气候变化对农业的影响研究进展

[摘 要]气候变化是当前全球关注的焦点，但是研究结论存在着很大的不确定性。以气候变化对农作物生长发育和产量、作物熟制、病虫害、旱涝灾害等几个方面的影响作为出发点，拟从这些方面对研究成果进行综述，进一步全面探索气温的变化对农业造成的影响。以此作为理论依据，制订相应对策、采取适应措施等。

[关键词]气候变化；农作物生长发育；熟制；气候灾害；农业

[中图分类号]S162 [文献标识码]A

前言

全球变暖已成为当今人类面临的最主要的环境问题之一。随着大气中二氧化碳、甲烷等温室气体的不断增加，近130a来全球平均地表温度已升高了0.85℃，而中国的气候变化趋势稍高于全球气候变化趋势，近50年来，我国年平均表面温度增加了1.1℃。我国是一个农业大国，其农业生产已成为国民经济的基础，所以我国的气候增温，势必对我国未来的农业生产布局和一系列农业对策措施产生重大影响。在此背景下，有关学者在气候变化对农作物生长及产量、作物熟制、农业病虫害、农业旱涝等农业方面开展了大量的科学研究。研究结果表明，在中、高纬度地区，气温增暖会给当地农业生产带来有利影响。例如，增温会延长作物的生育期，在熟制选择上增加了弹性空间，喜温作物界限北移，产量增加，复种面积扩大，促进了作物结构调整，从而增加了作物产量。而在低纬度地区随着气候变暖，温度上升，导致农作物的生育期缩短且产量下降。另一方面，气温升高有利于减轻冬季的冻害和夏季低温的威胁，有利于作物生长，尤其在东北黑龙江地区这种现象比较突出。因此，本文以气候变化对农业有利和不利的影响作为出发点，拟从这些方面对研究成果进行综述，进一步全面探索气温变化对农业生产产生的影响，以期为相关政策的制定提供理论依据。

1 我国气候变化研究进展

气候变化常用研究的方法有三种：一是通过现场观测或实验室模拟的方法；二是利用计算机进行数值模拟及预测的方法；三是利用历史类比法。气候变化的主要研究成果有：据IPCC 第5次评估报告表明，过去130a中全球平均气温升高0.85℃，尤其在北半球高纬度地区最为明显。近百年中国气候升高幅度为0.5～0.8℃，气候增暖率为0.04℃/10a，且气候变暖具有较明显的区域差异性。我国的年平均气温增速为正值的地区有东北、华北、华南和西北区，其中增速最高的东北为0.192℃/10a，是最大增温区；其次是华北的0.104℃/10a。而西南区的年平均气温则为降温趋势，其倾向率为-0.141℃/10a。冬季除西南区以外，其他6个区均为正增速，最高的东北和华北增速分别为0.467℃/10a、0.462℃/10a。夏季相反，华南区以外的其他6个区均为负增速，为-0.297℃/10a。新疆的气候变化同全国的变化趋势一致，但是由于新疆地域辽阔、地形复杂，各地变暖程度的空间分布并不完全一致，在准噶尔盆地、吐鲁番盆地及柴达木盆地东部温度升高较明显，增速0.13℃/10a，总体气温上升呈现出“北疆大，南疆小”的格局。

2 气候变暖对农业的影响

2.1 气候变化对农作物生长发育及产量的影响

在气候变化对农作物生长发育及产量方面，研究表明，气候变暖使农作物的播种期和生育期改变，对农业生产有利也有弊。在播期方面，气候变化对我国作物播期的影响主要表现在：随着全国大面积的增温，使春季土壤解冻的时间提前，春播作物的播种期提前，但对不同作物，其播期的改变存在差异。前人研究得出，1961～2008年河南省信阳地区水稻生长季内4～5月变暖趋势最为显著，使得水稻播种、移栽日期明显提前。孙雯研究得出，近50年间，长江中下游地区水稻安全播种期提前了9d，华南地区提前了6d。辽东和辽北地区的玉米播种期约每 10a 提前2d左右。陇东地区的玉米每10a播种期提前0.5d。我国西北地区，由于气候变化，春小麦播种期也有所提前。但对于冬季作物传统播种期有所推迟，德吉研究表明，西藏林芝中部地区的冬小麦播种期逐渐推迟。鲁西南地区由于气候变暖，近些年冬小麦的适宜播种期较20世纪70年代以前大约晚了1周。新疆的作物播种期同全国的变化基本一致，其中，新疆阿勒泰、伊犁等地区由于气候变化玉米播种期提前了5～7d，伊犁的春小麦播种期则提前了10d以上，阿图什市的棉花的播种期提前 8d 左右，而冬小麦播种期有推迟的趋势。

