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氣候變暖=漢唐重現(xiàn)？

2022/08/29
導讀
氣候變化會影響糧食安全嗎？
    8.29
知識分子The Intellectual

氣候變化會影響糧食安全嗎？| 圖源：pixabay.com


 導  讀

為什么古代的氣候暖期大多有利于糧食增產(chǎn)，而現(xiàn)在的氣候變暖卻令人憂心忡忡？《知識分子》糧食系列邀請中國農(nóng)業(yè)大學教授鄭大瑋，從多年農(nóng)業(yè)減災的研究與實踐出發(fā)，闡釋氣候變化對于糧食安全的影響以及當代中國的適應策略。


撰文 | 鄭大瑋
責編 | 馮灝

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2022年，我國經(jīng)歷了1961年有完整氣象觀測記錄以來的最強高溫過程，長江流域 “汛期反枯”。

據(jù)水利部官網(wǎng)，7月以來，長江流域降水較常年同期偏少4.5成，為1961年以來歷史同期最少，主要湖泊水位持續(xù)走低，不少中小河流斷流，鄱陽湖甚至提前100天進入枯水期。大部分地區(qū)土壤缺墑，截至8月22日，長江流域10省市耕地受旱面積4848萬畝，有340萬人、58萬頭大牲畜因旱供水受到影響。此次高溫疊加干旱導致中稻和玉米花粉活性下降，結(jié)實率降低，尤以望天田和灌區(qū)末端受旱較重。

氣象部門預測，夏末初秋降水仍然偏少，旱情將繼續(xù)發(fā)展加重。雖然2022年夏糧增產(chǎn)，北方大部秋糧長勢較好，但南方，尤其號稱 “湖廣熟，天下足” 的長江中游各省如因旱減產(chǎn)，仍將威脅到我國的糧食安全。

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旱情威脅糧食安全

長江流域在梅雨期過后經(jīng)常出現(xiàn)高溫伏旱，但進入21世紀以來，旱情有加重的趨勢，這與全球氣候變化有密切聯(lián)系。隨著北半球氣候帶整體北移，控制我國夏半年旱澇趨勢的西北太平洋副熱帶高壓在20世紀90年代末發(fā)生突變，強度增大，脊線位置和北界北抬，西伸脊點西進 [1]。

這種情況并非我國獨有，北半球其他地區(qū)的副熱帶高壓也在不斷增強和北擴，在2022年夏季，籠罩西風帶大部甚至連成一片，歐洲大部出現(xiàn)史無前例的高溫與干旱，美國與南亞也出現(xiàn)嚴重高溫與旱情。

圖1 8月20日北半球500百帕天氣圖，以588位勢什米等高線為界的副熱帶高壓仍籠罩我國南方大部，而且在整個北半球都很強盛 | 圖源：中央氣象臺


法國農(nóng)業(yè)咨詢公司戰(zhàn)略谷物（Strategie Grains）預測，2022-2023年，歐盟作物季的玉米產(chǎn)量降至5540萬噸，創(chuàng)出十五年以來的最低水平，同比降幅超五分之一。此外，歐洲今年夏季山火頻發(fā)，西班牙、羅馬尼亞和法國這三個國家今年以來分別被燒毀植被的面積大約是平均值的4倍、7倍和5倍，很有可能的是這些數(shù)字還會在今年之后的時間里繼續(xù)增加。歐洲多國為糧食凈出口國，農(nóng)作物的大幅減產(chǎn)將提高全球糧食安全風險，推動食品價格上漲，進而波及到其他為遭受干旱的地區(qū)，并造成連鎖性破壞，甚至可能引發(fā)全球糧食危機。

作為全球最大的玉米生產(chǎn)國，美國中西部持續(xù)高溫干旱，全美最大的兩個水庫——鮑威爾湖水庫和米德湖水庫長期處于低水位狀態(tài)。據(jù)美國農(nóng)會聯(lián)合會8月14日發(fā)布的一份調(diào)查，將近四分之三的美國農(nóng)民認為今年的干旱正在影響收成，他們的收入將顯著降低；37%的美國農(nóng)民表示，他們正在割掉那些因干旱不會成熟的作物。

