技经观察丨气候智能型农业实现粮食安全与气候变化缓解的双赢
联合国秘书长古特雷斯在第27届联合国气候变化框架公约缔约方会议（COP27）开幕式上发表讲话，将抗击气候变化的斗争描述为人类生存之战，而世界正在加速走上“通往地狱的高速公路”。截止目前，全球气候行动缺乏有效进展，气候变化对农业系统构成的威胁与日俱增，粮食安全形势不容乐观。气候智能型农业是一种在气候变化的背景下，改造和调整农业系统以支持粮食安全的方法，旨在使农业生产、农作物和牲畜适应气候变化的影响，并通过尽量减少农业温室气体排放来抵消这种影响，从而确保粮食安全。
一、气候变化与农业密切相关
农业生产高度依赖天气气候，为人类提供生存所必须的粮食和营养。然而，随着自然资源的过度使用或滥用、气候的急剧变化以及世界人口与粮食生产之间的不平衡加剧，粮食安全岌岌可危，气候变化和农业生产之间的联系面临关键挑战，同时突显出对创新农业解决方案的迫切需求。
（一）气候变化威胁粮食安全
农业对气候的极端脆弱性正在加剧粮食不安全现状。世界粮食计划署（WFP）预测，到2050年，气候变化可能导致全球饥饿和营养不良状况增加近20%，影响全球数百万人口，特别是对发展中国家。政府间气候变化专门委员会（IPCC）在2022年第六次评估报告中指出，地球未来将面临生态系统崩溃、物种灭绝以及热浪和洪水等气候危害，严重威胁人类健康和粮食安全，直接和间接导致发病率和死亡率增加以及作物减产。当前，气候变化带来气温持续升高、极端天气事件频发、外来物种入侵更加复杂等负面影响，对全球粮食安全和可持续发展构成严重威胁，显著影响世界各地主要作物的生产，降低农业生产力、作物的产量和营养价值，扰乱了粮食系统，冲击了农业市场。2021年4月，美国康奈尔大学的一项研究表明，自1961年以来，气候变化使全球农业生产力下降了21%，在非洲和拉丁美洲等较温暖的地区，生产力下降了26%-34%。美国国家航空航天局（NASA）的研究显示，在温室气体排放量较高的情况下，气候变化最早可能会在2030年影响玉米和小麦的产量，预计玉米作物产量将下降24%。然而，根据粮农组织的预测，到2050年，全球粮食产量需增加70%，才能养活23亿新增人口。
（二）农业生产加速气候变化
农业是造成气候问题的主要因素之一。世界上约38%的土地为农业用地，而现代农业是温室气体的主要贡献者，超过三分之一的人为温室气体排放由农业系统产生。粮食生产、运输、加工和分配等过程均导致二氧化碳、甲烷和一氧化二氮等气体的排放，如用于作物生产的肥料中含有一氧化二氮、为扩大农作面积而砍伐森林产生二氧化碳、牛消化过程中释放甲烷等。据美国俄亥俄州立大学拉坦·拉尔博士（Rattan Lal）统计，在过去150年中，不当的耕作活动和放牧行为使农田土壤中排放了4760亿吨碳，而燃烧化石燃料的排放量仅为270亿吨。2021年，美国伊利诺伊大学的研究显示，土壤耕作、作物和牲畜运输、粪便管理以及其他粮食生产方式每年产生的温室气体排放量超170亿公吨，其中动物性食品占57%，植物性食品占29%。
（三）农业部门在减缓和适应气候变化方面具有巨大潜力
世界经济论坛在《2023年全球风险报告》中指出，未来十年，气候行动的失败将主导全球风险，而气候的减缓和适应措施之间的权衡和协同能够有效应对相关风险。农业既能促进碳减排又能加强碳封存，以此显著减缓气候变化，并具有适应气候变化的重要作用。可持续和有机农业系统可以通过节约能源、降低碳基投入水平、减少合成肥料的使用以及在土壤中固碳等方式帮助减少农业温室气体排放，有可能封存相当于当前人为温室气体排放总量的32%。美国阿灵顿大自然保护协会研究估计，旨在提高土壤中二氧化碳吸收和储存的碳农业从空气中去除每吨二氧化碳的成本为10-100美元，而采用机械方式从空气中去除碳的技术每吨成本为100-1000美元。
二、美国致力于成为气候智能型农业领导者
近年来，美国越来越重视农业在应对粮食和气候挑战方面的核心作用，致力于成为气候智能型农业生产的全球领导者，并以此提高其农业在国内外的竞争优势。2021年1月，拜登就气候危机问题发布全面行政令，明确气候是美国外交政策和国家安全的基本要素，并指示农业部鼓励农民、牧场主和其他利益相关者采用气候智能型农业实践，实现碳减排和碳封存。10月，《重建更美好法案》计划拨款280亿美元，实现美国农场和牧场的气候智能型农业实践。2022年8月，拜登通过《降低通胀法案》向农业部提供200亿美元，用于部署气候智能型农业实践。9月，美国农业部宣布为70个“气候智能型”产品项目提供28亿美元。这些项目的实施将最终有助于改善土壤和水的健康、增强作物抗旱能力和保持生物多样性。11月，拜登在第27届联合国气候变化大会（COP27）上宣布多项新举措，其中包括进一步支持非洲气候智能型粮食系统，以加强美国在应对气候变化方面的领导地位。12月，农业部再向另外71个气候智能型农业项目投资3.25亿美元，这项气候智能型农业计划总资金已超30亿美元。此外，自然资源保护委员会（NRDC）建议美国应在2023年农业法案中纳入农林方面的综合政策，以使土地更具生产力和韧性，以更好地抵御气候影响。
