氣候變化對中國北方主要農作物生長影響及適應對策研究

摘要：氣候變化已經影響到我國的農業生產，特別是受氣候變化影響最明顯的北方地區。本研究結合中國北方不同地域情況，總結各地區農業適應氣候變化的具體措施，系統地提出各地相應的適應技術策略和長遠應對策略，為北方地區制定和實施氣候變化適應對策提供科學的理論依據。

關鍵詞：氣候變化;北方;作物生長;長期適應策略;短期響應方案

基金項目：陜西省教育廳項目（14JK1017）

中圖分類號： S162 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼： ?A ? ? ? ? ? ? ? ? ? DOI編號： ? 10.14025/j.cnki.jlny.2015.01.058

全球變暖加劇，嚴重威脅我國農業生產的可持續發展。諸多研究表明，中國北方地區是受氣候變化影響最明顯的區域，未來氣候變化對該區的影響是不可忽視的。針對北方地區的氣候特點及未來氣候變化趨勢，尋找農業生產的應對措施，最大限度減少氣候變化帶來的不利影響是亟需解決的問題。

1 北方地區氣候變化趨勢

北方地區氣候變化主要體現在氣溫、降水的變化以及極端天氣氣候事件的發生頻率上。數據表明，近100年我國地表年平均氣溫增加幅度為 0.5℃～0.8℃，到2020 年全國年平均氣溫將比 1950年升高 1.68 ℃[1]。唐國平等[2]選用 GCM 模型對未來中國氣候變化的情景進行模擬，結論表明氣候變化將使中國境內的平均氣溫普遍升高，并且氣溫升高的幅度在高緯度地區大于低緯度地區。北方地區未來溫度會不斷增高，最大增溫區在東北，可達 0.192℃/10 年，其次是華北，為 0.104℃/10 年[3]。降水變化更為復雜，不同空間地域差異較大。受氣溫變暖影響，高緯度地區和一些濕潤熱帶地區的降水量有增加趨勢，但中緯度和干旱熱帶地區的降水將進一步減少。西北中部，青藏高原西南部、華中至華北地區和東北中部 4 個地區的降水則顯著減少[4]。極端降水平均強度和極端降水值都有增強的趨勢，干旱將進一步加劇。

2 氣候變化對中國北方農業生產影響

北方地區自然條件差異很大，未來氣候變化對各地影響也明顯不同，總體趨勢是不同生態區可多利用的積溫均由北至南逐漸增多，本研究根據各地區熱量資源變化情況、種植制度及作物品種劃分原則，可以得出北方三區域的農業生產變化趨勢。

2.1 東北區

在該區域未來春小麥面積將縮小，有向三江平原北部集中的趨勢，而冬小麥面積增加，熱量資源逐漸可以滿足一年兩作的需要，特別是遼寧省南部逐步可以進行冬小麥/夏玉米的輪作。受熱量條件影響較大的喜溫作物和越冬作物以及高原地區的冷涼氣候區的作物種植面積將會迅速擴大，未來玉米種植品種也將由現在的早熟品種更替為晚熟品種。

2.2 華北區

該區溫度增加較多的集中在山東東部和河北北部地區，較少的是華北平原中部地區。河北省北部地區未來積溫增加幅度可滿足冬小麥生長，種植制度可能由一年一熟（春小麥）或兩年二熟（如冬小麥——夏大豆——春玉米）演變為一年兩熟（麥+大豆或麥+棉等）;山東省東南部和河南省南部復種指數提高，可由當前一年兩熟（如麥+稻、麥+大豆或麥+棉等）演變為一年三熟，在水資源條件較好的地區亦可以種植冬小麥+雙季稻[5]。

2.3 西北區

該區冬季氣候變暖使得越冬作物種植區北界西伸北擴，喜溫作物面積擴大，多熟制向北推移，作物品種的熟性由早熟向中晚熟發展，單產增加，品質提高;另外多熟制向北部和高海拔地區推移，復種指數提高[6]。農作物生長發育速度發生明顯變化，春播作物提早播種，喜溫作物生育期延長，越冬作物推遲播種，生育期縮短，如冬小麥，其生育期縮短的趨勢大于春小麥[7]，棉花產量明顯增加。氣候變暖使西北干旱區作物種植格局由春小麥為主轉變為玉米、棉花、冬小麥為主;半干旱區由小麥為主轉變為玉米、馬鈴薯、冬小麥為主[8]。

3 應對策略的制定

開展農業適應研究的目的是為了有效應對未來幾十年氣候變化帶來的潛在風險。應對策略應從兩方面考慮，一方面是短期響應方案，另一方面是長期的適應策略。

短期響應方案主要是指農民以及科研機構根據氣候變化做出的努力保持農業系統現狀的一些調整。它們是自主進行的，并沒有政策性的變化或更深層次的研究。 短期調整在本質上是抵御氣候變化的第一道防線。農業的長期適應策略是指在基礎設施、生產技術、市場機制和在應對一些環境或經濟刺激的政策政府的改變上，這種改變是從根本上應對氣候的長遠變化[9]。

3.1 短期響應方案

應對暖干化的短期響應方案一般包括：農藝策略。包括作物品種和種植結構的變化、提前播種和收獲、深耕深播等;保存水分策略。包括保護性耕作、耗水低的農作物輪作、小氣候改造和灌溉調度。