圖2 米德湖水庫蓄水達到歷史極低值，左圖為2000年狀態(tài)，右圖為2021年狀態(tài)，美國西南部的這場干旱可能已經(jīng)持續(xù)了22年 | 圖源：美國航空航天局


種種跡象表明，全球氣候變化的影響已進入一個新階段。聯(lián)合國防災減災署2020年發(fā)布報告稱，相較于上一個20年，21世紀前20年全球各種災害發(fā)生頻率大幅度增加，中國是報告氣候災害次數(shù)最多的國家。類似2021年河南特大洪澇和2022年長江流域大范圍高溫干旱的極端事件將更加頻繁，并有可能成為一種新常態(tài)，對人類生存與發(fā)展，特別是糧食安全構(gòu)成巨大威脅。

近年來，中國的糧食增產(chǎn)趕不上消費增長，供銷長期處于緊平衡，進口量逐年增加。據(jù)海關(guān)總署，2021年我國進口糧食16453.9萬噸，同比增長18.1%。2020年以來，由于美國、巴西等糧食出口大國發(fā)生嚴重干旱和持續(xù)通貨膨脹，全球糧價猛漲，低收入國家的糧食供應更加困難。

中國如出現(xiàn)糧食危機，會加劇世界糧價上漲和糧食短缺，因此，必須確保較高的糧食產(chǎn)能、自給能力和儲備水平。雖然我國國土面積遼闊、氣候類型多樣，不同地區(qū)可以豐歉互補，但氣候變化引發(fā)的災害仍然帶來了新的不確定因素。如2021年夏秋季，中原與華北地區(qū)的嚴重暴雨洪澇災害不僅使部分被淹沒地區(qū)玉米絕收，農(nóng)田過濕還導致冬小麥大面積晚播，影響波及京津到黃淮整個主產(chǎn)區(qū)，形成弱苗，大量積水地塊甚至完全不能播種。

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歷史上的氣候變遷與糧食生產(chǎn)

回顧工業(yè)革命以前的原始農(nóng)業(yè)和傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)時期，由于生產(chǎn)水平低下、交通運輸條件差、救災糧食儲備不足和管理水平低等原因，氣候與糧食的聯(lián)系更為緊密。

距今約8000多年前，隨著地球明顯回暖，原始農(nóng)業(yè)先后在中東、東亞和中南美地區(qū)出現(xiàn)。4200年前，干冷氣候突變曾造成糧食減產(chǎn)和蘇美爾、埃及、印度河與中國良渚等古文化崩潰 [3,4]。

中國歷代王朝興衰，很大程度上與氣候變化和糧食產(chǎn)量密切相關(guān)。糧食增產(chǎn)和國力強盛的秦漢、隋唐都處于相對暖期。據(jù)盛唐時期《通典》記載，“天寶八年，天下糧倉屯收并和糴等見數(shù)凡196062220石”，其數(shù)目相當于全國四年的糧食總產(chǎn) [3]。而游牧民族大舉南侵的南北朝、北宋末期及明末清初，大都伴隨氣候變冷、干旱頻繁和糧食歉收。清朝所謂 “康乾盛世” 也與氣候回暖且降水增多有關(guān)。清朝后期再度變冷，災害與饑荒又頻繁發(fā)生。

圖3 氣候變遷與王朝更迭 | 圖源[4]


氣候變化通過對糧食豐歉（單產(chǎn)）和土地墾殖率（面積）兩方面影響糧食產(chǎn)量，政府的政策又影響到人均糧食消費量，及時采取調(diào)控和救援措施可以緩解糧食危機和社會矛盾，而腐敗政治則會使社會矛盾空前尖銳，饑荒加重，引發(fā)農(nóng)民起義和朝代更迭。

圖4 基于糧食安全的歷史氣候變化影響下的糧食安全 | 圖源[3]


整體而言，在歷史暖期，糧食豐年多于歉年，饑荒與農(nóng)民起義發(fā)生較少；而歷史冷期，糧食歉收年、饑荒和農(nóng)民起義發(fā)生次數(shù)均較多 [3]。

