联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）和联合国粮食及农业组织（FAO）都将农业列为最易遭受气候变化影响、最脆弱的产业之一, 特别是发展中国家的农业^{[14, 15, 16]}。气候变化对粮食系统的影响主要体现在农业地理限制的变化、作物产量的变化以及对农业系统的冲击三个方面^{[13, 17, 18]}。气候或其他资源环境因素变化通过对食物系统包括粮食供应（生产、分销和交换）、食物获取（可支付、分配和偏好）和食物利用（营养、社会价值观和安全）施加压力, 导致未来满足粮食需求进一步复杂化^[19], 粮食系统的脆弱性^[20]和不确定性增加, 粮食安全度降低^[18]。例如, 全球大气中CO₂浓度升高、气温升高及降水量变化等是全球气候变化对农业生产和农业生态系统影响最为重要的几个生态因子, 其影响主要表现在对农作物地理分布、种植制度、农作物产量、生长发育、病虫害、农业水资源及农业生态系统结构和功能等方面^{[14, 21]}, 从而引起粮食市场、食物价格和供应基础设施等的变化^{[18, 22, 23]}。受全球气候变暖影响, 粮食供给的不稳定性将会增大, 气温每上升1 ℃, 粮食产量将减少10%^[24]。

气候的平均状态决定了粮食生产的结构, 如地域分布特征、种植制度、作物品种结构等; 气候波动对于产量的影响则主要表现在极值年份如敏感地区, 严重的干旱、洪涝等灾害对粮食生产的影响^{[25, 26]}。气候变暖造成中国种植制度界限北移和粮食产量波动。过去50 a中, 气候变暖造成了中国种植制度界限不同程度北移、冬小麦和双季稻种植北界北移, 熟制的变化可能使种植制度界限变化区域的粮食单产增加^[27]。对东北地区粮食总产增加有明显的促进作用; 而对华北、西北和西南地区的粮食总产增加则有一定抑制作用^[28]; 对华东和中南地区的粮食产量则影响不明显^[29]。此外, 中国北方气候暖干化使作物适宜种植区域向高纬度高海拔扩展; 品种熟性向偏中晚熟高产品种发展; 喜温作物和越冬作物以及冷凉气候区的作物种植面积迅速扩大; 在旱作区种植不够耐旱的玉米、春小麦等作物受到制约^[30]。因气候变化影响粮食产量的变化幅度一般为3%~5%, 个别年份可达10%左右; 因农业自然灾害造成的粮食减产幅度一般为5%~10%, 个别可达10%左右^[31]。降水变化是影响中国粮食生产变化的主要原因, 温度变化对粮食生产的影响主要表现在高纬度地区和高海拔地区; 气候变化引起的中国农业灌溉用水增加量平均超过1 000亿m³, 单位面积粮食减产量平均超过1 000 kg/hm^{2 [16]}; 旱涝灾害已成为限制水稻、小麦和玉米单产提高的主要限制因素^[32]。受全球气候变化的影响, 在保持人民消费水平持续增长的条件下, 中国未来粮食生产有可能不能满足需求增长的要求, 存在7%~8%的粮食缺口^[33]。总之, 由于中国自然地理和农业地理的多样化和区域差异明显, 全球气候变化对中国粮食的影响是深远的, 有正有负, 整体上看, 负效应不容忽视。

粮食系统与全球气候变化相互作用^[34], 确保粮食安全相关的人口、耕地、政策等又深刻影响着全球气候变化^[2]。如何保障粮食安全以养活全球90亿人口成为2050年全球面临的最大挑战^[35], 近年来粮食需求成为全球气候变化的主要驱动力之一。IPCC第4次评估报告显示, 农业是温室气体的第二大重要来源, 主要有CO₂、CH₄、N₂O和NO_X等^{[36, 37]}。到2050年, 土地、水、能源资源、化肥相关矿物如磷酸岩盐^[38]等更加稀缺, 陆地淡水和近岸海洋生态系统中氮、磷的富营养化将进一步增加, 农药使用量也将相应增加, 富营养化和栖息地破坏将导致生态系统简化、生态系统服务功能丧失和物种灭绝^{[39, 40]}。促进粮食高效、持续供应的同时保护生态多样性, 迫切需要减少粮食系统对全球环境的影响。

随着中国经济的快速增长, 工业化、城镇化的加速推进, 粮食生产要素在空间、结构和质量上均发生了重新配置, 进而也加剧了全球气候变化。中国生产力较高的耕地在减少, 生产力较低的耕地在增加^[41], 中国东、中部城市密集地区人粮关系尤为紧张, 这些地区人粮矛盾会进一步加剧^[42]; 全国粮食生产重心的“ 北移” 加剧了北方天然草地资源的大规模开垦和水资源的过度开采, 水资源短缺日趋严峻^[43], 可能引发严重的生态问 题^[44]。农田、农村畜禽养殖和城乡结合部的生活排污是造成中国水体氮、磷富营养化的主要原因, 未来中国农业面源污染对水体富营养化的影响将进一步加剧, 农业和农村发展引起的水污染将成为中国可持续发展的最大挑战之一^[45]。此外, 随着收入水平提高, 人均肉类消费及其对饲料粮的需求将大幅度增加^[46]。要解决保障中国粮食安全所面临的资源环境问题, 需要实施现代高效生态农业战略、粮食生产区再平衡战略和贸易替代 战略^[47]。

