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氣候、農業和糧食安全:深入研究三者之間係(2/3)

2017/04/17 @國際

氣候、農業和糧食安全:深入研究三者之間係(2/3)

  本文摘錄自聯合國糧食及農業組織(FAO)-2016年糧食及農業狀況報告一書

一、作物

  氣候變化對主要作物產量的影響可能是研究最多的糧食安全問題。自Rosenzweig和Parry(1994)圍繞氣候變化對全球糧食供應潛在影響開展了全球性評估之後,對於產量影響的觀察和預測研究持續了20多年;其他一些重要研究包括Parry、Rosenzweig和Livermore(2005)、Cline(2007)、世界銀(2010),以及Rosenzweig等(2014)。多數研究局限於主要作物,而氣候變化對很多其他重要作物的影響目前所知較少。

  過去數年氣候發展趨勢對作物單產的影響在全球很多區域已經體現得非常直觀(Porter等,2014),不利影響總體多於有利影響。有證據表明,氣候變化已經給小麥和玉米單產造成不利影響。廣泛引用的測算結果為,相對於氣候穩定條件下單產,1980到2008年間全球小麥單產下降5.5%,玉米單產下降3.8%(Lobell等、Schlenker和Costa-Roberts,2011)。

  未來氣候變化對作物單產的準確影響很難預測,這要取決於很多因素。這些因素包括:溫度、降雨模式、大氣中二氧化碳濃度升高等物理因素;農業生態系統發生變化(例如因傳粉者喪失和病蟲害發生率增加);人類體系的適應性反應。“二氧化碳施肥”、農民的回應措施、市場條件和政策等。在作物生長最佳溫度範圍內,溫度變化的影響通常容易理解,但超出最佳溫度範圍後的影響則較難預知。近期研究結果表明對流層臭氧濃度升高已對單產帶來破壞性影響;據測算,2000年大豆、麥和玉米單產分別損失8.5%到14%,3.9%到15%,以及2.2%到5.5%(Porter等2014)。氣候變化對生態系統功能的一些其他可能影響如作物與有害生物的平衡,以及對授粉者的影響— 很難評估,在作物單產預測模型中通常也不予考慮。

  一定範圍內的氣候變化可對作物同時產生有利和不利影響。實際上,溫度和大氣中二氧化碳濃度升高可能對於某些地區的某些作物是有利因素。如在最佳溫度條件下,二氧化碳濃度的升高會提高小麥和大豆單產。儘管由於採用的情景、模型和時間跨度都不一樣,對於未來單產的預測結果也有所差別,但主要預期變化方向卻是一致的:熱帶地區作物單產受到的不利影響大於高緯度地區,且隨著溫度升高,不利影響會更為嚴重(Porter等,2014)。

  更為重要的是,IPPC《第五次評估報告》提供新證據表明,在已經面臨糧食不安全挑戰的地區,作物單產預計將進一步下滑。該報告對21世紀氣候變化導致作物單產的變化進行了預測(圖1)。所使用的資料包括了Challinor等2014年開展的91項研究及1,722項作物單產變化測算結果。這些研究採用的時間跨度、作物種類、作物和氣候模型以及排放水準各不相同。有些研究考慮了適應措施的影響,有些則沒有。研究規模和地區範圍也不盡相同,有些測算著眼於地區,其他則為國家、區域或全球層面。

氣候、農業和糧食安全:深入研究三者之間係(2/3)-1
圖1:氣候變化導致的世界範圍內作物單產變化預測

  儘管這些研究差異顯著,但其長期預測結果都清晰表明不利影響將為主流。這些預測表明,從中期來看,2030年之前,對作物產生的有利和不利影響在全球層面上可以相互抵消;其後隨著氣候變化加劇,不利影響將會逐步增加。相關資料還表明,21世紀後半段氣候變化對玉米、小麥和稻米單產的預期影響對於熱帶地區比溫帶地區更為不利。但在很多溫帶地區,作物單產也有可能下滑(Porter等,2014和Challinor等,2014)。

  糧農組織為本報告而對這些資料開展的深入分析表明,發展中國家和發達國家的受影響模式迥然不同。在發展中國家,對於作物單產影響的多數測算結果為不利影響,預測時間越遠,不利影響就越大(圖2)。與發展中國家相比,針對發達國家的測算結果顯示潛在的有利變化的比例要高得多(圖3)。註1