圖5 過去2000 年冷暖氣候影響對古代中國糧食生產(chǎn)–人口–社會子系統(tǒng)的影響，數(shù)值表示該情景類型出現(xiàn)年代數(shù)比例 | 圖源[3]


氣候變化與治亂循環(huán)不僅局限在中國。季風減弱，使撒哈拉地區(qū)綠洲與草原自一萬多年前以來逐漸演變?yōu)樯衬?。中世紀后期的小冰期導致歐洲糧食減產(chǎn)，1692-1694年間，歐洲饑餓和疾病死亡人數(shù)達280萬人。1845-1850年間，冷濕氣候誘發(fā)愛爾蘭馬鈴薯疫病大發(fā)生，人口銳減近四分之一。

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有利有弊，弊大于利

既然歷史上的氣候變化，基本趨勢是暖期相對有利于糧食生產(chǎn)、人口增長和經(jīng)濟發(fā)展，冷期相對不利，有些人據(jù)此認為，氣候變暖，尤其西北氣候暖濕化將使中國重回漢唐盛世；也有一些人夸大氣候變化對糧食安全的不利影響，認為將導致全球性糧食危機甚至人類滅亡。

我們認為， 氣候變化對糧食安全的影響有利有弊，包括對產(chǎn)量及其穩(wěn)定性、品質(zhì)、分布與貿(mào)易格局、生態(tài)脆弱貧困地區(qū)的民生等方面，其中最根本的是對糧食產(chǎn)量的影響。

一方面，氣溫升高會導致作物發(fā)育加快、生育期縮短，可利用的光能減少，如不改變品種通常都會導致減產(chǎn)；我國糧食主產(chǎn)區(qū)東北與華北氣候明顯暖干化，降水量減少，而生產(chǎn)生活耗水增加，日益擠占農(nóng)業(yè)用水；極端天氣氣候事件危害加大 [5]，增加糧食生產(chǎn)的不穩(wěn)定性，尤其北方大部地區(qū)的干旱、南方洪澇與季節(jié)性干旱、高溫熱害與臺風危害加重。

有害生物死亡率降低，越冬基數(shù)增大，春季病蟲害發(fā)生提前，分布范圍向更高緯度與海拔擴大，全年危害期延長；氣溫日較差縮小使夜間呼吸消耗增加，白天太陽輻射減弱不利于光合作用，導致全天凈光合積累減少；氣溫升高加速土壤有機質(zhì)分解和土地退化，如東北黑土地有機質(zhì)含量已比墾荒初期下降20%以上；由于小麥、大豆、煙草、棉花等碳三植物捕獲二氧化碳能力低于玉米、甘蔗、高粱、莧菜等碳四類植物，隨著二氧化碳濃度增高，未來碳三類雜草對作物的威脅預計要超過碳四類雜草。

圖6 1980-2019年與氣候有關(guān)災害事件發(fā)生次數(shù)和經(jīng)濟損失 | 圖源[5]


另一方面，積溫增加有利于提高復種指數(shù)，如一年一熟變成一年兩熟，農(nóng)田可改用生育期更長和增產(chǎn)潛力更大的品種，有利于高寒地區(qū)糧食作物擴種；凍害和冷害等低溫災害減輕；二氧化碳是光合作用的主要原料，濃度增高的施肥效應促進了光合作用；由于葉片氣孔不需開很大就能捕獲到足夠的二氧化碳，從而抑制了氣孔水汽逃逸，提高作物的水分利用效率；太陽輻射與風速減弱抑制植被蒸騰和土壤蒸發(fā)，也有利于減輕干旱脅迫。

另外，氣候變化影響的區(qū)域差異明顯，總體上，近期對于高緯度地區(qū)更有利，氣候變暖種植期明顯延長、播種面積迅速擴大，如俄羅斯在20世紀90年代還是世界主要糧食進口國之一，現(xiàn)已成為世界小麥最大出口國。低緯度地區(qū)原有溫度已經(jīng)很高，繼續(xù)升溫往往超出作物能夠忍受的溫度范圍，低海拔沿海與小島嶼還面臨海平面上升淹沒風險。

中國由長期以來的南糧北運逆轉(zhuǎn)為現(xiàn)在的北糧南運，氣候變暖是一個重要因素，尤其緯度最高的黑龍江省已成為產(chǎn)糧第一大省，2021年緯度次高的新疆躍居全國省區(qū)糧食單產(chǎn)最高。

