一、气候变化对农业的影响

农业作为国民经济的基础产业，对保障国家粮食安全和经济社会稳定发展具有重要意义。我国长期以来通过推动农业技术进步，不断提高农业要素生产率，突破自然禀赋约束，实现了农业单位产量的持续提升^[1]。同时，通过发展环境友好型农业，在提升资源利用效率的同时，为改善生态环境做出了重要贡献^[2]。然而，在全球气候变化的大背景下，农业部门面临着严峻挑战。作为对气候变化最为敏感的部门，农业正在经受着平均气温上升、极端天气事件频发、水资源短缺、土壤侵蚀加剧、生态系统退化等多重压力，这些变化直接影响着农作物的产量^[3]。值得注意的是，农业部门不仅受气候变化影响，同时也是适应和减缓气候变化的重要阵地，提高农业资源利用效率对降低全球碳排放贡献显著^[4]。

在具体影响方面，气候变化对农作物生长周期的影响不容忽视。气温升高导致春季提前、秋季延后，改变了作物的生长季节。然而，这种变化并非都是有利的。以中国水稻为例，温度每升高1℃，生长期平均缩短4天^[5]。研究表明，20世纪80年代以来，我国南方地区早稻和晚稻的生长期显著缩短，导致潜在产量持续下降。此外，气温升高还会导致作物开花结果提前，加快蒸腾作用，增加水资源需求，并通过热胁迫降低作物产量和质量。极端天气事件也会导致部分地区的作物面临低温风险，进一步缩短生长周期从而降低产量。气候变化加剧了农业气象条件的不确定性，使得农民难以把握最佳的种植和收获时间和进行相应的农业管理。

病虫害的扩散同样是导致农业产量降低的重要因素。根据联合国粮食及农业组织（Food and Agriculture Organization of the United Nations, FAO）的数据，全球约有40%的粮食因为病虫害而损失，相当于每年约2.9万亿吨 ^①。气候变化通过引发温度、降水、相对湿度等因素的变化，能够显著影响农业害虫的种群变化。研究表明，这些变化导致了害虫地理分布的扩大、越冬期间存活率的提高、世代数的增加、植物和害虫之间的同步性改变、种间相互作用的改变、迁徙性有害生物入侵的风险增加、昆虫传播的植物病害的发生率增加，同时也降低了包括天敌在内的生物控制的有效性^[6]。这类影响在发展中国家表现得尤为明显，相关研究发现，气候变化已导致非洲约1/6的农场生产力损失，58%的动物疾病对气候变化表现出敏感性，水产养殖则面临着更高的累积死亡率和疾病的发展速度^[7]。

在气候变化对农业的多重影响中，气候突变带来的挑战尤其值得关注。气候突变是指气候系统在相对较短时间内发生的显著变化，具体表现为气温、降水、风速等气候要素的异常波动，这种变化通常持续（或预期将持续）数十年，并对人类系统和自然系统造成严重扰动^[8]。与渐进性的气候变化不同，气候突变具有突发性、不可预测性和潜在的不可逆性特征。随着全球气候变暖加剧，地球系统的某些关键要素可能逼近临界点。一旦超过这些临界点，便可能触发突发性的质变。这种变化往往通过强烈的负反馈机制形成放大效应，最终导致生态系统发生根本性转变^[9]。正是基于这种认识，气候-生态突变逐渐成为气候变化与生态学研究的重要工具，用以评估和预警各类生态系统对气候变化的敏感性与脆弱性。

气候-生态突变对农业既有直接的影响，也有间接的影响。直接影响表现为降雨模式和温度的剧烈改变导致农业生产条件恶化；间接影响则通过改变农田生态系统和水体生态系统的结构与功能，影响农业生产的数量与品质。这种影响具有两个显著特征：一是随机性，难以准确预测发生的时间和强度，给防范和应对带来巨大挑战；二是不可逆性，一旦发生则难以恢复到原有状态。因此，密切关注并积极应对气候-生态突变对农业的影响已成为当务之急。

二、气候变化引发生态系统的突变及重塑效应

生态系统突变是指生态系统在外部环境变化或内部演变的影响下，当关键要素的累积变化超过特定阈值时，从一个相对稳定状态快速转变为另一个截然不同的状态。这种转变通常具有不可逆性，可能导致生态系统结构和功能发生根本性改变。

