中國(guó)南方抗高溫農(nóng)業(yè)措施發(fā)展?fàn)顩r及評(píng)價(jià)

宋庭玉

（鄭州丹葩沃農(nóng)業(yè)技術(shù)有限公司，河南 鄭州 450000）

隨著氣候變化問題日益明顯，人類的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)受環(huán)境的影響越來越大，氣候加速變暖導(dǎo)致全球平均氣溫不斷上升，極端氣候逐漸成為農(nóng)業(yè)發(fā)展過程中的挑戰(zhàn)。其中，對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)而言，極端高溫是導(dǎo)致作物減產(chǎn)、影響糧食生產(chǎn)的重要問題。研究表明，高溫會(huì)導(dǎo)致植物葉綠素不活躍，阻礙正常的光合作用，降低光合作用效率，導(dǎo)致蛋白質(zhì)凝固變性。同時(shí)，高溫還會(huì)引起植物機(jī)制失衡，如細(xì)胞膜半透性喪失，植物器官和組織受損，酶活性和物質(zhì)運(yùn)輸速率降低，導(dǎo)致光合物質(zhì)積累速度下降。從作物生理角度來看，高溫會(huì)妨礙植物的正常生長(zhǎng)，降低種苗成活率，還可能產(chǎn)生嚴(yán)重的日灼、氣灼等典型熱害，損害農(nóng)作物的品質(zhì)和產(chǎn)量，導(dǎo)致農(nóng)作物減產(chǎn)甚至絕收。例如，在玉米授粉過程中，高溫會(huì)影響花粉產(chǎn)生和植株生長(zhǎng)發(fā)育，導(dǎo)致玉米的正常生殖、生長(zhǎng)過程受到影響，使結(jié)實(shí)率下降。從經(jīng)濟(jì)角度上來看，極端高溫導(dǎo)致作物嚴(yán)重減產(chǎn)，影響農(nóng)業(yè)種植者的經(jīng)濟(jì)效益，并對(duì)農(nóng)業(yè)設(shè)施和種植模式提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，增大了農(nóng)業(yè)種植者的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。從社會(huì)效益角度上來看，極端高溫嚴(yán)重危害糧食安全和農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，會(huì)產(chǎn)生各種社會(huì)問題。

在亞洲季風(fēng)區(qū)，由于氣候的不穩(wěn)定性，極端高溫頻發(fā)，對(duì)作物的產(chǎn)量影響巨大。根據(jù)印度農(nóng)業(yè)研究所的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，在整個(gè)小麥生長(zhǎng)期間，極端高溫每上升1 ℃，產(chǎn)量就會(huì)損失400 萬～500 萬t。由于與季風(fēng)區(qū)相似的氣候狀況，中國(guó)南方和印度面對(duì)高溫具有相似的壓力。因此，采取措施對(duì)抗極端高溫氣候是防止產(chǎn)量下降、促進(jìn)高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)、確保糧食安全的重要舉措。在中國(guó)南方，總體氣溫較高，大部分處于亞熱帶季風(fēng)區(qū)，氣溫波動(dòng)大，極端高溫頻發(fā)，農(nóng)業(yè)種植受極端高溫的影響不斷增大。因此，抗高溫農(nóng)業(yè)措施的使用是確保糧食安全、提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)抗逆性的重要方法。對(duì)近期中國(guó)南方農(nóng)業(yè)應(yīng)用層面上采用的抗高溫農(nóng)業(yè)栽培措施進(jìn)行總結(jié)和評(píng)價(jià)，具有必要性和現(xiàn)實(shí)意義。

