極端天氣變化視角下糧食安全問題及抗災(zāi)方案探究

于燕波，高春梅

（1.威海市農(nóng)業(yè)綜合執(zhí)法支隊，山東威海 264200；2.榮成市農(nóng)業(yè)農(nóng)村事務(wù)服務(wù)中心，山東榮成 264300）

0 引言

糧食是人類生存的基礎(chǔ)，極端天氣的到來會對區(qū)域中的生態(tài)系統(tǒng)帶來嚴重的負面影響，進而威脅糧食系統(tǒng)的安全。為了盡可能避免因為極端天氣帶來的糧食損失，需要結(jié)合極端天氣對糧食的影響方式制定合理的抗災(zāi)方案，最終保護糧食系統(tǒng)在極端環(huán)境的安全運作。

1 極端天氣對糧食系統(tǒng)的影響方式

1.1 高溫影響

高溫會對作物造成的危害是多方面的，其中包括抑制了植株的光合作用，抑制了作物的代謝過程，降低作物的生長速度，增加作物的易感性、使作物更容易受病蟲害的侵害等。此外，過高的溫度也會導(dǎo)致植物的水分流失，影響植物的正常生長發(fā)育。極端高溫事件是極端天氣下常見的氣象極端事件類型，當(dāng)極端高溫發(fā)生時，糧食作物會因為熱浪的侵襲發(fā)生光合速率減緩、葉片脫落等現(xiàn)狀，如果不注重預(yù)防，作物的植株生長速率會不斷降低，最終發(fā)生植株凋亡，例如，2003年發(fā)生于歐洲地區(qū)的高溫?zé)崂耸录摕崂耸录漠a(chǎn)生是因為西歐地區(qū)的陸地生態(tài)系統(tǒng)釋放的CO2過多，導(dǎo)致自然環(huán)境的碳匯能力受到破壞，自然環(huán)境的碳匯削弱，并引發(fā)連鎖效應(yīng)，造成當(dāng)?shù)氐淖魑锎竺娣e枯死[1]。又如2022年的6月初，我國南部地區(qū)持續(xù)高溫，多地的氣溫超過了40℃，云南、湖北、重慶等地的氣溫甚至一度達到了44℃，在這種高溫環(huán)境下，南部地區(qū)的農(nóng)作物遭受了嚴重的日灼影響，大量的秋播蔬菜在出苗時期沒有順利出苗，植株過矮的作物因為貼近地面，被地面高溫灼傷根系，尤其是玉米等不耐高溫的糧食作物，更是大面積出現(xiàn)禿尖、花粒、雌穗過小等癥狀。

除了熱浪對糧食作物本身帶來的直接影響，高溫氣候還會從作物的生長環(huán)境、病蟲害等方面間接影響糧食系統(tǒng)的安全，如薊馬、斜紋夜蛾等害蟲都是能適應(yīng)高溫的物種，其一般出現(xiàn)在夏季，但如果環(huán)境持續(xù)升溫，有一定概率提前喚醒害蟲的活躍期，或者延長害蟲的活動期，且在高溫引發(fā)的蒸騰與暴曬效應(yīng)下，土壤中的水分蒸發(fā)得更快，而農(nóng)作物在吸收水分的過程中需要一定量的水，當(dāng)水分蒸發(fā)過快時，農(nóng)作物就無法得到充足的水分，因此生長速度減緩，抗病性變差，更容易受到嚴重侵害，也更容易枯死。

1.2 低溫影響

低溫影響是與高溫影響相對應(yīng)的糧食安全影響方式，同樣由極端天氣引發(fā)，一般以寒潮形式表現(xiàn)。在寒潮來襲時，作物會因為環(huán)境溫度降低而減緩生長速度，如果不進行及時地保護，會導(dǎo)致作物的組織凍傷，發(fā)生壞死現(xiàn)象。這是因為在低溫作用下，農(nóng)作物細胞中的水分會不斷向外滲透，當(dāng)水分滲透過多時就會引起植株的細胞脫水，引發(fā)作物的葉面枯死，嚴重情況下會造成作物的完全死亡。除脫水帶來的傷害外，另一種由低溫引發(fā)的凍害，這種損害是低溫引起植株的細胞間隙發(fā)生結(jié)冰現(xiàn)象，由于冰的生成，細胞間隙的空間被不斷擠壓，原生質(zhì)的空間被壓縮，伴隨結(jié)冰現(xiàn)象的增多，原生質(zhì)和其膜系統(tǒng)的空間越來越小，在擠壓作用下發(fā)生的破壞越來越大，最終就會造成細胞的大量死亡，同時，植物的細胞間隙出現(xiàn)結(jié)冰現(xiàn)象后，當(dāng)氣溫回升時，細胞間隙中的冰會快速融化，這會導(dǎo)致原生質(zhì)在開始吸收前就提前進行蒸發(fā)作用，進而造成作物的干枯和死亡。

