摘要 全球氣候變化給全球農業(yè)可持續(xù)發(fā)展帶來了巨大挑戰(zhàn)。本研究以“全球氣候變化下的農業(yè)可持續(xù)發(fā)展”為主要議題,面向全球糧食安全和生態(tài)安全戰(zhàn)略,基于全球可持續(xù)發(fā)展目標,融合地理學、管理學、農學、經濟學等方面的知識、方法和工具,系統(tǒng)梳理了農業(yè)可持續(xù)發(fā)展、全球氣候變化對農業(yè)可持續(xù)發(fā)展的影響、人類應對全球氣候變化的農業(yè)可持續(xù)發(fā)展行動三方面的國內外研究進展。隨后基于該議題的學科交叉性、知識綜合性和科學前沿性,提出了全球氣候變化下的農業(yè)資源開發(fā)和利用、耕地保護和糧食安全體系、農業(yè)生態(tài)安全格局和發(fā)展模式轉型、農業(yè)可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略規(guī)劃以及應對全球氣候變化的農業(yè)可持續(xù)發(fā)展策略等5 個方面的交叉研究內容。最后在“地球命運共同體”和“人類命運共同體”的先進思想和理念下,從全球氣候治理、農食系統(tǒng)轉型、城鄉(xiāng)氣候韌性、智慧農林系統(tǒng)、自然資源利用與生態(tài)系統(tǒng)保護等交叉研究方向對全球氣候變化背景下農業(yè)可持續(xù)發(fā)展的學科交叉研究體系進行前瞻性的展望。
關鍵詞 全球氣候變化; 農業(yè); 可持續(xù)發(fā)展; 學科交叉
中圖分類號 X24 文獻標識碼 A 文章編號 1000-2421(2024)06-0006-11
全球氣候變化以驚人的速度、頻率和幅度影響著人類和動植物的生存環(huán)境。全球氣候變化以二氧化碳濃度增加、氣候快速增暖、降水格局改變?yōu)橹饕憩F(xiàn)形式,同時伴隨日益頻發(fā)的極端氣候和自然災害事件,對全球農業(yè)可持續(xù)發(fā)展帶來了巨大挑戰(zhàn)[1-2]。農業(yè)可持續(xù)發(fā)展是在管理和維護自然資源基礎上,融合技術變革和制度創(chuàng)新,形成技術上適當、經濟上可行和社會可接受的農業(yè)生產體系,以持續(xù)滿足當代及后代人對農產品的需求,同時保護土地、水資源、植物和動物遺傳資源[3]。過去幾十年雖然農業(yè)發(fā)展迅速,但是一方面全球仍有約1 億hm2的撂荒耕地[4],9.8% 的人口處于營養(yǎng)不良狀態(tài),農業(yè)氮磷污染、農產品供求的全球空間非均衡性仍在不斷加強[5];另一方面全球農業(yè)深受氣候變化影響,聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會(IPCC)第六次評估報告指出,20 世紀中葉以來全球小麥和玉米平均每10a 分別減產1.9% 和1.2%??梢灶A見,2050 年全球氣溫進一步升高,氣候事件頻率將增高,而糧食需求將繼續(xù)增加30%~62%[6-7]。全球氣候變化背景下,農作物生產、農產品市場供應、自然資源利用、生態(tài)環(huán)境保護和修復等多方面的可持續(xù)發(fā)展問題亟待系統(tǒng)化探索和分析。
人類應對全球氣候變化的綜合能力決定著地球生存空間的質量水平和農業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的韌性水平。面對全球氣候變化形成前瞻性、系統(tǒng)性和科學性的治理框架和方法體系則是實現(xiàn)全球氣候變化下農業(yè)可持續(xù)發(fā)展目標的根本途徑。農業(yè)可持續(xù)發(fā)展從戰(zhàn)略需求上聚焦人類發(fā)展進程中的糧食安全和生態(tài)安全問題,從研究對象上涉及到巖石圈、水圈、大氣圈和生物圈,從研究手段上涉及到地理學、生物學、經濟學、管理學等多個學科。全球氣候變化下的農業(yè)可持續(xù)發(fā)展研究有利于搭建多學科匯聚、多工具融合和多組織協(xié)作的交流平臺,聯(lián)合國內外科技工作者集中攻關農業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重大科學問題和卡脖子技術,形成面向全球,適用于我國國情的農業(yè)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。因此,本文綜述農業(yè)可持續(xù)發(fā)展的研究現(xiàn)狀,凝練全球氣候變化下農業(yè)可持續(xù)發(fā)展的學科交叉研究內容,展望未來交叉研究方向,對探索農業(yè)可持續(xù)發(fā)展全球治理路徑、培養(yǎng)農業(yè)可持續(xù)交叉人才具有重要意義,旨在為打造多學科聯(lián)合科研攻關和產學協(xié)同育人模式,探索農業(yè)可持續(xù)發(fā)展的全球治理路徑等提供參考借鑒。
1 全球氣候變化下農業(yè)可持續(xù)發(fā)展的研究現(xiàn)狀
在全球氣候變化的宏觀背景下,農業(yè)可持續(xù)發(fā)展的研究已成為保障全球糧食安全與生態(tài)安全戰(zhàn)略的核心議題。研究領域基于全球可持續(xù)發(fā)展目標,以地球系統(tǒng)功能變化和人類農業(yè)活動方式的改變?yōu)橹黧w,以“自然-社會”系統(tǒng)的互饋機制為核心,通過跨學科的綜合視角,深入進行地球系統(tǒng)、農業(yè)系統(tǒng)及人類社會系統(tǒng)的現(xiàn)狀評估、內在機制的深入探索以及可持續(xù)發(fā)展路徑的優(yōu)化設計等方面的交叉研究(圖1)。
1.1 農業(yè)可持續(xù)發(fā)展的研究現(xiàn)狀
農業(yè)可持續(xù)發(fā)展是農業(yè)科學、地球系統(tǒng)科學、管理科學與環(huán)境科學的交叉融合方向,包含生態(tài)環(huán)境、社會、經濟多個維度的可持續(xù)性,是一種既維持糧食生產和食品安全可行性,又強調自然資源保護、農業(yè)發(fā)展代際公平和多重目標平衡的發(fā)展方式,重點探索環(huán)境、經濟和社會系統(tǒng)中糧食安全、生態(tài)安全、農民生活質量等多維度關系的耦合平衡。因此,農業(yè)可持續(xù)發(fā)展的研究進展主要是圍繞水、土等自然資源和種、肥、藥等農業(yè)資源利用中所體現(xiàn)的“自然-社會”互饋的宏觀復雜系統(tǒng)關系[8-10]。