生育期方面，气候变暖使我国大部分地区有效积温增长，作物的生长周期平均延长了10d左右，青藏高原及北方地区较明显。研究表明，平均气温每升高1℃，水稻和冬小麦生育期日数平均缩短7.6 d、17d ，但是小麦播期却有推后的趋势。周文魁研究表明，气候变暖使玉米的生育期平均缩短7d。高俊灵研究得出自1980年以来我国冬小麦生育时期普遍提前，其中，返青期、起身期可提前1～14d，拔节期、抽穗期可提早1～16d。西北陇东塬区春玉米的乳熟和成熟期提前幅度最大，每10a提前2～8d，全生育期天数每10a缩短7.3d。同时，新疆的棉花全生育期延长了5.8～8.8d。1992 年～2003 年，菲律宾的1～4月水稻生长季最低气温每增加 1℃，产量下降了10%。王春乙指出气候变暖使大部分农作物发育速率加快，生育期缩短，预计到2030年产量可能会减少5%到10% 。

气候变暖有利于农作生产，提高农作物的产量和品质。东北地区采取了适应措施，从1981～2005年受气候变暖影响，水稻增产量达到1250.6kg/hm2。据研究，1990 ～2010 年，新疆伊犁地区玉米产量由 1990年的 6525kg/hm2逐年上升到 2010 年的 11504kg/hm2，冬小麦的产量由4227kg/hm2增加到5586kg/hm2，均呈明显上升趋势。在中高纬度地区，温度升高 1～3℃，农作物产量会有少量增加；但若升幅超过此范围，产量明显下降。另一方面，气候变暖会使我国部分地区农作物的产量下降。1980～2000年间，肖国举研究发现气候变暖使黄淮海农业区的雨养小麦大面积减产。张建平研究表明，在水稻结实期，升温过高，水稻产量下降10%～20%，玉米平均产量下降3%。在未来的100年内，气候升高将会使我国华北地区冬小麦的产量平均减产10.1%。所以，在气候变暖的背景下，年平均气温上升会使我国农作物的主要生育时期提前、缩短，引起产量波动。在过去20多年中，气候变暖对我国不同地区粮食产量影响不同，对于东北地区有明显的促进作用，而对西北、西南及华北地区表现出抑制作用，对华南、华中和华东地区无明显的影响。

2.2 气候变化对作物熟制的影响

气候变化对农作物种植制度和地区布局有较大的影响。研究认为气候变暖，积温带北移，使我国一年一熟制的作物向北推移200～300km，一年二熟制、三熟制的北界向北推移约500km 。尤其是小麦、水稻产区，只要水分满足生长条件，种植北界仍可北移。有学者研究认为我国东北、华北、西北冬小麦的安全种植北界可由目前的长城一线北拓展到沈阳-张家口-包头-乌鲁木齐一线。单季稻作区主要分布于我国东北、西北、华北地区，华南属于双季稻作区。研究表明，黑龙江省过去20年水稻播种范围北移东扩，种植面积大幅增加，且中晚熟品种代替了早熟品种。广西高海拔山区的水稻由目前的两熟制逐步被不同组合的三熟制所取代。冬小麦种植比例在我国北方地区明显增加。在2000年以后，河南省基本全为三熟制，河北南部有小部地区也开始有三熟制出现。但黑龙江省过去20年小麦种植范围大幅向北退缩。我国玉米种植比例持续增加，增幅加大，在东北的松嫩平原地区的最北分布界线向北推进了2个纬度，形成了东北（黑龙江省）-华北-西南（广西），包括十几个省、自治区的狭长玉米带。气候变暖后我国西北地区农作物种植结构也发生了较大改变，冬小麦种植北界向北推进了50～100km，且海拔提高了大约200 m，种植面积增加了10%～20%。新疆南部的二熟三收制得到大力推广，小麦复种指数提高。在仅考虑热量条件的基础，品种和生产水平不变的前提下，气候变化将使我国多熟种制的面积产生如下变化：一熟种制由当前的63%下降到34%，二熟种制由24.2%降为24.9%，三熟种制由13.5%提高到35.9%。预计到2050年，气候变暖将使农作物三熟制的北界从长江流域移至黄河流域，面积扩大约1.5倍，两熟制北界将移至目前一熟制地区中部，面积将减少23%。

