光明农业:气候变化情景下可持续社会生态系统的创新途径
Yogranjan1＊阿贾伊·库马尔·斯里瓦斯塔瓦2贾尼什·k·萨普特3.以及Rakesh S. Marabi4
1农业生物技术，农学院，Tikamgarh, 472001
2印度农学院农业气象系，印度Tikamgarh 472001
3.高级科学家-遗传和植物育种，大豆研究理事会，印多尔，452001印度
4印度贾巴尔普尔农业学院，昆虫学
http://dx.doi.org/10.12944/CWE.9.2.21
减轻温室气体排放增加所带来的全球气候变化的影响已成为世界性的挑战。减少农业对气候变化的不良影响的可能策略，同时优化农作物的总体产量潜力，肯定会考虑开发对光合产量影响最小或没有影响的反射率最大的品种。具有最大反射率性状的作物，如特定株高、叶片倾角、叶绿素含量、蜡状叶毛、光泽度和/或冠层结构和形态性状，将组成一个理想型。利用植物育种对作物反射率进行遗传操纵和/或选择冠层的特定形态是可能的，但叶片蜡质或冠层结构的转基因可以实现更大的温度降低，并可能提供一个可行的解决方案。
气候变化;反照率;作物树冠;基因修改。
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Yogranjan, Srivastava A. K, satte G. K, Marabi R. S.光明农业:气候变化情景下可持续社会生态系统的创新方法。当代世界环境2014;9 (2)DOI:http://dx.doi.org/10.12944/CWE.9.2.21
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介绍
过去100年在印度观测到的气候信号表明，地表温度上升了0.3°C，这是降雨时空格局的变化，相对于正常和更强烈、更频繁的极端温度的发生。气候变化被认为是由于人类活动增加导致温室气体排放增加而造成的全球大气成分的变化，这是在可比时期内观测到的自然气候变率之外的。大气中人为温室气体(ghg)浓度的上升，如二氧化碳(CO)2)、甲烷(CH4)和一氧化二氮(N2自19世纪后期以来，已经增加了。政府间气候变化专门委员会(IPCC)预测，到2100年，全球气候可能变暖1.4至5.8°C，降水量可能增加7%，全球海平面将从0.09米上升到0.88米。1这种影响在热带地区将特别严重，这些地区主要是包括印度在内的发展中国家。
从太阳接收到的一部分能量被地球反射回太空。自然表面的反射系数通常称为反照率，定义为反射的短波辐射与表面上入射的短波辐射的比率，并以百分比表示。农作物表面的反照率在23%到30%之间。地球和大气的反照率为31%。种植反照率较高的农作物可以降低大气温度，因为它们比天然植被反射更多的阳光回太空。栽培具有较高反照率性状的作物品种，即比株高、叶片倾角、叶绿素含量、叶片光泽度和/或冠层结构和形态性状，需要在不久的将来作为“光明耕作”的耕作方式得到优先考虑和推广。可持续发展具有环境、经济和社会层面。气候、生态和社会经济系统之间相互作用的后果可能具有不可逆转性，这是必须采取预期适应和缓解行动的主要原因。
问题/浩劫
印度是易受气候变化影响的国家。预计热带气候的这些前所未有的变化将对农业、健康、自然生态系统、淡水供应和相关过程产生若干不利影响。印度农业占GDP的24%，为130万人提供就业机会。目前，极端气候事件的发生已经对农业的许多部门造成了严重影响。农作物生产极易受到气候变化的影响。据估计，21世纪气候变化可能会降低产量和/或损害作物(IPCC, 2007)。气候变化与CO增加有关2有影响植物代谢、生长和产量的潜力。可见的叶片损伤，包括黄萎病，坏死和卷曲的叶片，有时观察到与一氧化碳有关2浓缩。