1 國(guó)內(nèi)外抗高溫農(nóng)業(yè)措施發(fā)展概況

目前，從實(shí)驗(yàn)室角度看，作物耐熱性的分子生物學(xué)機(jī)理已比較明確。近期一項(xiàng)總結(jié)性研究指出PhyB（光敏色素B）、PIF4（光敏色素互作因子）、H2A.Z（組蛋白類似物A.Z）及ELF3（EARLY FLOWERING3，朊病毒樣結(jié)構(gòu)域）等生物因子作為植物熱傳感器的事實(shí)，明確了植物熱傳感器的定義。該研究進(jìn)一步總結(jié)了這幾種植物熱傳感器參與植物熱形態(tài)建成以及植物熱休克的調(diào)節(jié)機(jī)制。在當(dāng)前實(shí)驗(yàn)室研究水平方面，對(duì)于作物熱響應(yīng)的相關(guān)研究比較充分且發(fā)展迅速。然而，目前植物熱響應(yīng)的機(jī)理研究主要集中在擬南芥等模式上。對(duì)于主要糧食及作物的熱響應(yīng)以及抗高溫機(jī)制的研究有限。在應(yīng)用技術(shù)與推廣層面上，對(duì)于作物耐熱栽培技術(shù)的研究和進(jìn)步存在局限性。一些研究整理了當(dāng)前使用的一些抗高溫農(nóng)業(yè)措施。近期一項(xiàng)研究總結(jié)了白菜的耐熱性情況，并列舉分析了抗高溫的農(nóng)業(yè)栽培技術(shù)，集中對(duì)遮陽網(wǎng)影響夏季普通白菜耐熱性的詳細(xì)機(jī)理進(jìn)行了討論，明確了遮陽網(wǎng)對(duì)白菜耐熱性機(jī)理的重要意義[1]。目前對(duì)于單一作物的系統(tǒng)耐熱性評(píng)價(jià)有一定的研究，并且逐漸成為研究的重點(diǎn)方向。然而，對(duì)于作物耐熱機(jī)制的總體應(yīng)用性成果評(píng)價(jià)較少。

2 中國(guó)南方主要抗高溫農(nóng)業(yè)措施

為抵抗極端高溫氣候，數(shù)種抗高溫農(nóng)業(yè)措施已經(jīng)在中國(guó)南方農(nóng)村地區(qū)推廣。為了便于對(duì)比和討論，可將中國(guó)南方的主要抗高溫農(nóng)業(yè)措施根據(jù)其主要特征分為3 類：蔭蔽措施、農(nóng)業(yè)栽培措施以及物理降溫劑。蔭蔽措施指直接遮蔽外界光源的裝置；農(nóng)業(yè)栽培措施指通過一定的田間管理措施進(jìn)行降溫；物理降溫劑指通過使用某些降溫劑進(jìn)行降溫。

2.1 蔭蔽措施

蔭蔽措施是最直接的抗高溫農(nóng)業(yè)措施，包括遮陽網(wǎng)、遮陽大棚、遮陽式大棚降溫劑等，其特征是通過降低作物受到的直接光輻射來降低熱效應(yīng)，以此起到抗高溫作用。目前，關(guān)于蔭蔽措施的研究比較充分。

遮陽網(wǎng)是一種設(shè)置在地面或空中，通過一定程度阻擋入射光來降低熱效應(yīng)的設(shè)置設(shè)施，可以分為永久性、半永久性或臨時(shí)性。遮陽網(wǎng)作為設(shè)置最簡(jiǎn)單的蔭蔽設(shè)施，適用范圍較廣。在經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r較好、氣候較為炎熱的中國(guó)南方地區(qū)，遮陽網(wǎng)已經(jīng)成為廣泛推廣的農(nóng)業(yè)設(shè)施，成為夏季農(nóng)業(yè)抗高溫的主要措施。遮陽網(wǎng)可以有效降低地溫，從降低光輻射的角度減少極端高溫對(duì)作物產(chǎn)生的危害，可以有效降低田間地表日均溫度。一項(xiàng)關(guān)于烤煙的研究中使用遮陽網(wǎng)對(duì)烤煙進(jìn)行處理，研究遮陽網(wǎng)對(duì)烤煙田地溫的影響。研究表明，使用遮陽網(wǎng)對(duì)烤煙進(jìn)行遮蓋可有效降低地溫，使田間地表日均溫度降低3.2 ℃[2]。遮陽網(wǎng)等蔭蔽措施可以有效減少高溫對(duì)作物的損害，尤其在育苗階段。一項(xiàng)研究表明，對(duì)韭菜使用遮陽網(wǎng)處理可有效提升16.4%出苗率，提高21.1%成苗率[3]。在大棚中使用遮陽材料建設(shè)遮陽大棚，是設(shè)施農(nóng)業(yè)范疇中的優(yōu)秀遮陽措施，其具有低重復(fù)投入成本、效率高、節(jié)省人力成本等優(yōu)點(diǎn)。此外，使用遮陽網(wǎng)作為設(shè)施農(nóng)業(yè)的一般遮陽措施可以提高農(nóng)業(yè)機(jī)械化效率，有效解決傳統(tǒng)遮陽網(wǎng)不適合機(jī)械化操作的問題。

