氣候變化對農業生產的影響

張獻英

摘 要： 在全球氣候變化的背景下，我國的氣溫不斷上升，增溫幅度由南到北遞增，降水變化趨勢不明顯，年代際波動較大，具有明顯的地區差別；極端天氣氣候事件不斷增多。本文論述了近年來氣候變化對我國農業生產，即作物產量、品質、種植結構及病蟲害造成的影響，并提出中國農業應對氣候變化包括減緩和適應兩個方面，減緩和適應并重。

關鍵詞：氣候變化；農業

在20世紀綠色革命時期，農業生產的快速增長主要依靠現代要素投入及灌溉和化肥投入的增加， 綠色革命使發展中國家的食物供給能滿足不斷增長的人口需求。但是，由于受各種因素的影響， 世界各國特別是發展中國家的糧食安全問題將面臨考驗，這種考驗由于受氣候變化的影響變得日益嚴峻。

農業生產是一個對自然條件尤其是氣候條件（包括溫度、降水、風速和大氣CO2濃度的變化等）依賴程度很強的系統，因此，由于農業對氣候條件的敏感性強，農業生產將大受影響。尤其是發展中國家，氣候變化將會對大多數發展中國家的農業產生不利影響（Barrios S et al， 2008）。近幾年氣候變化對農業生產的影響程度和范圍以及應對措施等是目前國內外學者研究的熱點。本文對中國近年的氣候變化及其未來的發展趨勢做了簡要闡述，同時，探討了由于氣候變化給農業生產帶來的影響。

一、近年來我國的氣候變化及未來發展趨勢

近年來我國的氣候變化主要體現在氣溫、降水以及極端天氣氣候事件的發生頻率上。在全球變化的大背景下，近100年中國地表年平均氣溫明顯增加，升溫幅度約為0.5～0.8℃（鄭有飛等，2008），并且具有較明顯的區域特征。降水變化比溫度變化復雜得多，具有明顯的區域性和季節性，年平均降水量變化趨勢不明顯，但區域降水量變化波動較大，西部、華南降水呈增加趨勢，華北、東北和西北東部降水呈減少趨勢（孫智輝等，2010）。中國極端氣候事件的變化表現在極端降水事件趨多、趨強。極端降水平均強度和極端降水值都有增強的趨勢，尤其在20世紀90年代長江及長江以南地區年降水量和極端降水量比例趨于增大，江淮流域暴雨洪澇事件發生頻率增加；其次是夏季高溫熱浪增多。并且我國北方干旱事件發生頻率增加，華北地區近20 多年來干旱不斷加劇的形勢十分嚴峻。20世紀90年代后期以來華北地區更是連年出現大旱（翟曉慧等，2011）。

根據氣候模式預測結果，未來中國大部分地區溫度仍會增高，溫度升高的幅度由南向北遞增，西北和東北地區上升明顯。到2030 年，西北地區氣溫可能上升1.9℃～2.3℃，西南可能上升1.6℃～2.0℃，青藏高原可能上升2.2℃～2.6℃（郭明順等，2008）。未來降水略有增加但增幅不大，其中，沿海地區降水量可能會增多，副熱帶北部及溫帶南部降水可能減少，大陸地區由于氣溫升高，降水減少，干旱進一步加劇（張光輝，2006）。

二、氣候變化對農業生產的影響

1.氣候變化對農業氣候資源的影響

研究表明： 當年平均溫度增加1℃時， 全國 ≥10℃積溫的持續日數平均可延長約15d。我國未來氣候變化背景下，水稻主產區在1981—2030年的50 a 中整體水資源量呈上升趨勢，水資源的空間分布由東南向西北呈下降趨勢（馬欣等，2011）。華南地區積溫和濕潤指數增加、降水量略微增加，其農業氣候資源的變化特征總體表現為暖濕趨勢，氣候變暖將使華南地區的農業氣候熱量資源變得更豐富、作物生長期延長以及生長季的熱量增加，進而使現有的農業氣候帶和種植熟制界線向北、向高海拔推移（王文峰等，2010）。

