應對氣候變化，可持續農業該如何轉型？

原文發表于《科技導報》2025 年第17 期 《 氣候變化對可持續農業的挑戰及對策 》

不可持續的現代農業已成為全球生態環境惡化的關鍵驅動因素。現有研究多局限于單一學科視角，缺乏系統評估農業造成的環境問題與氣候變化互饋機制的綜合框架。本文基于行星邊界框架理論，評估了農業生態環境問題及其在氣候變化背景下的多維挑戰，深入闡釋了作用機制、影響程度及地理分布格局，同時剖析了關鍵要素間的互動反饋效應。提出了應對氣候變化的農業發展路徑與政策建議，以期為應對氣候變化背景下可持續農業發展面臨的挑戰提供理論支撐與實踐指導，助力農業向可持續、氣候適應型系統的轉型。

農業作為人類社會生存與發展的基礎，在保障全球糧食安全和維持經濟穩定方面發揮著核心作用。然而，隨著全球人口增長、經濟快速發展以及飲食結構轉變，農業生產面臨的壓力持續加劇，不可持續的農業生產方式對全球生態系統的負面影響也日益凸顯（圖1）。這些環境問題不僅嚴重威脅農業生產的可持續性，還對實現聯合國可持續發展目標（SDGs）構成了嚴峻挑戰。

圖1 農業對全球主要環境影響的貢獻

在此背景下，如何實現農業的可持續發展已成為全球關注的重要議題。然而，現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，亟需從地球系統科學的整體視角出發，對氣候變化如何影響農業多要素以及如何重構多邊界要素間的相互作用關系進行分析，這對于制定氣候變化背景下農業可持續生產策略至關重要。

行星邊界框架（planetary boundaries）由可持續發展領域專家Rockstr?m等于2009年提出，為理解人類活動與地球系統的相互作用提供了重要視角，可用于分析農業生產活動對地球系統各個邊界的影響。基于此框架，我們的研究旨在回答以下2個核心問題。

• 一是機制解析：氣候變化如何加劇農業對生態環境的壓力？

• 二是路徑探究：如何通過多層面協同措施，引導農業在氣候變化背景下實現可持續發展？

1 氣候變化下農業系統多維挑戰

氣候變化通過削弱農業生產力、改變水資源分布格局、過度開發土地資源、加速生物多樣性喪失、加劇農業氮磷污染以及增加溫室氣體排放等途徑，顯著加劇了農業對環境的負面影響。

1.1 氣候對農業用水的影響

氣候變化對降水（強度、頻率、持續時間）和溫度的影響，由于陸地–大氣反饋作用而增強，極大改變了雨養農業和灌溉農業的用水需求與可用性。21世紀，全球灌溉格局已發生顯著變化，尤其是水資源緊張的地區。氣候變化還通過干旱加劇了農田對地下水的依賴，進而增加了區域地下水枯竭的風險。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，依賴灌溉維持產量的農業區可能普遍面臨地下水枯竭的風險（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域預測

1.2 氣候對農業用地的影響

氣候變暖使北半球高緯度和高海拔地區的農業條件得到改善，驅動農業適宜種植區持續北移。然而，這種農業格局的重構帶來了土壤健康問題，特別是加速土壤有機質分解，降低土壤持水保肥能力，進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，威脅農業生產的可持續性。土壤增溫加速了有機質的分解，導致CO2排放增加，降低土壤pH值，增加重金屬活性，從而促進作物對重金屬的吸收。此外，氣候變化導致的極端降水事件頻發，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，蒸發量增加、風蝕加劇和沙塵暴頻發等共同導致土地沙化和土壤肥力下降，進而引發有效耕地面積減少和作物產量顯著下降。更為嚴重的是，氣候變化引起的海平面上升還可能加劇土壤鹽堿化現象，并使沿海農田永久性淹沒，可用耕地面積進一步減少，對農業生產和糧食安全構成直接威脅。