2高CO的有害作用2浓度升高可能是由于叶片温度高和蒸腾作用减少导致的养分吸收缩短。在强光下，淀粉积累过多导致叶绿素分解。植物对二氧化碳浓度升高的直接而显著的反应2由于C的初级羧化酶核酮糖- 1,5 -二磷酸羧化酶/氧化酶的生化特性3.植物。暴露于高CO的植物气孔导度和蒸腾速率较低2从而影响叶片代谢。在气候变化条件下，高温和水分供应是限制因素。CO升高的相互关系2气候变化影响宏观环境(土壤、空气和水)的微生物种群以及害虫或其他病媒的种群。因此，它是造成真菌、细菌、病毒和昆虫等(微生物)生物体引起的生物疾病的发生和严重程度的一个促成因素。营养缺乏、空气污染物和极端温度/湿度等非生物因素也会影响植物健康和生产力。虽然生物和非生物因素对作物生产和粮食安全的影响更为明显，但值得注意的是，这些因素也可能对粮食作物的品质属性产生重大影响。进一步令人关切的是气候变化对食物链中环境污染物和化学残留物的影响。
缓解方法的技术现状气候变化
气候变化造成的世界范围的社会和环境破坏，要求每个国家立即采取政策干预措施，采取适当的缓解措施。这些方法大致可分为非农业和农业两大类。
在非农业类中，提出了一些应对气候变化的策略。最明显的方式是CO2减少排放可以通过从燃烧化石燃料转向使用非化石燃料能源，如核能、波浪和风能以及地热资源。有限公司2可以通过海洋中的碳封存从大气中去除。建造数以百万计的人造“树”来提取二氧化碳2还提出了用化学洗涤法从周围空气中去除杂质的方法。3、4通过向大气中注入硫酸盐气溶胶，可以减少到达地球表面的太阳日照5，6或者建造一个天基“遮阳伞”。7、8。印度作为一个发展中国家，道德方面的考虑以及建立和实施基础设施所需的大量公共投资构成了重大障碍。
在农业方法中，四种生物方法包括(1)减少大气CO2通过土壤固碳(ii)造林、(iii)向海洋施肥以提高初级生产力和(iv)通过增加农作物的反照率来减少地表温度的升高。可耕地作物主要用于粮食、饲料和饲料，为了保持持续的气候效益，需要每年重新种植特别需要修改的品种。光明农业的优势在于，创造和繁殖特定生理叶片和树冠性状所需的基础设施已经到位。印度是一个生物多样性丰富的国家，森林约占地理面积的20%(6400万公顷)，农业用地(用于农业生产的土地，包括农田、管理的草地和包括农林和生物能源作物在内的永久性作物)约占陆地面积的40-50%。近年来的研究表明，土地利用的变化反映在地表反照率格局的空间分布上，明显导致地表辐射平衡的变化。9在印度，土地利用模式影响了人均农业用地可得性。从1950年的0.22公顷急剧减少到2000年的0.10公顷，预计到2050年将减少到0.06公顷。1851年的总森林覆盖面积为1.31亿公顷，从1951年的7180万公顷和1991年的6390万公顷进一步下降到2001年的6760万公顷左右，这表明印度森林覆盖面积到目前为止一直呈下降趋势。总体而言，印度的森林覆盖率已从一个世纪前的近40%大幅下降到1951年的22%和2001年的21%。
在农业方法中，四种生物方法包括(1)减少大气CO2通过土壤固碳(ii)造林、(iii)向海洋施肥以提高初级生产力和(iv)通过增加农作物的反照率来减少地表温度的升高。可耕地作物主要用于粮食、饲料和饲料，为了保持持续的气候效益，需要每年重新种植特别需要修改的品种。光明农业的优势在于，创造和繁殖特定生理叶片和树冠性状所需的基础设施已经到位。印度是一个生物多样性丰富的国家，森林约占地理面积的20%(6400万公顷)，农业用地(用于农业生产的土地，包括农田、管理的草地和包括农林和生物能源作物在内的永久性作物)约占陆地面积的40-50%。近年来的研究表明，土地利用的变化反映在地表反照率格局的空间分布上，明显导致地表辐射平衡的变化9。在印度，土地利用模式影响了人均农业用地可得性。从1950年的0.22公顷急剧减少到2000年的0.10公顷，预计到2050年将减少到0.06公顷。