氣候變化對糧食產量的影響評價分析

朱 姣，劉 慧

（長沙市望城區氣象局，湖南 長沙 410205）

0 引言

近幾十年來，人類活動更加頻繁，自然條件惡化，在這二者的共同作用下，全球氣候正在發生以變暖為特征的重大變化。氣候變化對人類社會的經濟發展以及全球能源利用的結構有很多影響，其嚴重影響著全球的經濟發展。自21 世紀以來，全球氣候的變化引發了各種自然災害，給人類的生產活動帶來了嚴重影響。目前以及未來世界和中國的自然生態系統和社會經濟發展受全球變暖的影響重大。相比較而言，農業生態系統的自我調節能力較弱，在外界氣候發生變化時難以保持現有平衡，導致農業災害頻繁發生。農業是人類社會最基本的生活物質，人類社會的生存離不開農業。氣候變化對農業的影響既有積極影響，也有消極影響，其中消極影響更為顯著。所以，我們應該加大研究氣候變化的力度，分析中國糧食生產受氣候變化的影響。氣候變化減緩與適應策略分析對保障我國糧食安全、增加農民收入、維護社會穩定具有重要意義。研究氣候變化對糧食產量的影響，掌握氣象災害發生規律，能夠提出科學的防災減災建議，確保糧食生產成功避開不利氣候條件，為國家的糧食安全提供保障。

1 研究數據與方法

研究數據來自于長沙氣象站1963—2020 年逐月氣象資料，用于對長沙地區57 年來溫度、積溫、降水量、風速和光照時數這5 種氣候因子的年際變化趨勢展開分析。通過逐年計算各因子的平均值，利用5a 滑動平均距平等方法對氣候變化趨勢展開分析，使用小波分析方法對各因子年均變化周期性展開分析[1]。針對分析結果，使用F 檢驗法進行顯著性分析，并采用T 檢驗法完成突變點的真偽驗證，保證結果的真實性，圖1為長沙區位。

圖1 長沙區位

對長沙地區57 年來的水稻、小麥、薯類、粗糧和大豆5 種糧食產量變化趨勢展開分析，選用長沙統計局自1963 年以來發布的數據資料，采用相關性分析法對幾種農作物產量和氣候因子的關系展開分析，確定氣候變化對糧食產量的影響。考慮到水稻為長沙地區主要糧食作物，對水稻生長期（4—10 月）的氣象因子變化規律展開分析，為指導水稻等農作物種植提供數據依據。由于缺少因洪澇災害造成長沙地區糧食減產數量的數據，需要按照時間序列對糧食產量進行預測，利用氣象產量代替近似年景減產量，即糧食實際單產=趨勢產量+氣象產量，得到：

式中：y（w）——氣象產量，用于反映氣候變化引發的糧食產量波動情況，可用于衡量因氣候災害造成的糧食減產量[2]；y——實際年單產量；y（t）——按照時間求得的趨勢產量。可以結合長沙地區糧食單產和氣候災害變化規律建立分析模型，得到式（2）。

2 研究結果與分析

2.1 氣候變化趨勢

2.1.1 溫度變化

從長沙地區氣候變化趨勢來看，57 年間年平均溫度達到17.5℃，2009 年溫度最高，一度達到18.7℃，1986 年年均溫度最低，達到16.4℃。從總體趨勢來看，20 世紀60 年代到90 年代初期，年均氣溫較低，進入21 世紀以來則以年均0.32℃/10a 速度增長，氣溫明顯升高。從年極端最低氣溫變化情況來看，1079 年出現年最低氣溫，達到-5.9℃，之后則保持0.41℃/10a 上升趨勢。從年均極端最高溫度變化來看，2003 年溫度最高，達到34.7℃，總體則保持0.29℃/10a 增速。

2.1.2 積溫變化

從長沙地區多年來積溫（≥10℃）變化情況來看，平均積溫達到5838.1d·℃。在57 年間，最低積溫出現在1978 年，達到了5437.8d·℃，而最高出現在2010 年，達到6321.9d·℃，總體保持上升趨勢。

2.1.3 降水量

從年降水量來看，57 年間長沙平均值達到了1403.7mm，最大值在1997 年出現，達到了1824.3mm，最低在2011 年出現，達到932.8mm。從多年變化趨勢來看，呈現出先增加后下降趨勢，各年降水量變化幅度較大，總體上與華中地區保持相同的變化趨勢。具體來講，就是從60 年代到2004 年，保持上漲趨勢，總體增加188.5mm。自2004 年后，則保持下降趨勢，下降156.6mm。

2.1.4 風速

從風速變化來看，多年來長沙平均風速達到2.2m/s，最小值出現在2010 年，達到1.5m/s，最高出現在1974 年，達到3.1m/s。57 年來，長沙地區年均風速保持著-0.25m/（s·10a）的增速。

2.1.5 光照時數

從日均光照時數變化趨勢來看，長沙地區57 年來平均日照時長達到4.1h，最小數值出現在2004 年，達到3.2h，最長出現在2011 年，達到4.9h，保持著0.05h/10a增長速度。

通過對57 年各氣候因子的數據進行突變檢驗，可知除降水量和風速以外，其他因子上升趨勢顯著，而風速則呈現出顯著下降趨勢，均通過99%的顯著性檢驗，年均氣候的突變點在2000 年，即從該年開始氣候發生顯著變化。對氣候變化的周期性展開分析，可知降水量因子呈現出交替變化特性，在1986 年和2004 年出現兩個偏多中心，在1977 年、1995 年和2014 年出現偏少中心，出現多次震蕩。結合農業氣候變化特征，對氣候災害變化規律展開分析，需要完成57 年氣象災害數據統計，結果如表1 所示，從統計結果來看，除冰雹災害增幅不顯著以外，洪澇災害和干旱災害年均發生次數呈現出不斷上漲趨勢，由此可見長沙地區氣候變化造成了氣候災害日漸頻發。