气候变化引发生态突变的机制主要包含三个方面。首先是多稳态理论。生态系统可能存在多个稳定状态，这些状态之间通过临界转换点相互转化。生态系统对气候变化的响应呈现非线性特征，当气候参数达到特定阈值时，可能触发生态系统突变。例如，在干旱和半干旱生态系统中，虽然植被变化主要受降水量控制，但其响应模式是非线性的，只有当降水量达到临界值时，植被类型才会发生转变^[10]。其次是自组织和反馈机制。生态系统具有自组织和自我调节能力，但这种能力会受到外部干扰的频度、广度和严重程度的影响。当气候变化强度超出关键物种的生态耐受范围时，该物种可能从系统中消失，进而引发生态系统结构和功能的连锁反应，最终导致系统突变^[11]。第三是弹性变化机制。气候条件的改变可能逐渐削弱生态系统的恢复能力，即使表面上系统仍维持原有状态，但其抵御干扰的能力已经显著减弱，此时即便是较小的扰动也可能引发系统向新的状态转变^[12]。

在气候变化影响下，生态系统突变主要表现为三个方面。

物种分布和多样性的改变。全球变暖导致物种分布格局发生显著变化，研究显示物种正以16.9公里/10年的速度向高纬度和高海拔地区迁移^[13]。在这种迁移过程中，部分物种的适宜栖息地可能萎缩，而另一些物种则可能扩大分布范围。例如，在邛崃山系，气候变化导致大熊猫的主食竹分布范围虽然向高海拔扩展，但总面积持续减少，预计到2070年大熊猫栖息地将较2017年减少27.2%^[14]。同时，气候变化还影响着物种的种群数量和季节性活动模式。如北极苔原生态系统中，短期增温虽然提高了灌木和禾草的覆盖度，却降低了植物群落的物种多样性^[15]。

生态系统结构的转变。气候变化可能导致生态系统的主要植被类型发生改变。以荒漠化为例，《联合国防治荒漠化公约》（Convention on Combating Desertification）将其定义为气候变异和人类活动共同导致的干旱、半干旱和亚湿润干旱地区土地退化现象。研究发现，黄土高原地区因气候变暖和降水不足，夏季植物生长受到抑制，而秋冬季节植物生长活性增加，导致该地区植被类型发生改变，并呈现荒漠化趋势^[16]。在垂直结构方面，全球树线也普遍呈上移趋势，其中亚洲树线上移比例达64%，欧洲和北美洲则为56%^[17]。

生态系统功能的改变。生态系统功能性是衡量生态系统同时提供多种功能能力的综合指标。研究表明，温度升高会提升淡水生态系统的功能性，而干旱则会降低旱地生态系统的功能性^[18]。就生态系统生产力而言，研究表明，气候变化对孟加拉国、印度和缅甸地区的农田初级生产力产生了显著负面影响，主要表现为水分胁迫和温度变化的影响^[19]。

除上述主要表现外，气候变化还会影响生态系统中的物种竞争关系、食物链结构、生态位分布和水文循环等关键要素。无论是通过气候变化的持续累积效应，还是极端天气事件的突发性破坏，一旦这些变化突破生态系统的承受阈值，就可能引发系统从一个稳态向另一个稳态的突变。需要指出的是，这种突变往往具有不可预测性和不可逆性，对生态系统的影响深远而持久。

三、气候生态突变对农业系统的多重冲击及反馈效应

气候-生态突变对农业生态系统的影响具有系统性和深远性的特点，主要通过生物多样性损失、土壤肥力下降和水资源可获得性降低三个维度，形成相互关联的负向反馈循环。

生物多样性损失直接威胁农业生态系统的稳定性。其中最显著的表现是授粉昆虫的减少。作为农作物的主要授粉者，蜜蜂、蝴蝶等昆虫对水果、蔬菜、豆类等作物的繁育至关重要。气候变化导致的气温升高、天气不稳定和栖息地退化，严重影响了这些昆虫的生存和迁徙模式，降低了农作物授粉效率，增加了人工授粉成本^[20-22]。同时，气候变化也导致了生态链断裂。农业生态系统中物种间的相互依存关系被打破，天敌、寄生虫、营养分解者等关键物种的减少或消失，可能导致害虫失控，加剧农作物病虫害损失^[23-24]。