1851年的总森林覆盖面积为1.31亿公顷，从1951年的7180万公顷和1991年的6390万公顷进一步下降到2001年的6760万公顷左右，这表明印度森林覆盖面积到目前为止一直呈下降趋势。总体而言，印度的森林覆盖率已从一个世纪前的近40%大幅下降到1951年的22%和2001年的21%。历史上的土地利用变化，包括从反照率相对较低的自然植被到反照率普遍较高的作物植被的变化;10抑制了地表温度，11、12部分抵消了目前大气CO升高造成的变暖2浓度。
反照率变化特征
较高的反照率性状包括特定的株高、叶片倾角、叶绿素含量、叶毛的存在与否、叶片光泽度和/或冠层结构和形态性状。对于生长到50至100厘米高度的作物，当地面覆盖完全时，反照率通常在0.18至0.25之间，但森林记录的反照率仅为0.10。一般来说，反照率的最大值(0.25)记录在相对光滑的表面上。一片树叶透射和反射的辐射的比例取决于入射角。叶绿素超过约4mg/cm2的叶片表面，以更好地吸收辐射。含蜡品种与无蜡品种的大麦反照率差异可达0.16(相对于光合有效辐射[PAR]波长)。冠层反照率取决于冠层的形态(叶片反照率、朝向、结构等)。因为在同一作物的不同品种之间已经存在显著的变异13 - 15在物种之间，11据观察，不同品种的玉米的差异可达0.08。
方法-生物技术，育种
未来的选择性育种和基因改造，在它们的互补性中，将提供通过光明农业在一定程度上缓解气候变化的潜力。当然，重要的是要确定具有更高反照率的新作物品种至少可以保持并在理想情况下提高现有品种的产量。因此，必须确保反照率的增加不会对产量、水分关系或抵抗病原体攻击的能力产生负面影响。利用传统的植物育种方法来控制作物的反照率是可能的。反照率在同一作物品种之间可能有显著差异，例如，由于冠层形态的差异16以及叶子表面的性质。13、14因此，精心选择种植的植物品种本身就能在一定程度上减缓未来的变暖。由于太阳海拔高度对确定冠层的净反照率很重要，因此可以根据作物生长的纬度精心选择特定的作物品种。为了优化植物反照率，选择特定的冠层特性是一个可能的途径。
在拟南芥中，已知有24个位点影响“光泽度”16、17其中很多都被克隆了。在玉米和大麦中也有“光滑”的突变体;例如，大麦中有1560个异构体(cer)突变体，代表大约85个互补基团。18这些资源提高了利用基因改造(GM)程序提高叶片表面反照率的前景。随着人们对表皮蜡质生物合成途径的认识不断加深。19、20有机会使用转基因方法来增加冠层反照率。这样的基因修饰可以被设计成波长特异性的，并对位于光合作用有效辐射区域之外的波长(即<400 nm和>700 nm)进行加权。报告的结果表明，在缺水条件下生长的含霜小麦和大麦品种的粮食产量比不含霜的品种高。21通过对植物进行高反照率的基因改造，可以实现温度的降低。选择反光性更强的作物品种不会扰乱全球粮食生产。因此，使用转基因植物和选定的传统农业方法可以在未来的农业可持续发展中发挥重要作用。22
对社会的重要性:质量和数量方面
气候影响的潜在不平等对社会正义和地缘政治具有重要影响。总的来说，印度农民，特别是半干旱地区的农民容易受到气候变化的影响，需要负担得起的解决方案。由于农业是造成气候变化问题的原因之一，它必须发挥补救作用。作物品种设计得当的气候变化应对措施可以成为可持续发展的重要组成部分，防止或避免对人类系统的损害，从而有助于健康的社会生态平衡。
上述观察结果表明，基于增加作物反照率的“光明农业”概念有可能有助于在区域基础上减缓气候变化。这个概念完全依赖于建模23在大规模实施和采用光明农业之前，需要在实地收集数据，以评估这一概念的真正潜力。
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