在土地資源利用的“自然-社會”互饋關系中,土地的資源和資產屬性在理論研究和方法實踐中得到充分體現(xiàn)。農業(yè)可持續(xù)發(fā)展中的土地資源利用以耕地保護為重點,以土壤化學、土壤微生物學、植物科學、食品科學、環(huán)境科學等為基礎理論,通過土地復墾、耕作層重構、輪作休耕、耕地質量監(jiān)測能力建設等措施手段,實現(xiàn)耕地“數(shù)量-質量-生態(tài)”三位一體的保護機制[11-12]。同時,在統(tǒng)籌山水林田湖草沙系統(tǒng)化保護和治理方面,林草地、水體、礦山等的綜合整治和生態(tài)修復工程也為土地資源的可持續(xù)利用奠定了基礎[13-14]。另一方面,農村地區(qū)的土地流轉、確權、交易和規(guī)?;洜I等保障機制是農村土地價值實現(xiàn)的基本路徑,各部門、各機構、各級地方政府形成的集責任制、聯(lián)動性、協(xié)作性于一體的協(xié)同機制,能夠為解決農業(yè)可持續(xù)發(fā)展過程中“人-地-業(yè)”之間的矛盾提供有效的政策支持[15-16]。同時,農村人口老齡化導致了土地棄耕、退耕和撂荒等現(xiàn)象,也帶來了智慧農業(yè)的發(fā)展機遇,這些均體現(xiàn)了農業(yè)可持續(xù)發(fā)展的中國式現(xiàn)代化特征[17-18]。
在水資源利用的“自然-社會”互饋關系中,具有時空動態(tài)特征的水資源、水環(huán)境和水生態(tài)問題是制約和促進農業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關鍵,而其中的氣象水文模型、水土流失模型、水利工程建設中的基礎理論模型等則是現(xiàn)狀表征、歸因分析和模擬預測的基礎[19-20]。近年來不同空間尺度下水資源調配、水資源保護、水土流失和保持、節(jié)水效能方面的研究成果較多,并且隨著洪澇和干旱等極端氣候的空間位移和時間隨機性加強,農村地區(qū)的水資源供需平衡亟待更具韌性的灌排系統(tǒng)和水利工程設施[21-22]。在水土環(huán)境治理方面,農村人畜糞便、農作物秸稈、生活垃圾及生活污水等廢棄物的無害化處理和資源化利用方面的理論和實踐成果較多,這些方法和措施也逐步提升了水生生態(tài)系統(tǒng)的脆弱性,促進了江河湖海中生物多樣性的保護[23-24]。
在種業(yè)高質量發(fā)展的“自然-社會”互饋關系中,通過技術創(chuàng)新創(chuàng)制種、肥、藥適應性品種可以幫助農業(yè)適應氣候變化帶來的挑戰(zhàn),形成協(xié)同效應。例如種業(yè)創(chuàng)新和政策引導能促進高效高質農藥化肥使用,提高農業(yè)生產效率,為農業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供有力保障。當前利用生物技術培育畜牧業(yè)良種的研究持續(xù)開展,從種子類型、種子質量以及種子基地建設等方面取得了較大成效[25-27]。另一方面,融合農學、理學、工學和管理學知識,已有不少學者開展了耕作、播種、施肥、施藥、灌溉等重要環(huán)節(jié)精準作業(yè)的關鍵技術與機具的研究,有效地提高了肥料、農藥的利用率,降低了其在環(huán)境中的殘留,改善了生態(tài)環(huán)境,提高了農產品品質,并通過精深加工、提速生鮮物流、配套網絡配送等實現(xiàn)了全過程和全生命周期的農產品生產和供給[28-29]。同時,在推動種業(yè)創(chuàng)新與清潔技術行為的采納及推廣方面,政府不僅通過引導和激勵種植與養(yǎng)殖大戶率先采用新型種子、肥料、農藥以及環(huán)保地膜,來引領普通農戶緊跟步伐,而且還提供一系列的現(xiàn)金補貼或實物援助,旨在促進新型農業(yè)經營主體全面轉型,實現(xiàn)種業(yè)的可持續(xù)發(fā)展與生態(tài)化作業(yè)模式的廣泛普及[30-31]。
1.2 全球氣候變化對農業(yè)可持續(xù)發(fā)展的影響
全球氣候變化對農業(yè)可持續(xù)發(fā)展的作用主要體現(xiàn)在對與農業(yè)生產高度關聯(lián)的“氣候-水文-生態(tài)”的互動過程以及碳氮磷元素的循環(huán)過程的改變上。宏觀上看,大氣溫度、降水、海平面和蒸散發(fā)量的變化則會對陸地水循環(huán)產生重大影響[32-33],碳氮循環(huán)在“水-土-氣-生”中的周轉途徑、形態(tài)轉化及通量的年際、季節(jié)及晝夜特征也會隨之發(fā)生改變[34]。這些變化引發(fā)了學者們對“氣候-水文-生態(tài)”三者相互作用機制、全球水資源的區(qū)域差異和跨區(qū)域協(xié)調、極端水旱災害的應對等農業(yè)可持續(xù)綜合性和交叉性研究問題的持續(xù)關注[35-36]。從微觀上看,全球氣候變化可能影響土壤理化性質,產生“氣候-水文-生態(tài)”的級聯(lián)影響,如學者們開始探索全球氣候變化通過土壤理化性質、土壤磷酸酶活性和叢枝菌根真菌等途徑影響土壤磷循環(huán)的作用機制,以及大氣氮沉降和降水變化等氣候變化因子對水土流失、土壤和河流固碳增匯能力的交互作用[34,37]。
