第一章 绪论
第一节 本书研究背景
全球气候变化已是不争的事实，预计到2100年，全球平均气温将上升3.5～5oC，那时湿润地区的降水将会更少，极端气候的发生概率增加（IPCC，2013）。以增温为主要特征的气候变化是当今世界各国共同面临的严峻挑战，它给全球农业生产系统带来的风险日益增加。在全球变暖的背景下，频繁发生的极端气候事件导致高温干旱和暴雨洪涝等自然灾害的发生频率不断增加、强度不断加剧（汪宝龙等，2012；唐利群等，2017；高雪等，2017）。由于极端气候事件难以预测，具有突发性和破坏性，它的频繁发生势必会直接造成粮食产量的严重损失，导致我国农业大幅度减产（贾文雄，2012）。在气候变暖与资源环境约束不断强化的时代背景下，以高投入、高消耗、高污染、低效益为主要特征的传统农业保障数量安全的压力不断增加。在当前的农业生产方式下，气候变化不仅直接影响农产品数量安全，还极大影响农产品质量安全。应对气候变暖、稳定与促进我国农产品数量和质量安全日益成为我国农业可持续发展的双重挑战，尤其是在当前中国耕地面积紧缺、粮食生产条件恶化、粮食需求增加三种矛盾交织，以及在资源与环境双重约束、价格与成本双重挤压、极端气候加剧三重挑战的形势下，系统分析气候变化对农业生产转型的影响路径机制，对有效应对气候变化、保障农产品数量和质量安全及实现农业高质量生产转型，具有重要的理论价值和现实意义。
农业是对气候变化敏感的部门（Parry and Carter，1989；Reilly，1995），农业生产与气候变化之间的耦合关系明显，并且在中国表现得尤为复杂与特殊。这一复杂性与特殊性主要表现在以下几点。气候变化对中国农业的影响利弊并存，但以不利影响为主。近些年，以干旱和洪涝为主要特征的气候变化引发的极端天气对“靠天吃饭”的农业产生了重要影响，进而引发了全球对“粮食安全”的担忧。在过去几十年中，人们观察到气候变化对小麦和玉米的产量有了明显的全球性负面影响。全球粮食体系将在气候快速变暖的情况下受到严重威胁 。例如，气候变化影响全球天气系统的热动力机制，造成极端气候，灾害发生频率和强度加大，已经开始威胁中国粮食生产安全（李祎君等，2010）。极端气象灾害每年给我国的农业生产造成了严重的经济损失，高达1000亿元（刘玲等，2003）。一些学者通过构建经济—气候经济模型，利用1994～2006年省级面板数据，采用格兰杰因果关系检验得出：极端气候事件是造成我国农业产出波动的重要原因（刘杰等，2012），也是造成我国粮食生产大幅度减产和粮食产量波动的重要因素，它已成为全球气象和气候科学研究中心的关注热点和重点研究问题（翟盘茂，2011；翟盘茂和刘静，2012）。
近年来，我国国家气候中心每年都会对全球范围内发生的重大天气气候事件进行总结，并且对一些极端典型事件的形成原因进行分析，为研究我国极端事件的变化规律提供科学参考（王艳姣等，2014；李清泉等，2015；邵勰等，2016）。全球气候变化给我国粮食生产带来种种不利影响，涉及作物单产、品种改良、作物种植制度、作物区域布局、病虫害迁移等各个关键环节，主要表现在：一是气候变暖导致极端灾害性天气多发、频发、重发。2015年我国农作物受灾面积2176.98千公顷，其中绝收223.27千公顷，直接经济损失2704.1亿元（中华人民共和国国家统计局，2015）。2007～2011年，中国每年由自然灾害造成的粮食损失达5000万吨，为粮食总产量的10%，其中，旱灾造成的损失约占全部灾害损失的60%左右（隋丹等，2011）。二是气候变暖导致病虫害发生规律性变化。相关监测结果表明，与20世纪80年代相比，小麦条锈病越夏区的海拔升高了100米以上，流行时间提早半个月左右。2001～2010年，水稻螟虫成灾的早发和高发成为影响我国南方水稻高产*严重的病虫害。稻飞虱和南方果树黄萎病的发生区域也明显逐步向高纬度、高海拔地区扩张。草地螟在北方则连年暴发。三是气候变暖影响种植制度。