遮陽式大棚降溫劑是近年來發(fā)展迅速的一種蔭蔽措施，這和中國(guó)塑料薄膜大棚廣泛使用有關(guān)。不同于傳統(tǒng)遮陽措施，遮陽式大棚降溫劑一般噴涂在塑料大棚表面，建立一個(gè)遮光層。遮陽式大棚降溫劑通過阻擋入射光照中熱效應(yīng)明顯的部分，例如紅外線，有效降低大棚內(nèi)的光照強(qiáng)度[4]，對(duì)于植物正常的光需求遮擋較小。相比傳統(tǒng)遮陽措施，遮陽式大棚降溫劑具有噴涂方便、節(jié)省人工、效果好等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，遮陽式大棚降溫劑可以將直射光變?yōu)樯⑸涔?，使大棚?nèi)光照更加均勻，因此被眾多農(nóng)業(yè)工作者運(yùn)用，具有廣泛的應(yīng)用前景[5]。

蔭蔽措施主要是用各種措施阻止作物通過光輻射的方式接受熱量，并通過這種方式降低溫度。

2.2 農(nóng)業(yè)栽培措施

農(nóng)業(yè)栽培措施主要包括通風(fēng)、灌溉等降溫方式，是歷史悠久的農(nóng)業(yè)降溫技術(shù)。通風(fēng)是通過提高空氣流通速度來帶走熱空氣，由此降低田間溫度，起到抗高溫的作用。通風(fēng)適用于各種場(chǎng)合，但是其在封閉式的種植環(huán)境，特別是大棚種植中作用最為明顯。通過設(shè)置通風(fēng)扇或通風(fēng)道，可以有效降低大棚內(nèi)部溫度。一項(xiàng)研究綜合考慮了自然通風(fēng)手段配合多種抗高溫農(nóng)業(yè)措施對(duì)降低氣溫與地溫的影響。研究表明，通風(fēng)不僅能夠有效降低氣溫，還與很多抗高溫農(nóng)業(yè)措施有著配合作用。對(duì)自然通風(fēng)、遮陽網(wǎng)和微噴的復(fù)合降溫系統(tǒng)的研究指出，通風(fēng)在配合微噴、遮陽網(wǎng)等其他抗高溫農(nóng)業(yè)措施方面有著突出作用，可以更有效降低棚內(nèi)氣溫[6]。

灌溉是一種非常有效的降溫技術(shù)，不僅對(duì)大棚作物具有降溫作用，對(duì)大田作物的降溫效果也非常好。水稻因其特殊的生長(zhǎng)模式，是用灌溉方式降溫的典型作物。一項(xiàng)關(guān)于水稻的研究對(duì)比了使用不同溫度水源對(duì)田間微氣候產(chǎn)生的影響。對(duì)高溫池塘水和低溫地下井水進(jìn)行研究對(duì)比，結(jié)果表明，使用低溫度的地下水對(duì)農(nóng)田進(jìn)行灌溉可以有效降低地溫，改善當(dāng)?shù)赝寥牢夂騕7]。此外，對(duì)于大田作物來說，灌溉是其主要的抗高溫手段，灌溉的管理方法較為簡(jiǎn)單，可以利用既有灌溉設(shè)備。

灌溉和通風(fēng)技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中有著廣泛的實(shí)踐。一般對(duì)于大棚種植等設(shè)施農(nóng)業(yè)來說，通風(fēng)技術(shù)能夠更有效地降低棚內(nèi)溫度，而對(duì)于大田農(nóng)業(yè)來說，灌溉有著更高的經(jīng)濟(jì)有效性。在實(shí)際農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，要正確使用兩種主要的農(nóng)業(yè)栽培措施抵抗高溫，以起到事半功倍的效果。

