气象资源论：气象对作物生产与社会经济发展作用的新审视

Climate resources theory: Novel investigation on the role of climate in crop production and economic development

摘要

提高粮食产能、适应气候变化、发展新质生产力是当前农业气象学面临的紧迫任务，定量揭示气象条件对粮食产能的作用机理、优化配置气象条件是完成以上任务的关键。本研究从植物生产的基本过程入手，深入剖析气象条件与作物生产及社会经济发展之间的关系，系统揭示气象条件对作物生产及社会经济发展的作用。结果表明：气象条件全程参与作物生产，是作物生产的基本资源与基本要素；作物生产以将气象资源转化为农产品为核心功能，是人们采取技术措施利用气象资源的过程，技术措施能够有效调控气象资源的利用率与利用效率；气象资源具有价值和可经营的资本性质，对社会经济发展具有重要影响；气象条件是生产力基本要素中劳动资料和劳动对象的重要组成部分，是培育新质生产力的重要来源。本研究深入审视了气象资源对农业生产及经济发展的作用，可为提高粮食产能、适应气候变化提供科学依据。

Abstract

Improving grain production capacity， adapting to climate change， and developing new quality productive forces are the urgent tasks currently faced by agrometeorology. Quantitatively revealing the mechanism of meteorological conditions on crop production capacity and optimizing the allocation of meteorological conditions are the keys to completing the above tasks. Starting from the basic process of plant production， this study deeply analyzes the relationship between meteorological conditions and crop production as well as social and economic development， and systematically discovers the role of meteorological conditions in grain production and social and economic development. The results show that meteorological conditions are involved in crop production throughout the process and are the basic resources and elements of crop production. The core function of crop production is to convert meteorological resources into agricultural products. Technical measures can effectively regulate the utilization rate and efficiency of meteorological resources. Meteorological resources have economic value and operational capital nature， and have an important and significant impact on social and economic development. Meteorological conditions are important components of the means of labor and the objects of labor among the basic elements of productive forces， and they are important sources for cultivating new-quality productive forces. This study deeply examines the role of meteorological resources in agricultural production and economic development， and can provide a scientific basis for the improvement of grain production capacity and the adaptation of agricultural production to climate change.

关键词

光合作用 / 气象环境 / 气象资源 / 气象经济 / 新质生产力 / 农业气象

Key words

photosynthesis / meteorological environment / meteorological resources / meteorological economy / new quality productive force / agricultural meteorology

中国共产党第20次全国代表大会提出了建设农业强国的奋斗目标^［1］。近日，《加快建设农业强国规划（2024—2035年）》^［2］（以下简称《规划》）进一步明确了农业强国建设的具体内涵与目标，即：供给保障强、科技装备强、经营体系强、产业韧性强、竞争能力强。其中，供给保障强是农业强国的重要特征，也是基本特征。随着人口增加、社会经济发展，粮食需求不断增加，“供给保障强”面临重要挑战。为此，《规划》进一步提出要“扎实推进新一轮千亿斤粮食产能提升行动，深入实施粮油等主要作物大面积单产提升行动”。如何进一步大面积提升作物单产呢？这是当前保障粮食安全、实现“保障供给强”亟待解决的重大科学问题。

一直以来，各个学科都在从不同角度探究本学科能够提高粮食产量的理论与途径。如：作物育种学科通过培育新品种提高粮食单产^［3-8］；作物栽培耕作学科通过优化栽培耕作策略提高粮食单产^［9］；植物营养学科通过研发新型肥料或改进施肥策略提高粮食单产^［10-15］；农田水利学科通过改进灌溉技术提高粮食单产^［16-21］，等等。那么，农业气象学科通过什么理论和途径提高粮食单产呢？目前，人们通常将气象环境条件（简称气象条件，既包括短时间的天气条件，如风、雨、雷、电、太阳辐射、温度等，也包括长时间的气候条件，如太阳辐射、温度、降水等）看作环境因素，认为其随时、随处可用，可以再生，当环境因素适宜作物生长发育时，发挥促进作用，否则不起作用或造成灾害。然而，实际生产中发现，在不同地区、不同时段，尽管品种、施肥量、灌溉量等相同，但作物的产量与品质却不同^［22-31］，这是不同地区不同作物生长时期的气象条件（数量和质量）不同的原因造成。由此可以发现：气象条件与粮食生产之间存在着比适宜性更为重要、更为复杂的关系：气象条件的数量和质量直接影响着作物的生长发育过程及产量高低。实际上，气象条件通过光合作用、农田蒸散等过程全程参与作物生产，气象条件对以上过程有着直接影响。可见，农业气象学科可以通过配置气象条件实现提高产量、改良品质的目标。