光、熱、水、碳等氣候變化的主要表征因子正是農業(yè)生態(tài)系統(tǒng)最為重要的基礎生態(tài)因子,對農作物生長發(fā)育和糧食產量等產生復雜而深刻的影響。光、熱、水、二氧化碳是農作物生長發(fā)育所需能量和物質的提供者,學者融合農學和地學領域相關知識,發(fā)現(xiàn)全球氣候變化下的二氧化碳濃度升高、氣溫升高、降水變化對農作物生長發(fā)育的影響是存在辯證關系的,農作物的水分臨界期和二氧化碳“施肥效應”的制約因素等均說明了農作物生長的氣候敏感性[38-39]。另外近年來越來越多的學者利用遙感地理信息技術,結合氣候變化與土地利用變化模型,開展全球未來主要農作物的產量模擬,估算未來全球玉米、水稻、大豆和小麥等主要農作物的空間分布和位移[40-41]。也有學者分析了未來糧食產量變化的影響因素并評估不同地區(qū)糧食供需平衡,并基于未來的社會經濟發(fā)展和氣候情景,構建耦合人類活動與自然影響的、多情景、長時序的全球作物時空分布和受災損失情況數(shù)據集,對因地制宜地指定全球氣候治理策略,保障世界糧食安全具有重要意義[29,42]。
另一方面,全球快速變暖正快速改變地球上動植物的棲居環(huán)境,導致海陸生物多樣性銳減,深刻影響生命演化進程,這些變化從組織尺度上則從分子、到細胞、到種群、到群落,再到生態(tài)系統(tǒng),從時間尺度上則由天、到月、到季度、到年、到百年、萬年等,不同專業(yè)背景的科技工作者在全球尺度、區(qū)域尺度、地區(qū)尺度展開了系列交叉性的實證研究[43-45]。全球氣候變化會造成土壤微生物、植物物候、植物病蟲害等生理生態(tài)過程的變化,進而影響植物的生產力、資源開發(fā)和利用格局,進而改變植物種群、群落和生態(tài)系統(tǒng)水平上物種的組成和結構[46-47]。以農業(yè)生態(tài)系統(tǒng)為例,全球氣候變化改變了病蟲害的種間關系,從而引起食物鏈斷裂以及農作物病蟲害暴發(fā)概率的提高,加速了農業(yè)生態(tài)環(huán)境破壞與物種滅絕[48-49]。以森林生態(tài)系統(tǒng)為例,全球氣候變化對病蟲害種間關系的改變會造成部分林種抵御災害、外來生物的抗性弱化,同時延長森林火險期,使得作為重要碳匯資源的森林生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性變差[48]。從畜牧業(yè)動物群體來看,全球氣候變化和土地利用變化帶來了動物健康和疾病方面的變化,不少地理學、動物科學、生物和醫(yī)藥健康方面的專家合作開展了有關全球氣候變化對飲食選擇、懷孕、性能等動物活動影響的研究,以及對動物驅蟲抗性、胃腸線蟲、寄生蟲、傳染病等健康方面的影響研究[50-51]。例如,在較高溫度條件下,牲畜進食減少和呼吸加快抑制飼料可利用性和飼料轉化效率,降低了畜牧系統(tǒng)的生產力[52]。預計到21世紀末,大部分熱帶地區(qū)幾乎所有牲畜物種的潛在熱應激暴露都將增加并變得普遍,而熱應激通過降低生育能力、抑制免疫系統(tǒng)對動物健康產生負面影響[53]。
1.3 人類應對全球氣候變化的農業(yè)可持續(xù)發(fā)展行動
人類應對全球氣候變化的農業(yè)可持續(xù)發(fā)展行動主要包括有資源環(huán)境要素時空配置、全球氣候變化下的農業(yè)系統(tǒng)風險評估與應對策略、緩解和適應全球氣候變化的農業(yè)治理體系等方向。人類活動是誘發(fā)全球氣候變化的重要驅動力,同時也是促進農業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要源動力。以聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會(IPCC)、地球系統(tǒng)科學聯(lián)盟(ESSP)、未來地球計劃(future Earth)等為核心的組織和計劃也成為了推動全球氣候變化研究的重要支撐,同時也逐步深度融合農業(yè)系統(tǒng)中的“自然-社會”互饋耦合關系,從而促進全球農業(yè)可持續(xù)發(fā)展[54]。與此同時,聯(lián)合國糧農組織(FAO)開展了面向消除饑餓和貧困,偏重公平和效率的全球農業(yè)可持續(xù)發(fā)展系列評估,經濟合作與發(fā)展組織(OECD)則制定了偏重于優(yōu)質農產品生產與農業(yè)資源環(huán)境保護的農業(yè)可持續(xù)發(fā)展評價模式[55]。同時,國內外不同專業(yè)背景的學者和相關機構負責人結合全球氣候變化特征,基于聯(lián)合國可持續(xù)發(fā)展目標,逐步形成了農業(yè)可持續(xù)發(fā)展中動植物健康和多樣性、食品安全、社會經濟福利、人類活動強度等方面的效率、效益、效能評估體系[45,56-57]。
在應對全球氣候變化的農業(yè)可持續(xù)發(fā)展治理體系方面,基于土地利用和管理、水資源保護、生物育種、農業(yè)資源和生態(tài)環(huán)境保護、食品科學和技術、農業(yè)農村現(xiàn)代化等方面的交叉知識體系,近年來校政企協(xié)同圍繞農業(yè)產業(yè)鏈、價值鏈和生態(tài)鏈布局創(chuàng)新鏈、匯聚人才鏈、強化治理鏈,為促進全球氣候變化下的農業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供科技支撐[55,58]。管理學、地理學、生命科學等方面的專家通過聯(lián)合攻關,在農業(yè)生產方式轉型、農村產業(yè)融合發(fā)展、農村土地制度改革、城鄉(xiāng)人居環(huán)境整治、生態(tài)補償和生態(tài)產品價值實現(xiàn)等方面形成了系列的技術標準和政策體系。通過不斷健全和完善農業(yè)可持續(xù)發(fā)展導向的法律法規(guī),踐行生態(tài)農業(yè)理念,提升農業(yè)產業(yè)鏈縱向協(xié)作緊密程度,加強跨區(qū)域和跨部門的合作,重視農業(yè)人力資本培育,提高農業(yè)科技水平,權衡和協(xié)同人類活動提高農業(yè)發(fā)展的韌性,從而減緩和適應全球氣候變化,促進農業(yè)可持續(xù)發(fā)展[29,37,57,59]。
2 全球氣候變化下農業(yè)可持續(xù)發(fā)展的交叉研究需求
