气候变暖对农业生产的影响

气候变暖对农业生产的影响20世纪80年代开始，我国政府和科技界开始关注气候变暖对我国经济发展可能影响的研究，尤其对温室效应导致的气温升高，CO2浓度升高对农业的影响进行了较多的研究。这里作者仅介绍了气候变暖对我国农业、水资源影响研究的结果。1．气候变暖对农业的影响1．1CO2浓度增加对作物生长的影响大气中CO2浓度增加可以提高光合作用速率和水分利用率，有助于作物生长，小麦、水稻、大麦、豆类等C3作物产量显著增加，但对玉米、高梁、小米和甘蔗等C4作物助长效果不明显。现有研究指出，在二氧化碳浓度倍增，可使C3作物生长且产量增加10%～50%，C4作物生长且产量的增加在10%以下（Kimball,1983；王春乙等，1997）。然而，二氧化碳浓度增加对植物生长的助长作用（也称施肥效应），受植物呼吸作用、土壤养分和水分供应、固氮作用、植物生长阶段、作物质量等因素变化的制约，这些因素的变化很可能抵消二氧化碳增加的助长作用。1．2气候变暖对农业气候条件和种植制度的影响气候变暖使我国年平均气温上升，从而导致积温增加、生长期延长，且种植成片北移。当年平均温度增加1℃时，大于或等于10℃积温的持续日数全国平均可延长约15天。全国作物种植区将北移，如冬小麦的安全种植北界将由目前的长城一线北移到沈阳-张家口-包头-乌鲁木齐一线。气候变暖还将使我国作物种植制度发生较大的变化。据计算，到2050年，气候变暖将使大部分目前两熟制地区被不同组合的三熟制取代，三熟制的北界将北移500km之多，从长江流域移至黄河流域；而两熟制地区将北移至目前一熟制地区的中部，一熟制地区的面积将减少23.1%。1．3气候变暖对作物品种布局的影响华北目前推广的冬小麦品种（强冬性），因冬季无法经历足够的寒冷期以满足春化作用对低温的要求，将不得不被其他类型的冬小麦品种（如半冬性）所取代。比较耐高温的水稻品种将在南方占主导地位，而且还将逐渐向北方稻区发展。东北地区玉米的早熟品种逐渐被中、晚熟品种取代。可见如果不考虑水分的影响，那么在未来热量资源较为丰富的情况下，若仍维持目前的品种和生产状况，不但不能充分利用这种丰富的热量资源，而且还会导致不同程度的减产。1．4气候变暖对作物产量的影响气候变暖对我国农作物产量的影响，有些地区是正效应，在另一些地区是负效应。我们利用三种大气环流模式预测的气候情景（王馥棠等，2003），计算了我国主要作物水稻、小麦和玉米产量的可能变化。表1给出的是三种大气环流模式预测的气候情景下，水稻产量的可能变化，在不考虑水分的影响下，早稻、晚稻、单季稻均呈现不同幅度的减产，其中早稻减幅较小，晚稻和单季稻减产幅度较大。另从空间分布看，单季稻由北向南减产幅度逐渐增加，在华北中北部产量下降最大（约为17%），黄河中下游和西北地区产量下降较少（10%～15%），江淮地区和四川盆地产量下降最少（6%～10%之间）；早稻则是长江以南的南方稻区中部产量下降最少（在2%以下），而其周边地区特别是西部地区，产量下降较多（一般在2%～5%，部分在6%以上）；南方稻区长江以南地区的西北部，晚稻产量下降较多（10%～15%），其东南部产量下降较少（7%～10%）。表2是三种大气环流模式预测的气候情景下，我国小麦产量的变化。由表中可见，气候变暖对春小麦产量的影响大于冬小麦；对灌溉小麦的影响小于雨养小麦，也就是说灌溉能减小气候变化对小麦产量的不利影响。但是对水资源比较缺乏的北方麦区而言，灌溉并不是解决问题的根本途径，适当改变种植方式，选育抗旱、耐高温的品种等也许是更为合理有效的对策。表3给出的是三种大气环流模式预测的气候情景下，玉米产量的可能变化。气候变暖将使春玉米平均减产2%～7%，夏玉米减产5%～7%；灌溉玉米减产2%～6%，无灌溉玉米减产6％～7％左右。也就是说，气候变化将使我国玉米总产量平均减产3%～6%，灌溉条件下减产的幅度比无灌溉的要小。总体来说，气候变化对我国玉米生产的影响是弊大于利。