伴随着全球日趋剧烈的气候变化，评估气候变化对粮食生产的影响是农业气象科研工作者努力回答的关键科学问题。已有气候变化对粮食生产影响的研究由于采用的方法不同，依据的原理不同，其结果大相径庭^{［26，29-31］}。究其原因是气候条件与作物生产之间的关系仍然不是十分清楚。迄今，在研究气候条件与粮食生产的关系时，一直把气候作为环境因素，从实际产量中分离出气候产量，然后建立气候产量与气候要素之间的统计关系，进而计算气候要素对气候产量的贡献，从而以此判断气候变化对粮食生产的影响^［26-32］。该方法的缺点是没有考虑气候条件与产量之间的作用机理，实为一种简单的统计学分析，并不能客观揭示气候变化对粮食产量的影响。因此，明确气候条件对粮食生产的作用机理，进一步揭示气候条件与粮食产量之间的相互关系，才能科学评估气候变化对作物生产的影响。

当前，新质生产力的思想正在深入社会经济各个领域^［33-35］。新质生产力是由技术革命性突破、生产要素创新性配置、产业深度转型升级而催生的先进生产力质态，以劳动者、劳动资料、劳动对象及其优化组合的跃升为基本内涵，具有强大发展动能^［35］。气象条件对粮食生产具有重要影响，深入揭示气象条件对粮食产量的作用机理，进而优化配置气象条件是发展农业气象新质生产力、促进经济社会发展的迫切需要。

基于以上背景，本研究拟从植物光合作用入手，探究气象条件与粮食（作物）生产之间的本质关系，深入认识气象条件对作物生产及社会经济发展的作用，以期为农业气象学科提高对农业生产的贡献、增强农业生产适应气候变化能力及培育新质生产力、促进经济社会发展提供科学依据。

1　气象条件是植物光合作用的物质与能量来源，是植物生产的基本资源与基本要素

光合作用是植物生长发育的基本过程，是植物利用太阳辐射、二氧化碳和水合成有机物质的过程^［36］。其中，太阳辐射、二氧化碳和水都是气象要素。可见，气象条件是植物光合作用的物质与能量来源，是植物生产的基本资源。由此可知，气象不仅是植物生产的环境条件，而且是植物生产的资源条件，全程参与植物生产，是作物生产的基本要素^［37-38］。生产实际表明，不同地区、不同时段的作物产量及品质不同，其中尽管有施肥、灌溉等人为因素的影响，但根本上是由于不同地区、不同时段的气象条件差异所致，气象条件主导着一个地区农业生产的基本状况。

气象条件总是以物质或能量的方式输入到作物生产系统中，作物生产所需要的基本能源和物质材料由气象环境供给。气象条件通过影响作物光合作用与呼吸作用，进而影响作物干物质的累积和转化。气象环境条件不同，可用的资源条件也就不同；气象资源的量、质不同，产品的量、质也不同。为此，气象资源与产品之间表现出了一定的数学关系，这种关系实际上为生产函数关系。黄娜等^［39-42］建立了玉米、冬小麦气候生产函数，评估了气候变化的影响程度，揭示了气候资源对作物产量的作用机理。