三、气候智能型农业将实现经济、社会和环境的三管齐下
如果农业系统仍然以当前模式继续进行粮食生产将会加剧地球三大危机，即气候变化、生物多样性丧失和环境污染，并最终危害人类健康和福祉。
（一）气候智能型农业旨在应对粮食安全和气候变化相互关联的挑战
联合国粮农组织（FAO）在2010年的一份报告（“Climate-Smart” Agriculture）中首次定义了气候智能型农业，指出农业受气候变化的不利影响，同时农业产生的温室气体排放使气候变化更加恶化。气候智能农业（CSA）是管理农田、牲畜、森林和渔业景观的综合方法，能够应对粮食安全和气候变化的相互关联的挑战。气候智能型农业的创新之处在于其明确考虑了比过去发生得更快、更严重的气候风险，为基于政策的激励措施提供框架，以减少农业中的温室气体排放，并通过将气候变化纳入可持续农业战略来避免粮食危机和气候危机。与可持续农业不同，气候智能型农业明确关注气候变化的应对，系统考虑并权衡农业生产力、环境适应性和缓解气候问题之间存在的协同作用，并抓住新的融资机会以弥补投资赤字。总体而言，气候智能型农业侧重于建立土壤健康、增加作物和土壤中的碳储存、提高用水效率以及减少与农业实践相关的温室气体排放。
（二）气候智能型农业以三大支柱为指导
气候智能型农业不是应对气候变化的解决方案，而是解决气候冲击引起的二级或三级问题的方法，其三大支柱是可持续发展的三个主要方面：经济、社会和环境。
一是可持续地提高农业生产力和收入。提高可持续农业生产力对于同时应对粮食系统面临的多重挑战以及确保农业的长期生存能力至关重要，有助于改善所有人的粮食安全，减轻贫困，保护自然资源，缓解气候变化，并建立更可持续、更具韧性和包容性的粮食系统，以满足当前和未来几代人的粮食和营养需求。美国弗吉尼亚理工大学在《2019年全球农业生产力报告》中提出加速农业生产力增长的六项战略：①投资于公共农业研发和推广、②采用科学和信息化技术、③改善基础设施和市场准入、④为可持续的农业和营养培养伙伴关系、⑤扩大区域和全球贸易，以及⑥减少收获后损失和粮食浪费。
二是适应和抵御气候变化。增强粮食系统韧性，提高抗灾能力，减少农业对干旱、虫害、疾病和其他气候相关风险和冲击的脆弱性。增强农业对气候变化的适应能力，以应对季节缩短和不稳定的天气模式等长期压力。有韧性的粮食系统能够承受中断并从中断中迅速恢复，从而确保为所有人提供充足的可接受和可获得的食物。2020年美国《农业恢复力法案》（ARA）提出建立更具韧性的粮食和农业系统的目标和行动计划，以帮助缓解气候变化，提高农业韧性，并在2040年前实现美国农业温室气体净零排放的总体目标。
三是尽可能减少或消除农业温室气体排放。包括农田保护以限制能源密集型城市扩张、减少粪便管理产生的甲烷、避免农业砍伐森林、水资源保护、土壤健康、农场可再生能源生产等，并找出从大气中吸收碳的方法。美国能源部阿贡国家实验室的研究表明，农业技术创新可以在未来15年内将粮食生产产生的温室气体排放量减少70%，并主张通过数字农业、作物和微生物遗传学和电气化减少温室气体排放，有望推动农业脱碳，同时支持农业恢复力，保持农场盈利能力和生产力，帮助美国实现到2050年实现净零排放的目标。
四、气候智能型农业的实践工具
保护性农业。这是气候智能型农业的工具之一，是一种基于作物轮作、免耕或必要时少耕、保持永久性土壤覆盖和作物物种多样化四项原则的土壤管理实践。保护性农业提供了许多优势：可持续性、增强生物多样性、碳汇、节省劳动力、更健康的土壤、增加产量和降低生产成本，减少劳动力和时间。
作物多样化。作物多样化战略在抵御农业生产中与气候相关风险的能力和增强粮食系统的抵御能力方面发挥着至关重要的作用。作物多样化强度是气候风险缓解战略的指标之一。作物多样化增加了同时种植不同作物的数量，通过降低生产成本提高了生产力和利润，不仅可以使饮食多样化，还可以给土壤带来营养益处。此外，作物多样化还能够提高对高度多变的天气条件的适应能力。为了提高收获产量并使农场更能抵御气候变化的影响，可以重点关注具有改善特性的作物品种，如具有作物疾病耐受性或更短的生长周期。
水土管理。土壤和水是几乎所有粮食生产的两种关键资源，农业生态系统中的水土管理是可持续发展和气候智能型生产的基础。但是，由于人类活动和气候变化，水土资源一直在恶化，目前农业实践导致的全球土壤侵蚀的速度比自然过程能够补充土壤的速度快100倍。