产量减少的主要原因是生育期缩短和生育期高温的不利影响。总之，大气中二氧化碳浓度倍增时，温度升高、作物发育速度加快和生育期缩短是作物产量下降的主要原因。气候变暖对不同地区和不同种类作物的产量影响不同，我国水稻、小麦以及玉米品种多，品种间差异也很大，因此要有意识地调整农业种植制度、选育抗逆性强的品种和选择适当的生产措施等，使之适应气候变化（王馥棠，1994）。1．5气候变暖对施肥量的影响在较暖的气候条件下，土壤有机质的微生物分解将加快，长此下去将造成地力下降。在高二氧化碳浓度下，虽然光合作用的增强能够促进根生物量的增加，在一定程度上可以补偿土壤有机质的减少，但土壤一旦受旱后，根生物量的积累和分解都将受到限制。这意味着需要施用更多的肥料以满足作物的需要。肥效对环境温度的变化十分敏感，尤其是氮肥。温度增高1℃，能被植物直接吸收利用的速效氮释放量将增加约4%，释放期将缩短3.6天。因此，要想保持原肥效，每次的施肥量将增加4%左右。施肥量的增加不仅使农民增加投入，而且对土壤和环境也不利。2．气候变暖对水资源的影响2．1江河流量将发生变化气候变暖后我国七个流域的年经流量的可能变化有三种结果：一种是全国主要江河年径流量都减少；一种是北方径流量减少，南方径流量增加；一种是北方径流量增加，南方径流量减少。进一步的模拟研究表明，长江及其以南地区气候变化导致的年径流量变幅较小，为-8%～8%。淮河及其以北地区气候变化导致的年径流量变幅最大，其中淮河减少15%；海滦河流域的京津唐地区减少16%；辽河增幅最大，为17%；黄河上游增幅次之，为15%；松花江增幅最小12%。径流量减幅可达降水减幅的4倍以上。2．2水资源的供需状况将出现变化我国科学家使用4种全球大气环流模式给出的结果表明，气候变化产生的缺水量小于人口增长及经济发展引起的缺水量；但中等旱年及特枯水年，气候变化产生的缺水量将大大加剧海滦河流域、京津唐地区、黄河流域及淮河流域的缺水，并对社会经济产生严重影响。现有的研究还表明，气候变暖对农业灌溉用水的影响，远远大于对工业用水和生活用水的影响，尤其是在降水趋于减少和/或蒸发的增加大于降水增加的地区（王馥棠，2003）。2．3旱涝灾害出现的频率等将发生变化全球气候变暖可能增加全球水文循环，使全球平均降水量趋于增加，但降水变率可能随着平均降水量的增加而发生变化，蒸发量也会因全球平均温度增加而增大，这可能意味着未来旱涝等灾害的出现频率会增加。2．4一些地区的水质将出现变化气候变暖后，一些地区由于蒸发量加大，河水流量趋于减少，可能会加重河流原有的污染程度，特别是在枯水季节。同时，河水温度的上升，也会促进河流里污染物沉积、废弃物分解，从而使水质下降。当然，年平均流量明显增加的河流，水质可能会有所好转。综上所述，虽然我国的气候变暖对农业影响研究近年来取得了较快的进展，得到了一些初步结果，但与国外目前进展状况相比，仍有不小的差距，加之，气候变暖对农业影响存在很多的不确定性。如未来区域气候变化情景本身的不确定性、缺乏区域气候模式的输出结果、缺乏作物动态模型等等，所以未来的研究还有待进一步深入。气候变化威胁中国粮食安全2006年11月开始的粮食涨价不仅引起老百姓和经济学家的紧张，就连中国粮食行业协会相关负责人接受媒体采访时也不得不首先澄清，目前的粮价上涨不是由粮食紧缺引起的市场波动，粮油价格只是恢复性上涨，国家粮食储备量在安全范围以内。如果说，今年的粮食价格上涨只是由市场引起的波动，那么明年以至在今后更长的时间里，中国就没有粮食安全问题了吗？中国气象局国家气候中心副主任罗勇研究员告诉记者，“气候变化对中国粮食生产的影响最为直接，气候变暖对粮食生产的影响究竟是利大还是弊大一直是研究的热点问题，这关系到有着十多亿人口大国的粮食安全问题，气候变化会对我国农业和粮食生产带来额外的压力。”气候变化：小麦水稻玉米均以减产为主罗勇介绍，气候变化对农作物的影响表现为温度与降水变化的综合作用，气候变暖和降水量的变化将会对作物生长、产量、病虫害以及农业生产潜力、种植布局等产生重要的影响。