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气候变化对农业的影响

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在乌干达，种植玉米因气候变化（英语：climate change in Uganda）所引发的热浪及干旱而变得日益困难。
系列之一
气候变化
全球过去170年地表温度变化（黑线）与1850年-1900年期间的比较。
背景
  • 大气中的二氧化碳（英语：Carbon dioxide in Earth's atmosphere）
  • 温室效应
  • 温室气体排放
  • 森林砍伐
    		•
    影响（英语：Effects of climate change）
    缓解
    调适
    社会
    地点

    气候变化对农业的影响（英语：Effects of climate change on agriculture）包括因大气中二氧化碳水平变化，影响各地的气温、降水，导致干旱、热浪和洪水，以及有害生物和植物病害的增加，而导致作物产量和营养品质下降，让农业生产更难满足人类需求。[1]:717而影响又在世界各地分布不均匀。[2]在2019年，全球已有数百万人因气候变化而遭受缺乏粮食安全之苦。此外，预计全球作物产量会以每10年以2% - 6%的速率下降。[3]在2019年所做的预测，迄2050年的粮食价格将会上涨80%，导致粮食不安全加剧，对贫困社区的影响尤其严重。[4][5]一项在2021年所做的研究，估计欧洲在过去50年期间受到热浪和干旱对作物生产的影响已增加两倍 - 从1964-1990年间的2.2%增加到1991-2015年间的7.3%。[6][7]

    天气模式变化产生的直接影响是经由气温上升、热浪和降水量变化（包括干旱和洪水）所造成。大气中二氧化碳水平的增加导致作物产量增加（由于二氧化碳施肥作用（英语：CO2 fertilization effect）），但也让作物的营养价值降低（微量营养素水平降低）。气候导致的有害生物、植物病害和杂草的变化也会让作物产量和营养价值下降。海平面上升会导致农田流失（气候变化的间接影响）。然而，随着永久冻土解冻，会出现更多可耕地，但冰河退却（英语：Retreat of glaciers since 1850）会导致可用灌溉水源降低。其他影响包括土壤侵蚀和土壤肥力，以及生长季节长度的变化。因为气候变暖，真菌（会产生真菌毒素）和细菌（如沙门氏菌属）会增加，对食品安全造成负面影响和损失（额外经济负担）。气候变化影响到陆地降水、蒸发和土壤水分的扰动，造成或是加剧水资源稀缺（英语：Water scarcity），对农业有重大负面影响。 [8][9]

    但经由施行各式气候变化调适措施可把气候变化对农业的风险降低。这些措施包括管理方式改善、农业创新、体制变化和采用气候智能型农业（英语：climate-smart agriculture）。[2]:513[10]为建立可持续粮食系统（英语：sustainable food system），这类调适措施被认为与气候变化缓解措施具有同样重要功能。[11][12]

    气候变化的直接影响

    气温上升

    气温和天气模式变化会改变适于农业活动的区域。[13]目前所预测的是在全球干旱和半干旱地区（中东、非洲、澳大利亚、美国西南部和南欧）的气温将会升高，降水将会减少。[13][14]此外，热带地区的作物产量预计将受到在本世纪上半叶发生的温和升温（1-2°C）的负面影响。[15]在本世纪下半叶，预计进一步变暖会降低包括加拿大和美国北部在内地区的农作物产量。 [14]许多主食作物对高温极为敏感，当超过36°C时，大豆幼苗就会死亡，玉米花粉也会失去活力。[16][17]

    但一些地区由于冬季气温升高和无霜天数增多，生长季节会延长。[18][19]例如一项在2014年所做研究发现，由于气温升高，中国黑龙江省地区的玉米产量每10年会增加7%至17%。[20]

    热浪

    于2022年夏季，可能与气候变化有关的热浪以及干旱，导致欧洲的粮食产量降低。谷物产量比过去5年平均值降低2%，但有少数作物，如甜菜根及马铃薯的产量较平均值稍佳。[21]

    牲畜发生的高热现象

    高热（体温过高）会影响动物的生长和繁殖，以及它们的进食量，继而影响到乳制品和肉类的生产。为改善牲畜生产力，动物需要容易获得水，同时把喂食改到一天中较凉爽的时间。强化畜舍的通风也有助于对抗这种高热现象。[22]不同的牲畜物种应对高热的能力各不相同。

    降雨量变化

    越南芹苴市下辖平水郡，一处受气候变化导致干旱之害的水稻田。

    降雨量变化导致干旱和洪水发生，让作物减产。由于极端天气事件变得更为普遍和严重，衍生的洪水和干旱会毁坏庄稼，破坏粮食供应，中断农业活动，让农民丧失生计。[19][23]在一些发展中国家发生的干旱，把原本已有的饥荒和营养不良情况变得更为严重。[24][16]

    利用灌溉方法进行局部地区降温能减少甚至消除因降雨量减少和温度升高对作物产量的影响。然而，使用水资源进行灌溉也有缺点，例如灌溉用水必须从更远的地方输送而来，成本高昂。[13]

    由于全球变暖，干旱更加频繁发生，预计在非洲、南欧、中东、美洲大部分地区、澳大利亚、南亚和东南亚，这种情况会变得更频繁和严重。[25]这类影响因许多地区的用水需求增加、人口增长和城市扩张，会更为强化。[26]干旱导致作物歉收以及牧场的草料枯萎。 [27]一些受干旱影响地区的农民会因此放弃农耕，迁往别处。[28]

    在21世纪初，可能与气候变化有关联的洪水，把美国中西部地区的种植季节缩短，造成农业部门的损失。 在2019年5月发生的洪水将原本预计的150亿蒲式耳玉米产量降至142亿蒲式耳。[29]在2021年欧洲洪灾期间，估算显示比利时的农业部门受到严重破坏，该国是受洪水影响最严重的国家之一，包括如土壤侵蚀等的长期影响。[30]

    冰雹尺寸变化

    由于气候变化，美国北部的冰雹天数总体上会减少，但夹杂较大尺寸冰雹的风暴可能会变得更为普遍。[31][32]直径大于1.6英寸的冰雹很容易打破玻璃，破坏温室设施。 [33]