2.氣候變化對作物產量的影響

氣候變暖背景下中國的年平均氣溫上升、活動積溫增加， 從而使得霜期縮短、作物的主要發育期提前、生育期縮短（趙俊芳等，2010）。氣候變化對農作物產量的影響， 在一些地區是正效應， 在另一些地區是負效應， 且氣候變化導致作物產量波動幅度很大（趙俊芳等，2010）。未來氣候變化情景對南方水稻產量的影響存在差異性， 總體上， 氣候變化對西南區水稻產量的負面影響最大， 其次是華南區和華東區， 影響最小的為華中區（周曙東，2010）。氣候變化情景下，糧食作物水稻、玉米和小麥的生育期縮短，產量下降。氣候變化對中國小麥總產量的影響并不是很大，比水稻和玉米要小（孫智輝等，2010）。考慮CO2直接肥效作用，小麥的單產將顯著的增加，灌溉小麥增產幅度大于雨養小麥；雨養水稻和玉米單產增產明顯，灌溉水稻和玉米影響不明顯。氣候變暖有利于棉花生產，提高北方棉花產量和品質。氣候變化對中國大部分地區大豆生產不利。但哈爾濱以北地區和呼和浩特等地區大豆生育期內熱量條件明顯改善，有大幅度增產可能。

張建平等（2007；2008）利用WOFOST作物模型， 結合氣候模型BCCT63輸出的未來氣候情景資料， 分別模擬分析了未來氣候變化情景下（ 2011- 2070年， 2001- 2050年）東北地區玉米產量、重慶地區冬小麥變化情況， 結果顯示， 2011 - 2070年， 東北玉米產量整體呈下降趨勢，中熟玉米平均減產3.3% ， 晚熟玉米平均減產2.7%；2001- 2050年， 重慶大部分地區冬小麥處于減產狀況， 減產幅度在2.0% ～ 5.0%， 平均減產3.0%。這也說明未來的50～100a 內，氣候變化將嚴重影響糧食產量。

3.氣候變化對作物品質的影響

水稻、小麥、玉米等作物一般從籽粒灌漿到蠟熟期， 環境因子的差異（包括CO2濃度、溫度、水分等）對籽粒品質影響最大（Wu DX et al，2004） 。目前環境因素與作物品質關系的研究多集中在溫度、光照、水分和肥力等因子上， 并取得了相應的進展。

大氣中CO2濃度的增加，可能對植物生長和品質有一些直接影響。研究表明，CO2 濃度的增加使農作物株高增加，經濟產量和生物產量增加明顯（肖風勁等，2006）。冬小麥、棉花品質呈良性變化，利大于弊；玉米品質可能有所下降，弊大利小；大豆品質變化不明顯（蔡運龍，1996）。由于CO2 濃度的增高，會導致作物的光合作用增強，使根系吸收更多的礦物元素，有利于提高作物產品的質量，例如水果中的糖、檸檬酸、比黏度等均有所提高。楊連新等（2006）通過分析近10a中國水稻FACE （ Free Air CO2 Enrichment ，放式空氣中CO2濃度增高） 系統的試驗結果發現， 高CO2濃度使稻米的惡白粒率、惡白度極顯著提高， 稻米的糊化溫度和最高黏度顯著提高， 整精米率極顯著降低，蛋白質和氨基酸含量明顯下降， 而對稻米直鏈淀粉含量、膠稠度和堿消值影響較小。氮磷肥可以改變稻米品質對高C02濃度的響應。

4.氣候變化對種植制度的影響

氣候變化對農業生產布局與結構調整的影響主要表現在種植制度的變化上。種植制度指一個地區作物種類選擇和相互搭配組合的總體安排（韓茂莉，2006）。在過去的50年中，由于氣候變暖造成了全國種植制度界限不同程度北移、冬小麥和雙季稻種植北界北移，熟制的變化可能使種植制度界限變化區域的糧食單產增加。然而降水量的減少造成了雨養冬小麥-夏玉米穩產北界向東南方向移動（楊曉光等，2010）。

