极端天气变化视角下粮食安全问题及抗灾方案探究

于燕波，高春梅

（1.威海市农业综合执法支队，山东威海 264200；2.荣成市农业农村事务服务中心，山东荣成 264300）

0 引言

粮食是人类生存的基础，极端天气的到来会对区域中的生态系统带来严重的负面影响，进而威胁粮食系统的安全。为了尽可能避免因为极端天气带来的粮食损失，需要结合极端天气对粮食的影响方式制定合理的抗灾方案，最终保护粮食系统在极端环境的安全运作。

1 极端天气对粮食系统的影响方式

1.1 高温影响

高温会对作物造成的危害是多方面的，其中包括抑制了植株的光合作用，抑制了作物的代谢过程，降低作物的生长速度，增加作物的易感性、使作物更容易受病虫害的侵害等。此外，过高的温度也会导致植物的水分流失，影响植物的正常生长发育。极端高温事件是极端天气下常见的气象极端事件类型，当极端高温发生时，粮食作物会因为热浪的侵袭发生光合速率减缓、叶片脱落等现状，如果不注重预防，作物的植株生长速率会不断降低，最终发生植株凋亡，例如，2003年发生于欧洲地区的高温热浪事件，该热浪事件的产生是因为西欧地区的陆地生态系统释放的CO2过多，导致自然环境的碳汇能力受到破坏，自然环境的碳汇削弱，并引发连锁效应，造成当地的作物大面积枯死[1]。又如2022年的6月初，我国南部地区持续高温，多地的气温超过了40℃，云南、湖北、重庆等地的气温甚至一度达到了44℃，在这种高温环境下，南部地区的农作物遭受了严重的日灼影响，大量的秋播蔬菜在出苗时期没有顺利出苗，植株过矮的作物因为贴近地面，被地面高温灼伤根系，尤其是玉米等不耐高温的粮食作物，更是大面积出现秃尖、花粒、雌穗过小等症状。

除了热浪对粮食作物本身带来的直接影响，高温气候还会从作物的生长环境、病虫害等方面间接影响粮食系统的安全，如蓟马、斜纹夜蛾等害虫都是能适应高温的物种，其一般出现在夏季，但如果环境持续升温，有一定概率提前唤醒害虫的活跃期，或者延长害虫的活动期，且在高温引发的蒸腾与暴晒效应下，土壤中的水分蒸发得更快，而农作物在吸收水分的过程中需要一定量的水，当水分蒸发过快时，农作物就无法得到充足的水分，因此生长速度减缓，抗病性变差，更容易受到严重侵害，也更容易枯死。

1.2 低温影响

低温影响是与高温影响相对应的粮食安全影响方式，同样由极端天气引发，一般以寒潮形式表现。在寒潮来袭时，作物会因为环境温度降低而减缓生长速度，如果不进行及时地保护，会导致作物的组织冻伤，发生坏死现象。这是因为在低温作用下，农作物细胞中的水分会不断向外渗透，当水分渗透过多时就会引起植株的细胞脱水，引发作物的叶面枯死，严重情况下会造成作物的完全死亡。除脱水带来的伤害外，另一种由低温引发的冻害，这种损害是低温引起植株的细胞间隙发生结冰现象，由于冰的生成，细胞间隙的空间被不断挤压，原生质的空间被压缩，伴随结冰现象的增多，原生质和其膜系统的空间越来越小，在挤压作用下发生的破坏越来越大，最终就会造成细胞的大量死亡，同时，植物的细胞间隙出现结冰现象后，当气温回升时，细胞间隙中的冰会快速融化，这会导致原生质在开始吸收前就提前进行蒸发作用，进而造成作物的干枯和死亡。

此外，极端低温一般发生于冬季，此时正是低温寡照的时期，在温度较低且光照较弱的情况下，植物的新陈代谢会陷入极度缓慢的状态，如果是秧苗还会发生“僵苗”。极端低温事件对作物的致死率要低于极端高温事件，但其威胁同样不容小觑，在“僵苗”情况下，作物虽然不会直接死亡，但生长减缓也会导致粮食产量下降，给农户带来经济损失。且极端低温下，虽然害虫的活跃度降低，但真菌却进入到适宜期，极端的低温天气是霜霉病、菌核病、立枯病爆发的时期，在低温环境下，真菌营养物质的利用效率高，同时真菌的繁殖速度也快，因此，当病毒复制的速度超过免疫系统的清除速度时，就可能引发真菌感染。而低温导致的土壤松散和凝结，又会影响作物的根系发育，减少养分的吸收，使得作物的抗病能力进一步下降，因此冬季是作物发病的高发期，要特别做好预防工作，避免低温引发的大规模真菌类病害[2]。

