耿 雪

(吉林省长白山气象局，吉林 延边 133613)

1 引言

人类努力通过农业来改变地球的生态环境，农业用地扩张被认为是人类对全球环境的重要影响之一[1]。尽管如此，农业扩张带来的土地利用变化是维持人口增长的必要条件。利用自然资源的新技术使人类能够主宰几乎所有的地球生态系统，农业也不例外。绿色革命中的绿色为农业生态系统带来了各种各样的化肥、杀虫剂和其他合成输入物。全球碳氮循环的改变是人类行为的例子，导致了放射性活性气体的增加，如二氧化碳、一氧化二氮、甲烷等，由合成肥料驱动的农业增长导致氮循环的重大变化。20世纪50年代之后，氧化亚氮的浓度急剧上升，证实了肥料的滥用[2]。此外，农业活动，特别是低洼水稻的种植和动物的饲养是大气中甲烷浓度增加的主要原因。实际上，农业也要为温室气体排放到大气中负责。农业、林业和其他土地利用每年排放100～120亿t二氧化碳当量的温室气体[3]。尽管如此，农业提供的生态系统服务是无价的。食品系统包括所有的过程和基础设施，旨在满足社会的食品需求。它包括食物采集、捕鱼；粮食的种植、收获和储存；食品的加工、包装、运输、销售和消费；以及处理食物垃圾。到2050年，全球粮食产量必须增加60%，才能满足100亿人口的需求。目前约有20亿人缺乏微量营养素，实现粮食安全是一项艰巨的任务，因为它非常复杂，生态环境对粮食安全的各个方面都造成了更大的压力[4]。此外，通过对粮食生产、粮食价格和可及性、消费和利用的负面影响，生态环境对全球粮食安全产生了普遍影响。在粮食安全的所有方面中，粮食生产是最受关注的。在这种情况下，必须对农业生产体系进行保障，以应对迫在眉睫的生态环境危险；生物资源多样性增强；增强适应能力和恢复力；提供特定地点的可持续管理实践，如综合作物管理、保护性农业、农业多样化和景观管理。人类出于最大化生产、生产力和利润的愿望，而很少考虑环境问题，对农业的迅速改变导致了农业土地的退化、全球碳和氮循环的改变、土壤肥力和生物多样性的丧失、虫害和疾病的爆发。可持续农业生产受到一系列复杂问题的挑战，包括生态环境、资源限制、生物多样性丧失、粮食价格波动、结构性饮食转变。农业是气候敏感部门，受生态环境和变化的影响较大，但其影响因地区、作物、农业生产系统的适应程度和恢复力而异。而发展中国家和低纬度国家由于贫困、收入不稳定和适应能力较差，更容易受到生态环境的影响。

2020年，我国气温偏高，降水偏多，气候年景偏差。全国平均降水量695 mm。2020年春季，北方地区沙尘天气过程(7次)比常年同期偏少10次。2020年，我国主要粮食作物生长期间气候条件总体较为适宜，利于农业生产；全国年降水资源总量为65926.5亿m3，比常年偏多6163.3亿m3。当前和今后一个时期，巩固拓展疫情防控和经济社会发展成果，更好统筹发展和安全，扎实做好“六稳”工作，全面落实“六保”任务非常艰巨。这样的情况下，气象灾害的影响更具有复杂性、放大性、全局性。本文综合农业与生态环境之间的关系和相互作用，包括农业的影响和温室气体排放。为结构转型、弹性增长途径、环境管理、利益相关者整合以及将农业增长与可持续发展目标相结合的战略提供了一个稳定的基础，也为实现这些目标提供了日益增长的需求。为了最大限度地发挥减缓和适应生态环境之间存在的协同作用，并在生态环境和其他多重压力的情况下实现全球粮食安全，粮农组织提出了一种称为智慧农业气象服务的方法来改造农业，该方法因其固有的积极潜力和建立一个包括气候智能型食品系统、气候智能型农场和气候智能型土壤在内的智能农业系统的目标。

2 气象服务对智慧农业现状

人类对土地的利用已经改变了地球表面。土地利用的变化是开发自然资源以满足人类的需要，而这种变化经常破坏环境条件，其表现为大气成分的变化、全球碳和氮循环、生态危机和灾难。然而，土地利用方式对于人类服务至关重要，因为它们提供了食物、饲料、住所和淡水等生态系统服务。在土地利用变化和粮食生产方面，农业几乎占据了40%的土地表面[5]。农作物土地面积的增加加上技术的发展使得全球农业能够增加粮食产量。农业系统的可持续发展受到土壤安全、水安全、生态环境、粮食与营养安全、能源安全、农业生物多样性丧失等环境问题的挑战。这些挑战具有全球性、复杂性和关联性等共同特点。此外，通过减少粮食生产、粮食不安全、粮食危机和粮食骚乱，可以观察到生态环境对农业部门的普遍影响。

