中国南方抗高温农业措施发展状况及评价

宋庭玉

（郑州丹葩沃农业技术有限公司，河南 郑州 450000）

随着气候变化问题日益明显，人类的农业生产受环境的影响越来越大，气候加速变暖导致全球平均气温不断上升，极端气候逐渐成为农业发展过程中的挑战。其中，对农业生产而言，极端高温是导致作物减产、影响粮食生产的重要问题。研究表明，高温会导致植物叶绿素不活跃，阻碍正常的光合作用，降低光合作用效率，导致蛋白质凝固变性。同时，高温还会引起植物机制失衡，如细胞膜半透性丧失，植物器官和组织受损，酶活性和物质运输速率降低，导致光合物质积累速度下降。从作物生理角度来看，高温会妨碍植物的正常生长，降低种苗成活率，还可能产生严重的日灼、气灼等典型热害，损害农作物的品质和产量，导致农作物减产甚至绝收。例如，在玉米授粉过程中，高温会影响花粉产生和植株生长发育，导致玉米的正常生殖、生长过程受到影响，使结实率下降。从经济角度上来看，极端高温导致作物严重减产，影响农业种植者的经济效益，并对农业设施和种植模式提出了严峻的挑战，增大了农业种植者的经济负担。从社会效益角度上来看，极端高温严重危害粮食安全和农业结构的稳定，会产生各种社会问题。

在亚洲季风区，由于气候的不稳定性，极端高温频发，对作物的产量影响巨大。根据印度农业研究所的数据发现，在整个小麦生长期间，极端高温每上升1 ℃，产量就会损失400 万～500 万t。由于与季风区相似的气候状况，中国南方和印度面对高温具有相似的压力。因此，采取措施对抗极端高温气候是防止产量下降、促进高产稳产、确保粮食安全的重要举措。在中国南方，总体气温较高，大部分处于亚热带季风区，气温波动大，极端高温频发，农业种植受极端高温的影响不断增大。因此，抗高温农业措施的使用是确保粮食安全、提高农业生产抗逆性的重要方法。对近期中国南方农业应用层面上采用的抗高温农业栽培措施进行总结和评价，具有必要性和现实意义。

1 国内外抗高温农业措施发展概况

目前，从实验室角度看，作物耐热性的分子生物学机理已比较明确。近期一项总结性研究指出PhyB（光敏色素B）、PIF4（光敏色素互作因子）、H2A.Z（组蛋白类似物A.Z）及ELF3（EARLY FLOWERING3，朊病毒样结构域）等生物因子作为植物热传感器的事实，明确了植物热传感器的定义。该研究进一步总结了这几种植物热传感器参与植物热形态建成以及植物热休克的调节机制。在当前实验室研究水平方面，对于作物热响应的相关研究比较充分且发展迅速。然而，目前植物热响应的机理研究主要集中在拟南芥等模式上。对于主要粮食及作物的热响应以及抗高温机制的研究有限。在应用技术与推广层面上，对于作物耐热栽培技术的研究和进步存在局限性。一些研究整理了当前使用的一些抗高温农业措施。近期一项研究总结了白菜的耐热性情况，并列举分析了抗高温的农业栽培技术，集中对遮阳网影响夏季普通白菜耐热性的详细机理进行了讨论，明确了遮阳网对白菜耐热性机理的重要意义[1]。目前对于单一作物的系统耐热性评价有一定的研究，并且逐渐成为研究的重点方向。然而，对于作物耐热机制的总体应用性成果评价较少。

2 中国南方主要抗高温农业措施

为抵抗极端高温气候，数种抗高温农业措施已经在中国南方农村地区推广。为了便于对比和讨论，可将中国南方的主要抗高温农业措施根据其主要特征分为3 类：荫蔽措施、农业栽培措施以及物理降温剂。荫蔽措施指直接遮蔽外界光源的装置；农业栽培措施指通过一定的田间管理措施进行降温；物理降温剂指通过使用某些降温剂进行降温。

2.1 荫蔽措施

荫蔽措施是最直接的抗高温农业措施，包括遮阳网、遮阳大棚、遮阳式大棚降温剂等，其特征是通过降低作物受到的直接光辐射来降低热效应，以此起到抗高温作用。目前，关于荫蔽措施的研究比较充分。