此外，極端低溫一般發(fā)生于冬季，此時正是低溫寡照的時期，在溫度較低且光照較弱的情況下，植物的新陳代謝會陷入極度緩慢的狀態(tài)，如果是秧苗還會發(fā)生“僵苗”。極端低溫事件對作物的致死率要低于極端高溫事件，但其威脅同樣不容小覷，在“僵苗”情況下，作物雖然不會直接死亡，但生長減緩也會導(dǎo)致糧食產(chǎn)量下降，給農(nóng)戶帶來經(jīng)濟損失。且極端低溫下，雖然害蟲的活躍度降低，但真菌卻進入到適宜期，極端的低溫天氣是霜霉病、菌核病、立枯病爆發(fā)的時期，在低溫環(huán)境下，真菌營養(yǎng)物質(zhì)的利用效率高，同時真菌的繁殖速度也快，因此，當(dāng)病毒復(fù)制的速度超過免疫系統(tǒng)的清除速度時，就可能引發(fā)真菌感染。而低溫導(dǎo)致的土壤松散和凝結(jié)，又會影響作物的根系發(fā)育，減少養(yǎng)分的吸收，使得作物的抗病能力進一步下降，因此冬季是作物發(fā)病的高發(fā)期，要特別做好預(yù)防工作，避免低溫引發(fā)的大規(guī)模真菌類病害[2]。

2 極端天氣下的抗災(zāi)措施

2.1 極端高溫抗災(zāi)措施

高溫環(huán)境會降低農(nóng)作物的產(chǎn)量，影響農(nóng)作物的質(zhì)量，縮短收獲季節(jié)，甚至可能導(dǎo)致農(nóng)作物的死亡。因此，提高農(nóng)作物的抗高溫能力，防止高溫對農(nóng)作物造成的損害，是提升農(nóng)業(yè)經(jīng)濟效益，提高作物產(chǎn)量的關(guān)鍵。當(dāng)氣溫逐漸升高時，要及時采取降溫措施，增加作物的抗旱性，作物的抗旱性是植物生長和發(fā)育的關(guān)鍵因素。培育植物抗旱性強的品種，可以在高溫下，獲得更好的水分利用率，提高植物的耐旱能力，以應(yīng)對高溫環(huán)境。比如，當(dāng)出現(xiàn)土壤干裂的情況，就需要及時地進行灌溉，調(diào)節(jié)水土平衡，維護好作物種植環(huán)境。在土壤水分不夠的情況下，作物就會吸取內(nèi)部的水分直到干枯，所以高溫天氣下，及時灌溉是重要的抗災(zāi)措施。灌溉方式可以采用噴灌技術(shù)，通過管道將水進行輸送，然后對水施加壓力使其能夠均勻地噴灑在農(nóng)作物的表面。相關(guān)的研究數(shù)據(jù)顯示，噴灌技術(shù)可以對農(nóng)作物實現(xiàn)90%的均勻噴灑，并將水資源利用率提升到80%，相比于以往的漫灌，噴灌可以最大限度地節(jié)約水資源[3]。

同時，由于該技術(shù)應(yīng)用了先進的壓力設(shè)備，因此在實際的技術(shù)應(yīng)用過程中也不會有較大的控制需求，可以有效地減少勞動人員的勞動量。在設(shè)置水源井時，要盡可能將水源井置于地塊中央，并用干管固定與井相連。沿著地塊長邊進行干管的布設(shè)，保持干管與支管的垂直，將支管設(shè)置在干管的兩側(cè)。其中，布設(shè)支管應(yīng)用的是移動式噴灌技術(shù)，采取兩套同時工作，然后以移動安裝的方式灌溉農(nóng)作物。這種方法可以減少水資源浪費，克服高溫天氣下水分蒸發(fā)過度、水資源稀少的問題。