土壤肥力下降影响农业生产的可持续性。持续高温和干旱导致土壤水分减少，抑制有机物分解；而极端降水则加剧土壤侵蚀和养分流失。以美国中西部玉米种植区为例，极端温差变化导致土壤微生物活动紊乱，特别是在寒冷冬季，土壤冻结使养分转化过程严重延滞^[25]。气候变化还加剧了土壤酸化，影响植物养分吸收，限制作物生长^[26]。在非洲撒哈拉以南地区，尤其是尼日尔和乍得湖区，干旱和土地退化导致的土壤肥力下降已经严重威胁农业生产，迫使农民依赖化肥等外部投入，这不仅增加了生产成本，还可能造成环境污染^[27]。

水资源可获得性降低加剧农业生产的脆弱性。在气候变暖和降水不规律的背景下，许多地区面临水资源短缺，尤其是依赖灌溉的农业区^[28-29]。以新疆塔里木河为例，尽管该地区20世纪80年代降水总体呈上升趋势，铁干里克以下河段仍出现过完全断流，凸显了气候变化导致的水资源供给不稳定性^[30]。此外，干旱和过度开采导致地下水位下降，极端天气引发的农业污染物流失又威胁水质安全。降水减少和蒸发增加还加大了灌溉压力，可能导致土壤盐碱化，进一步降低农业生产能力^[31-32]。

这些影响之间存在显著的负反馈关系（见图1）。气候变化通过影响农业物候，导致作物产量波动，进而引发土地利用变化和退化，最终造成生态系统服务功能下降和生物多样性丧失。这些变化又反过来加剧气候变化，形成恶性循环。同时，气候变化还增加了农业灾害发生频率，进一步威胁农业生产的稳定性。这一系列相互关联的影响机制揭示了气候-生态突变对农业生态系统的系统性冲击，凸显了采取适应性措施和政策行动的紧迫性，以减缓气候变化影响，维护农业生态系统的稳定性。

四、创新农业体系应对气候生态突变

针对气候-生态突变给农业发展带来的挑战，农业领域正在实施一系列创新策略，主要围绕适应性农业技术、精准智能农业和生态友好型农业三个维度展开（见表1）。

在适应性农业技术方面，重点开展耐旱、耐寒、耐高温作物品种的研发与推广。随着水资源日益匮乏，研发耐旱作物品种已成为提高农业生产韧性的关键。通过基因编辑技术（如CRISPR）和分子育种，科研人员致力于培育能够优化根系结构、改善水分利用效率的作物品种，使其在干旱条件下仍能维持生长和结实^[33]。同时，针对全球气温升高带来的极端高温天气，特别是对水稻、玉米、小麦等主要农作物的威胁，新型耐高温品种的培育也在积极推进。此外，为应对寒冷气候对高纬度地区农业生产的影响，通过基因工程和传统育种技术的结合，培育适应低温环境的作物品种也取得了显著进展。

中国农业科学院旱作农业创新团队的工作提供了典型案例^[34]。该团队不仅选育出七十多个抗旱丰产作物品种，还研发了集雨覆盖抗旱、秸秆适水还田、适水间作等关键技术及配套设备。更重要的是，团队根据中国不同区域的地理环境特点，形成了五种典型的旱地农业发展模式。针对华北山地丘陵区种植结构单一、种养分离的问题，形成了以山西寿阳为代表的发展模式；面对东北风沙半干旱区热量不足、水资源匮乏的挑战，建立了以辽宁阜新为代表的应对模式；为解决华北地区水资源短缺、地下水严重超采的问题，发展了以河北衡水为代表的治理模式；针对西北旱塬半干旱区水土流失严重、降水利用难度大的问题，形成了以甘肃镇原为代表的综合模式；而在内蒙古旱作区，则通过以武川为代表的模式，应对干旱少雨、农田风蚀沙化等突出问题。

在精准智能农业领域，物联网和大数据技术的应用显著提高了农业抗风险能力。通过布设传感器和物联网设备，实现对农田土壤湿度、温度、气象变化以及病虫害的实时监测。这些数据支持农民及时调整灌溉、施肥、施药等管理措施，避免资源浪费。大数据分析则为农民提供气候预测和市场需求分析，帮助制定生产决策。无人机和卫星遥感技术的应用，能够及时识别作物健康状况、土壤质量等关键信息，使大面积农田监测成为可能。智能灌溉系统能够根据土壤湿度和天气预报自动调节用水，在干旱地区发挥着重要作用。