東北地區是我國增暖最明顯的區域，也是未來增溫幅度最大的地區。增溫使該地區春季回暖早，生長季延長，積溫和持續天數增加，積溫帶北移，這些變化為當地農業帶來了更多生產潛力，提高了復種指數，但同時也帶來更多氣象災害的影響。未來應對氣候變化的短期適應策略應重點在調整作物結構，提高作物復種指數，變更作物熟性等方面投入力量。調整作物結構是指可以將當地現有作物結構調整為以糧食、經濟和飼料作物相結合的三元農業種植結構，在北部地區以培育大豆和水稻為主，中部地區以培育玉米、大豆為主，而在西南部地區以水稻、玉米為主，兼顧雜糧，這種混合種植結構有利于充分利用增加的熱量資源并且取得更好的經濟效益[10]。提高作物復種指數則主要通過逐漸種植產量較高的冬小麥，取代春小麥，以實現高產目標。變更作物熟性可通過引進或選育生育期相對較長、感光性弱、感溫性強的中晚熟品種， 以增加作物產量;在熟制不變的地區培育生育期更長的晚熟品種，以充分利用增加的熱量資源。

華北地區氣候未來呈現暖干化趨勢，水資源將成為該區農業生產的決定性因素。應合理調整當地作物種植結構，優化作物布局。即適當減少高耗水作物的種植面積，如不耐旱的玉米、春小麥種植面積可視情調整，培育和引進抗旱品種。在水資源能保證作物需求的區域，可維持當前耕作系統，提高農業生產效率，在水資源匱乏區地區，采取種植業、林果業、畜牧業等混作經營模式，發展多元經濟模式，也可以充分利用增加的潛在熱量資源，獲得較好的生態和經濟效益。從農藝措施層面而言，為了提高作物產量，可以對夏玉米進行適當晚收和晚播，冬小麥進行遲播。因為氣候變暖導致冬前積溫增加，暖冬現象加劇，小麥的播期可以延遲[11-12]，而玉米延遲收獲可以增加對光溫資源的利用，有利于籽粒灌漿，提高千粒重，增加產量[13-14]，夏玉米晚播則是因為氣候增暖后，溫涼且溫差較大的秋季更適于玉米的灌漿，而且較長的生育期亦有利于產量形成[5]。從改變農業生產技術層面而言，氣候變暖有利于設施環境下作物生長，可以進行高效率的農業生產，減小氣象災害的影響，最重要的是可以更好利用采用節水措施開展農業生產，所以可考慮在華北地區大力發展設施農業。

西北區地域廣闊，氣候多樣復雜，總體來說未來氣候變化趨勢是由暖干向暖濕轉型[15]。降水量的局部增加、極端氣候事件減少對農業生產有利。但作物生長期氣溫升高，縮短了養分積累的時間，降低了品質，而且西北地區東部降水持續偏少，土壤水分蒸發加劇，由于水分虧缺抑制了熱量資源增加所發揮的作用，部分地區糧食將大幅度減產。針對這些變化趨勢，首先應確保該區域的生態環境安全。西北地區集中了大片荒漠區、水土流失嚴重的黃土高原區還有青藏高原的高寒區，還有內蒙古地區大片的草場資源，適合農業生產的區域主要集中在關中平原、河西走廊、河套平原和新疆地區的綠洲農業，在保證宜農地區農業生產的同時，更要兼顧其他不適宜農業生產地區的生態環境的保護，這樣才能從整體上增強該區域應對氣候變化的能力。其次，西北地區土地類型多樣，應根據各地的具體氣候情況調整種植結構，發展優質產品和特色農業[16]。新疆地區光熱資源充足且溫差大，適宜棉花、優質瓜果等經濟作物的生產，減少耗水作物的播種面積。河西走廊夏季冷涼干燥，適宜發展蔬菜生產。在農牧交錯帶地區，主要以畜牧業為主，農業以旱作農業為主，在為數不多的宜農區需要培育和引進抗旱作物品種，大力發展節水農業，提高農業生產效率。甘寧地區可以結合地方優勢發展藥材種植[17]。陜西中部和南部作為重要的糧食生產基地，隨著溫度的增加，可以增加復種指數，開展多熟制度和混作制度，增加糧食產量。青海地區熱量資源也有所增加，但增加幅度相對較小，還是以喜涼作物或經濟作物為主。

3.2 長期適應策略

長期適應策略是一個有機體或群落或系統，通過改變自身形式或功能去強化響應外界重復擾動的能力[9]。在農業生態系統中，當一個基本生產要素缺乏時，那么作為一個長期的適應機制則意味著作物種植制度形態和功能的變化。例如，日益稀缺的灌溉用水可能會改變旱地農業的耕作技術、設備需求和市場基礎設施。

長期適應策略需要從管理策略、政策制定、經濟因素和技術因素上進行考慮，包括：減緩氣候變暖，這要求政府部門從根本上制定策略來延緩氣候變暖的發生，主要通過減少碳排放等途徑;改進基礎設施，主要體現在農業生產資料的改進，農藝器具的更新;建立可持續能源體系，農業生產過程中需要使用多種能源設施，隨著時間的推移，現存的各種能源可能面臨供應緊張或枯竭的局面，如何提高能源轉換和利用效率，減少能源消費，開發利用可再生能源，優化能源結構這些都將是未來需要考慮的方面。從長遠來看，全球應對氣候變化行動也將成為推動能源等領域技術創新的重要驅動力。

4 結論

從不同緯度地區將來應對氣候變化帶來的熱量資源變化的潛力上來分析，我國高緯度地區農業適應性較強，存在較大的適應空間;中緯度地區適應性較差，但通過科技進步，調整農業管理措施，可以減少氣候變化帶來的負面影響;在低緯度地區，由于本來基礎溫度就高，未來增溫幅度也不大，農作物對溫度變化的響應不明顯，另外隨著該區域耕地面積的迅速減少也將威脅該區域的糧食安全[18]。在不同區域應對未來氣候變化時，需要從短期響應和長期適應兩方面來考慮，這樣才能從根本上應對氣候變化的負效應。

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作者簡介：肖薇薇，博士，安康學院，教師，研究方向：氣候變化與生態系統。