全球氣候變化下的農業(yè)可持續(xù)發(fā)展研究具有典型的學科交叉性、知識綜合性和科學前沿性,通過學科合作、交叉研究和跨學科發(fā)展,能夠把握全球氣候變化的歷史、現(xiàn)狀和趨勢,加深對新形勢下農業(yè)可持續(xù)發(fā)展的理解。在“地球命運共同體”和“人類命運共同體”的先進思想和理念下,本研究通過提煉應對全球氣候變化的農業(yè)智慧,探索農業(yè)可持續(xù)發(fā)展的全球治理路徑,促進系統(tǒng)性、前瞻性的交叉學科體系建設,培育推動全球氣候變化下農業(yè)可持續(xù)發(fā)展的高質量人才。全球氣候變化下的農業(yè)可持續(xù)發(fā)展研究融合農學、工學、理學、管理學、地理學、經濟學、生態(tài)學等多學科的理論和方法,以“評估狀態(tài)-機理探索-路徑優(yōu)化”為主線,主要涉及全球氣候變化下的農業(yè)資源開發(fā)和利用、耕地保護和糧食安全體系、農業(yè)生態(tài)安全格局和發(fā)展模式轉型、農業(yè)可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略規(guī)劃以及應對全球氣候變化的農業(yè)可持續(xù)發(fā)展策略5 個方面的交叉研究內容(圖2)。
2.1 全球氣候變化下農業(yè)資源開發(fā)和利用
農業(yè)資源開發(fā)和利用是農業(yè)可持續(xù)發(fā)展的基礎,主要研究以全球氣候變化所帶來的地球系統(tǒng)功能在大氣圈、水圈、土壤圈和生物圈中要素、過程和關系變化為基本條件,重點探索全球氣候變化對農業(yè)發(fā)展的資源性約束機制,以及農業(yè)資源開發(fā)和利用效率、效益和效能提升路徑。具體的交叉研究內容包括全球氣候變化下的水土保持和土壤質量提升、全球氣候變化下的農業(yè)水資源利用和水環(huán)境保護、全球氣候變化下的農業(yè)種質資源的評價、保存和創(chuàng)新開發(fā)利用和全球氣候變化下的鄉(xiāng)村治理模式等內容。
2.2 全球氣候變化下耕地保護和糧食安全體系
氣候變化對耕地和糧食安全的影響是廣泛的,主要研究農業(yè)生產力的改變對耕地數(shù)量和質量需求的影響,氣候變化下農業(yè)種植空間的空間分布變化,極端氣候事件帶來的糧食供應鏈和產業(yè)鏈的波動,以及氣候變化對糧食“生產-運輸-儲存-消費”等生命周期環(huán)節(jié)的影響。具體的交叉研究內容包括全球氣候變化對糧食安全的綜合影響、面向糧食安全的現(xiàn)代種業(yè)全產業(yè)鏈、面向糧食安全的耕地保護技術體系、應對全球氣候變化的糧食產業(yè)鏈供應鏈優(yōu)化和應對全球氣候變化的農業(yè)種植空間優(yōu)化等內容。
2.3 全球氣候變化下農業(yè)生態(tài)安全格局和發(fā)展模式轉型
農業(yè)生態(tài)安全格局和發(fā)展模式轉型是農業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要手段,需要評估全球氣候變化對土壤保持、水循環(huán)、生物多樣性保護等方面的綜合影響,探究氣溫、降雨等氣候變化對農業(yè)資源環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)的影響機制,從農業(yè)生產、畜禽養(yǎng)殖、農村建設等多個維度探究全球氣候變化背景下的減排路徑,優(yōu)化不同尺度的農業(yè)生態(tài)安全格局,形成農業(yè)發(fā)展綠色轉型模式。具體的交叉研究內容包括全球氣候變化下“大氣-水文-生態(tài)”循環(huán)的響應、全球氣候變化對農業(yè)資源環(huán)境的影響機制、全球氣候變化下的農業(yè)生物多樣性保護、綠色、低碳和智慧型農業(yè)發(fā)展和應對全球氣候變化的農業(yè)生態(tài)格局優(yōu)化模式。
2.4 全球氣候變化下農業(yè)可持續(xù)發(fā)展策略
在全球氣候變化的宏觀背景下,探索農業(yè)可持續(xù)發(fā)展策略需要面向保護陸地和水下生物、消除饑餓、貧困和不平等、促進可持續(xù)消費和生產等與農業(yè)相關的聯(lián)合國可持續(xù)發(fā)展目標?;谌驓夂蜃兓罗r業(yè)系統(tǒng)的“自然-社會”耦合和互饋機制,評估農業(yè)資源資產的開發(fā)利用效率、效益和效能,從利用方式、組織形式、技術體系和制度體系等多個方面探索應對全球氣候變化的農業(yè)可持續(xù)發(fā)展策略。具體交叉研究包括農業(yè)資源資產開發(fā)利用的效率、效益和效能、全球氣候變化下的農業(yè)可持續(xù)發(fā)展的科技創(chuàng)新、全球氣候變化下的農業(yè)可持續(xù)發(fā)展的管理創(chuàng)新、全球氣候變化下的農業(yè)可持續(xù)發(fā)展的制度政策體系等方面的內容。
2.5 全球氣候變化下農業(yè)可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略規(guī)劃
形成應對全球氣候變化的農業(yè)可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略規(guī)劃需要進一步聚焦全球可持續(xù)發(fā)展目標和國家現(xiàn)代農業(yè)發(fā)展的重大戰(zhàn)略需求。通過對全球氣候變化下農業(yè)可持續(xù)發(fā)展的現(xiàn)狀與問題進行深入剖析,對未來發(fā)展領域進行展望,凝練新興學科發(fā)展方向,并從打破治理壁壘、創(chuàng)新組織模式、強化資源匯聚等方面,探索建立既有利于學科交叉融合發(fā)展,又面向國家需求和成果轉化,符合交叉研究特點和規(guī)律的體制機制以及高質量內涵發(fā)展路徑。具體交叉研究包括:一是系統(tǒng)探索全球氣候變化背景下農業(yè)可持續(xù)發(fā)展的前沿交叉學科領域;二是研究制定全球氣候變化下農業(yè)可持續(xù)發(fā)展的政策引導與支持體系,包括財政激勵、法規(guī)制定、國際合作機制等;三是創(chuàng)新全球氣候變化下農業(yè)可持續(xù)發(fā)展治理模式,推動建立多元共治、協(xié)同高效的農業(yè)治理體系。
3 全球氣候變化下農業(yè)可持續(xù)發(fā)展學科交叉研究展望