天气记录的可用性是进行生态环境分析的必要条件。然而，在发达国家天气资料有几百年的历史，而在欠发达国家天气资料只有几十年的历史。然而，花粉分析、树木年轮、海洋沉积物等替代性指标使过去的气候得以重建。自20世纪50年代以来，许多观测到的变化在几十年到几千年的时间里都前所未有[6]。生态环境是指气候的平均状态或其变量在很长一段时间内持续的变化。生态环境包括气温上升、降水量和降水频率的变化、海平面上升，以及极端天气事件的增多。相反，气候变率是指气候及其成分在季节、月或周期上的突然、不连续的变化，而不表现出任何特定的时间变化趋势。自然和人为过程改变了全球能源预算，并推动了生态环境。驱动的强度被量化为辐射强迫，辐射强迫是指驱动所引起的能量通量的变化，在对流层顶或大气顶部计算。1750年以来大气中CO2浓度的增加对总辐射强迫的贡献最大。全球地表温度是全球气候最常见的指标[7]。全球变暖导致积雪和海冰减少，海平面上升，对生物圈造成更明显的影响。生态环境和变异性显著影响着生物圈的所有组成部分。全球平均温室气体浓度发现自工业化开始以来呈上升趋势，温室气体的增加是地表温度升高的主要原因，揭示了全球陆地和海洋平均联合表面温度异常，海平面上升是气候变暖的一个明显标志。

3 生态环境保护策略与智慧农业的相互关系

近年来，影响我国的台风情况较为异常，特别是去年盛夏7月无台风生成，半个月内相继有3个台风对我国东北地区造成严重影响，加强对台风移动路径、影响范围、风雨强度的实时监测和预报，及时发布台风预警信息，为各级政府及社会公众科学有效防御台风提供保障。要着力提升自主台风数值预报模式能力，推进风云气象卫星在台风监测及灾害预评估领域发挥更大的作用，进一步提高台风及其风雨影响预报的精细化、定量化水平。

农业正处于十字路口，不断增长的粮食需求、不断下降的土壤肥力、对土地、水等农业投入的竞争性使用，包括生态环境在内的全球变化对农业实践、增长和发展的绿色化的需求带来了越来越大的压力。农业增长的绿色化要求在农业规划、研究和开发、粮食系统创新、减少生物和非生物风险、灾害管理和气候管理等方面进行范式转变。实际上，农业生产系统需要有弹性的发展途径，以增加全球粮食生产，减少农业活动产生的温室气体排放，并使农业适应生态环境和变化。由于对饥饿和营养不良的日益关注，生态环境和极端天气事件对农业粮食系统具有潜在威胁。由于农业投入的边际生产率下降，粮农组织和世界银行提出了智慧农业气象服务的概念。智慧农业气象服务(CSA)被恰当地定义为一种可持续地提高生产力、恢复力、减少/消除温室气体和促进实现国家粮食安全和发展目标的农业方法[8]。CSA的目标侧重于粮食安全和减贫；维持和增加自然和农业生态系统功能的生产力和恢复力。CSA可以最大限度地减少生态环境对农业系统的威胁，该方法旨在提高农业系统的弹性、农民的适应能力和资源利用效率。适应被定义为一种决策过程和一系列行动，以保持应对未来社会生态系统变化或扰动的能力，而不经历功能、结构身份的重大变化，同时保持发展的选择。生态环境与粮食生产之间存在的关系在很大程度上取决于哪些国家、何时以及如何采取适应战略和行动。多层次的适应策略主要包括农艺适应减少负面影响。例如，旨在建立农业生态系统复原力的变革政策和积极主动的管理做法，将大大增强利益攸关方以及边缘和小农户的权能，并确保他们免受生态环境的影响。智慧农业气象服务为实现以减贫、粮食安全、环境卫生为重点的可持续发展目标提供了途径。可持续发展目标作为千年发展目标的后续行动被纳入发展议程。可持续发展目标是具有全球影响力的相互关联的目标，它们直接解决了可持续发展的挑战和障碍，如贫困、粮食和营养安全、环境退化、健康和教育。可持续发展应采取措施消除饥饿，并通过可持续农业和改善营养来实现粮食安全，而可持续发展旨在应对生态环境及其影响。

4 结语

农业是温室气体的主要排放源之一，必须纳入许多缓和生态环境的变革政策。但作为生态系统服务提供商，农业应努力实现农业生产的高端化，实现全球粮食安全。因此，为了实现农业增产和减少温室气体排放，智慧农业气象服务方法应运而生。从本质上讲，生态环境缓解和适应措施是各国特有的，它也有足够的回旋余地来考虑各种权衡因素。此外，农业系统的稳定性、完整性和恢复力是人类生存的必要条件。