1.3 氣候通過農業對生物多樣性的影響

氣候變化加劇了農業系統的脆弱性，使得主要農作物的穩定性和抗風險能力顯著下降。雖然高緯度地區因氣候變暖可能獲得增產潛力，但中低緯度地區的減產將加劇糧食安全風險。為應對產量波動，農業生產者通過開墾新耕地或增加土地利用強度以抵消減產。但這種土地擴張或土地集約化往往導致熱帶雨林和草原等自然生態系統的退化，引發“集約化陷阱”，進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”創造了有利條件，迫使農業系統增加農藥使用。這種化學防控手段不僅直接導致傳粉昆蟲和天敵種群的區域性滅絕，還通過食物鏈的生物富集效應擾亂食物網結構，對生物多樣性產生連鎖式負面影響。同時，氣候變化驅動的物種分布區偏移加劇了生物入侵風險，外來物種通過資源競爭擠壓本地物種的生態位，進一步威脅生物多樣性。

1.4 氣候對農業氮磷污染的影響

在氣候變化背景下，為保障農業產量，氮肥（N）和磷肥（P）的投入持續增加。大量氮磷的輸入改變了全球氮磷循環，而氣候變化又進一步加劇了大氣氮磷沉降，放大了農業對生態環境的負面影響。降水模式的改變和溫度的上升，使農業土壤中氮和磷的流失形式、數量和時間，以及它們在景觀中的遷移路徑發生了變化。降水變異性的增加會使更多的氮磷通過徑流、淋溶等形式脫離農田生態系統，流失到周邊環境中。此外，氣候多變性的其他要素，如夏季熱浪、寒冷環境中更頻繁的凍融循環和干旱事件，也會對農業生態系統中的氮磷流失產生顯著影響，且這些影響在空間分布上具有較強的區域差異性。這些變化不僅形成了惡性循環，還對農業生態環境產生長期且復雜的負面影響，嚴重威脅農業生產的可持續性（圖3）。

圖3 由于預估降水增加，全球會經歷地下水和地表水氮污染的地區

1.5 氣候對農業溫室氣體排放的影響

氣候變化通過直接和間接機制加劇了農業GHG排放。

在直接機制方面，氣候變暖促進水稻根系生長和分泌物釋放，刺激稻田產CH4微生物的生理活動。氣候變暖還會促進牲畜糞便發酵產生CH4，而升溫和降水增加可創造有利于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，促進非生長季節N2O排放。

在間接機制方面，氣候變化通過改變農作物物候導致作物減產，這引發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業化學品效能，為維持產量需要增加更多化學品投入，而這些農業化學品的大量生產可能會產生額外的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消化率，導致反芻牲畜CH4排放量增加。

2 應對氣候變化的農業發展路徑與對策建議

面對氣候變化、人口增長與經濟發展帶來的各種挑戰，亟需從基礎研究、產業發展、行為轉變、技術支持、政策保障、長遠規劃等出發，構建具有氣候適應性與可持續性的農業糧食體系，形成生產、供應與消費協同發展的綠色供應鏈模式（圖4），推動未來農業可持續發展。

圖4 氣候智慧型農業全鏈條可持續措施框架

2.1 推廣氣候智慧型農業的發展

氣候智慧型農業（CSA）及一系列可持續管理實踐（如間歇性灌溉、精準施肥、豆類輪作等）在降低農業環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對。

• 第一，可通過提供分層次的政府補貼、引入氣候保險等方式降低技術采納門檻，并借助合作社等組織構建知識傳播網絡。

• 第二，為提升技術適配性，應建立“平等對話”機制，系統收集并整合農戶反饋，優化技術參數。

• 第三，可推動多方協同機制，由政府、企業及科研機構共同提供“打包式”服務，如定制肥料、補貼農藥投入，并通過數字化工具（如農業技術APP）擴大服務覆蓋。

• 第四，建議建立統一的“監測—報告—核證”體系，將CSA納入國家自主貢獻（NDCs）等氣候政策框架，同時依托碳交易市場為農業生態服務提供合理的經濟回報。

2.2 推動農業綠色供應鏈建設

第一，推動物流綠色轉型。推廣新能源運輸工具，構建多式聯運樞紐；結合AI算法優化配送路徑與裝載率；通過屋頂光伏、余熱回收與節能照明，推進“零碳倉儲”與能效提升。

第二，構建循環經濟模式。推進農業副產品資源化，發展秸稈制生物炭、農膜與包裝材料回收及再加工的“源—匯—源”閉環產業鏈；推廣可降解與可回收包裝，替代傳統塑料包裝；依托農機共享平臺，以租賃模式提高設備利用率。

第三，推動供應鏈數字化。融合區塊鏈與物聯網，構建可視化溯源與質量安全追蹤系統；部署基于生命周期評價的碳足跡監測平臺，建立環境績效實時優化機制；利用機器學習預判市場波動與氣候風險，增強供應鏈彈性與應急響應。