    二氧化碳浓度增加的直接影响

    二氧化碳施肥作用导致作物、草类和林业产量增高

    大气中二氧化碳含量升高，会对植物产生不同的影响。高浓度二氧化碳经升高的光合作用速率来加速植物生长及增加产量，并因关闭气孔，导致植物水分流失减少。[34]

    本节摘自二氧化碳施肥作用（英语：CO2 fertilization effect）。

    二氧化碳施肥效应（或称碳施肥作用（carbon fertilization effect））导致光合作用速率增加，同时又会限制植物叶片的蒸发散作用。这两个现象均为大气中二氧化碳含量增加后的结果。[35][36]这种作用因植物种类、空气和土壤温度以及水和养分的可用性而异。[37][38]植物净初级生产力 (NPP) 会因碳施肥作用而产生积极响应。[39]但有证据显示来自二氧化碳施肥作用，导致的植物光合作用速率升高并不能直接促进所有植物的生长，因此也不能直接促进碳储存。[37]据报导，碳施肥作用是自2000年代以来植物初级生产力 (GPP) 毛额有44%增长的原因。 [40]三种电脑模型 - 地球系统模型、陆地系统模型和动态全球植被模型（英语：Dynamic Global Vegetation Model）均被用于调查和解释与大气中二氧化碳水平增加相关的植被趋势。[37][41]但与二氧化碳施肥作用相关的生态系统过程仍难确定，因此建模研究有其困难。[42][43]

    陆地生态系统已把大气中的二氧化碳浓度降低，并部分将气候变化影响缓解。[44]由于人类活动对大气中的二氧化碳影响越来越大，植物对碳施肥作用的反应不太可能在下个世纪（22世纪）把大气中二氧化碳浓度降低。[36][37][45][46]自20世纪80年代初期以来，地球上植被颜色明显变得更绿，[47]主要就是由于大气中二氧化碳浓度上升的结果。[48][49][50][51]

    理论上热带地区会因此施肥效应而有最大的二氧化碳吸收量，但尚未透过观察加以证实。施肥效应所吸收的二氧化碳数量也取决于森林如何应对气候变化，以及森林是否受保护而未遭砍伐。[52]

    农作物营养价值下降

    大气中二氧化碳的变化会降低某些作物中的营养品质，例如小麦的蛋白质和某些矿物质含量会较低。[4]:439[53]尤其是对C3类二氧化碳固定植物（例如小麦、燕麦、水稻）的营养品质风险更大：预计蛋白质和矿物质（例如锌和铁）含量会降低，[1]:1379可能降低的幅度在3%至17%。 [54]这是针对2050年的预期大气二氧化碳水平下种植粮食的结果。研究报告撰写者采用联合国粮农组织（FAO）和其他公共来源的数据，对225种不同的主食，例如小麦、稻米、玉米、蔬菜、根茎和水果，经分析后而得的数字。[55]

    大气中二氧化碳含量增加对植物营养品质的影响不仅限于上述作物及营养素。于2014年所做的一项统合分析显示在不同纬度暴露于较高二氧化碳水平的农作物和野生植物中所含的镁、铁、锌和钾等几种矿物质的密度较低。[56]

    使用自由空气浓度增强法（英语：Free-Air Concentration Enrichment）的研究结果还显示二氧化碳增加后，会导致作物和非作物植物中微量营养素的浓度降低（包括稻米中维生素B减少，[57][58]）而对人类营养有负面影响。[59][56]这可能会对生态系统的其他部分产生连锁反应，因为植食性动物需要摄取更多的食物才能得到相同数量的蛋白质。[60]

    气候变化在非洲引发的干旱压迫会导致普通豆类的营养品质下降。[61]这情况将主要影响较贫穷国家的人口，由于他们无能力利用摄取更多的食物、更多样化的饮食或服用补充剂来弥补。

    经验证据显示二氧化碳含量增加后会导致植物组织中许多矿物质的浓度降低。二氧化碳浓度加倍会导致矿物质浓度平均下降8%。[62]作物中镁、钙、钾、铁、锌和其他矿物质含量下降后导致人类营养品质恶化。研究人员发表的报告预计在21世纪下半叶的升高二氧化碳水平，会降低小麦、稻米、豌豆和大豆中的锌、铁和蛋白质含量。估计在2010年，全球约有23亿人所在的国家，当地人民须经由这类作物摄取超过60%的锌、和/或铁。估计全球有20亿人有摄取锌和铁不足的问题，而导致每年损失6,300万质量调整寿命年。[63][64]

    除矿物质减少外，有证据显示在双倍二氧化碳浓度条件下，植物的碳含量增加6%，氮含量减少15%，磷含量减少9%，硫含量减少9%。碳的增加主要归因于植物中没有结构作用的碳水化合物 - 人类可消化，提供卡路里的淀粉和单糖。氮的减少直接换算为蛋白质含量减少。因此较高的二氧化碳不仅会降低植物的微量营养素，还会降低其高量营养素（英语：List of macronutrients）的组合品质。[62]

    气候驱动的有害生物、植物病害和杂草的变化（间接影响）

    更多信息：[[:气候变化与入侵物种]]和气候变化与生态系统（英语：Climate change and ecosystems）

    全球变暖将改变有害生物、植物病害和杂草的分布，有降低作物（包括小麦、大豆和玉米等主要作物）产量的可能。[65]

    害虫

    更多信息：有害生物

    目前病原体已影响到全球收成的10-16%，随着植物暴露于有害生物和病原体的风险不断增加，这一水平将有机会上升。 [66]温度升高会提高昆虫种群的基础代谢率和繁殖周期数。 [65]如果温暖的生长季节延长，以前每年只有两个繁殖周期的昆虫可能会另再增加一个，而导致种群激增。温带地区和高纬度地区更有遭到此类昆虫种群急剧变化影响的可能。 [67]一些昆虫物种更能适应这种对其有利的变化而繁殖得更快。[68]

    与气候变化有关联的沙漠蝗群。

    研究显示当二氧化碳浓度升高时，大豆叶子的营养就会降低，因此植食性甲虫必须吃得更多才能获得所需的营养。[16]此外，大豆在高二氧化碳条件下抵御捕食性昆虫的能力会降低。二氧化碳减少植物生产茉莉酸的能力，茉莉酸是种杀虫毒药，当植物感觉到受到攻击时就会分泌。缺乏这种保护，甲虫可更自由啮食大豆的叶子，导致大豆减产。[16]此问题并非大豆独有，许多植物物种的防御机制在高二氧化碳环境中均遭损害。[66]