此外，還需要在農(nóng)田中安裝降溫設(shè)備，通過蒸發(fā)空氣中的水分，降低空氣溫度，使農(nóng)作物得以生長。在農(nóng)田中安裝降溫設(shè)備可以有效降低土壤溫度，從而提高作物的生長效率，并且安裝降溫設(shè)備還可以減少農(nóng)田中的植物病害，改善農(nóng)作物的品質(zhì)，減少農(nóng)作物的損失。在農(nóng)田中安裝降溫設(shè)備需要考慮空間的大小、通風(fēng)和排水的條件以及雨水的種類等因素。適合用于農(nóng)業(yè)種植的降溫設(shè)備包括太陽能降溫系統(tǒng)、地?zé)岜孟到y(tǒng)、風(fēng)冷系統(tǒng)和水冷系統(tǒng)等。其中太陽能降溫系統(tǒng)是一種綠色節(jié)能技術(shù)，它使用一種叫做太陽能冷卻的技術(shù)，該技術(shù)可以將太陽能轉(zhuǎn)換成冷卻能量，以減少農(nóng)田的地表溫度，與傳統(tǒng)的降溫方法相比，太陽能降溫系統(tǒng)可以節(jié)省更多的能源，并且不會對環(huán)境造成不良影響。而地?zé)岜孟到y(tǒng)是通過地下熱量交換器和冷熱輸出器來實現(xiàn)供暖和制冷，不僅可以用于夏季降溫，也可以用于冬季的供暖。不過，這兩項設(shè)備的設(shè)施成本和技術(shù)要求均較高，且空間需求較大，因此在成本不足的情況下，可以選用風(fēng)冷或者水冷系統(tǒng)替代。

如果高溫天氣持續(xù)時間過長，需要進行移植，在移植的時候應(yīng)將根系部分帶著土球一起移植，能夠減少對作物的傷害。在移植后，就需要及時澆水、施肥，并注意移植過程中的防護問題，避免植株遭到暴曬，此外要準備噴水裝置用以進行降溫工作，提高植物生長適宜度。農(nóng)戶還要定時進行雜草清除，避免因為雜草過多，作物吸收不到營養(yǎng)，并且考慮高溫天氣帶來的蒸騰效應(yīng)，農(nóng)戶要通過在底肥中增加充足的礦物質(zhì)、有機肥料和有益微生物肥料，并在生長整個過程同時給予營養(yǎng)干預(yù)，在進行播種處理之前配合高活性固氮微生物菌劑實施拌種處理，除了雜草會影響作物的生長，害蟲對作物生長的影響也是很大的。在高溫抗旱的時候就需要做好每一步工序，這樣才能減少害蟲對作物的侵害，加強對土壤的消毒，使用高錳酸鉀等減少微生物的繁殖，在殺蟲的時候也需要觀察植株的形狀，選擇有白色斑點的植株噴灑，需要避免太陽直射，及時補充營養(yǎng)，在生長中適當(dāng)給予植物營養(yǎng)液補充，包括礦物質(zhì)元素肥、氨基酸類、高活性固氮微生物菌劑等，可確保農(nóng)作物的次生代謝得以啟動，產(chǎn)生吲哚生物堿化感物質(zhì)，其能夠幫助抑制害蟲生長繁衍，同時增強作物的生長能力。

2.2 極端低溫防災(zāi)措施

低溫環(huán)境下，土壤的水分蒸發(fā)會減緩，因此在低溫天氣中不必如高溫天氣一般頻繁灌溉，只要保持足夠濕度即可，尤其是陰雨天氣，更不要多澆水。在種植地點的選擇上，可以選擇陽光和空氣流通良好的朝陽坡，應(yīng)避免選擇冷風(fēng)通道和低溫區(qū)域，作物種植的合理安排也可以減少低溫的危害。在技術(shù)措施方面，采用地膜、覆蓋、氣溫升高等低溫防護技術(shù)，也可以有效地減少低溫的危害。舉例來說，塑膠薄膜可覆蓋農(nóng)作物，以保留農(nóng)作物表面的溫度，覆蓋可降低土壤的熱量流失，減少低溫對農(nóng)作物根部的損害，種植人員還可以依靠加熱空氣亦可加熱農(nóng)作物周圍的空氣，以防止低溫，比如設(shè)置溫室環(huán)境抵擋高溫，用保溫材料覆蓋種植區(qū)，減緩溫度的降低過程等等。

