应对气候变化，可持续农业该如何转型？

原文发表于《科技导报》2025 年第17 期 《 气候变化对可持续农业的挑战及对策 》

不可持续的现代农业已成为全球生态环境恶化的关键驱动因素。现有研究多局限于单一学科视角，缺乏系统评估农业造成的环境问题与气候变化互馈机制的综合框架。本文基于行星边界框架理论，评估了农业生态环境问题及其在气候变化背景下的多维挑战，深入阐释了作用机制、影响程度及地理分布格局，同时剖析了关键要素间的互动反馈效应。提出了应对气候变化的农业发展路径与政策建议，以期为应对气候变化背景下可持续农业发展面临的挑战提供理论支撑与实践指导，助力农业向可持续、气候适应型系统的转型。

农业作为人类社会生存与发展的基础，在保障全球粮食安全和维持经济稳定方面发挥着核心作用。然而，随着全球人口增长、经济快速发展以及饮食结构转变，农业生产面临的压力持续加剧，不可持续的农业生产方式对全球生态系统的负面影响也日益凸显（图1）。这些环境问题不仅严重威胁农业生产的可持续性，还对实现联合国可持续发展目标（SDGs）构成了严峻挑战。

图1 农业对全球主要环境影响的贡献

在此背景下，如何实现农业的可持续发展已成为全球关注的重要议题。然而，现有研究主要聚焦于单一维度的分析，尤其是在气候变化背景下更为明显。因此，亟需从地球系统科学的整体视角出发，对气候变化如何影响农业多要素以及如何重构多边界要素间的相互作用关系进行分析，这对于制定气候变化背景下农业可持续生产策略至关重要。

行星边界框架（planetary boundaries）由可持续发展领域专家Rockström等于2009年提出，为理解人类活动与地球系统的相互作用提供了重要视角，可用于分析农业生产活动对地球系统各个边界的影响。基于此框架，我们的研究旨在回答以下2个核心问题。

• 一是机制解析：气候变化如何加剧农业对生态环境的压力？

• 二是路径探究：如何通过多层面协同措施，引导农业在气候变化背景下实现可持续发展？

1 气候变化下农业系统多维挑战

气候变化通过削弱农业生产力、改变水资源分布格局、过度开发土地资源、加速生物多样性丧失、加剧农业氮磷污染以及增加温室气体排放等途径，显著加剧了农业对环境的负面影响。

1.1 气候对农业用水的影响

气候变化对降水（强度、频率、持续时间）和温度的影响，由于陆地–大气反馈作用而增强，极大改变了雨养农业和灌溉农业的用水需求与可用性。21世纪，全球灌溉格局已发生显著变化，尤其是水资源紧张的地区。气候变化还通过干旱加剧了农田对地下水的依赖，进而增加了区域地下水枯竭的风险。全球约30%的沿海大都市人口正面临因地下水超采和海水入侵带来的威胁。在全球升温3℃的情景下，依赖灌溉维持产量的农业区可能普遍面临地下水枯竭的风险（图2）。

图2 全球升温3℃情景下作物受绿水资源短缺影响的区域预测

1.2 气候对农业用地的影响

气候变暖使北半球高纬度和高海拔地区的农业条件得到改善，驱动农业适宜种植区持续北移。然而，这种农业格局的重构带来了土壤健康问题，特别是加速土壤有机质分解，降低土壤持水保肥能力，进而加剧灌溉需求并削弱土壤肥力。气候变化通过多种途径加剧土壤退化，威胁农业生产的可持续性。土壤增温加速了有机质的分解，导致CO2排放增加，降低土壤pH值，增加重金属活性，从而促进作物对重金属的吸收。此外，气候变化导致的极端降水事件频发，加剧了雨水对土壤的侵蚀。同时，降雨的减少也加速了土壤退化，蒸发量增加、风蚀加剧和沙尘暴频发等共同导致土地沙化和土壤肥力下降，进而引发有效耕地面积减少和作物产量显著下降。更为严重的是，气候变化引起的海平面上升还可能加剧土壤盐碱化现象，并使沿海农田永久性淹没，可用耕地面积进一步减少，对农业生产和粮食安全构成直接威胁。