    历史上，夜间和冬季的低温可杀死昆虫、细菌和真菌。更温暖、更潮湿的冬天促使真菌性植物病害往北蔓延，例如小麦锈叶病（英语：Wheat leaf rust）和大豆锈叶病（英语：Soybean rust）。[69]大豆锈叶病是由恶性植物病原体所导致，可在几天内杀死整片田地的作物，造成数十亿美元的损失，摧毁农户。另一例是加拿大英属哥伦比亚省的山松甲虫流行病，有数百万棵松树染病而亡，原因是冬天不够冷，无法减缓或是杀死正在生长中的幼虫。[16]

    洪水和暴雨发生率增加后也促进其他不同植物病虫害的生长。[70]而另一方面，干旱条件则对于不同种类的害虫，如蚜虫、粉虱和蝗虫的滋生有利。[16]

    蝗虫

    当气候变化导致更热的天气，再加上更潮湿的环境，会提供具破坏性蝗群有利发展的条件。[71]例如在2020年发生在东非某些国家的蝗灾即为一例。[71]

    草地贪夜蛾

    草地贪夜蛾 (Spodoptera frugiperda) 是种具有高度入侵性的植物害虫，近年来已蔓延至撒哈拉以南非洲国家。这种害虫的传播与气候变化有关。专家证实气候变化正给非洲带来更多的农业害虫，这些高度入侵性的害虫对不同的环境具有很强的适应力，因而有机会传播到世界各处。草地贪夜蛾会对农作物造成巨大损害，尤其是玉米，而伤害农业生产力。[72]

    山松甲虫

    主条目：气候变化与生态系统（英语：Climate change and ecosystems）

    杂草、入侵物种和植物病原体

    正在执行中，涵盖美洲关于气候变化、土地利用变化及入侵物种对生态系统产生长期影响的研究计划（图中地点：美国维吉尼亚州弗兰特罗亚尔）。

    杂草与农作物同样会经历繁殖周期加速情况，也同样受益于二氧化碳施肥作用。由于大多数杂草都是C3二氧化碳固定植物，它们与玉米等C4类二氧化碳固定作物的竞争可能会比现在更为激烈。但除草剂会随着温度的升高而效力提高。[73]

    全球变暖会导致某些地区降雨量增加，而导致大气湿度升高以及雨季时间延长，此情况再结合更高的气温，会对真菌疾病发展更为有利。[69]同样的，由于更高的温湿度，可把昆虫和疾病媒介压力升高。[69]气候变化具有改变病原体和宿主相互作用的能力，特别在病原体感染率和植物宿主的抗性方面。[74]受到病害影响的还有为应对而种植不同植物，相关的较高经济成本，以及为治疗和管理已染病作物的额外成本。[75]

    研究显示气候变化会改变病原体的发育阶段。[76]气候变化导致的天气模式和温度变化，迫使宿主迁移到条件更有利于种植的地区，导致病原体随之扩散，而把疾病造成的作物损失升高。 [76][69]

    气候变化有利于更具生物多样性的杂草，而非大多数农场所种植的单一作物。ref name="Rod112" />杂草的遗传多样性、杂交育种能力和快速生长等特性让它们更易调适，这种生物学优势远高于大多数农田所种植的作物。[16]

    除草剂的效力会随着二氧化碳水平的增加而降低，这反过来又增加杂草对除草剂的耐受性。[70]

    对有害生物与杂草的技术解决方案

    主条目：病虫害防治

    有几种解决方案被提出以应对扩大的害虫种群问题。其中一种是增加使用杀虫剂的数量。[77]这方案具有相对成本效益高，以及易于实施的优点，但可能会无效，因为许多害虫已产生杀虫剂抗性（英语：Pesticide resistence）。另一建议是利用生物防止法。[77]做法中包括在农作物行间种植原生植被。此方案有利于整体环境。不仅种植更多的本地植物，而且害虫也不再增强对杀虫剂的抗性。然而这种做法需要更大的种植空间。

    随变化而来的间接影响

    粮食安全、营养不良与粮食价格

    主条目：气候变化与食品安全

    要预估气候变化对各种应用（防止食品变质、保持健康以吸收营养等）和粮食价格（英语：Food prices）波动的影响有其难度。但大多数电脑模型所做的预测确实显示价格波动会更激烈。[78]在2019年，全球有数百万人因气候变化而失去粮食安全。[3]而截至2019年，估计全球有8.31亿人有营养不良问题。[4]:439预测气候变化的影响在很大程度上取决于对未来社会和经济发展所做的预测。

    于2019年所做的一项研究显示，气候变化已对本有粮食不安全问题的国家，更将风险升高。[79]由于气候变化对营养不良，以及在微量营养素缺乏所产生的影响，未来全球人口将会失去更多的健康寿命年（英语：Healthy Life Years）。[1]:717

    粮食价格上涨

    根据IPCC气候变化与土地特别报告 ，全球到2050年粮食价格将上涨80%，而有机会导致粮食缺乏。粮食价格上涨对世界上较贫穷人口的影响远高于对富者的。 [80][5]

    根据社会经济路径，预计在高排放情景 (RCP6.0) 下，全球到2050年谷物价格将上涨1-29%，受影响的程度会因区域不同而有差异，但对低收入消费者的影响尤为严重。[4]:439与无气候变化情景相比，会有额外1-181百万人面临饥饿风险。[4]

    更高的粮食生产成本

    随着耕作成本增加，一些人将不再觉得此行业有经济前景。在大多数低收入国家，于农业部门就业的人口占多数，成本增加会导致人员裁撤或降低收入的结果。[24]其他农民将利用提高粮食价格来应对，把直接把影响转嫁给消费者，消费者负担粮食价格的能力因而降低。一些农作者选择不出售产品，仅用来养活家人或供应给当地社区，在更大的市场内少了此类粮食供应，就会有粮食不足的情况。气候变化会导致粮食产量下降、价格上涨和在某些地区发生饥荒的问题。[81]