面向國家鄉(xiāng)村振興和生態(tài)文明等重大戰(zhàn)略需求,立足全球糧食安全、生態(tài)安全和可持續(xù)發(fā)展目標,開展全球氣候變化下農業(yè)可持續(xù)發(fā)展的交叉研究能夠全面洞悉全球氣候變遷的過往脈絡、當前狀態(tài)及未來走向,進而深化對現(xiàn)代農業(yè)如何在復雜多變環(huán)境中實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的認知與評估。
未來建議重點從全球氣候治理、農食系統(tǒng)轉型、城鄉(xiāng)氣候韌性、智慧農林系統(tǒng)以及自然資源利用與生態(tài)系統(tǒng)保護等交叉研究方向入手構建全球氣候變化下農業(yè)可持續(xù)發(fā)展的交叉學科研究體系(圖3)。其中,在全球氣候治理交叉研究方向,建議以氣候變化、可持續(xù)發(fā)展、治理、社會公平、碳匯交易等主要關鍵詞,加強公共管理與農林經濟管理、社會學、大氣科學、管理科學與工程等學科的交叉研究;在農食系統(tǒng)轉型的交叉研究方向上,建議以氣候變化、農業(yè)、食品營養(yǎng)、健康、安全等為關鍵詞,加強食品科學與工程和作物學、畜牧學、農業(yè)資源與利用、地理學、地球系統(tǒng)科學等學科的交叉研究;在城鄉(xiāng)氣候韌性交叉研究方向,建議以氣候變化、城鄉(xiāng)融合、空間規(guī)劃、安全韌性等為關鍵詞,加強地理學與公共管理、生物學、建筑學、林學等學科的交叉研究;在智慧農林系統(tǒng)交叉研究方向,建議以農業(yè)設施、林業(yè)工程、智慧農業(yè)、機械化、自動化等為關鍵詞,加強農業(yè)工程、林業(yè)工程與計算機科學與技術、作物學、環(huán)境科學與工程、林學等學科的交叉研究;在自然資源利用交叉研究方向,建議以土地資源、水資源、能源、人類社會經濟活動等為關鍵詞,加強農業(yè)資源利用與生物學、農林經濟管理、公共管理、地理學等學科的交叉研究;在生態(tài)系統(tǒng)保護交叉研究方向,建議以生物多樣性、森林保護、陸域、水域、海洋、大氣等為關鍵詞,加強生物學與地理學、大氣科學、林學、農林經濟管理等學科的交叉研究。通過一級學科之間的深度融合和協(xié)同作用,挖掘并整合跨領域的農業(yè)智慧,共同探索氣候變化對農業(yè)生態(tài)系統(tǒng)、經濟模式及政策制定的深遠影響,提出綜合性的解決方案,以應對全球氣候挑戰(zhàn),開辟出一條通往農業(yè)可持續(xù)發(fā)展的全球合作與治理新航道。打造多學科聯(lián)合科研攻關和產學協(xié)同育人的機制,培養(yǎng)具備跨學科視野、創(chuàng)新能力和實踐經驗的復合型人才,推進優(yōu)勢互補的交叉研究范式。
另外,全球氣候變化下的農業(yè)可持續(xù)發(fā)展需要通過學科群、交叉學科、跨學科融合的方式解決系列前瞻性和系統(tǒng)性的研究問題,在識別重大交叉研究問題的基礎上,通過自上而下的規(guī)劃方案和制度政策,和自下而上研究學者自發(fā)性的互動、交流和合作,推進全球氣候變化下的農業(yè)可持續(xù)發(fā)展的學科交叉研究和交叉學科建設。同時需要在政府、企業(yè)等多元社會主體的共同參與下開展,將基礎研究、應用推廣與教學和產業(yè)創(chuàng)新相結合。全球氣候變化對農業(yè)自然資源的開發(fā)和利用,農產品的生產、分配、交換和消費等均產生了巨大沖擊,同時也給農業(yè)農村部、自然資源部和相關企業(yè)的工作帶來了新的挑戰(zhàn),政產學研協(xié)同下的交叉研究和戰(zhàn)略合作能夠實現(xiàn)優(yōu)勢互補,多方共同發(fā)力解決理論和實際相結合的問題。最后,全球氣候變化下的農業(yè)可持續(xù)發(fā)展與氣候變化、農業(yè)、資源環(huán)境、可持續(xù)發(fā)展、全球治理等科技知識的產生、發(fā)展、傳播和應用密切相關,我國不同地區(qū)、不同階段的農業(yè)可持續(xù)發(fā)展問題不盡相同,國內外豐富的理論和實證經驗分享能夠拓展科技工作者的思路和方法,強化科技知識共享導向下的國內外合作交流能夠從宏觀上提高解決農業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重大問題的效率,推進全球可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的實施,從微觀上能夠提高地區(qū)社會經濟發(fā)展和人類福祉。同時我國農耕文明歷史悠久,近年來智慧農業(yè)和生態(tài)農業(yè)取得較大進展,推進的全球氣候變化下的農業(yè)可持續(xù)發(fā)展研究有利于在國際平臺上分享中國農業(yè)發(fā)展經驗,在國際舞臺上講好我國學科交叉體系下的農業(yè)可持續(xù)發(fā)展故事。
4 結論
本文通過系統(tǒng)梳理全球氣候變化背景下農業(yè)可持續(xù)發(fā)展的最新研究成果,深入剖析了當前領域內的學科交叉研究熱點與趨勢,提煉并歸納了5 個目前的交叉研究需求,即農業(yè)資源的開發(fā)與利用策略優(yōu)化、耕地保護與糧食安全體系的強化、農業(yè)生態(tài)安全格局的重構與發(fā)展模式轉型的探討、全球氣候變化視角下的農業(yè)可持續(xù)發(fā)展策略,以及長遠戰(zhàn)略規(guī)劃的構建。在此基礎上,對未來全球氣候變化背景下農業(yè)可持續(xù)發(fā)展的學科交叉研究進行了前瞻性的展望,總結了全球氣候治理、農食系統(tǒng)轉型、城鄉(xiāng)氣候韌性、智慧農林系統(tǒng)以及自然資源利用與生態(tài)系統(tǒng)保護等交叉研究方向及其對應的一級學科交叉體系。
參考文獻 References
[1] TIAN H Q,XU R T,CANADELL J G,et al.A comprehensivequantification of global nitrous oxide sources and sinks[J].Nature,2020,586(7828):248-256.