自然条件下，影响作物生产的环境条件主要有气象、土壤、地形。在特定地区，由于土壤、地形相对固定，影响作物产量和品质的主要因素为气象条件。由此可以推论，在自然条件下，一定地区的气象资源的数量及其组合决定了作物产量的高低及品质的差异。由于科学技术的发展，人们能够调控作物生长的环境条件，从而对作物产量、品质产生影响。人为条件下，灌溉、施肥等措施能够有效补充作物需要的营养成分，提高作物产量。值得一提的是，这样的人为技术措施实际上是有效提高了气象资源利用率与利用效率，表现为对气象资源的调节效应。

2　气象资源的利用程度与一定的社会经济条件相联系

气象条件只是气象资源的来源与基础，气象条件需同一定的社会因子相结合，才能转化为可利用的气象资源。同样的气象条件可以形成相差很大的利用效益，甚至也可能转变成为灾害。这主要决定于人们拥有的技术条件（如农田水利工程、作物品种等）和所采取的决策与管理措施是否正确和得力。如在实际生产中发现，一个地区气候适合种植多种作物，但每种作物的收益不同；对于同一种作物，选用不同的品种、不同的技术措施（灌溉、施肥量不同）则会得到不同的收益，等等。这说明了气象条件从一种自然环境因素转变为一种可利用的资源完全离不开社会因子的作用。

近几十年来，随着社会经济的发展，生产技术条件不断优化改进，人们已经能够有效调控气象、土壤等环境因素，促进作物的生长发育，实现更高的产量目标。目前，通过品种选育、施肥、灌溉以及田间耕作等措施，同时结合优化气象资源时空匹配，使气象资源的利用效率和利用率已经明显提高^［33］。如机械化收播有效争取了更多的可利用光温资源，灌溉、施肥面积的大幅增加极大的补充了缺水、缺肥地区水分、养分的不足，深松、免耕、覆膜、密度调控等耕作种植技术通过改善农田水热状况有效增加了农业气象资源，促进了作物生产；设施农业突破气象时空限制，有效提升了气象资源的利用效率^［37-38］。由此可知，随着农业生产技术的不断改进和农业生产方式的不断优化，气象资源利用率与利用效率在不断提升，对粮食生产的贡献也在大幅增加。

3　气象资源具有经济价值，对社会经济发展具有重要影响

同样的气象资源，既可以用来生产粮食作物，也可以用来生产经济作物或其他植物，从而可以获得不同的收成与效益。由此可见，气象不只是资源，而且具有可经营的资本性质，即具有经济价值^［43］。气象资源之所以能够成为资本，就是由于其可以通过生产过程的加工产生利润，能够增值。气象资源的增值不仅与加工数量成正比，而且与由产品的特殊性所创造的商机密切相关，如特色农产品的生产与销售受到市场的影响。由此可知，气象资源的价值与社会资源的再投入密切关联。

气象资本建立在气象资源的基础上，使人类对气象环境条件的利用从物质需要提高到生产经营层面，从单纯物质的利用发展到特殊的气象经济层面。由此可知，开发利用好气象资源不但需要技术，更需要经营理念^［44］。可以说，资本观带动资源观的开拓，将能够有力指导气象资源的开发利用，促进区域经济社会发展。

4　讨 论

4.1　作物生产是利用气象资源的过程，气象既是作物生产的环境条件，也是资源条件，是生产要素

农业生产是人们采取技术措施利用气象资源的过程，其核心功能是“把气象资源转化为农产品”，气象在作物生长发育、产量形成中具有基础性作用。一方面，气象作为环境条件对作物生产的全过程产生影响，既包括作物的生长发育与产品形成过程，也包括人们对作物生产的影响与调控过程，如农机作业、施肥和施药等农事活动均需在适宜的天气条件下进行。此外，气象条件对土壤、水等生产生态环境也具有重要影响，如，土壤、水等环境条件的形成与演变主要受气象条件的制约^［37］。另一方面，气象条件为作物生产提供了基本的物质和能量来源，是典型的生产资源^［37］。光、温度、水分、气体等气象要素在作物生产过程中共同构成了作物生产所依赖的自然气象资源与生产要素。气象资源与人工补充的其他资源，如肥料、灌溉水等一起，协同参与作物的产量和品质形成过程。在这个过程中，气象条件为主导资源，其他条件为辅助调节资源。