    海平面上升与农业用地流失

    海平面上升会导致农业用地流失，尤其是在东南亚等地区。[82]侵蚀作用、海岸线淹没、海平面上升导致地下水盐度升高，以及洪水淹没低洼地，继而而对农业产生影响。

    如果海平面照预期上升，到本世纪末，孟加拉国、印度和越南等地势低洼地区的水稻作物将遭受重大损失。例如越南严重依赖位于该国南端的湄公河三角洲种植水稻。任何程度的海平面上升均会造成巨大的影响。[83]

    冻土变少，耕地变多

    俄罗斯预测在未来二、三十年内，由于气候变暖导致永久冻土融解，会增加可耕地的面积。[84]

    预计北极地区将受益于农业和林业机会的增加。[85]但仍须注意永久冻土解冻后，包含在其中的温室气体大量释放进入大气，而加速全球变暖的风险。[86]

    冰河退缩导致灌溉用水减少

    一些地区十分依赖冰河在温暖的夏季月份融化流出的淡水。而目前观察到的冰河持续消退，最终会耗尽冰河，而减少或消除如此而来的径流。[87]径流减少后将影响灌溉作物所需的用水，同时会减少水库的储量。

    气温升高1.5°C会让亚洲高山的冰量减少约29-43%，[88]依赖冰河和融雪提供淡水以维持生计的社区将受影响。在印度河流域，这类山区冰河水资源提供季风季节以外，高达60%的灌溉水量，以及11%的作物产量。[89]大约有24亿人生活在源自喜马拉雅山河流的流域内。 [90]仅在印度，恒河就为超过5亿人提供饮用水和农业用水。[91][92]

    土壤侵蚀与肥力

    在过去几十年观察到的气温升高将会导致更剧烈的水文循环，包括更多的极端降雨事件。更容易造成土壤侵蚀和退化。土壤肥力也会受到全球变暖的影响。人为因素对农业景观的侵蚀加剧，会在50年内造成高达22%土壤碳（英语：Soil carbon）的损失。[93]

    气候变化也会导致土壤变暖。结果会造成土壤微生物种群数量急剧增加，达到40-150%。温暖有利于某些细菌的生长，而改变细菌群落的组成。升高的二氧化碳会增加植物和土壤内微生物的生长速度，减缓土壤碳循环并有利于贫营养性微生物（英语：oligotroph），它们比富养性微生物（英语：copiotroph）生长更慢，且具有较高的资源效率。[94]

    早花和对生长期的影响

    美国阿拉斯加州荷马的牡丹花种植业者在2019年碰到一个难题，热浪让花提早萌芽，早于市场需求发生的时间。

    由于全球变暖，植物开花时间提前，这种早花会对植物的生存和繁殖造成威胁。提早开花会增加某些植物物种遭受霜害的风险，并导致植物开花与授粉者（英语：pollinator）相互作用间的“不匹配”。 “世界上生产最多的作物中大约有70%在某种程度上依赖昆虫授粉，估计为全球经济贡献1,530亿欧元，约占农业产量的9%”。[95]此外，植物需要刺激才会开花，而刺激通常是漫长及寒冷的冬季“但如果冬天越来越暖和，植物在未经历寒冷的情况下，不会察觉春季来临时会有差异存在。”，如果植物不开花，就无法繁殖。 [96]

    作物生长周期所需的时间首先与温度有关。温度升高会加速发育。[97]对于一年生作物，播种到收割之间的时间因此会缩短（例如，收割玉米会缩短1到4个星期）。这种周期变短会对生产力产生不利影响，因为植物的衰老会被加速。[98]

    作物物候学的变化为其对近期区域气候变化的响应提供重要证据。[99]物候学是对周期性发生的自然现象的研究，以及这些现像如何与气候和季节变化发生关联。[100]在北半球大部分地区的农业和林业均发生显著的物候学变化。 [101]

    食品安全与损失

    随着气候变暖，预计会有更多的食品安全问题和由真菌（会产生真菌毒素）和细菌（如沙门氏菌属）造成负面影响和引起的损失。[102]

    地表臭氧对农作物的影响

    对流层臭氧是种空气污染物，会降低生理机能，将作物的产量和品质降低。[1]:732这种气体“自19世纪后期以来大幅增加”，[1]:732是甲烷排放量增加的结果：甲烷是对流层臭氧的前体。[1]:736

    财务负担

    许多气候变化情景的预测中均提出会造成巨大的财务负担。例如于2003年席卷欧洲的热浪造成130亿欧元农业损失（无保险覆盖）。[15]此外，当厄尔尼诺现象天气条件发生时，导致澳大利亚农民收入低于平均水平的可能性增加75%，会严重影响该国的国内生产毛额（GDP）。[15]印度农业雇用的人数占就业人口的52%，加拿大草原三省的农业产量占全国的51%，这些地区粮食作物生产有任何变化都可能对经济产生深远影响。[18]会对人们在粮食的负担能力和随后的人口健康产生负面影响。

    全球作物总产量估算

    温室气体增加所引起的气候变化，其影响会因作物和国家不同而有差异。[103]在2019年做的估计，全球作物产量在10年内会下降2% - 6%。[3]一项在2021年所做的研究估计，热浪和干旱对欧洲作物产量的负面影响在过去50年中增加两倍 - 从1964-1990年的2.2%增加到1991-2015年的7.3%。[6][7]

    截至2019年，已可观察到低纬度地区的一些作物（玉米和小麦）由气候变化产生的负面影响，而在高纬度地区的一些作物（玉米、小麦和甜菜）则观察到正面影响。[104]:8使用不同的方法来预测未来的作物产量，均得到全球产量下降的一致结果。玉米和大豆产量会随任何升温而减少，而水稻和小麦产量会在升温3°C时达到峰值。[4]:453

    于2019年所做的一项研究，跟踪全球约20,000个政治单位种植的10种作物（玉米、水稻、小麦、大豆、大麦、木薯、油棕、油菜籽、高粱和甘蔗），取得更多关于空间分辨率，以及较从前更多作物种类的详细信息。[79]研究发现由于气候变化（与以2004-2008年平均数据作为基线值相比），欧洲、撒哈拉以南非洲和澳大利亚的作物产量普遍下降，但也有例外存在。从气候趋势来看，全球气候变化对不同作物产量的影响从-13.4%（油棕）到3.5%（大豆）不等。该研究还显示对拉丁美洲的影响总体上属于正面，对亚洲以及北美洲和中美洲的影响则为混杂式。[79]