氣候變暖將目前的兩熟區向北移至目前一熟區的中部；而三熟區將明顯地向北向西擴展，不僅以不同三熟組合方式取代目前大部分兩熟制地區，而且其北界還將會從目前的長江流域移至黃河流域，三熟區面積將擴大約22.4%。多熟制的這種變移，將使一熟區面積約縮小23.1%。氣候變化使中國主要作物品種的布局也將發生變化。華北目前推廣的強冬性冬小麥品種將為半冬性冬小麥品種所取代；比較耐高溫的水稻品種將在南方占主導地位；東北地區玉米的早熟品種逐漸被中、晚熟品種取代。水分條件成了影響農牧過渡帶決定性作用的限制性因素。未來氣候變暖，在降水不增加或增加不多的情況下，農牧交錯帶將南擴，東北與內蒙古相接地區農牧交錯帶的界限將南移約70km，華北北部農牧交錯帶的界限將南移約150km，西北部農牧交錯帶界限將南移約20km，同時氣候生產力可能下降（裘國旺等，2011）。

氣候變暖使中國東北、西北地區農作物種植結構發生較大改變。西北東部冬小麥種植界限向北、西、高海拔擴展，種植面積擴大10%～20%。喜熱作物棉花適宜區種植海拔高度升高100m 左右，面積擴大10 倍。復種作物適宜區海拔高度升高200m 左右，復種面積擴大4～5 倍（張強等，2008）。黑龍江省作物的高產中心發生移動，玉米高產中心南移2 個緯度，小麥和大豆高產中心北移2 個緯度。水稻的種植面積以年遞增率10%的速度增長，單位面積上的產量大幅度增加。糧食作物種植結構發生了很大的變化，從主要以小麥和玉米為主的糧食作物種植結構變化為以玉米和水稻為主；水稻的種植區域明顯向北擴展，小麥的種植區域向北收縮（孫芳，2008）。

與1950s—1980 年相比，1981—2007 年一年二熟制種植北界，空間位移變化最大的區域在陜西省、山西省、河北省、北京和遼寧省。一年三熟制種植北界，空間位移變化最大的區域為湖南省、湖北省、安徽省、江蘇省和浙江省。在不考慮品種變化、社會經濟等方面因素的前提下，這些區域由一年一熟變成一年二熟，主體種植模式的糧食單產平均可增加54%-106%，由一年二熟變成一年三熟，主體種植模式的糧食單產平均可增加27%-58%。1950s-1980 年相比，1981-2007 年遼寧省、河北省、山西省、陜西省、內蒙古、寧夏、甘肅省和青海省冬小麥的種植北界不同程度北移西擴。以河北省為例，冬小麥種植北界的北移，可使界限變化區域由春小麥改種冬小麥，單產平均增加約25%。浙江省、安徽省、湖北省和湖南省雙季稻的種植北界向北移動，單從熱量資源的角度出發，可使其糧食單產不同程度增加。雨養冬小麥-夏玉米穩產的種植北界大部分區域向東南方向移動，這是由于近年來該區降水量減少造成的。

5.氣候變化對作物病蟲害的影響

受持續變暖的影響，主要農作物病蟲害范圍明顯擴大，造成其發生界限、越冬北界北移。水稻紋枯病和小麥赤霉病屬高溫、高濕型病害，當氣溫為23～25℃并伴有降雨或高濕度的情況下，病情加重，特別是水稻和小麥生長的中后期，氣候條件對這兩種病害的影響最大。中國長江流域及東北東部春麥區為主要小麥赤霉病害區。隨氣候的變化，小麥赤霉病已向淮河和黃淮流域蔓延擴展，在江蘇省淮南、淮北地區近年也發生較重，一般大流行年（病穗率50%以上，減產20%～50%）和中等流行年（病穗率20%～40%以上，減產10%～20%）每2～3 a 發生1 次，且幾乎每年都有輕微發生（Li YG et al，2008）。

三、中國農業應對氣候變化的對策

應對氣候變化包括減緩和適應兩個方面，減緩和適應并重（國務院，2008）。減緩氣候變化主要包括減少農業和農村溫室氣體排放，推廣節能技術和設備，提高土壤固碳能力，改善生態和環境；適應氣候變化主要是加強農業基礎設施建設，開展農田水利基本建設，推廣旱作節水技術，增強農業防災、抗災、減災和綜合生產能力。培育產量高、品質優良的抗早、抗澇、抗高溫、抗病蟲害等抗逆品種，加大優良品種推廣力度，提高良種覆蓋度。加強氣候變化研究，加強國際合作，加強科普宣傳，提升科技能力和科技素質（科學技術部，2007）。

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