国家气候中心和国内其他研究单位的有关研究表明，气候变暖后，由于作物生长加快，生长期普遍缩短，将减少物质积累和籽粒产量。气候变暖将影响气候资源的时空分布，相应的种植制度也将发生改变，在二氧化碳浓度加倍的条件下，一熟制地区的面积将减少23.1%，两熟制地区将北移至目前一熟制地区的中部，而三熟制由当前的13.5%提高到35.9%。气候变暖后，中国主要作物品种的布局也将发生变化。模拟结果表明，在现有的种植制度、种植品种和生产水平不变的前提下，到2030~2050年间，由于气候变化和极端气候事件会使粮食生产潜力降低约10%，其中小麦、水稻和玉米三大作物均以减产为主。气候变化对粮食生产存在三大影响“气候变化对中国粮食生产的影响是最为直接的，且具有两面性。”国家气候中心有关专家表示，气候变化对我国粮食生产的影响主要表现在三个方面。首先，由于未来气候变率可能会增加，将导致粮食生产的不稳定性加剧，作物产量波动加大，这将是困扰农业发展的重要因素。试验研究表明，气候变化对粮食产量的影响取决于诸多因素，包括作物品种及培育、土壤性质、病虫害、二氧化碳对植物的直接影响，以及气温、二氧化碳浓度和作物适应能力等因子之间彼此的相互作用。由于气候变化影响存在区域差异性，气候变化对我国粮食生产和产量的影响，在一些地区是正效应，在另一些地区是负效应。气候变化将导致我国大部分地区主要农作物产量下降。生长于北纬6°~31°的水稻结实期在温度上升1℃~2℃时产量将下降10%~20%；纬度越高，影响越严重。其次，粮食生产结构与布局将因气候变化而发生重大调整，种植制度、作物种类和品种布局等都会发生重大变化。气候变化对我国农业影响的研究表明，年平均温度增加1°C时，大于10°C积温的持续日数全国平均可延长15天左右，冬小麦的安全种植北界将由目前的长城一线北移到沈阳—张家口—包头—乌鲁木齐一线。华北目前推广的冬小麦品种，因冬季无法经历足够的寒冷期而不能满足春化作用对低温的要求，将不得不被其他类型的冬小麦品种所取代。比较耐高温的水稻品种将在南方占主导地位，而且还将逐渐向北方稻区发展。东北地区玉米的早熟品种逐渐被中、晚熟品种取代。最后，粮食生产条件改变，粮食成本和投资大幅度增加。气候变暖后，土壤有机质的微生物分解将加快，造成地力下降。在高二氧化碳浓度下，虽然光合作用的增强能够促进根生物量增加，在一定程度上补偿了土壤有机质的减少，但土壤一旦受旱，根生物量的积累和分解都将受到限制。这意味着需要施用更多的肥料以满足粮食作物的需要，施肥量的增加意味着投入的增加。此外，气候变暖后，农药的施用量将增大。随着气候变暖，作物生长季延长，昆虫在春、夏、秋三季繁衍的代数将增加，而冬温较高也有利于幼虫安全越冬。温度高还为各种杂草的生长提供了优越条件。因此，气候变暖可能会加剧病虫害的流行和杂草蔓延。另外，气候变暖后各种病虫出现的范围也可能向高纬地区延伸，目前局限在热带的病原和寄生组织将会蔓延到亚热带甚至温带地区。所有这些都意味着，气候变暖后可能不得不增加施用农药和除草剂，而这将增大粮食生产成本。科技界缺乏综合定量分析数据和适应性对策罗勇表示，气候变化对粮食生产的不利影响使食物安全受到国际社会的普遍关注。联合国粮农组织和气象组织以及有关国际农业和全球变化研究组织启动了全球环境变化与食物系统(GECAFS)研究计划。该计划的主题是评估不同地区食物生产系统对环境变化的脆弱性，确定哪些地区的食物安全面临环境变化的重大威胁；探索以增强食物安全为中心的农业对环境变化适应对策，尤其是适宜于特定地区自然、社会和经济状况的适应性对策；评价农业适应对策的环境和社会经济后果，分析政府、生产者和消费者行为在农业适应性管理中的作用和如何有效地实施适应性对策。我国也开展了大量有关气候变化对粮食生产的影响的研究，但集中于作物产量对气候要素变化和二氧化碳浓度升高的响应。“特别值得关注的是，目前科技界还不能提供有关气候变化对食物安全影响的综合定量分析数据以及具有针对性的和可供选择