在低溫天氣中要提前展開殺菌消毒工作，通過惡霉靈、嘧菌酯等藥劑進行土壤消毒，再對植物噴灑百菌清、吡唑醚菌酯、異菌脲藥物，增強作物抗菌能力。另外，低溫天氣下，光照會減少，因此要充分利用陽光，讓更多的光照射到作物上，如可以收集些草木灰灑在土壤中，潮濕的草木灰能夠吸收更多的陽光，這有助于提高作物的能量，農(nóng)戶也可以運用白熾燈增加光亮，保證作物的光照充足[4]。

除了從外部環(huán)境來減少低溫天氣對作物的危害，還可以從作物本身強化作物的抗低溫能力。在20世紀70年代的初期，河北遭遇春季玉米在進入到小苗期階段之后遭遇了較為嚴重的冰雹，為了保證玉米產(chǎn)量和正常代謝，割苗機發(fā)明人蘇寶劍帶領(lǐng)農(nóng)村合作社的成員帶著剪刀深入到玉米地將遭受破壞的小苗剪掉，在經(jīng)過這種方法處理后，當(dāng)年玉米卻收獲頗豐。經(jīng)過此次災(zāi)害事件后，蘇寶劍提出，在玉米進入到小苗期之后進行適當(dāng)?shù)母蠲缣幚?，即在玉米的幼苗生長到了5～6片葉之后割苗，能夠更好地提升玉米的抗逆性，刺激后期生長。在對抗低溫氣候中，農(nóng)戶也可以采取該方法，及早對作物幼苗進行割苗處理，增強作物的抗逆性和抗低溫能力，促進幼苗生長。

此外，農(nóng)戶也可以從作物的種子入手，在零下28℃的條件下，將種子提前進行微凍干預(yù)處理，促使種子內(nèi)部能夠生成抗凍糖蛋白（AFP），確保其能夠在較短時間內(nèi)進入到休眠階段，短時間的浸泡處理后再取出備用。在低溫脅迫的干預(yù)下，能夠激發(fā)種子進入代謝活動生成一定的抗逆蛋白，確保其在未來進入到生長之后，可以增強對各種異端天氣的和病蟲害的預(yù)防的抵抗。具體的處理方法：首先取1 kg的真空包裝種子，將其存放到微凍液中持續(xù)浸泡，30 min后取出，隨后將其放置于種子儲藏庫內(nèi)備用，以便播種時供給。通過該項技術(shù)的處理之后，種子表現(xiàn)出較強的抗病毒、耐低溫特性，同時還表現(xiàn)出發(fā)芽速度加快、產(chǎn)量較高、生長更為旺盛等特征。種子的微凍脅迫是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展中提出的重要代謝組學(xué)應(yīng)用技術(shù)，同時也是處理方法較為簡單的技術(shù)。

3 結(jié)語

綜上所述，極端天氣會制約糧食系統(tǒng)的發(fā)展，威脅糧食系統(tǒng)的安全，只有加強作物培植，才能推動糧食系統(tǒng)的快速發(fā)展。所以，抗災(zāi)措施應(yīng)考慮極端天氣的類型，采取適當(dāng)?shù)拇胧?，確保糧食系統(tǒng)的安全運行，以保證糧食供應(yīng)。另外，還需加強作物的培植，以促進糧食系統(tǒng)快速發(fā)展。而對于抗災(zāi)措施的制定，應(yīng)結(jié)合極端天氣的類型合理調(diào)整其內(nèi)容，比如高溫環(huán)境下，要考慮到水分流失和害蟲活躍的問題，低溫環(huán)境下，要考慮植株的細胞損壞和真菌繁殖問題，根據(jù)不同極端天氣造成的危害給予相應(yīng)的抗災(zāi)手段，確保糧食系統(tǒng)能在極端高溫或者極端低溫下繼續(xù)安全運作，維持必要的糧食供給。