2.3 气候变化对气象灾害的影响

我国学者在气候变化对农业病虫害、农业旱涝等气象灾害的影响方面做了大量研究，研究指出，温度升高导致农业害虫的数量增加，发生期提前和延长，危害区域增大、程度加重；干旱、洪涝等各种气象灾害的发生频率明显增多。在病虫害方面：气候变暖将引起生长季节变暖、变长，可使许多害虫多繁殖 1～3代，作物遭受较大损失，对害虫控制更加困难，病虫害的危害程度将加重 10%～20% 。研究表明，气候变暖可导致稻飞虱的越冬北界向北移约2.5～3.5个纬度、粘虫的越冬北界向北移约3个纬度，可使农作物害虫扩大迁飞区域，稻飞虱、粘虫及草地螟的繁殖代数增长 。病源和虫源有效越冬基数增大，病虫的分布区扩大。中国西南山区，近 40a（1961～2000 年）降水量增加、湿度增大，气温升高，农业病虫害发生发展迅速。祝新建等研究发现陇南地区小麦百粉病由 20 世纪 80 年代到目前扩大了约3.5倍，发展十分迅速。同时西北地区近30a间（1961～1990 年）升温也较显著，部分地区的降水量增加，趋于暖湿化。空气湿度大、降水多有利于如小麦赤霉病、小麦条锈病等喜湿性类病虫害的发生发展。李进永等指出，中国长江流域及东北东部春麦区小麦赤霉病害较为严重，且随气候变化，淮河和黄淮流域小麦赤霉病也有蔓延扩展情况。据统计中国常年病虫害发生面积达到200～233亿hm2，造成粮食减产幅度占同期粮食生产总量的 9%，危害十分严重。

农业旱涝方面：20世纪80年代以来，我国降水呈现南多北少分布不均的态势，加重了北方干旱，南方洪涝灾害频繁的局面。2008年初我国南方农作物遭遇严重的冰雪灾害，2009年初北方冬小麦集中产区发生极大干旱灾害，在2010年初我国新疆、内蒙古等北方地区发生了严重的雪灾冻害，而西南地区持续干旱，这些灾害的发生基本都与气候变化有关。据统计，每年由于农业气象灾害对我国农业造成的直接经济损失高达1000多亿元，占国民生产总值的 3%～6%左右。未来全球气候变化对我国气象灾害产生强烈作用，进而影响到粮食主产区农业旱灾、洪涝、低温冷害、高温灾害等气象灾害的变化，威胁粮食生产，影响国家粮食安全及持续稳定发展。

3 评论及展望

3.1 存在的问题

综上所述，在气候变化对农业生产影响的研究中已取得较多的成果，但仍然存在着许多尚待解决的问题。这主要是因为对气候变化研究存在着很多科学不确定性和许多亟待解决的问题，导致目前无论是定性还是定量评估气候变化对我国社会经济的影响都极为困难。对于气候的模拟，全球及区域的模拟模式有数十个，各模式本身存在诸多不确定性。在预测结果时，不同模式得出的结果相差很多，甚至完全相反。气候变化对农业影响是较大的，气候变化会使异常气候出现的概率大大增加，发生旱涝灾害的几率也随之提高，所以选择合理的气候模拟模式是开展气候变化影响评估的重要基础和前提。

3.2 展望

本文主要综述了气候变化对农作物的影响研究，如气候变化对畜牧业、经济林果、农田生态系统等方面的影响还有待进一步完善。今后在此领域的研究应大力改进气候模拟模式、建立更为完善的适合我国的作物模型，减少其不确定性。

此外，技术方面也不可忽视。要加强农业基础设施的建设，提高水的利用效率；调查作物种植结构，换种新作物或更换作物品种，发展包括生物技术在内的新技术，加强优势农产品的规模化种植带，提高作物质量。

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