2 极端天气下的抗灾措施

2.1 极端高温抗灾措施

高温环境会降低农作物的产量，影响农作物的质量，缩短收获季节，甚至可能导致农作物的死亡。因此，提高农作物的抗高温能力，防止高温对农作物造成的损害，是提升农业经济效益，提高作物产量的关键。当气温逐渐升高时，要及时采取降温措施，增加作物的抗旱性，作物的抗旱性是植物生长和发育的关键因素。培育植物抗旱性强的品种，可以在高温下，获得更好的水分利用率，提高植物的耐旱能力，以应对高温环境。比如，当出现土壤干裂的情况，就需要及时地进行灌溉，调节水土平衡，维护好作物种植环境。在土壤水分不够的情况下，作物就会吸取内部的水分直到干枯，所以高温天气下，及时灌溉是重要的抗灾措施。灌溉方式可以采用喷灌技术，通过管道将水进行输送，然后对水施加压力使其能够均匀地喷洒在农作物的表面。相关的研究数据显示，喷灌技术可以对农作物实现90%的均匀喷洒，并将水资源利用率提升到80%，相比于以往的漫灌，喷灌可以最大限度地节约水资源[3]。

同时，由于该技术应用了先进的压力设备，因此在实际的技术应用过程中也不会有较大的控制需求，可以有效地减少劳动人员的劳动量。在设置水源井时，要尽可能将水源井置于地块中央，并用干管固定与井相连。沿着地块长边进行干管的布设，保持干管与支管的垂直，将支管设置在干管的两侧。其中，布设支管应用的是移动式喷灌技术，采取两套同时工作，然后以移动安装的方式灌溉农作物。这种方法可以减少水资源浪费，克服高温天气下水分蒸发过度、水资源稀少的问题。

此外，还需要在农田中安装降温设备，通过蒸发空气中的水分，降低空气温度，使农作物得以生长。在农田中安装降温设备可以有效降低土壤温度，从而提高作物的生长效率，并且安装降温设备还可以减少农田中的植物病害，改善农作物的品质，减少农作物的损失。在农田中安装降温设备需要考虑空间的大小、通风和排水的条件以及雨水的种类等因素。适合用于农业种植的降温设备包括太阳能降温系统、地热泵系统、风冷系统和水冷系统等。其中太阳能降温系统是一种绿色节能技术，它使用一种叫做太阳能冷却的技术，该技术可以将太阳能转换成冷却能量，以减少农田的地表温度，与传统的降温方法相比，太阳能降温系统可以节省更多的能源，并且不会对环境造成不良影响。而地热泵系统是通过地下热量交换器和冷热输出器来实现供暖和制冷，不仅可以用于夏季降温，也可以用于冬季的供暖。不过，这两项设备的设施成本和技术要求均较高，且空间需求较大，因此在成本不足的情况下，可以选用风冷或者水冷系统替代。

如果高温天气持续时间过长，需要进行移植，在移植的时候应将根系部分带着土球一起移植，能够减少对作物的伤害。在移植后，就需要及时浇水、施肥，并注意移植过程中的防护问题，避免植株遭到暴晒，此外要准备喷水装置用以进行降温工作，提高植物生长适宜度。农户还要定时进行杂草清除，避免因为杂草过多，作物吸收不到营养，并且考虑高温天气带来的蒸腾效应，农户要通过在底肥中增加充足的矿物质、有机肥料和有益微生物肥料，并在生长整个过程同时给予营养干预，在进行播种处理之前配合高活性固氮微生物菌剂实施拌种处理，除了杂草会影响作物的生长，害虫对作物生长的影响也是很大的。在高温抗旱的时候就需要做好每一步工序，这样才能减少害虫对作物的侵害，加强对土壤的消毒，使用高锰酸钾等减少微生物的繁殖，在杀虫的时候也需要观察植株的形状，选择有白色斑点的植株喷洒，需要避免太阳直射，及时补充营养，在生长中适当给予植物营养液补充，包括矿物质元素肥、氨基酸类、高活性固氮微生物菌剂等，可确保农作物的次生代谢得以启动，产生吲哚生物碱化感物质，其能够帮助抑制害虫生长繁衍，同时增强作物的生长能力。