2.3 物理降溫劑

物理降溫劑一般使用物理手段吸收熱量，起到降溫效果。目前，最常用的物理降溫劑是干冰。雖然物理降溫劑作為降溫手段尚處于發(fā)展階段，但由于其固有的降溫機(jī)制，物理降溫劑具有用量少、效率高、使用方便、降溫幅度高、可以精確控制降溫幅度等優(yōu)點(diǎn)，因此逐漸被廣大農(nóng)業(yè)工作者，特別是農(nóng)業(yè)科研部門、智慧農(nóng)業(yè)工作者和設(shè)施農(nóng)業(yè)工作者使用。干冰作為固態(tài)二氧化碳，在室溫條件下會(huì)吸收大量的熱量并轉(zhuǎn)化為二氧化碳?xì)怏w，從而降低地溫和氣溫。在此過程中，干冰不僅能起到降溫、抵抗極端高溫的作用，而且釋放出的二氧化碳是光合作用的重要原料，可以作為氣肥促進(jìn)植物生長(zhǎng)。目前，對(duì)于干冰降溫已有相關(guān)農(nóng)業(yè)運(yùn)用，通過自動(dòng)噴灑干冰降低大棚內(nèi)的局部溫度。相比傳統(tǒng)的通風(fēng)、蔭蔽等農(nóng)業(yè)技術(shù)措施，物理降溫劑有著節(jié)省人工成本、提高效率、精確控制的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于大棚中受熱不均勻情況，其相較傳統(tǒng)降溫方法特別有效。由于物理降溫劑具有精確控制降溫幅度的特點(diǎn)，對(duì)于目前正高速發(fā)展的精確農(nóng)業(yè)、智慧農(nóng)業(yè)有很高的實(shí)用價(jià)值，有望成為未來農(nóng)業(yè)的重要抗高溫農(nóng)業(yè)措施。

3 對(duì)比與評(píng)價(jià)

對(duì)3 類降溫手段進(jìn)行對(duì)比和評(píng)價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)基于經(jīng)濟(jì)性、生態(tài)友好性、有效性3 個(gè)指標(biāo)。經(jīng)濟(jì)性指其采購(gòu)價(jià)格、折舊成本和維持性的可接受度；生態(tài)友好性指其在全生產(chǎn)周期內(nèi)對(duì)于環(huán)境造成的影響，包括使用過程中造成的影響和報(bào)廢后對(duì)當(dāng)?shù)丨h(huán)境的影響等內(nèi)容；有效性指其降低溫度、抗高溫的能力。綜合3 個(gè)指標(biāo)，基于南方的自然條件對(duì)3 種抗高溫措施進(jìn)行分析和對(duì)比，并基于每一項(xiàng)指標(biāo)的優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)對(duì)3 種抗高溫措施進(jìn)行評(píng)價(jià)。

3.1 經(jīng)濟(jì)性

經(jīng)濟(jì)性是決定一切農(nóng)業(yè)抗高溫措施的基礎(chǔ)條件，農(nóng)業(yè)作為一項(xiàng)投入較大、經(jīng)濟(jì)回收周期較長(zhǎng)的生產(chǎn)活動(dòng)，對(duì)于經(jīng)濟(jì)性非常敏感。經(jīng)濟(jì)性不可接受的降溫手段不能用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，經(jīng)濟(jì)上不劃算的降溫手段也很難對(duì)廣大農(nóng)業(yè)工作者進(jìn)行推廣。從經(jīng)濟(jì)角度看，中國(guó)南方的水資源較為豐富，采用灌溉方法控制地溫具有可行性，南方稻作地區(qū)優(yōu)秀的水利條件也為灌溉方法控制地溫創(chuàng)造了基礎(chǔ)。通風(fēng)在經(jīng)濟(jì)上成本較為低廉，可以說農(nóng)業(yè)栽培措施的經(jīng)濟(jì)性最好。蔭蔽措施在經(jīng)濟(jì)上需要較高的一次投入，用于購(gòu)買遮陽網(wǎng)、遮陽式大棚降溫劑等蔭蔽設(shè)施，但是設(shè)置或噴涂之后就可以長(zhǎng)期使用。物理降溫劑的經(jīng)濟(jì)性最差，購(gòu)買干冰價(jià)格較高且需要持續(xù)投入。因此，農(nóng)業(yè)栽培措施經(jīng)濟(jì)性最好，蔭蔽措施經(jīng)濟(jì)性其次，物理降溫劑經(jīng)濟(jì)性最差。