    较早的预测（2014之前）

    于2007年所做的预测 - 全球农业于2080年代的产量与2003年水平之间的比较。
    Refer to caption and adjacent text
    于2008年所做的预测 - 气候变化会对农业生产力造成负面的影响，发展中国家较发达国家受害更重（CF为二氧化碳施肥作用的简写）。[105]

    在2007年做的预测，在本世纪头几十年中，适度的气候变化将让雨养农业（英语：Rainfed agriculture）的总产量增加5-20%，但各地区存在显著差异。[106]:14–15预测同时还显示与2006年的水平相比，全球到2080年饥饿人数可能会大幅减少。[107][108]预计的社会和经济发展导致饥饿人口减少。预测还显示全球饥饿人口分布区域的变化。 [107]到2080年，撒哈拉以南非洲地区会超越亚洲，成为世界上粮食最不安全的地区，但主要由社会和经济变化，而非气候变化造成，。[108]

    对于接近适宜生长范围较温暖端，或高度依赖水资源的作物，预计将面临重大挑战。得出的结论是（低至中等置信度），如果全球平均温度升高约1至3°C（到2100年，相对于1990-2000年的平均水平），低​​纬度地区某些谷物的生产力将下降，而高纬度地区的生产力将提高。在报告中的“低置信度”是指根据专家判断，特定发现的正确概率约为10分之2。 “中等置信度”大约有10分之5的正确概率。[109]在同一时期，具有中等置信度的预测，全球粮食生产在气温升上约3°C之前时会增加，并在超过约3°C时会下降。[110]

    而在2014年预测，未来气候变化很有可能对低纬度国家的作物生产产生负面影响，而对高纬度地区的影响可能是正面，但也可能为负面。[2]

    美国国家学院在2011年对有关气候变化对作物产量影响的文献做研究。[111]他们对作物产量变化的中央估计如下所示。产量的实际变化可能高于或低于这些中央估计值。[111]:160于2014年所做的一项统合分析，显示共识是预计农业产量将在本世纪下半叶下降，在热带地区产生的影响大于在温带地区的。[112]

    Refer to caption
    于2013年根据几项研究报告汇整，预测在地球不同纬度地区，气候变化的影响程度。[111]:Figure 5.1
    Refer to caption
    于2013年根据几项研究报告汇整，预测几种主要粮食作物产量受气候变化影响的程度。[111]:Figure 5.1

    在无气候变化的三种情景（SRES A1、B1、B2）之下，预计到2080年将有1.0-1.3亿人会营养不良，而另一种无气候变化的情景（SRES A2）预计将有7.7亿人会营养不良。根据专家对所有证据作评估，这些预测有约10分之5为正确的机会。[109]同一套温室气体和社会经济情景也用于包括气候变化影响在内的预测中。[107]三种情景（SRES A1、B1、B2）包含气候变化在内，预计到2080年将有1.0 - 3.8亿人会营养不良，而另一气候变化情景（SRES A2）预计将有7.4 - 13亿人会营养不良。这些预测有10分之2到10分之5为正确的机会。[109]

    调适

    更多信息：气候变化调适

    管理措施的变化

    农业调适措施可为预期的（事前的）或是反应的（事后的），可针对短期或中长期，并在包括农业、自然环境、食品生产和配送以及农村社区在内的复杂系统中的一个或多个层次上发生。调适可由农民个人发起，或由当地农民集体协调。在另一端，可在部门、地区或国家，甚至是全球性进行规划和推动，并取得公共部门的大量指导和支持。[113]

    一个相关的问题是这类调适在多大程度上会超越环境可持续的农业的追求，或实际上与农民例行性对其生产方法和选择所做的持续渐进式改变有所不同。[113]

    农业创新

    农业创新对于解决气候变化的潜在问题有重要作用。包括有更佳的土壤管理、节水技术、挑选与环境相适应的作物、引入不同的作物品种、作物轮作、适当施肥以及支持社区型的调适战略。 [81][114]在政府和全球层面，必须对农业生产力和基础设施进行研究和投资，以更清楚了解问题以及采取最佳解决方法。公共政策和计划必须提供适应环境状况的补贴、教育活动和经济激励措施，加上针对弱势群体的资金、保险和安全网（英语：safety net）。[115][81][66]此外，为贫困或偏远地区提供预警系统和准确的天气预报以协助他们妥善准备。[81]

    制度变革

    除关注农业技术之外，也应促成和资助制度变革，制定出适于气候变化调适的长期政策。 [116]

    由国际半干旱热带作物研究所（英语：International Crops Research Institute for the Semi-Arid Tropics）于2013年所做的一项研究，目的在找出基于科学的、有利于穷人的方法和技术，协助亚洲的农业系统以应对气候变化，而让贫困和脆弱的农民受益。研究报告建议包括在地方规划中加入改进的气候信息，以及加强针对天气所做的农业咨询服务，激励农村家庭收入的多样化和鼓励农民采取自然资源保护措施以增加森林覆盖率、补充地下水和使用再生能源。[117]

    于肯亚东部马查科斯郡实施的“气候智能型农业” 做法。

    气候智能型农业

    本节摘自气候智能型农业（英语：Climate-smart agriculture）。

    所谓气候智能型农业 (CSA)（或称具有气候韧性农业（climate resilient agriculture））是种管理景观的综合方法，以协助施作方式、牲畜和农作物去适应气候变化的影响（英语：Effects of climate change），并在可能的情况下通过减少农业温室气体排放来抵消气候变化的负面影响，同时针对不断增长的人口以确保粮食安全。[118]因此重点不仅在于碳耕作（英语：Carbon farming）或可持续农业，还在于提高农业生产力。

    CSA具有三大支柱：提高农业生产力和收入、调适和增强对气候变化的[[气候变化韧性|韧性}}以及减少或消除农业的温室气体排放。[119]CSA列出各种作物和植物应对未来挑战的行动。例如建议针对温度升高和热压力，栽种耐热作物、采用土壤覆盖（英语：mulching）、水资源管理、建造遮荫房（英语：shade house）、种植行间遮荫树、进行碳截存，[120]以及为牛只提供适当的牛舍与空间。[121]CSA致力于稳定作物生产，同时减轻气候变化的不利影响，并在最大限度内提高粮食安全。[122][123]