[2] 傅伯杰,張軍澤. 全球及中國可持續(xù)發(fā)展目標進展與挑戰(zhàn)[J].中國科學院院刊,2024,39(5):804-808.FU B J,ZHANG J Z.Progress and challenges of sustainable development goals (SDGs) in the world and in China[J]. Bulletin of ChineseAcademy of Sciences,2024,39(5):804-808(in Chinese withEnglish abstract)
[3] 高鵬,劉燕妮. 我國農業(yè)可持續(xù)發(fā)展水平的聚類評價:基于2000—2009 年省域面板數(shù)據的實證分析[J]. 經濟學家,2012(3):59-65.GAO P,LIU Y N.Cluster evaluation of China’sagricultural sustainable development level:empirical analysisbased on provincial panel data from 2000 to 2009[J]. Economist,2012(3):59-65(in Chinese).
[4] ZHENG Q M,HA T,PRISHCHEPOV A V,et al.The neglectedrole of abandoned cropland in supporting both food securityand climate change mitigation[J/OL].Nature communications,2023,14(1):6083[2024-07-08]. https://doi. org/10.1038/s41467-023-41837-y.
[5] CHEN C,WEN Z G,SHENG N,et al. Uneven agriculturalcontraction within fast-urbanizing urban agglomeration decreasesthe nitrogen use efficiency of crop production[J/OL].Nature food,2024,5(5):390-401[2024-07-08].https://doi.org/10.1038/s43016-024-00980-5.
[6] REN C C,ZHANG X M,REIS S,et al.Climate change unequallyaffects nitrogen use and losses in global croplands[J].Nature food,2023,4(4):294-304.
[7] REZAEI E E,WEBBER H,ASSENG S,et al. Climatechange impacts on crop yields[J].Nature reviews earth amp; environment,2023,4:831-846.
[8] GRIGGS D,STAFFORD-SMITH M,GAFFNEY O,et al.Policy:sustainable development goals for people and planet[J].Nature,2013,495(7441):305-307.
[9] 沈彥俊,胡春勝,張喜英,等. 生態(tài)學長期研究促進資源高效利用和區(qū)域農業(yè)可持續(xù)發(fā)展[J]. 中國科學院院刊,2018,33(6):648-655.SHEN Y J,HU C S,ZHANG X Y,et al.Longtermecological research(LTER) promotes natural resourcesuse efficiency and agricultural sustainable development inNorth China Plain[J].Bulletin of Chinese Academy of Sciences,2018,33(6):648-655(in Chinese with English abstract).
[10] SACHS J D,SCHMIDT-TRAUB G,MAZZUCATO M,etal.Six transformations to achieve the sustainable developmentgoals[J].Nature sustainability,2019,2:805-814.
[11] ZHU P,BURNEY J,CHANG J F,et al. Warming reducesglobal agricultural production by decreasing cropping frequencyand yields[J].Nature climate change,2022,12:1016-1023.
[12] 金曉斌,梁鑫源,韓博,等. 面向中國式現(xiàn)代化的耕地保護學理解析與地理學支撐框架[J]. 經濟地理,2022,42(11):142-150.JIN X B,LIANG X Y,HAN B,et al.Theoretical analysisand geographical support framework of cultivated land protectionfor Chinese-style modernization[J].Economic geography,2022,42(11):142-150(in Chinese)
[13] BARDGETT R D,BULLOCK J M,LAVOREL S,et al.Combatting global grassland degradation[J]. Nature reviewsearth amp; environment,2021,2:720-735.
[14] LEWIS S L, WHEELER C E, MITCHARD E T A,et al.Regenerate natural forests to store carbon[J]. Nature,2019,568:25-28.
[15] 張浩,馮淑怡,曲福田“. 權釋” 農村集體產權制度改革:理論邏輯和案例證據[J]. 管理世界,2021,37(2):81-94.ZHANGH,F(xiàn)ENG S Y,QU F T. Reform of rural collective propertyrights system:theoretical explanation and case evidence[J].Journal of management world,2021,37(2):81-94(in Chinesewith English abstract).
[16] TSENG T W J,ROBINSON B E,BELLEMARE M F,et al.Influence of land tenure interventions on human well-beingand environmental outcomes[J].Nature sustainability,2021,4:242-251.
[17] 趙春江,李瑾,馮獻. 面向2035 年智慧農業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略研究[J].中國工程科學,2021,23(4):1-9.ZHAO C J,LI J,F(xiàn)ENG X.Development strategy of smart agriculture for 2035 in China[J].Strategic study of CAE,2021,23(4):1-9(in Chinese withEnglish abstract).
[18] REN C C,ZHOU X Y,WANG C,et al.Ageing threatens sustainabilityof smallholder farming in China[J]. Nature,2023,616(7955):96-103.
[19] 李原園,曹建廷,黃火鍵,等. 國際上水資源綜合管理進展[J].水科學進展,2018,29(1):127-137. LI Y Y,CAO J T,HUANG H J,et al.International progresses in integrated waterresources management[J]. Advances in water science,2018,29(1):127-137(in Chinese with English abstract).