有关研究表明，气温每升高1℃，水稻生育期缩短7～8天，冬小麦生育期缩短17天，直接影响单产水平。冬小麦的安全种植北界已由长城沿线向北扩展了1～2个纬度（100～200公里）。华北地区冬小麦正由冬性向半冬性过渡。如果在保持现有种植制度、种植品种和生产水平的前提下，到2030～2050年，气候变化和气候极端事件会使粮食总产量下降约10%，其中小麦、水稻和玉米三大作物均以减产为主 。气候变化将使中国长期形成的生产格局和种植模式受到冲击，导致晚熟作物的种植面积增加，复种指数提高，喜温作物、越冬作物种植区北移（赵俊芳等，2010；缪启龙等，2009；谢立勇等，2014；潘根兴等，2011；周曙东等，2013）。此外，气候变暖还常常导致土壤肥力下降、化肥农药施用量增加、粮食生产成本上升等问题。气候变化对粮食生产的影响相互作用、相互交织，在时间和空间上呈现错综复杂的现象和结果。在当前的农业生产方式下，气候变化不仅直接影响粮食数量安全，还极大影响粮食质量安全。气候变暖带来有毒有害物质流扩散、病虫害加剧等直接的质量安全威胁（Bi et al.，2009；张望等，2013），以及农业生产者应对行为对粮食质量安全的间接影响，使得质量安全控制难度增加、控制成本更为昂贵。因此，第一，粮食安全作为一个国家经济安全的基础，为了应对气候变暖，应结合2002年中央农村工作会议提出的战略思路，即要在优化品种、品质结构，大力发展优质农产品生产的同时，切实抓好质量安全管理，保证农产品质量安全。 第二，中国正处于转型时期，资源短缺、污染加重及气候变化使农业生产面临更大的风险和不确定性。中国长期以来过分强调通过加快产业化发展来推进农业现代化发展，现代种植模式和规模化养殖模式已造成空气、土壤、水质的立体交叉污染等负外部性问题（温铁军等，2010）。在中国当前农业环境形势严峻与农业资源约束加剧的背景下，传统的高投入、高消耗、低效率的生产方式不仅是气候变暖的重要原因，也已经从源头上威胁到农产品质量安全，保障农产品数量安全的压力也将不断增加。“十三五”时期是中国经济社会转型的关键时期，在当前工业化、城镇化快速发展的关键阶段，全面实现小康对生态质量、农产品安全的要求将越来越高。尽管中国粮食生产已实现“十连增”，但粮食自给率在2012年下降到88.4%（周曙东等，2013）。目前，我国粮食市场正呈现总产、库存、进口“三量齐增”，结构性矛盾突出，产需有缺口，国内外粮价倒挂，玉米替代品进口激增的新现象，加上农业资源短缺、开发过度，农业污染加重，在资源和环境的双重硬约束下，气候变化给农业生产带来了极大的不确定性，无论是从现实生产的角度还是从资源约束的角度来看，气候变化使中国未来扩大粮食生产的难度越来越大。此外，随着人口增加、城镇化推进、居民收入水平提高和农产品的工业及能源用途拓展，我国未来粮食需求将持续刚性增长，2020年将达到14 000亿斤 左右。如何保障我国农产品的有效供给和粮食安全，提升农业可持续发展能力，是中国农业发展必须应对的一个重大挑战。因此，不加快实现中国农业生产转型，中国农业将成为经济持续稳步增长的“陷阱”。第三，与发达国家相比，我国耕作制度和栽培方式更加多样化，传统农业生产方式中存在诸多有利于减排及实施生态友好的农业替代模式，但受制于中国人多地少的基本国情，以及长期以来形成的“资源无限、环境无价”的观念定式，如何发挥这些传统耕作技术的优势，如何减少化肥农药的投入以减少农业生产的碳排放，均面临新的考验。