遮阳网是一种设置在地面或空中，通过一定程度阻挡入射光来降低热效应的设置设施，可以分为永久性、半永久性或临时性。遮阳网作为设置最简单的荫蔽设施，适用范围较广。在经济发展状况较好、气候较为炎热的中国南方地区，遮阳网已经成为广泛推广的农业设施，成为夏季农业抗高温的主要措施。遮阳网可以有效降低地温，从降低光辐射的角度减少极端高温对作物产生的危害，可以有效降低田间地表日均温度。一项关于烤烟的研究中使用遮阳网对烤烟进行处理，研究遮阳网对烤烟田地温的影响。研究表明，使用遮阳网对烤烟进行遮盖可有效降低地温，使田间地表日均温度降低3.2 ℃[2]。遮阳网等荫蔽措施可以有效减少高温对作物的损害，尤其在育苗阶段。一项研究表明，对韭菜使用遮阳网处理可有效提升16.4%出苗率，提高21.1%成苗率[3]。在大棚中使用遮阳材料建设遮阳大棚，是设施农业范畴中的优秀遮阳措施，其具有低重复投入成本、效率高、节省人力成本等优点。此外，使用遮阳网作为设施农业的一般遮阳措施可以提高农业机械化效率，有效解决传统遮阳网不适合机械化操作的问题。

遮阳式大棚降温剂是近年来发展迅速的一种荫蔽措施，这和中国塑料薄膜大棚广泛使用有关。不同于传统遮阳措施，遮阳式大棚降温剂一般喷涂在塑料大棚表面，建立一个遮光层。遮阳式大棚降温剂通过阻挡入射光照中热效应明显的部分，例如红外线，有效降低大棚内的光照强度[4]，对于植物正常的光需求遮挡较小。相比传统遮阳措施，遮阳式大棚降温剂具有喷涂方便、节省人工、效果好等优点。同时，遮阳式大棚降温剂可以将直射光变为散射光，使大棚内光照更加均匀，因此被众多农业工作者运用，具有广泛的应用前景[5]。

荫蔽措施主要是用各种措施阻止作物通过光辐射的方式接受热量，并通过这种方式降低温度。

2.2 农业栽培措施

农业栽培措施主要包括通风、灌溉等降温方式，是历史悠久的农业降温技术。通风是通过提高空气流通速度来带走热空气，由此降低田间温度，起到抗高温的作用。通风适用于各种场合，但是其在封闭式的种植环境，特别是大棚种植中作用最为明显。通过设置通风扇或通风道，可以有效降低大棚内部温度。一项研究综合考虑了自然通风手段配合多种抗高温农业措施对降低气温与地温的影响。研究表明，通风不仅能够有效降低气温，还与很多抗高温农业措施有着配合作用。对自然通风、遮阳网和微喷的复合降温系统的研究指出，通风在配合微喷、遮阳网等其他抗高温农业措施方面有着突出作用，可以更有效降低棚内气温[6]。

灌溉是一种非常有效的降温技术，不仅对大棚作物具有降温作用，对大田作物的降温效果也非常好。水稻因其特殊的生长模式，是用灌溉方式降温的典型作物。一项关于水稻的研究对比了使用不同温度水源对田间微气候产生的影响。对高温池塘水和低温地下井水进行研究对比，结果表明，使用低温度的地下水对农田进行灌溉可以有效降低地温，改善当地土壤微气候[7]。此外，对于大田作物来说，灌溉是其主要的抗高温手段，灌溉的管理方法较为简单，可以利用既有灌溉设备。

灌溉和通风技术在农业生产中有着广泛的实践。一般对于大棚种植等设施农业来说，通风技术能够更有效地降低棚内温度，而对于大田农业来说，灌溉有着更高的经济有效性。在实际农业生产中，要正确使用两种主要的农业栽培措施抵抗高温，以起到事半功倍的效果。

2.3 物理降温剂

物理降温剂一般使用物理手段吸收热量，起到降温效果。目前，最常用的物理降温剂是干冰。虽然物理降温剂作为降温手段尚处于发展阶段，但由于其固有的降温机制，物理降温剂具有用量少、效率高、使用方便、降温幅度高、可以精确控制降温幅度等优点，因此逐渐被广大农业工作者，特别是农业科研部门、智慧农业工作者和设施农业工作者使用。干冰作为固态二氧化碳，在室温条件下会吸收大量的热量并转化为二氧化碳气体，从而降低地温和气温。在此过程中，干冰不仅能起到降温、抵抗极端高温的作用，而且释放出的二氧化碳是光合作用的重要原料，可以作为气肥促进植物生长。目前，对于干冰降温已有相关农业运用，通过自动喷洒干冰降低大棚内的局部温度。相比传统的通风、荫蔽等农业技术措施，物理降温剂有着节省人工成本、提高效率、精确控制的优点，对于大棚中受热不均匀情况，其相较传统降温方法特别有效。由于物理降温剂具有精确控制降温幅度的特点，对于目前正高速发展的精确农业、智慧农业有很高的实用价值，有望成为未来农业的重要抗高温农业措施。