[20] WANG M R,JANSSEN A B G,BAZIN J,et al.Accountingfor interactions between sustainable development goals is essentialfor water pollution control in China[J/OL]. Naturecommunications,2022,13(1):730[2024-07-08].https://doi.org/10.1038/s41467-022-28351-3.
[21] 柯奇畫,張科利. 基于文獻計量的中國水土流失尺度效應研究進展[J]. 生態(tài)環(huán)境學報,2022,31(7):1489-1498.KE Q H,ZHANG K L. Scale effect on water and soil loss in China:abibliometric analysis[J].Ecology and environmental sciences,2022,31(7):1489-1498(in Chinese with English abstract).
[22] BORRELLI P,PANAGOS P,ALEWELL C,et al.Policy implicationsof multiple concurrent soil erosion processes in Europeanfarmland[J].Nature sustainability,2023,6:103-112.
[23] 孫桂陽,張國言,董元杰. 不同來源農業(yè)廢棄物堆肥進程與產品肥效研究[J]. 水土保持學報,2021,35(4):349-360.SUNG Y,ZHANG G Y,DONG Y J.Composting process of agriculturalwastes from different sources and fertilizer efficiencyof their products[J]. Journal of soil and water conservation,2021,35(4):349-360(in Chinese with English abstract).
[24] HE M J,XU Z B,HOU D Y,et al.Waste-derived biochar forwater pollution control and sustainable development[J]. Naturereviews earth amp; environment,2022,3:444-460.
[25] 陳偉生,關龍,黃瑞林,等. 論我國畜牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展[J]. 中國科學院院刊,2019,34(2):135-144.CHEN W S,GUAN L,HUANG R L,et al. Sustainable development of animal husbandryin China[J].Bulletin of Chinese Academy of Sciences,2019,34(2):135-144(in Chinese with English abstract).
[26] 鄭懷國,趙靜娟,秦曉婧,等. 全球作物種業(yè)發(fā)展概況及對我國種業(yè)發(fā)展的戰(zhàn)略思考[J]. 中國工程科學,2021,23(4):45-55.ZHENG H G,ZHAO J J,QIN X J,et al.Overview of theglobal crop seed industry and strategic thinking on its developmentin China[J].Strategic study of CAE,2021,23(4):45-55(in Chinese with English abstract)
[27] 賈冠清,刁現(xiàn)民. 中國谷子種業(yè)創(chuàng)新現(xiàn)狀與未來展望[J]. 中國農業(yè)科學,2022,55(4):653-665.JIA G Q,DIAO X M.Currentstatus and perspectives of innovation studies related to foxtailmillet seed industry in China[J].Scientia agricultura sinica,2022,55(4):653-665(in Chinese with English abstract).
[28] 方師樂,黃祖輝. 新中國成立70 年來我國農業(yè)機械化的階段性演變與發(fā)展趨勢[J]. 農業(yè)經濟問題,2019,40(10):36-49.FANG S L,HUANG Z H.70th anniversary of the founding ofthe PRC:the transition,influence factor and trend of China’sagricultural mechanization[J].Issues in agricultural economy,2019,40(10):36-49(in Chinese with English abstract).
[29] ZHU X C,CHEN J,HUANG S,et al. Manure amendmentcan reduce rice yield loss under extreme temperatures[J/OL].Communications earth amp; environment,2022,3:147[2024-07-08].https://doi.org/10.1038/s43247-022-00481-y.
[30] 謝賢鑫,陳美球. 農戶生態(tài)耕種采納意愿及其異質性分析:基于TPB 框架的實證研究[J]. 長江流域資源與環(huán)境,2019,28(5):1185-1196.XIE X X,CHEN M Q.Farmers′ willingnessto adopt ecological farming and their heterogeneity:based onthe TPB framework[J]. Resources and environment in theYangtze Basin,2019,28(5):1185-1196(in Chinese with Englishabstract).
[31] 孫文華,陸岷峰. 促進共同富裕:搭建針對新型農業(yè)經營主體的普惠金融體系[J]. 當代經濟研究,2024(3):116-128.SUNW H,LU M F.Promote common prosperity:build an inclusivefinancial system for new agricultural business entities[J].Contemporaryeconomic research,2024(3):116-128(in Chinesewith English abstract).
[32] 蘇布達,孫赫敏,李修倉,等. 氣候變化背景下中國陸地水循環(huán)時空演變[J]. 大氣科學學報,2020,43(6):1096-1105.SUB D,SUN H M,LI X C,et al.Impact of climate change on terrestrialwater cycle in China[J]. Transactions of atmosphericsciences,2020,43(6):1096-1105(in Chinese with English abstract).
[33] 么嘉棋,常奐宇,王夢然,等. 新一代水文水資源監(jiān)測衛(wèi)星SWOT 數(shù)據特征、應用與展望[J]. 地球科學進展,2024,39(4):374-390.YAO J Q,CHANG H Y,WANG M R,et al.Characteristics,application,and prospects of a new generationhydrological and water resources monitoring satellite:SWOT[J].Advances in earth science,2024,39(4):374-390(in Chinesewith English abstract).
[34] 李玉強,陳云,曹雯婕,等. 全球變化對資源環(huán)境及生態(tài)系統(tǒng)影響的生態(tài)學理論基礎[J]. 應用生態(tài)學報,2022,33(3):603-612.LI Y Q,CHEN Y,CAO W J,et al.Theoretical basisof ecology for the influence of global change on resources,environment,and ecosystems[J].Chinese journal of applied ecology,2022,33(3):603-612(in Chinese with English abstract).
[35] 馬柱國,符淙斌,周天軍,等. 黃河流域氣候與水文變化的現(xiàn)狀及思考[J]. 中國科學院院刊,2020,35(1):52-60.MA Z G,F(xiàn)U C B,ZHOU T J,et al.Status and ponder of climate and hydrologychanges in the Yellow River Basin[J].Bulletin of ChineseAcademy of Sciences,2020,35(1):52-60(in Chinesewith English abstract).
[36] XU W H,WANG G Q,LIU S D,et al. Globally elevatedgreenhouse gas emissions from polluted urban rivers[J]. Naturesustainability,2024,7:938-948.