氣候、農業和糧食安全:深入研究三者之間係(2/3)-2
圖2:氣候變化導致的發展中區域作物單產變化預測

氣候、農業和糧食安全:深入研究三者之間係(2/3)-3
圖3:氣候變化導致的發達區域作物單產變化預測

  近期一項運用農業模型比較與改進專案(AgMIP)以及部門間模型比較專案框架而開展的綜合研究就氣候變化對作物單產影響給出了其他的測算結果。這些結果都表明,與不發生氣候變化的世界相比,如不採取氣候變化減緩措施,則將產生劇烈的長期影響。註2

  在高排放氣候情景中,2100年對單產的影響為:玉米單產降低20到45%,小麥降低5%到50%,稻米降低20%到30% ,大豆降低30%到60%(Rosenzweig等,2013)。假設二氧化碳施肥的效果完全實現,氣候變化對作物單產的影響就會有所減少,具體為玉米降低10%到35%,小麥變為提高5%到降低15%,稻米降低5%到20%,大豆降低0%到30%。如果明確考慮氮獲取面臨的局限,則二氧化碳施肥對作物產生的有利影響就將有所削弱,氣候變化帶來的不利影響將會擴大(Müller和Elliott,2015)。

二、畜牧
  氣候變化會以多種方式影響畜牧生產,包括直接影響和間接影響(表1)。最重要的影響體現在動物生產率、動物健康和生物多樣性、飼料供應品質與數量以及草場載畜能力等方面。降雨量波動加劇會導致飲用水短缺,畜牧病蟲害多發,及其分佈和傳播的變化。另外還會影響草場的品種構成、草場單產以及牧草品質。

表1:氣候變化對各區域的若干潛在影響-種植業和畜牧業

氣候、農業和糧食安全:深入研究三者之間係(2/3)-4

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  溫度升高會給動物帶來高溫脅迫,產生一系列不利影響:飼料攝入量和生產率下降,繁殖率下降,死亡率提高。高溫脅迫還會削弱動物對病原體、寄生蟲和蟲媒的抗性(Thornton等,2009;Niang等,2014)。多個脅迫因數嚴重影響動物生產、繁殖和免疫狀況。印度研究發現,氣候相關脅迫的組合,例如過熱且營養物攝入量減少,均會嚴重影響綿羊的生理應對機制(Sejian等,2012)。

  在牛、豬和雞等密集養殖場所,可通過溫度調節,使氣溫升高產生的影響減少(Thornton等,2009),但需有適當牛棚、豬舍、雞舍及能源。然而,南部非洲廣袤的草原預計將變得更為乾燥,這會加劇水資源短缺的問題;到2050年,波札那鑽井泵水的成本將增加23%。在近東,半乾旱草原地區的牧草品質下滑、土壤侵蝕和水資源短缺問題極有可能加劇(Turral、Burke和Faurès,2011)。

  氣候變化對動物健康的影響也有據可查,特別是蟲媒病問題,因為溫度升高有利於蟲媒和病原體在冬季存活。在歐洲,全球變暖可能會增加羊蜱在秋冬季節的活動,加劇蜱媒病的風險(Gray等,2009)。東非暴發的裂谷熱就與因厄爾尼諾-南方震盪引起的降雨增多和洪澇災害不無關聯(Lancelot、de La Rocque和Chevalier,2008;Rosenthal,2009;Porter等,2014)。【延伸閱讀】氣候、農業和糧食安全:深入研究三者之間係(3/3)

 

註1:在分析採用的資料集中,針對發展中國家開展的測算數量多於發達國家。發展中區域中測算研究數量最多的是撒哈拉以南非洲,其次為東亞和太平洋,以及南亞。面向拉丁美洲及加勒比、北非及西亞等地開展的測算比例要小很多。從作物來看,開展測算最多的是玉米或小麥單產,隨後為稻米和大豆。在多數國家組別中,面向2090-2109年的預測數量都非常有限;此類預測針對發達國家的只有5個,發展中國家16個;所有針對這16個發展中國家的預測均涉及撒哈拉以南非洲,且都表明作物單產將下降10%以上。但這些結果僅來自於兩個研究。

註2:農業模型比較和改善專案框架將氣候、作物、畜牧與經濟聯繫到一起,提供了農場到區域範圍的分析,並包含了多項附加氣候敏感性測試和氣候變化情景的模擬實驗。得益於農業模型比較和改善專案的規範,不確定性範圍已經縮窄,對於建模結果差異和氣候變化對糧食安全影響預測差異的原因也有了更好的認識。

資料來源

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