氣候變化對于糧食產(chǎn)量的實際影響將取決于上述因素的綜合，以及是否采取合理的適應措施。但從總體上看，如現(xiàn)有種植制度、作物品種布局和栽培管理不變，且不考慮二氧化碳濃度增加的施肥效應，氣候變暖對全球和我國主要糧食作物生產(chǎn)力的影響都以負面為主。

研究表明，1℃的溫升將導致全球小麥、水稻、玉米和大豆分別減產(chǎn)2.9±2.3%, 5.6±2.0%, 7.1±2.8%和10.6±5.8%。即便將全球平均氣溫較前工業(yè)化時期上升幅度控制在2℃，全球四種主要糧食作物仍將減產(chǎn)3%-13% [6]。對于我國而言，全球氣溫升高2.5℃時，小麥、玉米、水稻等三種主要糧食作物的單產(chǎn)水平都將下降。加上農(nóng)業(yè)用水量的減少和城市化導致耕地面積下降，未來中近期，糧食供給總量最大可下降20%。[7]

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農(nóng)業(yè)系統(tǒng)適應跟不上氣候變化速率，是威脅糧食安全的根本原因

人們可能會感到疑惑，為什么古代的氣候暖期大多有利于糧食增產(chǎn)，而現(xiàn)在的氣候變暖卻讓人憂心忡忡？

原因之一是氣候變化的驅(qū)動機制不同。歷史上的氣候變化主要是自然因素驅(qū)動，具有一定周期性與可恢復性。當代氣候變化主要是人為因素造成，是由于大量排放溫室氣體和土地利用與覆蓋改變，氣候變暖速度比古代的氣候變化快得多。聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會（IPCC）第六次評估報告指出，近年來的全球平均氣溫已經(jīng)高于近2000年來的任何時期。人類適應能力的提高速度往往跟不上氣候變化負面影響的日益加大，尤其是對于生產(chǎn)周期較長的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。

圖7 近2000年來的全球平均溫度重建 | 圖源[8]


另一個原因是社會經(jīng)濟條件與古代有很大改變。雖然當代科技與社會經(jīng)濟管理水平比古代先進得多，但全球人口已倍增至2021年的78億。古代先民可遷徙到氣候相對適宜的地區(qū)謀生，游牧民族更是逐水草而居，而當代世界所有人類能夠生存的地區(qū)國界都已劃定，中低緯度的絕大多數(shù)國家可墾土地開發(fā)殆盡，不可能再大規(guī)模墾殖移民。氣候變化還進一步加大了國際經(jīng)濟發(fā)展不平衡和資源爭奪。

因此，我們不能只看到氣候變化對部分地區(qū)近期帶來的有利因素，更要看到氣候變化對全球糧食安全的長遠影響和對人類生存發(fā)展的嚴重威脅。

氣候變化對于人類經(jīng)濟社會的影響存在一定的閾值。在全球溫升幅度較小時，人類現(xiàn)有的資源、技術(shù)和管理能力還能夠克服氣候變化的不利影響，但需付出一定代價與成本；但如氣候變化的幅度太大或速度太快，人類現(xiàn)有的資源、技術(shù)與管理水平就很可能應付不了或承受不起需要付出的高額成本與極大代價。

如玉米開花期氣溫超過32℃時，花粉活力降低不利于授粉，造成結(jié)實率的下降，超過36℃甚至有可能導致絕收。過去，這樣的高溫在東北很少出現(xiàn)或時間較短，對東北玉米生產(chǎn)影響最大的是由于生育期間溫度偏低而不能在秋霜凍到來之前正常成熟的冷害，現(xiàn)在冷害有所減輕，而開花期高溫熱害卻越來越頻繁和加重。

尤其是氣候變化如超越了某些臨界點，氣候系統(tǒng)將無法回到原來的穩(wěn)定狀態(tài)，產(chǎn)生不可逆的嚴重后果。研究指出，當前升溫水平已使地球上15個氣候臨界點被激活9個 [9]。這些氣候臨界點的跨越會產(chǎn)生一系列正反饋過程，進一步加劇其他氣候臨界點的到達速率。