因此，作物生产是在一定的气候环境背景下利用气象资源的过程，气候环境背景直接影响着气象资源的利用，这就是气象要素与作物产量之间呈现非线性的根源，在气象环境适宜农作物生理活动时，气象环境能够转化为可利用的资源；反之，不仅无法利用，还可能导致损害，甚至成为农业气象灾害。由于不同作物对气象条件的需求不同，对某一作物物种或品种来说可能是资源，对另一物种或品种可能不可利用，甚至构成胁迫或灾害。

气象之所以能够成为资源是由于它能够提供生产过程所需要的原材料、能量。气象只有在作为生产要素时，才能转变为资源。由于作物生产是在一定的气候环境条件下利用气象资源的过程，为此，有利的气象条件是自然生产力，是资源；不利的气象条件则破坏生产力，是灾害。

4.2　气象是影响社会经济发展的首要环境与资源条件，创新开发利用理念与方式是培育新质生产力的重要源泉

气象条件直接制约着一个地区自然生产、经济社会的发展状况，是影响社会经济发展的首要环境与资源因素。之前，人们对气象的作用认识不够。在社会经济发展高度发达的当今，要重新审视气象环境与资源的基础性作用。作为环境，气象是生命之源、生态之基。从地球演化史来看，气象先生命而存在，是生命起源的基本条件。生命形成后，与气象为基础的环境一起构成了生态系统。目前形成的自然环境，气象环境是基础，主导着生态系统的状态。作为资源，气象是生产之要，发展之本。作物生产是利用气象资源合成产品的过程，气象条件是生产的基本要素与基本资源。植物生产是第一性生产，是经济社会发展的基石，直接决定着一个地区发展的基本物质条件。

气象资源具有自然性和社会性双重性质，是一个既包含许多自然因子，又包括许多社会因子在内的庞大系统。由于要素之间的相互作用，区分各个要素的贡献还很困难。当前，对气象系统各成分及其相互作用还没有精确诊断分析和预测的客观条件，人们还未能完全弄清这一系统各个成分的相互联系。因此，在评估其贡献时只能采取一些简化的办法。比如，进行理想化处理，在计算某种资源的潜力时，假设其他条件与资源均达到理想要求，只估计某一种资源量所能达到的产量极限。

气象资源具有数量、时空位和质量三大属性^［38］。气象资源的质量是指区域内任何气象要素及其组合与生物需求之间的协调程度，是衡量区域生产力水平的重要指标。在适宜的环境下，作物生产可以获得某个地区某段时间内的第一性生产力的理论最大值；在实际环境下，区域内实际形成的第一性生产力与理论最大值存在偏差。气象资源质量的优劣取决于这个偏差（也包括其变化情况），差值越大，气象资源质量越差；反之，气象资源质量越高。在实际生产中，作物产量往往由短缺的要素决定。为此，人们常常通过调节气象要素中的短缺要素，提高作物产量。

气象资源的以上特征与属性为培育农业气象新质生产力了提供了理论依据。气象条件是生产力基本要素中劳动资料和劳动对象的重要组成部分，是培育新质生产力的重要来源。创造适宜的环境条件有利于气象资源的高效与充分利用，进而有利于物质财富的积累，促进社会经济的发展。近几十年来，随着技术的不断进步，人们利用气象资源的能力不断增强，气象资源利用率与利用效率不断提高。各地通过不断调整作物布局、引种改制、改造中低产田、改进种植耕作方式，极大地提高了气象资源的利用率，为粮食高产、丰产做出了显著成绩。如，华北地区两年三熟制改为一年两熟制，四川、广西开发秋季气候资源促进再生稻的大发展，新疆大力发展棉花生产，云南开发低热河谷热量资源建立咖啡热作基地，等等。需要注意的是，人们习惯把气象资源看作再生资源的观点并不完全正确，因为在单位时间内的很多气象资源量仍然是固定和有限的，用了一些，就少一些，用得过多，就会枯竭。每年农业生产季节里作物能够获得的热量资源与水资源都是数量有限的一次性资源。我国北方的干旱就是由于每年所能得到的雨水有限，不能满足作物需要的结果。因此，气候资源不能简单地看作永不枯竭的再生资源，用多了将会引起生态失衡，进而造成生态退化。