1.3 气候通过农业对生物多样性的影响

气候变化加剧了农业系统的脆弱性，使得主要农作物的稳定性和抗风险能力显著下降。虽然高纬度地区因气候变暖可能获得增产潜力，但中低纬度地区的减产将加剧粮食安全风险。为应对产量波动，农业生产者通过开垦新耕地或增加土地利用强度以抵消减产。但这种土地扩张或土地集约化往往导致热带雨林和草原等自然生态系统的退化，引发“集约化陷阱”，进一步威胁全球生物多样性。此外，气温上升和湿度增加为病虫害和杂草的“北移”创造了有利条件，迫使农业系统增加农药使用。这种化学防控手段不仅直接导致传粉昆虫和天敌种群的区域性灭绝，还通过食物链的生物富集效应扰乱食物网结构，对生物多样性产生连锁式负面影响。同时，气候变化驱动的物种分布区偏移加剧了生物入侵风险，外来物种通过资源竞争挤压本地物种的生态位，进一步威胁生物多样性。

1.4 气候对农业氮磷污染的影响

在气候变化背景下，为保障农业产量，氮肥（N）和磷肥（P）的投入持续增加。大量氮磷的输入改变了全球氮磷循环，而气候变化又进一步加剧了大气氮磷沉降，放大了农业对生态环境的负面影响。降水模式的改变和温度的上升，使农业土壤中氮和磷的流失形式、数量和时间，以及它们在景观中的迁移路径发生了变化。降水变异性的增加会使更多的氮磷通过径流、淋溶等形式脱离农田生态系统，流失到周边环境中。此外，气候多变性的其他要素，如夏季热浪、寒冷环境中更频繁的冻融循环和干旱事件，也会对农业生态系统中的氮磷流失产生显著影响，且这些影响在空间分布上具有较强的区域差异性。这些变化不仅形成了恶性循环，还对农业生态环境产生长期且复杂的负面影响，严重威胁农业生产的可持续性（图3）。

图3 由于预估降水增加，全球会经历地下水和地表水氮污染的地区

1.5 气候对农业温室气体排放的影响

气候变化通过直接和间接机制加剧了农业GHG排放。

在直接机制方面，气候变暖促进水稻根系生长和分泌物释放，刺激稻田产CH4微生物的生理活动。气候变暖还会促进牲畜粪便发酵产生CH4，而升温和降水增加可创造有利于N2O生成的土壤条件。此外，冬季气候变化可能通过减少积雪、土壤变暖和更频繁的冻融循环，促进非生长季节N2O排放。

在间接机制方面，气候变化通过改变农作物物候导致作物减产，这引发了土地利用变化和土地退化，加剧了土地开垦和土壤耕作过程中的CO2排放。此外，气候变化还降低了农业化学品效能，为维持产量需要增加更多化学品投入，而这些农业化学品的大量生产可能会产生额外的GHG排放。大气中CO2浓度升高和温度上升还会降低饲料干物质消化率，导致反刍牲畜CH4排放量增加。

2 应对气候变化的农业发展路径与对策建议

面对气候变化、人口增长与经济发展带来的各种挑战，亟需从基础研究、产业发展、行为转变、技术支持、政策保障、长远规划等出发，构建具有气候适应性与可持续性的农业粮食体系，形成生产、供应与消费协同发展的绿色供应链模式（图4），推动未来农业可持续发展。

图4 气候智慧型农业全链条可持续措施框架

2.1 推广气候智慧型农业的发展

气候智慧型农业（CSA）及一系列可持续管理实践（如间歇性灌溉、精准施肥、豆类轮作等）在降低农业环境足迹方面具有显著成效。然而，其在推广过程中仍面临多重障碍，亟需因地制宜地加以应对。

• 第一，可通过提供分层次的政府补贴、引入气候保险等方式降低技术采纳门槛，并借助合作社等组织构建知识传播网络。

• 第二，为提升技术适配性，应建立“平等对话”机制，系统收集并整合农户反馈，优化技术参数。

• 第三，可推动多方协同机制，由政府、企业及科研机构共同提供“打包式”服务，如定制肥料、补贴农药投入，并通过数字化工具（如农业技术APP）扩大服务覆盖。

• 第四，建议建立统一的“监测—报告—核证”体系，将CSA纳入国家自主贡献（NDCs）等气候政策框架，同时依托碳交易市场为农业生态服务提供合理的经济回报。

2.2 推动农业绿色供应链建设

第一，推动物流绿色转型。推广新能源运输工具，构建多式联运枢纽；结合AI算法优化配送路径与装载率；通过屋顶光伏、余热回收与节能照明，推进“零碳仓储”与能效提升。

第二，构建循环经济模式。推进农业副产品资源化，发展秸秆制生物炭、农膜与包装材料回收及再加工的“源—汇—源”闭环产业链；推广可降解与可回收包装，替代传统塑料包装；依托农机共享平台，以租赁模式提高设备利用率。

第三，推动供应链数字化。融合区块链与物联网，构建可视化溯源与质量安全追踪系统；部署基于生命周期评价的碳足迹监测平台，建立环境绩效实时优化机制；利用机器学习预判市场波动与气候风险，增强供应链弹性与应急响应。