圖8 全球氣候臨界點，已激活的臨界點分別是北極海冰減小、格陵蘭冰蓋加速流失、北方針葉林火災和蟲害頻發(fā)、永凍土不停消融、大西洋經(jīng)向翻轉(zhuǎn)環(huán)流不斷減弱、亞馬遜雨林頻繁性干旱、暖水珊瑚大規(guī)模死亡、西南極冰蓋加速流失、東南極威爾克斯盆地加速流失 | 圖源[10]


由于不同地區(qū)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)，無論是種植制度、作物布局、品種結(jié)構(gòu)，還是耕作、栽培方式與配套的農(nóng)機、水利、植保等服務系統(tǒng)，都是長期適應原有相對穩(wěn)定氣候條件下形成的固有范式，很難在較短時間內(nèi)適應氣候環(huán)境的巨大變化，尤其是能適應新氣候環(huán)境的作物品種需要很多年才能培育出來。

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氣候變化的 “蝴蝶效應”

由于地處環(huán)太平洋和北半球中緯度兩大災害帶交匯部和東亞季風氣候區(qū)，中國歷來是世界上農(nóng)業(yè)災害比較嚴重和多發(fā)的地區(qū)。隨著全球增溫，極端事件的發(fā)生頻率比過去成倍甚至數(shù)倍增加，使得農(nóng)業(yè)災害的損失總體上趨于加重。

東北西部、華北大部、黃土高原和西南地區(qū)氣候暖干化，降水減少加上農(nóng)業(yè)與生態(tài)系統(tǒng)耗水量增加，干旱缺水是糧食生產(chǎn)的首要制約因素。南方大部地區(qū)氣候暖濕化使洪澇災害有加重趨勢，但由于副熱帶高壓增強和西擴又使得伏旱也在加重。近年來由于氣候帶北擴，北方夏季洪澇也有所加重，新疆更是融雪性洪水頻發(fā)。

臺風登陸我國次數(shù)沒有增加，但強度明顯增大。例如，歷史上臺風影響東北大約十年一遇，但2019-2021年發(fā)生6次，2022年7月上旬臺風暹芭在華南登陸后向北偏東移動，減弱為低壓仍給遼寧和吉林帶來大暴雨和局地洪澇。雖然農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的低溫災害總體減輕，但作物發(fā)育提前和氣溫波動加大使得春霜凍危害反而加大。作物孕穗開花和灌漿期的高溫熱害也比過去明顯加重。

表1 全球變暖程度與十年一遇極端事件的增加倍數(shù) | 數(shù)據(jù)來源[12]


除氣象災害外，與氣候變化關(guān)系密切的農(nóng)業(yè)生物災害也在不斷加重。不同生物物種對于氣候環(huán)境變化的適應能力有很大差異。有害生物如害蟲和病菌，由于生命周期短、繁殖速度快，更容易通過發(fā)生遺傳變異來適應新的氣候環(huán)境。而農(nóng)作物和有害生物的天敵的生命周期要長得多，遺傳變異的發(fā)生明顯滯后于有害生物，對氣候環(huán)境的適應能力要差得多。

如歐洲斑姬鹟以捕食毛蟲為生，隨著氣候變暖，斑姬鹟提前產(chǎn)卵和孵化，毛蟲也提前發(fā)育。但鳥類是以體溫孵化，由于體溫恒定孵化速度并未加快。而毛蟲卵的孵化隨氣溫升高而明顯加快。等幼雛孵化出殼，毛蟲的高峰期已過，缺乏食物已使歐洲斑姬鹟的種群數(shù)量減少了90%，瀕臨滅絕 [11]。

隨著氣候變暖，植物病蟲害的越冬基數(shù)增加，春季發(fā)生提前，全年繁殖世代增多，危害期延長，分布范圍向更高緯度與海拔擴展，也給糧食作物生產(chǎn)帶來更大困難。如小麥赤霉病和白粉病以前在黃河流域很少發(fā)生，但近年在華北與黃淮大面積流行，產(chǎn)量損失巨大。二氧化碳濃度增加還使植物體和許多農(nóng)產(chǎn)品化學成分的碳氮比增大，害蟲為滿足體內(nèi)蛋白質(zhì)需求往往要加大攝食量 [13]。