2.2 极端低温防灾措施

低温环境下，土壤的水分蒸发会减缓，因此在低温天气中不必如高温天气一般频繁灌溉，只要保持足够湿度即可，尤其是阴雨天气，更不要多浇水。在种植地点的选择上，可以选择阳光和空气流通良好的朝阳坡，应避免选择冷风通道和低温区域，作物种植的合理安排也可以减少低温的危害。在技术措施方面，采用地膜、覆盖、气温升高等低温防护技术，也可以有效地减少低温的危害。举例来说，塑胶薄膜可覆盖农作物，以保留农作物表面的温度，覆盖可降低土壤的热量流失，减少低温对农作物根部的损害，种植人员还可以依靠加热空气亦可加热农作物周围的空气，以防止低温，比如设置温室环境抵挡高温，用保温材料覆盖种植区，减缓温度的降低过程等等。

在低温天气中要提前展开杀菌消毒工作，通过恶霉灵、嘧菌酯等药剂进行土壤消毒，再对植物喷洒百菌清、吡唑醚菌酯、异菌脲药物，增强作物抗菌能力。另外，低温天气下，光照会减少，因此要充分利用阳光，让更多的光照射到作物上，如可以收集些草木灰洒在土壤中，潮湿的草木灰能够吸收更多的阳光，这有助于提高作物的能量，农户也可以运用白炽灯增加光亮，保证作物的光照充足[4]。

除了从外部环境来减少低温天气对作物的危害，还可以从作物本身强化作物的抗低温能力。在20世纪70年代的初期，河北遭遇春季玉米在进入到小苗期阶段之后遭遇了较为严重的冰雹，为了保证玉米产量和正常代谢，割苗机发明人苏宝剑带领农村合作社的成员带着剪刀深入到玉米地将遭受破坏的小苗剪掉，在经过这种方法处理后，当年玉米却收获颇丰。经过此次灾害事件后，苏宝剑提出，在玉米进入到小苗期之后进行适当的割苗处理，即在玉米的幼苗生长到了5～6片叶之后割苗，能够更好地提升玉米的抗逆性，刺激后期生长。在对抗低温气候中，农户也可以采取该方法，及早对作物幼苗进行割苗处理，增强作物的抗逆性和抗低温能力，促进幼苗生长。

此外，农户也可以从作物的种子入手，在零下28℃的条件下，将种子提前进行微冻干预处理，促使种子内部能够生成抗冻糖蛋白（AFP），确保其能够在较短时间内进入到休眠阶段，短时间的浸泡处理后再取出备用。在低温胁迫的干预下，能够激发种子进入代谢活动生成一定的抗逆蛋白，确保其在未来进入到生长之后，可以增强对各种异端天气的和病虫害的预防的抵抗。具体的处理方法：首先取1 kg的真空包装种子，将其存放到微冻液中持续浸泡，30 min后取出，随后将其放置于种子储藏库内备用，以便播种时供给。通过该项技术的处理之后，种子表现出较强的抗病毒、耐低温特性，同时还表现出发芽速度加快、产量较高、生长更为旺盛等特征。种子的微冻胁迫是现代农业发展中提出的重要代谢组学应用技术，同时也是处理方法较为简单的技术。

3 结语

综上所述，极端天气会制约粮食系统的发展，威胁粮食系统的安全，只有加强作物培植，才能推动粮食系统的快速发展。所以，抗灾措施应考虑极端天气的类型，采取适当的措施，确保粮食系统的安全运行，以保证粮食供应。另外，还需加强作物的培植，以促进粮食系统快速发展。而对于抗灾措施的制定，应结合极端天气的类型合理调整其内容，比如高温环境下，要考虑到水分流失和害虫活跃的问题，低温环境下，要考虑植株的细胞损坏和真菌繁殖问题，根据不同极端天气造成的危害给予相应的抗灾手段，确保粮食系统能在极端高温或者极端低温下继续安全运作，维持必要的粮食供给。