方向为农业环境效应；刘磊（通信作者），中国农业大学资源与环境学院，兰州大学资源环境学院，教授，研究方向为农业环境效应；刘学军（共同通信作者），中国农业大学资源与环境学院，教授，研究方向为碳氮循环与全球变化。

  论文全文发表于《科技导报》2024年第16期，原标题为《极端气候对中国粮食生产的影响及其应对措施》，本文有删减，欢迎订阅查看。

  《科技导报》创刊于1980年，中国科协学术会刊，主要刊登科学前沿和技术热点领域突破性的成果报道、权威性的科学评论、引领性的高端综述，发表促进经济社会持续健康发展、完善科学技术管理、优化科研环境、培育科学文化、促进科学技术创新和科技成果转化的决策咨询建议。常设栏目有院士卷首语、智库观点、科技评论、热点专题、综述、论文、学术聚焦、科学人文等。