4.3　气候变化形势愈加剧烈，作物生产及经济社会发展需要积极适应

当前，由于人类活动的加剧，气候发生了显著变化，对自然生态、社会经济产生了重要影响。气候变化意味着环境与资源条件发生了变化，这会直接影响到作物生产及社会经济发展过程。之前作物生产过程中不考虑气候因素的资源关系，仅仅在研究气候变化时考虑气候变化的影响，不能够全面认识气候变化的影响程度。如今，要把气象资源观纳入进来，重新认识气象在作物生产、社会经济发展中的作用，重新评估气候变化的影响程度，重新考虑应对气候变化的对策措施，趋利避害，为农业生产、社会经济发展提供新的科学依据。

4.4　气象资源论对相关学科理论创新具有重要促进作用

气象资源是生产要素，全过程参与植物生产，气象资源具有可经营的资本性质，这说明气象条件与植物生产、社会经济的关系发生了重要变化，这对丰富发展植物学、作物学、农业气象学、生态学、经济学等多个学科的基本原理具有重要作用。之前，各个学科都把气象作为环境要素，没有考虑气象在植物生产过程中的参与作用。当气象作为资源要素参与植物生产过程时，相关的基本理论都要发生变化。如植物学要考虑气象要素量的多少及强度高低对植物生理过程的影响，植物生产力的计算要包括气象要素的作用。对于农业气象学来说，其理论体系、指标体系需要做一次深刻的变革才能更好地适应现代农业生产的需要。对于生态学来说，气象是生态之基，气象条件的变化会直接影响生态系统的状态。对于经济学来说，气象资源也是稀缺资源，直接影响着一个地区的经济社会发展，一个地区的经济常常受到紧缺资源的制约，气象资源是发展之本。

5　结论与展望

提高粮食产能、适应气候变化、发展新质生产力是当前农业气象学面临的紧迫任务。本文从植物生产的基本过程入手，探究了气象条件与作物生产之间的本质关系，重新审视了气象条件对作物生产及经济社会发展的作用。主要结论如下：

1）气象不仅是作物生产的环境条件，也是作物生产的资源条件，全程参与作物生产，是作物生产的基本要素；作物生产是人们把气象资源转化为农产品的过程，气象资源与作物产量之间能够建立函数关系。

2）气象条件需要同一定的社会因子结合起来才能转化为资源，气象资源具有数量与质量等属性，技术条件能够有效调控气象资源的利用率与利用效率。

3）气象资源具有经济价值与可经营的资本性质，对经济社会发展具有重要影响。

4）气象作为环境要素是生命之源、生态之基；作为资源要素是生产之要、发展之本。

5）气象条件是生产力基本要素中劳动资料和劳动对象的重要组成部分，是培育新质生产力的重要来源。

以上观点构成了气象资源论的主要内容。气象资源论为深入认识气象对农业生产的作用、评估气候变化对农业生产的影响程度提供了解决思路，为合理配置气象资源、发展农业气象新质生产力、促进社会经济发展提供了科学依据，对促进相关学科的发展将能够起到积极的贡献。当前，随着信息技术的快速发展，智慧农业迅速兴起，气象条件与作物生长发育、产量形成的关系是发展智慧农业的关键。气象资源论对促进智慧农业的发展也将能够发挥积极的作用。

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基金资助

国家重点研发计划地球系统与全球变化专项(2023YFF0805703)

中国气象局气候变化专题项目(QBZ202401)

2025年乡村振兴气象服务专项(2025101010YE050)