第四，强化政策保障。设立绿色信贷产品，定向支持冷链基建与技术升级；完善中央和地方储备联动机制，缩短供应链“最后一公里”距离；推进绿色供应链政策“先行先试”，打造试点示范区；构建绿色采购、绿色金融与碳排放市场等激励体系，营造有利于零碳供应链构建的制度环境。

2.3 引导可持续健康饮食结构的转型

第一，强化消费引导。通过食品包装上的碳足迹标签，引导消费者选择低碳食品；在超市设立可持续食品专区，突出展示本地应季蔬果和植物蛋白产品。

第二，减少食物浪费。倡导按需采购并设立购物清单，避免过度购买；在家庭中采用“先进先出”原则管理食物储存；零售商可提供小分量商品，并设立“临期食品专区”，促进食物资源的再利用。

第三，公众教育。联合媒体和营养学家推广行星健康饮食理念；通过碳标签和短视频等方式，提升消费者对饮食与环境关系的认识；发起“节约挑战”等互动倡议，鼓励公众参与，营造节约型消费氛围。

第四，政策引导。通过对高碳食品征税、健康食品（如蔬果）加大补贴，激励市场主体增加低碳健康食品供给；推动农业政策改革，建立“作物中性”政策取向；并将营养目标纳入农业政策评估体系；制定公共机构低碳膳食规范，建立基于生命周期碳排放核算的食材采购标准，逐步减少红肉等高碳食材供应比例。

2.4 加大科技创新与技术研发支持力度

加大对前沿农业技术的研发投入，加快其成熟和商业化步伐，是未来农业适应与减缓气候变化的战略重点。目前，人工智能与机器学习在农业场景中的嵌入式应用日益增强，可通过遥感数据与地块信息模型实现灌溉、施肥等资源投入的精准化管理，减少农资过度施用。纳米技术则有望推动控释型农药与肥料的应用，提升资源利用效率并降低环境负担，实现绿色输入替代。此外，多年生作物与农业光伏系统的复合布局，有望在减少土地扰动的同时，提高农田碳汇潜力与气候韧性；基因编辑和微生物组工程等生物技术则为作物抗逆性提升和土壤功能修复提供了新的技术路径。与此同时，浮动式光伏、垂直农业、智能灌溉和农业机器人等多元技术形态，亦在空间利用、水资源管理与劳动力替代等方面拓展了农业系统的适应能力与转型空间。

2.5 完善农业绿色转型政策体系

第一，应明确绿色农业政策框架。政府应以精准、协同、可持续为导向，明确绿色农业发展目标、重点领域和实施路径，推动政策的整体协调性。

第二，加大对农业绿色技术和产业的资金支持。政府应通过财政补贴、税收优惠和贷款贴息等手段，促进绿色农业技术的研发与推广。

第三，推动绿色生产模式的政策引导。应通过优化农业种植结构，推广智慧农业、保护性耕作和有机农业等绿色生产方式，推动农业生产方式的转型升级。

第四，完善农业碳排放与减排政策。政府应进一步完善碳排放交易机制，明确农业部门的减排责任与目标，鼓励农民采用低碳减排技术，通过财政补贴等手段支持低碳农业的发展。

第五，加强政策执行与监督。应建立健全的农业绿色发展评价体系，定期评估政策实施效果，确保绿色农业政策的有效落实。政策执行应具备透明性和公平性，及时发现问题并进行调整与优化，确保绿色农业政策的长期有效性。

2.6 未来研究方向

基于现有研究，提出5个关键的优先研究问题，贯穿气候变化与农业系统的多维度影响路径，为未来研究提供了重要方向。

• 第一，量化气候–农业多路径反馈效应。

• 第二，填补气候变化如何通过农业影响生物多样性的机制空白（图5）。

• 第三，研究气候变化背景下农业绿色低碳转型的可持续性路径。

• 第四，全面评估新技术应用于农业的综合影响。

• 第五，系统评估农药使用与气候变化的交互影响及优化路径。

图5 气候–农业–生物多样性损失反馈图

本文作者：汤瑞瑜、宋洁、朱广宇、庄明浩、杨易

作者简介：汤瑞瑜，重庆大学环境与生态学院，硕士研究生，研究方向为农业对生物多样性影响评估；杨易（通信作者），重庆大学环境与生态学院，教授，研究方向为气候变化对农业系统的影响和可持续健康饮食的环境效益分析等。

文章来 源 ： 汤瑞瑜, 宋洁, 朱广宇, 等. 气候变化对可持续农业的挑战及对策[J]. 科技导报, 2025, 43(17): 132−140 .

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