浙江省兰溪市杨梅产业的实践是精准智能农业的成功范例^[35]。通过构建“梅好兰溪杨梅产业大脑”，采用“产业大脑+未来农场”模式推动产业数字化。该项目运用数字孪生技术，通过3D建模、全景拍摄和神经网络等技术，搭建杨梅“孪生树”模型，实时指导农事活动。同时创新“兰农码”三色管理机制，建立预警模型，实现农产品全链路数字化监管，确保产品质量安全。

在生态友好型农业方面，重点推广生态农业和循环农业模式，致力于减少碳足迹。生态农业通过恢复和维持农田生态系统的自然平衡，减少对化肥、农药等外部化学物质的依赖，推广有机农业和生物防治技术，保护生物多样性。循环农业则强调资源的循环利用，通过农业废弃物的堆肥、沼气发酵等方式，既为土壤提供有机肥料，又减少温室气体排放。同时，通过发展农业多功能性，将农业生产与生态恢复、旅游文化等产业相结合，提升综合效益。在减少碳足迹方面，采用低碳农业技术、发展绿色能源应用，同时通过植树造林和提高土壤有机碳储量，增强农业碳汇能力。

浙江省安吉县的实践展现了生态友好型农业的成功路径^[36]。该县依托竹林、白茶等自然资源，发展绿色有机农业和生态旅游，实施资源循环利用和农业面源污染治理。通过政策支持和机制创新，实现了生态保护与经济发展的协调统一，形成“绿水青山就是金山银山”的良性循环。

这些创新策略相互支撑、协同发力，构建了一个全方位的气候-生态突变应对体系。通过适应性技术提升农业韧性，利用数字化手段强化精准管理，采用生态化方式确保可持续发展，不仅提高了农业生产的稳定性和效率，也为实现农业可持续发展提供了新思路。

五、完善社会支持体系强化农业气候适应能力

面对气候-生态突变的不可预测性和潜在不可逆性，构建灵活高效的社会支持体系显得尤为重要。这一体系需要在监测预警、区域协同、风险防控和能力建设四个维度形成合力，提升农业系统应对突发性气候变化的韧性。

第一，建立系统化的监测预警机制。通过整合气象、生态、农业等多源数据，构建气候-生态突变的早期预警系统。重点关注生态系统关键指标的动态变化，特别是物种多样性丧失、生态系统结构转变等临界点的预警。例如，建立授粉昆虫种群数量、土壤理化性质、地下水位等指标的动态监测网络，及时发现生态系统即将发生突变的信号。同时，开发基于人工智能的预测模型，提高对潜在生态突变的识别和预判能力。

第二，强化区域协同治理机制。针对生态系统的跨区域性和完整性特征，建立区域间协同治理平台。例如，在流域尺度上，上下游地区共同制定水资源管理策略，协调应对极端气候事件；在生态功能区尺度上，建立重点生态区域的联防联控机制，共同维护生态安全。通过区域间的技术共享、资源互补和联合应急，提高应对突发性气候变化的整体效能。

第三，创新生态风险防控体系。设计针对气候-生态突变特征的保险产品，如“生态系统服务功能保险”，为生态系统功能损失提供赔付保障。建立快速理赔通道，确保受灾农户能及时获得补偿。同时，设立生态恢复基金，支持受损生态系统的修复工作。例如，为遭受极端天气影响的农田生态系统提供修复资金，帮助其尽快恢复生产功能。

第四，提升系统应对能力。通过专业化培训，提高农民对生态系统临界点的认知和应对能力。培训内容应包括生态系统突变的早期信号识别、应急响应措施和适应性管理技术等。同时，建立专业化的技术服务队伍，为农民提供及时的技术支持。例如，组建“生态灾害应急专家组”，在发生突发性气候事件时，快速开展现场指导。

此外，还需要建立协同创新机制，推动科研机构、企业和农户形成创新联合体。通过产学研合作，加快适应性技术的研发和推广，提高农业系统应对气候-生态突变的技术储备。例如，开展耐极端气候品种选育、生态系统修复技术研发等，为应对未来可能的生态突变提供技术支撑。

面对气候-生态突变带来的挑战，社会支持体系需要具备足够的灵活性和适应性。通过建立多层次、立体化的支持网络，提升农业系统的抗风险能力和恢复力，确保农业生产在面对突发性气候变化时仍能保持相对稳定，为国家粮食安全和农民收入提供可靠保障。

① 数据为联合国粮食及农业组织多年数据的平均值，来源于https://www.fao.org/plant-production-protection/about/zh.