3 对比与评价

对3 类降温手段进行对比和评价的标准基于经济性、生态友好性、有效性3 个指标。经济性指其采购价格、折旧成本和维持性的可接受度；生态友好性指其在全生产周期内对于环境造成的影响，包括使用过程中造成的影响和报废后对当地环境的影响等内容；有效性指其降低温度、抗高温的能力。综合3 个指标，基于南方的自然条件对3 种抗高温措施进行分析和对比，并基于每一项指标的优势和劣势对3 种抗高温措施进行评价。

3.1 经济性

经济性是决定一切农业抗高温措施的基础条件，农业作为一项投入较大、经济回收周期较长的生产活动，对于经济性非常敏感。经济性不可接受的降温手段不能用于农业生产中，经济上不划算的降温手段也很难对广大农业工作者进行推广。从经济角度看，中国南方的水资源较为丰富，采用灌溉方法控制地温具有可行性，南方稻作地区优秀的水利条件也为灌溉方法控制地温创造了基础。通风在经济上成本较为低廉，可以说农业栽培措施的经济性最好。荫蔽措施在经济上需要较高的一次投入，用于购买遮阳网、遮阳式大棚降温剂等荫蔽设施，但是设置或喷涂之后就可以长期使用。物理降温剂的经济性最差，购买干冰价格较高且需要持续投入。因此，农业栽培措施经济性最好，荫蔽措施经济性其次，物理降温剂经济性最差。

3.2 生态友好性

生态友好性是基于可持续农业理念的重要评价指标，生态友好性不足的降温手段不能可持续提供抗高温能力。特别是在气候变化导致极端高温频发的历史时期，生态友好性作为从根源上控制极端高温的途径，从长远来看更为重要。随着居民生态意识的不断深入，生态友好性对于体验性农业、高附加值农业具有独特的重要性。荫蔽措施带来的环境生态压力主要来自于遮阳网等设备的折旧损耗，废弃的塑料遮阳网会带来严重的塑料污染，长期停留在土壤或水体中污染环境。然而，使用可降解塑料可以有效避免这一问题发生。农业栽培措施的环境生态压力较小，其环境压力主要来自于水资源消耗。在水资源较为丰富的地区，这一问题不太明显，同时使用循环用水等技术也可以有效降低这一潜在环境风险。物理降温剂的生态压力主要来自于二氧化碳带来的潜在碳排，干冰使用的二氧化碳来自于碳固定，二氧化碳本身可作为气体肥料使用，通过合理的农业管理措施可以降低甚至逆转由干冰物理降温剂导致的生态压力。因此，3 种抗高温农业措施都有固有的生态压力，但随着科技发展和农业生产水平的提升，这些潜在的生态问题都可以得到一定程度解决。

3.3 有效性

有效性是决定生态友好性最重要的措施。有效性主要指控制温度、抵抗高温的能力。物理降温剂由于其固有的物理特性，降温效果最好且最直接，可以精确控制温度，是条件允许时最快速、有效的抗高温手段。一般来说，遮阳网能更加有效地降低地温，而通风能更有效地降低气温。总体来说，两种方式同时使用会更加有效。灌溉是有效性最低的手段，因为其对水源的温度要求较高，而大量的低温水源在农业生产中一般由地下水提供。在农业生产主要依赖地表水的地区，灌溉降温的效率会大大下降。同时，灌溉本身作为一种农业管理手段，会对水肥平衡等方面产生影响，还可能和农作物正常的灌溉周期发生冲突。此外，不科学灌水可能导致高温高湿的环境产生气灼等损失。因此，对于有效性而言，物理降温剂的有效性最好，荫蔽措施的有效性其次，农业栽培措施中通风效果较好，而灌溉的应用有局限性。在实际应用时，应参照需要降低的局部温度区间来使用恰当的抗高温措施。

4 结束语

目前农业生产中抗高温农业措施主要分为荫蔽措施、农业栽培措施和物理降温剂三大类。在中国南方的生态环境背景下，从经济性、生态友好性和有效性3 个方面对三大类抗高温农业措施进行分析可得出如下结论：经济性方面，农业栽培措施经济性＞荫蔽措施经济性＞物理降温剂经济性；生态友好性方面，3 类措施都有潜在问题，但是可以通过农业技术进步得到一定程度的解决；有效性方面，物理降温剂有效性＞荫蔽措施有效性＞农业栽培措施有效性。结合上述结论，在农业生产中，小规模、高投入的大棚等种植模式应优先考虑物理降温剂，大田的大规模种植模式应优先考虑农业栽培措施，荫蔽措施各方面特点都较好，适合在各种场合进行推广使用。