    有人试图把CSA纳入核心政府政策、支出和规划框架中。为让CSA政策有效，这类措施必须能促进广泛的经济增长、永续发展目标和减贫。它们还必须与减灾战略、行动和社会安全网计划相结合。[124]

    为特定作物作调适的案例

    马铃薯

    为种植马铃薯做气候变化调适，有助于保持产量，并让当前商业马铃薯品种能在被认为条件不适合的地区种植。让马铃薯适应气候变化的方法包括转移产区、改善用水和培育新的耐受型品种。

    预计某些地区（例如撒哈拉以南非洲[125]）的马铃薯产量会下降，而其他地区（例如俄罗斯北部[126]）的产量将会增加，主要是因水和温度变化因素。同时预计在高海拔和高纬度地区种植马铃薯生产将成为可能，从前这类地区会有霜冻而具有限制。预计此种产量的变化会导致马铃薯产区发生变化。[126]在一些国家，通过转移马铃薯产区，可在很大程度上避免因温度升高和可用水资源减少而导致的减产。 [126]但此类转移的一个潜在问题是马铃薯作物将与其他作物在土地利用上产生竞争。

    培育马铃薯新品种有两种方法：“传统”育种技术，以及基因工程。这类技术有可能栽培出在压力因素下仍保持产量的新品种。[127]

    有助于减少气候变化对种植马铃薯产生负面影响的特性包括：

    • 耐热性，特别是在高温下能维持块茎生长和萌生的能力。在马铃薯产区中，有当前品种能耐受最高温度的国家（例如撒哈拉以南非洲和印度），开发具有更高耐热性的品种对于维持产量甚为重要。[128]
    • 耐旱性。包括更好的用水效率（每单位用水量能产出的食物量）以及可经短期干旱期曝露后而恢复，并产生可接受产量的马铃薯。更深的根系也有好处，目前大多数商业马铃薯品种的根系不深，因而需要经常灌溉。[129]
    • 快速生长/早熟。生长较快的马铃薯有助于适应某些地区中较短的生长季节，[130]较短的生长季节表示还可减少作物害虫在生长季节内完成的生命周期数目。
    • 抗病性。具有这种特性的马铃薯尤其有助于减缓疾病传播到新的种植地区。

    葡萄树

    目前已开发出控制葡萄树周遭温度的系统，把空气加热或是冷却，吹向葡萄果串，可达到10°C温度差距。[131]也可在迷你室利用遮光布和反光箔来控制温度和太阳辐照度。[132]还可用聚乙烯防护罩盖住葡萄树，最高可让温度升高5-8°C，或是降低1-2°C。[133]

    栽种示例

    稻米

    本节摘自稻#Climate change。

    在2010年所做的一项研究发现，由于20世纪后期气温上升和太阳辐射减少，亚洲许多地区的水稻产量有下降现象，这种情况与在气温与太阳幅照无变化时所观测到的并不相同。[134][135]一些地区的收获率下降达到10-20%。该项研究是根据在泰国、越南、尼泊尔、印度、中国、孟加拉国和巴基斯坦中227个农场的记录而进行。这种产量下降的机制尚未明了，但可能与水稻在温暖的夜晚呼吸增加有关，除消耗能量外，且无光合作用的结果。国际稻米研究所对产量的更详细分析后估计温度每升高1°C，亚洲的水稻产量将减少20%。如果在开花期间暴露于35°C（95°F）以上的温度超过一小时，水稻就不会结穗，而不长出任何谷粒。[136][137]

    小麦

    更多信息：小麦和冬麦（英语：Winter wheat）

    气候变化对雨养小麦的影响将因地区和当地气候条件而异。在1981年至2008年期间，全球变暖对特别是热带地区的小麦产量产生负面影响，全球平均产量下降5.5%。[138]

    由于伊朗具有广泛的气候条件，在该国从事气温和降雨量变化的研究可代表世界上不同地区的情况。研究的气候范围包含温带、炎热干旱及寒冷半干旱。在温度升高2.5°C和降雨量减少达25%的情景，显示小麦产量会降低许多。在温带地区降低程度可达45%，而在炎热干旱地区则会超过50%。但在寒冷半干旱地区，产量能有所提高（约15%）。前景看好的调适策略是在播种日期的调整。配合季节性降雨时期，将播种延到11月至1月进行，会对产量有颇显著的积极影响。[139]

    在印度的印度河-恒河平原，高热和水分供应问题预计会对小麦产量产生显著的负面影响。[140]预计平均和最高温度升高产生的直接影响，会导致小麦产量降低多达10%。灌溉用水减少的影响更为显著，产量会减少高达35%。

    对于温带地区，预计会增加小麦的产量，例如加拿大的春麦（在春季播种）。[141]在乌克兰，预计全年气温升高且降水量会增加，该国北部和西北部地区在2050年的冬麦产量（在冬季播种）预计会比2010年增加20-40%。[142]

    酿酒用葡萄

    用来酿酒的葡萄对其周围环境非常敏感，导致产量的季节性变化可高达32.5%。[143]气候是限制葡萄和葡萄酒产量的关键因素之一，[144]除会影响某些葡萄品种对特定地区的适应性外，也会影响所酿造酒的品质。[145][146]葡萄酒的成分在很大程度上取决于产区气候和微气候（参见葡萄栽种区域气候条件（英语：Regional climate levels in viticulture）），此表示要生产高品质的葡萄酒，必须保持气候-土壤-品种的平衡。在某些情况下，气候-土壤-品种之间的相互作用会受到气候变化的威胁。找出葡萄物候学变化的基因将有助于在未来的气候条件下维持特定品种的稳定产量。[147]

    在所有环境因素中，温度似乎会对葡萄栽种产生最深远的影响，因为发生冬季休眠期的温度会影响下一个生长季节的萌芽。[148]长时间的高温会对葡萄和葡萄酒的品质产生负面影响，葡萄成分发育受到影响，而这些成分本为提供颜色、香气、糖分积累之用，还有酸度以及其他赋予葡萄特殊风味物质经呼吸作用而遭流失。在生长和成熟期间有持续的中间温度和最小的日常变化对葡萄有利。葡萄树的年度生长周期（英语：annual growth cycle of grapevines）从春季开始，白日持续维持10°C会引发发芽。[149]由于气候变化不可测，可能会发生冬季以外的霜冻，这类霜冻会降低结实率，而降低产量并影响葡萄品质，因此葡萄树的生长及结实要发生在无霜期。