技术进步对增加粮食产量有很大促进作用^[33]。在耕地总量动态平衡的前提下, 解决粮食问题的根本出路则在于发展高产优质。实现粮食提质增效需从以下方面出发：第一, 调整粮食耕作制度, 如确保粮食种植面积、提高单产、调整优化种植结构和品种结构等促进粮食生产的持续发展^[50]。第二, 优良品种是粮食增产的基础, 而正确的育种方向和技术对选育优良品种至关重要^[51]。第三, 科学施肥是实现粮食稳产、增产、提高粮食质量、保持土壤肥力和保障中国粮食安全最有效的途径之一^[52]。充分合理地利用有机肥料资源, 不仅可以改善农村生活条件和生态环境, 还可以降低生产成本, 改善农产品品质, 增加农民收入^[53]。将化肥有机肥配合实施能提高水稻产量和肥料利用率、减少环境污染、培肥土壤, 是简单易行的环境保护性施肥技术^[54]。第四, 加强国家层次的养分资源宏观管理, 重视养分资源综合管理技术的研究与应用, 切实抓好养分资源综合管理技术推广和农化服务工作, 是实现中国粮食安全的根本途径^[55]。从多学科联合攻关入手, 通过技术层面与政策层面的结合, 在全流域范围内广泛推行农田最佳养分管理, 实行全流域氮、磷总量控制, 削减农业面源污染排放量^[56], 同时提高作物产量和养分利用效率, 协调作物高产与环境保护^[57]。第五, 大力发展农田土壤固碳技术不仅有助于提高粮食作物产量, 保障粮食安全, 还有助于削减5%~15%的化石燃料排放^[58]。第六, 确定合理的粮食灌溉制度, 可以达到增产、节水的效果^[59]。此外, 针对气候变化对中国各个粮食主产区的影响, 需进一步加大应对气候变化技术的研究和推广应用, 提高区域农业用水和粮食生产抵御气候变化的能力^[16]。在粮食生产过程中要采取气候灾害预警防治技术积极进行防灾减灾^[60], 采取综合配套技术提高抵御灾害能力, 调整作物种植结构, 确保粮食生产安全^[30]。

资源与环境是保障粮食安全的基本前提, 保护农业资源环境就是保护粮食生产力^[61]。中国学界围绕耕地资源保护、水资源高效利用、草原生态保护、渔业资源养护、粮食产地环境治理、土壤防治修复、农业面源污染防控、农业残膜污染防治等展开了大量研究。耕地资源的数量和质量是确保粮食稳产的关键^[62]。1990— 2010年间, 中国耕地利用南减北增, 总量基本持衡, 新增耕地重心逐步由东北向西北移动^[63]。尽管通过土地整 理^[64]、土地复垦和农村宅基地整理^{[65, 66]}、农田基础设施等提高了部分耕地的单产能力, 但由于耕地面积减少, 特别是东部地区优质耕地的减少, 造成粮食生产能力下降^[67]。保障中国粮食安全, 有必要实施“ 藏粮于地” 计划, 全面提高中国土地资源的综合生产力^[68]。与此同时, 坚决守住基本农田这条“ 红线” , 保住有灌溉条件的高产稳产农田显得尤其重要^[69]。水资源污染防治对于保障粮食品质安全至关重要。尽快建立不同类型面源污染的源头控制, 从水源保护的需求出发, 根据当地气候、水文地质、地形、农田土壤条件, 合理划定流域内各级水源保护区, 制定并试行相应的限定性农业生产技术标准^[70]。未来, 通过进一步提升土地资源、水资源利用效率^[71]、提升劳动生产率^[72]、加强生态建设实现耕地生产力的持续提升, 对于确保21世纪中国粮食安全至关重要^[73]。

粮食政策是中国粮食安全的制度保障。针对当前中国粮食供过于求、国内粮食价格高于国际粮食价格的基本事实, 中国政府粮食政策调整的基本思路是发挥市场供求在价格形成中的基础作用, 政府在市场之外给予农民必要的补贴^[74]。中国粮食政策大致可以分为粮食生产、流通、消费、国际贸易和相关配套政策等, 具体包括补贴政策、价格支持政策和收储政策。当前, 中国构建了包括种粮直接补贴、良种补贴、购买大型农机具补贴、农资综合直接补贴^[75]、粮食最低收购价和临时收储政策等粮食政策体系。学界对于补贴有助于提高农民收入基本形成了共识, 但是, 在补贴对粮食生产、农资投入的影响上分歧较大。一些学者认为中国现行粮食补贴政策对于粮食生产有显著的正向影响^{[76, 77, 78]}, 对于促进粮食增产的潜力和空间很大^[79]。而以黄季焜为代表的另一些学者则认为补贴并没有扭曲市场, 对粮食生产、农资投入没有产生影响^[80]或影响甚微^{[81, 82]}。此外, 还有学者认为, 粮食直接补贴是当前国内支持粮农的重要手段, 它在促进粮食生产投入、提高粮食产量的同时, 也潜藏着不容忽视的环境成本, 给生态环境造成一定程度的威胁^[83]。中国补贴政策迫切需要在补贴方式、对象和范围、资金来源以及补贴的力度等方面进行制度创新^[84]。此外, 粮食安全政策还必须保持它的系统性、连续性和稳定性等特征^[85]。