3.2 生態(tài)友好性

生態(tài)友好性是基于可持續(xù)農(nóng)業(yè)理念的重要評(píng)價(jià)指標(biāo)，生態(tài)友好性不足的降溫手段不能可持續(xù)提供抗高溫能力。特別是在氣候變化導(dǎo)致極端高溫頻發(fā)的歷史時(shí)期，生態(tài)友好性作為從根源上控制極端高溫的途徑，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來看更為重要。隨著居民生態(tài)意識(shí)的不斷深入，生態(tài)友好性對(duì)于體驗(yàn)性農(nóng)業(yè)、高附加值農(nóng)業(yè)具有獨(dú)特的重要性。蔭蔽措施帶來的環(huán)境生態(tài)壓力主要來自于遮陽網(wǎng)等設(shè)備的折舊損耗，廢棄的塑料遮陽網(wǎng)會(huì)帶來嚴(yán)重的塑料污染，長(zhǎng)期停留在土壤或水體中污染環(huán)境。然而，使用可降解塑料可以有效避免這一問題發(fā)生。農(nóng)業(yè)栽培措施的環(huán)境生態(tài)壓力較小，其環(huán)境壓力主要來自于水資源消耗。在水資源較為豐富的地區(qū)，這一問題不太明顯，同時(shí)使用循環(huán)用水等技術(shù)也可以有效降低這一潛在環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。物理降溫劑的生態(tài)壓力主要來自于二氧化碳帶來的潛在碳排，干冰使用的二氧化碳來自于碳固定，二氧化碳本身可作為氣體肥料使用，通過合理的農(nóng)業(yè)管理措施可以降低甚至逆轉(zhuǎn)由干冰物理降溫劑導(dǎo)致的生態(tài)壓力。因此，3 種抗高溫農(nóng)業(yè)措施都有固有的生態(tài)壓力，但隨著科技發(fā)展和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平的提升，這些潛在的生態(tài)問題都可以得到一定程度解決。

3.3 有效性

有效性是決定生態(tài)友好性最重要的措施。有效性主要指控制溫度、抵抗高溫的能力。物理降溫劑由于其固有的物理特性，降溫效果最好且最直接，可以精確控制溫度，是條件允許時(shí)最快速、有效的抗高溫手段。一般來說，遮陽網(wǎng)能更加有效地降低地溫，而通風(fēng)能更有效地降低氣溫?？傮w來說，兩種方式同時(shí)使用會(huì)更加有效。灌溉是有效性最低的手段，因?yàn)槠鋵?duì)水源的溫度要求較高，而大量的低溫水源在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中一般由地下水提供。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)主要依賴地表水的地區(qū)，灌溉降溫的效率會(huì)大大下降。同時(shí)，灌溉本身作為一種農(nóng)業(yè)管理手段，會(huì)對(duì)水肥平衡等方面產(chǎn)生影響，還可能和農(nóng)作物正常的灌溉周期發(fā)生沖突。此外，不科學(xué)灌水可能導(dǎo)致高溫高濕的環(huán)境產(chǎn)生氣灼等損失。因此，對(duì)于有效性而言，物理降溫劑的有效性最好，蔭蔽措施的有效性其次，農(nóng)業(yè)栽培措施中通風(fēng)效果較好，而灌溉的應(yīng)用有局限性。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，應(yīng)參照需要降低的局部溫度區(qū)間來使用恰當(dāng)?shù)目垢邷卮胧?/p>

4 結(jié)束語

目前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中抗高溫農(nóng)業(yè)措施主要分為蔭蔽措施、農(nóng)業(yè)栽培措施和物理降溫劑三大類。在中國(guó)南方的生態(tài)環(huán)境背景下，從經(jīng)濟(jì)性、生態(tài)友好性和有效性3 個(gè)方面對(duì)三大類抗高溫農(nóng)業(yè)措施進(jìn)行分析可得出如下結(jié)論：經(jīng)濟(jì)性方面，農(nóng)業(yè)栽培措施經(jīng)濟(jì)性＞蔭蔽措施經(jīng)濟(jì)性＞物理降溫劑經(jīng)濟(jì)性；生態(tài)友好性方面，3 類措施都有潛在問題，但是可以通過農(nóng)業(yè)技術(shù)進(jìn)步得到一定程度的解決；有效性方面，物理降溫劑有效性＞蔭蔽措施有效性＞農(nóng)業(yè)栽培措施有效性。結(jié)合上述結(jié)論，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，小規(guī)模、高投入的大棚等種植模式應(yīng)優(yōu)先考慮物理降溫劑，大田的大規(guī)模種植模式應(yīng)優(yōu)先考慮農(nóng)業(yè)栽培措施，蔭蔽措施各方面特點(diǎn)都較好，適合在各種場(chǎng)合進(jìn)行推廣使用。