[37] CUI J L,ZHANG X M,REIS S,et al.Nitrogen cycles in globalcroplands altered by elevated CO2[J].Nature sustainability,2023,6:1166-1176.
[38] XU Z C,CHEN X Z,LIU J G,et al.Impacts of irrigated agricultureon food-energy-water-CO2 nexus across metacoupledsystems[J/OL]. Nature communications,2020,11(1):5837[2024-07-08]. https://doi. org/10.1038/s41467-020-19520-3.
[39] CAI S Y,ZHAO X,PITTELKOW C M,et al.Optimal nitrogenrate strategy for sustainable rice production in China[J].Nature,2023,615(7950):73-79.
[40] GU W Y,MA G S,WANG R,et al. Climate adaptationthrough crop migration requires a nexus perspective for environmentalsustainability in the North China Plain[J]. Naturefood,2024,5(7):569-580.
[41] XIAO L J,WANG G C,WANG E L,et al. Spatiotemporalco-optimization of agricultural management practices towardsclimate-smart crop production[J]. Nature food,2024,5(1):59-71.
[42] ZUO C C,WEN C,CLARKE G,et al.Cropland displacementcontributed 60% of the increase in carbon emissions of graintransport in China over 1990-2015[J]. Nature food,2023,4(3):223-235.
[43] 牛書麗,陳衛(wèi)楠. 全球變化與生態(tài)系統(tǒng)研究現(xiàn)狀與展望[J].植物生態(tài)學報,2020,44(5):449-460.NIU S L,CHEN W N.Global change and ecosystems research progress and prospect[J]. Chinese journal of plant ecology,2020,44(5):449-460(in Chinese with English abstract).
[44] 劉玉潔,葛全勝,戴君虎. 全球變化下作物物候研究進展[J].地理學報,2020,75(1):14-24.LIU Y J,GE Q S,DAI J H.Research progress in crop phenology under global climatechange[J]. Acta geographica sinica,2020,75(1):14-24(inChinese with English abstract).
[45] CAI W J,WANG R,ZHANG S H.Efficient food systems for greater sustainability[J].Nature food,2023,4(7):541-542.
[46] ZHOU Z H,WANG C K,LUO Y Q.Meta-analysis of the impactsof global change factors on soil microbial diversity andfunctionality[J/OL]. Nature communications,2020,11(1):3072 [2024-07-08]. https://doi. org/10.1038/s41467-020-16881-7.
[47] SINGH B K,DELGADO-BAQUERIZO M,EGIDI E,et al.Climate change impacts on plant pathogens,food security andpaths forward[J].Nature reviews microbiology,2023,21(10):640-656.
[48] BALDRIAN P,LóPEZ-MONDéJAR R,KOHOUT P.Forestmicrobiome and global change[J].Nature reviews.microbiology,2023,21(8):487-501.
[49] 丁聲俊“. 大國糧安” 視域下加強生物安全保障體系建設研究[J]. 中州學刊,2022(1):21-28.DING S J.Study on the biologicalsecurity of China from the perspective of food security[J].Academic journal of Zhongzhou,2022(1):21-28(in Chinesewith English abstract).
[50] OUTHWAITE C L,MCCANN P,NEWBOLD T. Agricultureand climate change are reshaping insect biodiversity worldwide[J].Nature,2022,605(7908):97-102.
[51] BONILLA-CEDREZ C,STEWARD P,ROSENSTOCK TS,et al. Priority areas for investment in more sustainable andclimate-resilient livestock systems[J]. Nature sustainability,2023,6:1279-1286.
[52] LIU W H,ZHOU J X,MA Y C,et al.Unequal impact of climatewarming on meat yields of global cattle farming[J/OL].Communications earth amp; environment,2024,5:65[2024-07-08].https://doi.org/10.1038/s43247-024-01232-x.
[53] RAHIMI J,MUTUA J Y,NOTENBAERT A M O,et al.Heat stress will detrimentally impact future livestock productionin East Africa[J].Nature food,2021,2(2):88-96.
[54] VON JEETZE P J,WEINDL I,JOHNSON J A,et al. Projected landscape-scale repercussions of global action for climateand biodiversity protection[J/OL]. Nature communications,2023,14(1):2515[2024-07-08]. https://doi. org/10.1038/s41467-023-38043-1.
[55] LAURETT R,PA?O A,MAINARDES E W. Sustainabledevelopment in agriculture and its antecedents,barriers andconsequences:an exploratory study[J].Sustainable productionand consumption,2021,27:298-311.
[56] 邵超峰,陳思含,高俊麗,等. 基于SDGs 的中國可持續(xù)發(fā)展評價指標體系設計[J]. 中國人口·資源與環(huán)境,2021,31(4):1-12.SHAO C F,CHEN S H,GAO J L,et al.Design of China’ssustainable development evaluation index system basedon the SDGs[J].China population,resources and environment,2021,31(4):1-12(in Chinese with English abstract).
[57] 王圣云,林玉娟. 中國區(qū)域農業(yè)生態(tài)效率空間演化及其驅動因素:水足跡與灰水足跡視角[J]. 地理科學,2021,41(2):290-301.WANG S Y,LIN Y J.Spatial evolution and its driversof regional agro-ecological efficiency in China’s from theperspective of water footprint and gray water footprint[J].Scientiageographica sinica,2021,41(2):290-301(in Chinesewith English abstract).
[58] 黃季焜,解偉,盛譽,等. 全球農業(yè)發(fā)展趨勢及2050 年中國農業(yè)發(fā)展展望[J]. 中國工程科學,2022,24(1):29-37.HUANGJ K,XIE W,SHENG Y,et al.Trends of global agriculture andprospects of China’s agriculture toward 2050[J]. Strategicstudy of CAE,2022,24(1):29-37(in Chinese with English abstract).
[59] 曾晨, 鄧祥征, 張安錄. 國土空間優(yōu)化與生態(tài)環(huán)境保護[M].北京:中國社會科學出版社, 2021. ZENG C, DENG X Z,ZHANG A L. Ecological and environmental protectionthrough land spatial optimization[M]. Beijing:China SocialSciences Press,2021(in Chinese).
(責任編輯:陸文昌)
基金項目:國家自然科學基金項目(42171262;42211530079)