灌溉。在拥有大量淡水和地下水资源的国家，灌溉对全年的可持续粮食生产具有重大贡献。在2050年，农业生产需要扩大1.7倍，对水资源造成的压力将进一步加剧，用水需求将增加25%-40%。然而，气候变化通过增加作物蒸发量、改变降雨量以及改变河流径流和地下水补给量来影响灌溉农业，使农业生产越来越需要用水来维持作物的高生产力。气候智能型灌溉是气候智能型农业的基础之一，旨在最大限度地提高农业用水效率。可持续智能灌溉是改善粮食安全状况和实现可持续发展目标的重要一步。智能灌溉确保及时、实时地将水施用于植物根区，减少与传统灌溉系统相关的损失，如蒸发、渗漏、和深度渗透。通过智能灌溉的有效监测和控制，可以节省水、能源和劳动力。随着每滴水更多作物的概念越来越受到关注，智能灌溉是一种潜在的气候变化适应战略，也是确保全年可持续粮食供应的有效途径。
农林复合。农林业通过将树木、灌木等与其他农作物和/或牲畜相结合来提高土壤肥力和稳定性，并在农场创造更多样化的植物系统，以更好地模拟自然生态系统。种植单一作物通常严重依赖合成肥料和杀虫剂等来维持粮食产量，给人类健康和环境带来诸多风险，如地下水污染和抗农药“超级杂草”和“超级虫子”的进化。农林复合比单作系统在生态上更为复杂，也根据生态和环境优势，有助于减少对合成农药和化肥的使用，改善土壤健康、水质和空气质量，改进害虫防治。此外，农林业是提高作物生产力和促进经济增长的有力工具。农林系统中的树木将大气中的二氧化碳转化并储存在其根和叶中。根据一项研究，农林业每年有可能抵消美国三分之一的碳排放。
作物收获后管理。作物损失和浪费是粮食不安全的主要原因之一，全球约三分之一的供人类消费的食物被浪费了。就气候适应能力而言，收获后系统尤为重要。在这一阶段，粮食生产者可以确保没有粮食损失，并确保作物得到最大程度的利用，减少供应链每一步的作物损失和腐败，最终提高粮食安全。密封储存通过将干燥的农作物储存在密封和防潮的容器中，以防质量和数量上的食物损失。此外，密封容器内的气密环境可以降低霉菌生长的风险，在水稻、小麦和玉米等主要作物中黄曲霉毒素污染严重的地区起着关键作用。通过正确使用密封储存和使用无毒熏蒸剂（如二氧化碳）的额外预防措施，也可以轻松控制昆虫侵扰。与冷藏不同，密封容器无需电力，也不会产生排放物，是气候智能型农业和可持续发展的选择之一。
参考文献：
[1] Climate-Smart Agriculture [EB/OL]. https://www.worldbank.org/en/topic/climate-smart-agriculture
[2]Growing the Impacts of Climate-Smart Agriculture [EB/OL].https://www.nationalacademies.org/news/2022/07/growing-the-impacts-of-climate-smart-agriculture
[3] Changes in farming practices could reduce greenhouse gas emissions by 70% by 2036 [EB/OL]. https://www.anl.gov/article/changes-in-farming-practices-could-reduce-greenhouse-gas-emissions-by-70-by-2036
[4] Smart Irrigation for Climate Change Adaptation and Improved Food Security [EB/OL]. https://www.intechopen.com/chapters/83182
[5] Agroforestry’s Critical Role in Climate-Smart Farming [EB/OL]. https://www.nrdc.org/experts/ashley-cooper/agroforestrys-critical-role-climate-smart-farming
[6] Sustainability in Climate-Smart Post-Harvest Agriculture [EB/OL]. https://news.grainpro.com/sustainability-in-climate-smart-post-harvest-agriculture
作者简介
张芮晴国务院发展研究中心国际技术经济研究所研究三室
研究方向：生物领域形势跟踪及关键核心技术、前沿技术研究
联系方式：zhangrq98@163.com
编辑丨郑实
研究所简介
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