表1 氣象災害數據統計

2.2 對糧食產量的影響評價

從糧食產量受到的影響（表2）來看，水稻、小麥、薯類、粗糧和大豆幾種農作物都出現不同程度的減產問題。分析原因可知，隨著年均氣溫的升高，導致每日氣溫差值下降，給農作物積累干物質帶來了影響。而不同農作物擁有不同的生長習性，因此產量受到的影響也存在差異。

表2 長沙地區57 年間氣候變化給糧食產量帶來的影響

從氣候變化對糧食產量影響作用來看，將對農作物生長發育、種植結構和病蟲害等各方面帶來影響。首先，結合長沙地區的氣候條件可知，隨著年均氣溫的升高，冬小麥等農作物的播種時間延后，同時出現提前返青的問題，造成農作物生育期被壓縮。而隨著日照時數的減少，給農作物進行光合作用帶來的負面影響，最終給地區糧食作物生長帶來了負效應[3]；其次，從種植結構來看，氣候變化造成區域水循環環境發生變化，促使長沙地區近年來的降水量出現多個突變點。隨著降水量的減少，近年來長沙地區水稻種植區開始向北和西方向移動，種植面積有所擴大。但隨著氣溫的增加，種植熟制發生變化。因為氣候變暖，積溫數量持續增加，導致部分三熟種植面積減小，繼而引發減產問題。此外，隨著氣溫的升高，將導致病蟲害發生概率有所增加。因為在溫度升高的情況下，病蟲繁殖代數有所增加，病害也將因為氣溫回升而提前暴發，導致農作物多次承受病蟲害侵襲。冬季氣溫較高，能夠幫助病蟲過冬，也造成病蟲害種類和數量增加，引發種植區大面積減產，造成嚴重糧食損失。

結合氣象變化規律對水稻生長情況展開分析，在水稻生長期內（4—10 月），可知長沙57 年來平均氣溫達到32.8℃，最低氣溫出現在1995 年，為22.9℃，2008 年溫度最高，達到25.2℃。在過去近60 年中，水稻生長期內平均溫度保持著0.34℃/10a 的增長速度。對水稻單產和氣象因子的相關性展開分析，能夠得到表3。表中*、**、*** 分別指通過0.05、0.01 和0.001 的水平顯著性檢驗。根據分析結果可知，在57 年間，早稻、晚稻和糧食單產均與年均氣溫保持顯著相關性，除晚稻以外其他兩種因素與4—10 月平均氣溫的相關性較弱，但均將受到生長期極端氣溫的顯著影響。分析原因可知，水稻生長主要受開花后背景溫度影響，在溫度有所增加的情況下可以使水稻葉面積增加，為干物質積累創造良好條件。而在16～35℃范圍內，溫度的提升可以使分蘗增強。但在夜間溫度超出29℃或日間溫度超出33℃的情況下，將導致水稻發生熱害，繼而導致水稻的產量下降。長沙地區晚稻的背景溫度較高，在氣溫增加的情況下更容易發生熱害，導致水稻出現減產問題。而在背景溫度較低的東北等地區，溫度的升高則能促進水稻穗粒的增加，因此可以起到增加產量的作用。

表3 水稻單產和氣象因子的相關性

2.3 應對氣候變化影響的建議

在應對氣候變暖給長沙地區糧食產量帶來的不利影響時，可知需要從兩方面采取措施。首先，為減輕氣象災害的發生概率，并緩解氣候變化給農作物生長帶來的負面影響，需要加快節能減排措施的推廣、應用，達到減緩氣候變化的目標。在農業、工業生產等領域，還應加強污染排放控制，減少溫室氣體產生和排放，有效保護環境。在農業生產實踐中，還應實現農用化學品增效減量管理，盡快提升土壤有價值含量，以便使土壤獲得更強的有機碳固存能力，減少農業生產中產生的溫室氣體，從而減緩氣候變化[3]。其次，需要增強農作物對氣候變化的適應能力。結合這一目標，需要加強耕地保護技術的運用，如建立氣象災害監測預警網絡，通過加快農業設施建設加強農田土地管理，增強農作物生產的抗旱、防洪等能力。考慮到全球氣候變暖趨勢，需要完成耐高溫、抗病蟲害、抗旱等優良農作物品種的培育，同時加強水肥一體化等高新技術的應用，確保農作物保持高效生長態勢，增強農作物的抗病蟲害能力。此外，需要結合地區氣候變化趨勢和農作物背景溫度等條件合理進行種植結構調整，通過加強抗熱病糧食作物布局規避氣候變化帶來的不良影響。

3 結語

通過綜合分析可知，在57 年來長沙地區年均氣溫、積溫、日照時數三種氣候因子都呈現出增長趨勢，風速則呈現下降趨勢，降水量存在多個突變點，導致長沙農業氣候變化較大。從水稻等糧食作物產量受到的影響來看，因氣候變化給農作物發育、種植結構和病蟲害帶來的影響，引發了不同程度減產問題。而從水稻受氣候變化影響規律來看，主要取決于背景溫度高低，在背景溫度高的情況下氣候變暖，將引發單產下降。在全球氣候變暖背景下，通過評估氣候變化給糧食產量帶來的影響，能夠提出相應的農作物種植建議，對維護糧食安全和社會穩定發展具有重要意義。