中国作为发展中国家，同时是粮食生产大国和粮食消费大国，其粮食安全问题及气候变化和极端事件对中国粮食安全的影响已成为全球变化的区域适应研究热点。目前国内关于中国粮食安全的研究主要集中在生产能力、流通贸易、价格波动三个重要维度（叶宏亮，2013）。诸多研究结果显示，影响中国粮食供给的因素主要有农业自然资源、科学技术水平、农业生产结构和制度安排等，其中，工业化进程导致中国耕地资源、水资源的数量锐减及遭受污染，这是威胁中国粮食安全的关键因素（王浩等，2013；周振民，2013），而近年来农村劳动力转移与老龄化（纪志耿，2013）、气候变化（周曙东等，2013；安艺明和赵文武，2012）及生物能源的发展（张碧溶，2013）对粮食安全的影响成为研究热点。由于中国人均农业自然资源匮乏，因此，从国外进口粮食被多数学者认为是保障中国粮食安全的重要途径（柯炳生，2007；陆文聪等，2011），但同时，国际粮食价格的波动对中国粮食价格存在较为显著的影响（卢锋和谢亚，2008；罗锋和牛宝俊，2009）。国内粮价的大幅波动加上粮食相对价格偏低，不仅影响农户生产积极性，还不利于我国的粮食安全（吴娟，2012），水稻作为中国人*重要的主食，其产量占世界水稻总产量的近30%（FAOSTAT，2011），但是干旱和洪涝等极端气候已经对中国水稻产量造成了严重损失。例如，光、温、水等气候因子的分配和分布变化会直接影响水稻的生长，尤其是对生长期的水稻影响更大；另外，光、温、水等条件的变化很可能会改变病虫害等问题的发展与规律，从而间接危害水稻的生长，导致减产（潘根兴等，2011）。此外，气候变化引发的极端气候事件频发，很可能会加剧农业气象灾害和生物灾害的暴发，进而影响我国粮食主产区的生产要素投入、品种选育改良、生产技术采用等（覃志豪等，2015；尹朝静，2017）。农业气象灾害是造成我国粮食产量波动的重要因素（卢丽萍等，2009），气候变化，尤其是极端气候事件不仅会加剧农业气象灾害的发生频率，同时也会加剧农业气象灾害的发生强度，对粮食作物的长势和收成产生不利影响（谭方颖等，2010）。就整个中国的粮食产量来说，在当前技术水平下，即使能够满足灌溉条件，在气候变化背景下，随着极端天气事件趋多、趋强，全国的小麦、玉米、水稻将分别减产3%～7%、1%～11%、5%～12%（居煇等，2007）。研究表明，在稻谷单产变化中，自然灾害对稻谷单产的影响程度高达48%～56%（龙方等，2011）。自1951年以来，我国干旱和洪涝造成的水稻产量损失分别以4.6%和3.8%的速率增长（中华人民共和国国家统计局，2014）。因此，干旱和洪涝造成的水稻产量的潜在损失已经成为中国粮食安全乃至世界粮食安全问题的重要关注点。
近30年以来，我国无论是成灾面积还是成灾比率均呈增加趋势，农业气象灾害总体上呈不断加剧的趋势（房世波等，2011）。对我国农业生产影响*大的气象灾害是干旱灾害，其次为洪涝灾害。自20世纪50年代以来，我国每年干旱造成农作物受灾的面积平均增加了近120%，洪涝发生频率也在不断增加（中华人民共和国水利部，2014）。1961～2010年，中国华北、西北东南部、黄淮和长江中下游等主要麦区气象干旱呈加剧趋势，冬春两季的降水总体呈减少趋势，无降水日数呈增加趋势，尤其是华北极端干旱的发生日益频繁（房世波等，2013）。预测显示，到21世纪末，全球遭受干旱影响的总面积将增加15%～44%（IPCC，2014）。根据联合国国际减灾战略办公室报告，2015年全球自然灾害共造成约2.3万人死亡，亚洲地区的死亡人数约占全球的72%，而中国是世界上自然灾害*严重的国家之一，中国因自然灾害而受到的经济损失高达136亿美元 。以气象灾害为例，气象灾害造成我国农业直接经济损失惨重，损失约占3%～6%的GDP总量，各省旱灾成灾比例一般为5%～19%、水灾为2%～10%（居煇等，2007）。其中，影响我国*大、范围*广、损失*严重的是干旱灾害，我国每年超过1/2的农作物总成灾面积为干旱成灾面积，华北地区*严重；水灾是我国第二大农业气象灾害，水灾成灾面积约占总成灾面积的1/4，华中地区*严重，且水灾和旱灾的轻重程度呈现出此消彼长的关系（房世波等，2011）。农业部门对气候变化极为敏感，粮食生产与气候变化之间的耦合关系明显，并且在中国表现得尤为复杂与特殊（周洁红等，2015a）。这种复杂性与特殊性主要表现在：第一，气候变化对中
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