第四，強化政策保障。設立綠色信貸產品，定向支持冷鏈基建與技術升級；完善中央和地方儲備聯動機制，縮短供應鏈“最后一公里”距離；推進綠色供應鏈政策“先行先試”，打造試點示范區；構建綠色采購、綠色金融與碳排放市場等激勵體系，營造有利于零碳供應鏈構建的制度環境。

2.3 引導可持續健康飲食結構的轉型

第一，強化消費引導。通過食品包裝上的碳足跡標簽，引導消費者選擇低碳食品；在超市設立可持續食品專區，突出展示本地應季蔬果和植物蛋白產品。

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

第三，公眾教育。聯合媒體和營養學家推廣行星健康飲食理念；通過碳標簽和短視頻等方式，提升消費者對飲食與環境關系的認識；發起“節約挑戰”等互動倡議，鼓勵公眾參與，營造節約型消費氛圍。

第四，政策引導。通過對高碳食品征稅、健康食品（如蔬果）加大補貼，激勵市場主體增加低碳健康食品供給；推動農業政策改革，建立“作物中性”政策取向；并將營養目標納入農業政策評估體系；制定公共機構低碳膳食規范，建立基于生命周期碳排放核算的食材采購標準，逐步減少紅肉等高碳食材供應比例。

2.4 加大科技創新與技術研發支持力度

加大對前沿農業技術的研發投入，加快其成熟和商業化步伐，是未來農業適應與減緩氣候變化的戰略重點。目前，人工智能與機器學習在農業場景中的嵌入式應用日益增強，可通過遙感數據與地塊信息模型實現灌溉、施肥等資源投入的精準化管理，減少農資過度施用。納米技術則有望推動控釋型農藥與肥料的應用，提升資源利用效率并降低環境負擔，實現綠色輸入替代。此外，多年生作物與農業光伏系統的復合布局，有望在減少土地擾動的同時，提高農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則為作物抗逆性提升和土壤功能修復提供了新的技術路徑。與此同時，浮動式光伏、垂直農業、智能灌溉和農業機器人等多元技術形態，亦在空間利用、水資源管理與勞動力替代等方面拓展了農業系統的適應能力與轉型空間。

2.5 完善農業綠色轉型政策體系

第一，應明確綠色農業政策框架。政府應以精準、協同、可持續為導向，明確綠色農業發展目標、重點領域和實施路徑，推動政策的整體協調性。

第二，加大對農業綠色技術和產業的資金支持。政府應通過財政補貼、稅收優惠和貸款貼息等手段，促進綠色農業技術的研發與推廣。

第三，推動綠色生產模式的政策引導。應通過優化農業種植結構，推廣智慧農業、保護性耕作和有機農業等綠色生產方式，推動農業生產方式的轉型升級。

第四，完善農業碳排放與減排政策。政府應進一步完善碳排放交易機制，明確農業部門的減排責任與目標，鼓勵農民采用低碳減排技術，通過財政補貼等手段支持低碳農業的發展。

第五，加強政策執行與監督。應建立健全的農業綠色發展評價體系，定期評估政策實施效果，確保綠色農業政策的有效落實。政策執行應具備透明性和公平性，及時發現問題并進行調整與優化，確保綠色農業政策的長期有效性。

2.6 未來研究方向

基于現有研究，提出5個關鍵的優先研究問題，貫穿氣候變化與農業系統的多維度影響路徑，為未來研究提供了重要方向。

• 第一，量化氣候–農業多路徑反饋效應。

• 第二，填補氣候變化如何通過農業影響生物多樣性的機制空白（圖5）。

• 第三，研究氣候變化背景下農業綠色低碳轉型的可持續性路徑。

• 第四，全面評估新技術應用于農業的綜合影響。

• 第五，系統評估農藥使用與氣候變化的交互影響及優化路徑。

圖5 氣候–農業–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，重慶大學環境與生態學院，碩士研究生，研究方向為農業對生物多樣性影響評估；楊易（通信作者），重慶大學環境與生態學院，教授，研究方向為氣候變化對農業系統的影響和可持續健康飲食的環境效益分析等。

文章來 源 ： 湯瑞瑜, 宋潔, 朱廣宇, 等. 氣候變化對可持續農業的挑戰及對策[J]. 科技導報, 2025, 43(17): 132?140 .

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