侯瑞兴（音译）在一块块的冬麦田间曲折地前进着，最终驻足于悬挂着红外线加热器的横梁下。他每年在实验站生活8个月。为了模拟气候平均状态随时间的变化，山东禹城综合农业试验站每隔15米就会安置一盏灯，这些设备能将室温升高1.6摄氏度，达到此地2030年的平均气温。
他指着两排小麦，解释着传统的人力耕作和机械耕作所面临的土地热量和水源的困境。他说，“实验室做了大量的实验”，但没有一项实验可以验证新品种的实际产量。
禹城位于黄河正北方，地处华北平原的东部边缘地带，是应对一系列粮食安全问题（如洪水防控、干旱、风化以及盐碱地）的前沿阵地。半个世纪以来，大批中国科学家来这里研究紧迫的农业难题。除此，研究者将进一步探讨气候变化及其对粮食产量的影响。来自中国科学院地理科学与资源研究所的农业气象专家陶福禄说：“我们想弄清全球变暖对农作物的影响。”
《科学》杂志指出，从全世界来看，科学家和政策制定者正在研究气候平均状态随时间的变化对农业的影响。中国拥有全球20%的人口，占有7%的耕地，快速的城市化进程导致耕地面积持续缩减。同时，变化中的饮食上的习惯在很大程度上加速了粮食消费的增长。随着中产阶级的持续不断的发展，对于肉类的需求也持续增长，这给土地和水资源带来更多的压力。
气候平均状态随时间的变化会使情况更加恶化。根据2011年颁布的中国政府《第二次气候变化国家评估报告》，2050年，持续的海平面上升非常有可能威胁到中国东部的水稻产区，同时，北部8省将可能会面临极其严重的缺水。
根据中国气象局的记录，禹城附近2011年的平均气温已经比1955年高出了0.8摄氏度。在冬季和春季，这一变化尤为明显，而这一时期正是主要粮食作物冬小麦的生长期。农作物生长会经历不同的阶段，从种子发育到开花结果。陶福禄认为，应当将气候变暖对多种农作物不同生长阶段所造成的影响绘制成图，这对了解气候平均状态随时间的变化的影响是很重要的。
他的团队发现，与传统观念不一致的是，气候变暖导致中国心脏地区农作物的整体生长周期变短。尽管温暖的气候加速了小麦的早期发育，但对最终产量有决定性影响的再生产阶段并没什么改变。陶福禄和其他研究者正尝试着梳理出这对产量意味着什么。小麦的产量是种植的谷物数量和每株谷物重量的乘积。来自美国斯坦福大学粮食安全与环境研究中心的农业科学家David Lobell解释说：“谷物的数量由小麦生长的中间阶段决定，而每株谷物的重量则由再生产阶段决定。”陶福禄认为，对于禹城，Lobell的话揭示了这一事实：过快的生长将导致谷物的数量减少，最后导致产量降低，除非研究者能开发出对变化中的天气特征情况更加适应的新品种。
根据CMA以及中国地方农业部门1980年到2008年的记录，陶福禄尝试着将气候因素从其他影响产量的因素中梳理出来。在一份去年10月在线发表于《气候研究》杂志的报告中，陶福禄将近30年来的气候平均状态随时间的变化、降水量以及日照变化与小麦和玉米的产量相联系，并认为受上述3种气候因素变化影响，两种粮食作物产量分别减少1.3%和1.7%。这在某种程度上预示着数十万吨的粮食产量损失。来自中国农业科学院和美国国际粮食政策研究所的一个小组也认为气候平均状态随时间的变化对粮食生产具有重大影响。他们于2009年发表在《农业和森林气象学》杂志上的报告数据显示，1979年至2000年之间，气候变暖导致中国的小麦产量下降4.5%。
《科学》杂志认为，区域差异使得问题更加复杂化。在寒冷的中国北部，平均气温的上升速度较全国中等水准更快，这使得可耕地面积增加。但是陶福禄警告说，由于气候平均状态随时间的变化会增加干旱以及极端天气发生的频率，因此，所谓的农业利益可能是水中月、镜中花。
北方大部分地区气候干旱，使得农业生产依赖黄河以及其他水源的灌溉，但是水污染导致“母亲河”水质下降，持续不断的发展的城市也在与农业灌溉争夺水源。过去40年里，大约有1200亿立方米的水源是从井水以及河水中抽取，这导致地下水位不断地下降。陶福禄说：“最大的问题是缺水。”
2009年，一项在禹城进行的试点项目中，农民以从灌溉网抽取的水资源为标准支付费用，而不是根据灌溉的亩数计算。老旧的混凝土灌溉河道上装有超声波传感器以便测量水位，并且向当地的用水协会实时提供用水数据。在实验中心，农民能够最终靠电脑终端检查他们的用水量信息。
在水稻产区，气候变暖或许可以短时间提高产量，但是同时也非常有可能会加剧高温带来的危害。陶福禄说：“持续不断的增加的高温天气频率是一个危害因素。”时间很紧迫，如果水稻在受粉期暴露于超过37摄氏度的温度下，例如2003年夏季的持续高温，花粉便可能不育。来自美国农业部农业研究院的农业科学家Jerry L.Hatfield说：“哪怕只是短时间地暴露在高温环境下，水稻的产量都将显著地减少。”
《科学》杂志提出，面对这些挑战，中国正在思索应对策略。来自CMA的科学家周广胜正在编辑来自中国研究机构的有关气候平均状态随时间的变化和农业的数据。就目前他所观察到的趋势来看，与气候相关的灾害，包括旱灾以及其他自然极端天气的暴发频率呈上升趋势。
备选的粮食安全应对策略包括变更耕作制度、调整灌溉方案，以及选种或培育新品种以适应新的天气特征情况。亚洲别的地方的研究对于中国有很多值得借鉴之处。在以菲律宾Los Banos为基地的国际水稻研究所（IRRI），科学家正在鉴别可以在气温不太热的清晨就散发花粉的品种。该机构还培育出了拥有非常良好抗洪和抗旱特性的水稻品种，并且在印度东部地区已经开辟了试验田，该地区的水稻产量对降水量的依赖性极大，IRRI主管Robert Zeigler说：“我们谨慎乐观地认为，我们有能力培育出不同品种的水稻，能适应气候平均状态随时间的变化带来的各种挑战。”
把目光投回禹城，一些当地农民并非被动地等待怎么样应对的科学论断。47岁的农民赵夏珍（音译）摆弄着亮橘色的头巾说道，近年来，10月下旬小麦收获季节的气温一直在稳步上升。5年前，她注意到小麦长得比原来快。如果小麦成熟得过快，会因为霜冻而损失部分收成。为了尽最大可能避免损失，她们开始推迟5到6天播种。她们的收成变得稳定。其他按照老方法循规蹈矩的农民就没那么幸运了。
地理科学与资源研究所的李云生认为，将这些观测结果转化成政策，归根到底需要对一直在变化的气温和降水模式进行更多的调研。为了建立一套在中国各地都通用的ECO模式，李云生说：“我们正在探索具有中国特色的气候平均状态随时间的变化。” ■