    有机酸对葡萄酒的品质甚为重要。花青素和单宁等酚类化合物赋予葡萄酒颜色、苦味、涩味和抗氧化能力。[150]研究显示持续暴露在30°C左右温度下的葡萄藤的花青素浓度会明显低于持续暴露在20°C左右的。[151]研究发现大约或超过35°C的气温会阻碍花青素的产生，并会降低所产生的花青素品质。 [152]此外，花青素含量与从葡萄转色期（英语：veraison）（浆果颜色的变化）到收获期能维持在16 – 22°C之间的温度呈正向相关。[153]单宁让葡萄酒具有涩和“口干”的感觉，并会与花青素结合以提供更稳定的分子，这对于赋予陈年红葡萄酒的稳定色泽很重要。[154]

    由于葡萄酒中酚类化合物会受温度的严重影响，平均温度升高后将影响到整个葡萄酒产区的葡萄品质。

    降水模式也会发生变化（每年和季节性），数量和频率也会发生变化。降雨量增加后会导致土壤侵蚀增加。偶尔缺乏降雨，一当发生就会产生干旱条件，对葡萄树造成压力。[155]在生长季节开始时的降雨对发芽和花序发育很重要，而持续的干旱期对开花和成熟期很重要。 [156]

    增加的二氧化碳水平会对葡萄藤的光合作用产生影响，光合作用受到二氧化碳增加的刺激，并且会导致树叶面积和植物干重增加。[157]大气中二氧化碳升高也被认为会导致部分气孔关闭，而间接导致叶片温度升高。叶片温度升高会改变核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶(简称RuBisCo) 与二氧化碳和氧气的关系，也会影响植物的光合作用能力。[155]大气中二氧化碳含量升高也会降低一些葡萄品种的气孔密度。 [158]

    种植变动

    逐渐升高的温度将导致适宜葡萄树生长的区域发生改变。[159]如此做会为某些地区种植的新品种提供机会，但有品种丧失适应性，也可能危及总体生产的品质和数量。[160][159]

    马铃薯

    预计气候变化将对全球马铃薯生产产生重大影响。[125]马铃薯与其他作物相同，会受到大气中二氧化碳、温度和降水变化，以及这些因素之间相互作用的影响。 [125]气候变化除直接影响马铃薯外，还会影响到许多马铃薯病虫害的分布和种群。马铃薯是世界上最重要的粮食作物之一。[161]除非农民和马铃薯品种能够适应新环境，否则全球马铃薯产量将比目前降低达18-32%。[69]

    单就大气中二氧化碳浓度增加而言，预计马铃薯植物及马铃薯产量将会受益。[162]二氧化碳增加对马铃薯（和其他植物）的主要好处是提高它们的光合速率，而提高生长速度。预计马铃薯作物产量也会受益，会在可食用的块茎中储存更多的淀粉。[125]较多的二氧化碳还导致马铃薯必须减少开放气孔以吸收等量的二氧化碳进行光合作用，[125]因气孔蒸发散作用而流失的水分会较少。导致马铃薯植株的水分利用效率（吸收碳量的单位水分流失率）增加。[125]

    马铃薯在温带条件下生长最好。[126]在5-30°C范围以外的温度波动会严重降低块茎的生长和产量。[130]气温升高对特定地区马铃薯生产的影响会有所不同，部分取决于该地区目前的气温。气温超过30°C会对马铃薯产生一系列负面影响，[127]包括：

    • 减缓块茎生长和萌芽。
    • 块茎内的淀粉较少。
    • 块茎的生理损伤（例如褐斑）。
    • 块茎休眠缩短/未休眠，让块茎过早萌芽。

    此类影响会降低作物产量以及块茎的数量和重量。因此，当前温度接近马铃薯能忍受气温极限的地区（例如撒哈拉以南非洲的大部分地区）[125]未来马铃薯产量会大幅下降。 [126]在低温下，马铃薯有冻害的风险，而会减缓生长以及严重损坏块茎。[125]在目前由于霜冻风险而种植马铃薯受限或不可能的地区（例如在高海拔和高纬度国家，如俄罗斯和加拿大），气温升高后，生长季节受到延长和种植面积扩大，而有利马铃薯的生产。[130]

    马铃薯与小麦等作物相比，对土壤水分不足会很敏感，[163]尤其是在块茎生长期间需要经常灌溉。预计许多地区因降雨减少，而会增加灌溉的需求。例如在英国，适合雨养马铃薯生产的耕地面积预计将会减少至少75%。[164]除总降雨量减少外，马铃薯还面临季节性降雨模式变化的挑战。例如在玻利维亚，近几十年来由于雨季缩短，导致马铃薯生长季节也被缩短。[130]

    马铃薯病虫害变化

    预计气候变化会对许多马铃薯病虫害造成影响。例如：

    区域影响

    参见：气候变化的影响（英语：Effects of climate change）

    非洲

    于肯亚东部马查科斯郡实施的“气候智能型农业” 做法中所设的雨水蓄积设备。

    本节摘自非洲气候变化#Agriculture。

    农业在非洲是个特别重要的部门，支持整个大陆的生计和经济。撒哈拉以南非洲地区的农业产值占GDP的15%。[168]非洲的地理位置让其特别容易受到气候变化的影响，有70%的人口依靠雨养农业以维生。[169]撒哈拉以南非洲农地中有80%由小型农户（英语：smallholding）持有。[168]IPCC在2007年预测，气候变率和变化将对当地农业生产力和食物获取造成严重损害。[106]:13此预测具有“高置信度”。作物种植、牲畜和渔业将面临更大的病虫害风险。[170]农业生产力损失中由害虫造成的大约已占6分之1。[170]气候变化将加速病虫害的流行，并增加重大事件的发生。[170]气候变化将对非洲粮食安全和生计产生严重影响。 在2014年至2018年间，非洲的粮食不安全程度居世界各大洲中的首位。 [171]

