近地面臭氧污染下的粮食安全研究

The Chinese government has given considerable attention on several factors that can threaten food security, such as agricultural land loss as a result of urbanization and climate change. However, yield losses driven by air pollution have not been realized such as surface ozone pollution. Continued and growing losses under surface ozone concentration growth could have significant impacts on China’s capability to maintain food self-sufficiency. Therefore, the observed data-based measurement of the relationship between the elevated surface ozone concentration and food crop yields is particularly important for future environmental policy formulation and food security in China. This project will first use econometric method and incorporates atmospheric, socio-economic, and biophysical information to identify the effect of surface ozone exposure on the yields of food crops. This research will also be the first study to use physical data from China for the examination of the effects of the elevated surface ozone on the production of food crops. To fully identify the surface ozone impacts on the crop productivity, the interactions between ozone exposure and stress conditions, such as drought and air particles, will also be examined. Second, we integrate ozone impacts into China’s Agriculture Sector Model (CASM) to simulate potential regional ozone control policies and their effects on food supply, and.the optimal ozone control policies that target on food supply will be suggested. The conclusion from this project will help researchers and policy makers in China and more generally across the globe understand the impact of surface ozone pollution on China’s food security and economic benefits from reducing air pollution on China’s agriculture.

除了被公众熟知的PM2.5以外，经济发展带来的近地面臭氧污染对粮食作物的危害性尚未被社会认知，并且我国近地面臭氧浓度还以每年平均2%的速率递增。如果臭氧污染问题不能得到重视和有效控制，持续的近地面高浓度臭氧将会直接减少粮食单产，农民受利益驱动进而减少粮食播种面积，进一步加剧我国本已严峻的粮食安全问题。本课题首先实证研究近地面臭氧污染对我国粮食产量造成的损害，在此基础上利用分地区农业部门模型评估未来臭氧浓度变化对我国粮食供给的影响、经济损失和市场变化。同时，我们通过评价不同强度臭氧污染治理的地区性政策对粮食安全的效果，并基于地区差异性特征建议臭氧浓度控制水平以及其它相关粮食生产政策以实现既定的粮食安全保障水平。本课题所采用的经济学研究框架克服了生态学研究忽视市场和农民对自然环境的适应性行为对臭氧污染影响粮食生产的不足，在考虑各地区不同自然条件和农业结构前提下提出经济可行的臭氧污染控制政策。

本课题首先首先利用华南水稻的观测值，分析了近地面臭氧对水稻单产影响的基本方式：阶段性与非线性的影响模式。研究显示，近地面臭氧污染对收到单产的影响只发生在浓度较高时，具体来说，当平均的臭氧浓度高于120 ppb时，水稻会减产1.12%。由于水稻的种植极广，相应幅度的减产会引起国内水稻市场甚至是国际市场的稳定性。第二，用2006年、2008年和2010年全国13省主产县的生产数据和近地面臭氧浓度数据，通过建立超越对数形式的小麦种植利润模型分析了近地面臭氧污染对冬小麦种植收益的影响。第三，开展了针对玉米影响的研究，结果表明臭氧浓度升高会降低玉米单产，同时玉米生长期的第二个月末对臭氧污染最为敏感。从数值上来看，近地面臭氧污染造成了2013-2015年中国玉米产量下降了约350万吨，相当于全国总产量的0.7%。第四，本研究同时利用2014年的农业生产观测值测算了近地面臭氧污染对农业生产部门造成的经济损失。总体上来看，有近地面臭氧造成中国农业部门的总经济损失在1.6-2.2万亿元左右。当臭氧浓度减少30％时，社会福利大约增加6780亿元，并且绝大部分的社会福利将主要流向消费者，而农民是主要受损者。. 从政策角度而言，首先应重视科技进步的作用，尽快研究总结出能够适应臭氧污染的耕作制度，和培育出耐受型粮食新品种，并通过技术推广和知识普及，深化农户应对臭氧污染的意识，增强农户抵御臭氧污染的能力，缓解臭氧污染对粮食种植收益的不利影响。其次，应考虑将臭氧浓度指标纳入衡量空气质量的指标体系，加强对近地面臭氧浓度的预测预报，建立臭氧污染预警机制，及时有效防范臭氧污染对粮食生产带来的风险。第三，鉴于臭氧浓度增加对粮食种植收益和生产要素投入量均有负面影响，应设计合理有效的农业补贴政策，保障农户种粮收益。