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如何適應氣候變化，保障糧食安全？

減緩與適應是人類社會應對全球氣候變化的兩大對策。雖然溫室氣體的減排增匯是遏制氣候變化的根本途徑，但由于氣候系統(tǒng)的巨大慣性，即使到本世紀中期能夠?qū)崿F(xiàn)碳中和，全球變暖仍將延續(xù)數(shù)十到數(shù)百年。而且，糧食生產(chǎn)及其產(chǎn)業(yè)鏈是人類必需的生存排放，在千方百計降低單位糧食產(chǎn)量能耗與排放的同時，更多需要采取適應對策。

通過調(diào)整種植結(jié)構(gòu)、作物布局、品種類型和栽培管理，有可能使農(nóng)業(yè)系統(tǒng)適應新的氣候環(huán)境。如提高復種指數(shù)、改用生育期更長的品種，以利用延長了的可種植期，調(diào)整播種期和移栽期使作物生長盛期與光、溫、水等氣候資源的峰值期相吻合，調(diào)整作物與品種布局趨向氣候有利地區(qū)等。

氣候變暖使東北、華北北部和西部高原等較高緯度與海拔地區(qū)熱量資源增加，降水增多有利于西北干旱氣候區(qū)適度墾荒擴大綠洲。要充分利用這些機遇擴大糧食作物種植和進一步提高單產(chǎn)，以彌補氣候變化不利地區(qū)的糧食作物種植面積減少與產(chǎn)量降低。

要充分利用農(nóng)業(yè)生物與農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的自適應機制，如選用抗逆物種與品種，合理利用土壤、氣候和水資源 [14]。雖然農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的自適應機制成本較低且較穩(wěn)定，但當前的氣候變化影響往往超出農(nóng)業(yè)系統(tǒng)自適應能力，必須采取適度人工干預措施彌補其不足。

一類是增強農(nóng)業(yè)系統(tǒng)自適應能力的措施，包括培育抗逆品種、調(diào)整群體結(jié)構(gòu)和抗逆鍛煉；另一類是改良局部生境的措施，包括耕作、灌溉、排水、覆蓋等。加強農(nóng)田基本建設(shè)、水利工程、水土保持、生態(tài)建設(shè)與人工影響天氣作業(yè)也能在一定程度上改良局地氣候 [15]。

其他政策則包括對糧食生產(chǎn)者和糧食作物保險適當補貼，加強技術(shù)服務，健全糧食倉儲和災害救援體系，根據(jù)市場需求調(diào)節(jié)糧價與供需，提高飼料糧轉(zhuǎn)化率，減少運輸、加工、貯藏和消費中的糧食損耗與浪費，根據(jù)糧食豐歉調(diào)整糧田休閑與啟用來實現(xiàn)藏糧于地，調(diào)整糧食貿(mào)易格局和國際合作建立糧食生產(chǎn)基地等，都能提高國家的糧食安全保障水平。

由于資源約束導致國內(nèi)糧食生產(chǎn)成本高于國外，沿海地區(qū)可適度進口，但作為擁有14億多人口的大國，必須確保小麥、水稻等口糧基本自給，才能在國際風云變幻和發(fā)生重大自然災害時保障糧食安全。


圖9 糧食安全與氣候變化的相互作用及適應策略 | 圖源[16]


致謝：感謝連佑敏，唐顥蘇參與對本文的討論。

“

作者簡介

鄭大瑋，中國農(nóng)業(yè)大學教授，農(nóng)業(yè)部防災減災專家組顧問和生態(tài)環(huán)境部國家適應氣候變化戰(zhàn)略編寫組成員。
”


 參考文獻：（上下滑動可瀏覽）

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15.鄭大瑋，潘志華，潘學標等編著. 氣候變化適應200問[M]. 北京：氣象出版社2016

16.劉立濤，劉曉潔，倫飛，等. 全球氣候變化下的中國糧食安全問題研究[J]. 自然資源學報2016，33（6）：927-939


制版編輯 | 姜絲鴨


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