    在农业系统方面，严重依赖雨养自给农业和甚少采用气候智能型农业做法让此部门具有高度脆弱性。用于支持调适的气候数据和信息的可靠性和获取能力均不佳，让情况更加复杂。[172]预测以及观察到的气候变化导致的降水模式扰乱会缩短生长季节并影响非洲许多地区的作物产量。此外，由于非洲的农业部门由小农主导，这类农户获得技术和调适资源的机会有限。[173]

    气候变率和变化已经并将继续成为发展中国家粮食生产波动的主要因素，这些国家的农业高度依赖雨水。[174]农业部门对气候变化很敏感，[175]尤其是在降水量、气温模式和极端天气事件（干旱和洪水）的年际变化。预计这些气候事件在未来会持续增加，对农业部门产生重大影响。[176]会对粮食价格、安全和土地利用决策产生负面影响。.[177]迄2020年，一些非洲国家的雨养农业产量预计会减少多达50%。[176]为防止未来气候变化对粮食生产造成破坏性影响，将急需调整或提出对应政策。非洲国家需要建立国家法律框架，根据预期的气候变化来管理粮食资源。而在制定政策之前，尤其是针对对农业部门的影响，就必须清楚了解不同的粮食作物如何受到影响。东非农业在2020年受蝗灾严重的影响即为一例。[178]蝗灾发生部分原因是气候变化 - 气温升高和降雨增多导致蝗虫数量异常增加的结果。[178]

    亚洲

    IPCC于2007年发表的评估报告，估计东亚和东南亚到21世纪中叶，作物产量会增加20%。[106]:13而在中亚和南亚，产量可能会下降高达30%。

    不同的亚洲国家受气候变化的影响并不同。例如根据情景预测，中国将受益于气温升高1.5°C而来碳施肥作用，每年带来3%收益（值180亿美元）。但印度会面临3分之1的农业损失，主因是原本能产生高额收入的作物受到春季高温破坏。[179]

    孟加拉国的牲畜产量将因气候变化关联的疾病、草料短缺、高热和育种策略而下降。[180]

    澳大利亚与新西兰

    两地如果不进一步进行气候变化调适，预计会受到很大的影响。预计到2030年，澳大利亚南部和东部大部分地区以及新西兰东部部分地区的农业和林业产量将会下降。[181]

    在新西兰，预计初步效益将在主要河流附近以及西部和南部地区出现。[181]

    欧洲

    在2007年所做的预测，气候变化将降低南欧的作物生产力。[106]在中欧和东欧的森林生产力预计将下降。而在北欧，预测气候变化的初步影响会增加作物产量。 欧洲环境署于2019年提出关于”欧洲农业部门的气候变化适应”的报告，再次把这一点证实。根据这份报告，预测到2050年（在高排放情景下），南欧小麦、玉米和甜菜等非灌溉作物的产量将下降多达50%。届时农场收入会大幅下降。此外并预计南欧部分地区的农田价值到2100年将下降80%以上，而导致土地遭受废弃。贸易模式也将受到影响，进一步影响农业收入。此外，由于全球对粮食需求增加，会在未来几十年对其价格造成压力。[182]

    拉丁美洲

    参见：气候正义

    拉丁美洲的主要农产品包括牲畜和谷物，例如玉米、小麦、大豆和稻米。[183][184]预计气温升高和水文循环改变将缩短生长季节、整体生物质产量减少和谷物产量降低。[184][185]仅巴西、墨西哥和阿根廷三国的农业产量就占拉丁美洲总产量的70-90%。[184]在这些国家和其他干旱地区，预计玉米产量会下降。[183][184]一项把拉丁美洲气候变化对农业影响的多项研究总结的研究显示，巴西、阿根廷和乌拉圭的小麦产量将下降。[184]牲畜是阿根廷、乌拉圭、巴西南部、委内瑞拉和哥伦比亚部分地区的主要农业产品，数量将会减少。[183][184]于拉丁美洲中，不同地区的产量下降程度会有差异。[183]例如一项在2003年所做的玉米研究预测到2055年，巴西东部的玉米产量将发生温和变化，而委内瑞拉的将急剧下降。[183]

    降雨变率持续增加一直是中美洲和墨西哥气候变化最具破坏性的后果之一。从2009年到2019年之间，当地在降雨量低于平均水平的年份中却发生过好几年的强降雨事件。[186]在一年中5月和6月的春雨特别不稳定，让通常在春雨开始时种植玉米的作业发生问题。而此地区大多数自给式农民并无灌溉设施，农作物依赖雨养。墨西哥仅21%的农地享有灌溉，剩下的全赖雨养。 [187]

    为减轻全球变暖对当地农业的影响，所提的建议中有在调适战略中采用植物育种技术和兴建灌溉基础设施。[184]

    北美洲

    参见：美国的气候变化与农业（英语：Climate change and agriculture in the United States）
    Four political leaders sit on a stage facing an audience. They are answering questions at a food security and climate change session.
    美国与非洲国家领导者参与一于华盛顿特区美国国家科学院举行的粮食安全与气候变化峰会（2014年）。

    在北美洲西部的干旱与半干旱地区，干旱现象变得更加频繁和严重，因为气温持续上升，而把春季融雪洪水的时间和强度提前，并减少夏季的河流流量。[188]气候变化的直接影响包括增加气温和用水压力、改变作物的物候，以及破坏共生相互作用。受影响的河流流量变化会加剧这些影响，综合影响结果，会减少本地树木的数量，有利于非本地草本和耐旱者的竞争，把许多本地动物的栖息地品质降低，并减缓残余物的分解和养分循环。气候变化影响到人类用水需求和灌溉，而把影响进一步加剧。[189]

    农业在气候变化上的作用

    本节摘自农业温室气体排放（英语：Greenhouse gas emission from agriculture）。

    农业通过温室气体排放，以及把森林等非农业土地转变为农业用地，而对气候变化产生作用。[190][191]农业、林业和土地利用三项占全球温室气体排放量的13%至21%。[192]一氧化二氮、甲烷的排放量占农业温室气体排放总量的一半以上。[193]畜牧业是温室气体排放的主要来源。[194]

    参见

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    外部链接

    检索自“https://zh.wikipedia.org/w/index.php?title=氣候變化對農業的影響&oldid=83648322”