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气候变化对粮食安全有正负两种影响

周曙东教授和同事的研究表明,未来气候变化对粮食生产有正面影响,也有负面影响,目前负面影响较大。但如果能采取恰当应对措施,充分利用气候资源,中国粮食也有可能增产

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温暖湿润的气候为粮食作物提供了更长的生长时间,但也增加了洪水的风险。图片来源:Gary Romanuk

粮食生产与气候条件保持着高度的因果联系。今后20 年至50 年间农业生产将受到气候变化的严重冲击,进而严重影响全球的粮食安全。

总体而言,气候变化对农业生产的影响,既有负面的,也有正面的。当前负面的影响大于正面影响,需要相应的应对措施。

气候变化的正面影响

正面影响主要有两方面,第一个就是作物种植北移。

气候变暖会导致积温增加,作物的生长期延长,使中国长江以北地区,尤其是中纬度地区农作物的适宜生长季的开始日期提早、终止日期推迟,气候变暖使这些地区农作物的生长季有所延长。这将会对中国的种植制度产生重大影响,作物种植带将北移,二熟制和三熟制的面积将会扩大。

在过去的50 年里,气候变暖造成了中国种植制度界限不同程度的北移。根据中国农业大学杨晓光教授等的研究表明,与目前常用的中国种植制度气候区划结果( 1951—1980 年) 相比,靠北部的陕西、山西、河北、北京和辽宁等省市,一年两熟种植北界明显向北移动; 辽宁、河北、山西、陕西、内蒙古、宁夏、甘肃和青海等省区冬小麦的种植北界不同程度地北移西扩。以河北省为例,冬小麦种植界限的北移,可使界限变化区域的小麦单产平均增加约25%。此外,气候增暖也使得水稻种植面积得以北扩,过去不能种植水稻的伊春和黑河地区,现在也可以种植水稻。

总的来说,在未来中国平均气温上升1 ℃的情况下,中国二熟制的北界将会北移,移动到现在一熟制地区的中部,而三熟制的北界也将北移,从目前的长江流域移动到黄河流域;在未来平均气温上升2 ℃的情况下,中国大部分两熟制地区将被三熟制地区所取代,届时一熟制地区的面积将由现在的62. 3% 缩小到39. 2%,二熟制地区的面积变化不大,而三熟制地区的面积则将由目前的13. 5% 扩大到35. 9%,三熟制地区的北界将向北移动达500 km 之多,不同组合的多熟制将会使作物的种植品种更加多样化。


气候变暖让冬小麦的种植界限北移(图片来源:Baike

第二个影响,温度上升会使冬季冻害减轻。

热量条件的改善同时使低温冷害有所减轻,晚熟农作物品种面积也将增加。气候变暖已经使北方冬麦区冻害大幅度减轻,北方冬麦区在二十世纪的五六十年代和七十年代初,几乎每年都会发生程度不同的低温冻害。八十年代以来,由于气候变暖,冬季温度升高明显,冻害的次数和强度减少减轻,从八十年代中期至今,当地还未发生过大面积的冻害。

气候变化的负面影响

气候变暖和随之而来的灾害天气,可能抵消变暖的增产效益,使粮食普遍减产。中国农业科学院的熊伟通过气候变化模型模拟,结果显示在IPCC的四种未来气候模式下,中国的水稻产量都有不同程度的减产趋势。

主要的危害,来自广受关注的气候气象灾害。

首当其冲的就是旱害。中国的干旱半干旱地区主要分布在北方,约占全国陆地总面积的47%,频繁的干旱已成为制约中国北方地区粮食生产的重要因素。中国气象专家张存杰对未来10 年中国北方地区降水趋势进行了预测,结果表明,中国北方总体降水将减少,尽管部分地区在部分年份降水会有少量增加,但总的来说,未来10 年北方大部分地区将持续干旱,短期内干旱情况不会根本缓解。

在南方地区,气候变暖会导致高温热害的发生,使得伏旱更加严重。南方降水虽多,但时空分布不均,存在严重的季节性干旱,伏秋干旱经常发生。随着气候变暖,干旱发生频率和强度不断加大,近几年来中国南方赣、浙、闽、湘等省份相继遭遇了百年一遇的严重秋旱和伏旱,旱情持续时间长,发展的速度快,对粮食生产造成了巨大损失。

其次是强降雨引起的洪涝灾害。近几十年来,洪涝灾害在中国局部地区发生频繁,尤其是90 年代之后,长江、黄河、珠江、松花江、淮河、太湖流域连续多次发生大洪水,洪灾造成的损失日益严重。

第三大问题,是病虫害的大面积暴发。农业病虫害的发生与气象条件密切相关,中国每年有200 多亿公顷的国土面积发生农业病虫害,是耕地面积的2 倍多,每年粮食因农业病虫害而减少的产量约占当年粮食总产量的9%。农作物害虫的分布、生长发育、繁殖和越冬等与温度条件密切相关,低温可以限制害虫的生长繁殖和扩张,一旦气温增高,农作物害虫的分布范围就会扩大。

再一个,气候变化引发的极端天气气候,常毁坏农业生产设施,导致农业生产受阻。中国大多数农田水利工程建设标准低,质量较差,配套不完善,而在运行管理中又因技术、经济等条件的限制而未得到及时的维修、更新改造、续修配套,在暴雨洪水等灾害的袭击后,损毁程度往往较为严重。

在全球气候变化的背景下,极端天气气候事件的发生频率呈增加趋势,强度也有增大趋势。
暴雨、高温、暴雪和冰冻等农业气象灾害除了影响农作物,也会对农业设施造成重大破坏,如损毁温室大棚、排灌设备,破坏农业灌溉系统,引起农业生产条件的改变。

除此之外,气候变暖本身,对农作物生长和农产品质量也有影响。如果没有新的适应技术,作物的生育期会缩短,这将会抵消作物全年生长期延长的效果,从而对作物产量产生影响。例如,在平均气温上升1 ℃时,水稻的生育期将会缩短14 ~ 15 天。目前的水稻品种分孽速度会由于生育期缩短而加快,造成有效分孽的减少,引起作物的穗重和总干重下降,降低作物产量。小麦、玉米等产量也会受影响。

此外,气候变暖还会直接影响农作物的品质。以水稻为例,气候变暖将会影响稻米的外观和品质,开花至成熟阶段的高温可显著缩短水稻的成熟天数,造成成熟后的稻米籽粒充实不良,胚透明度低,籽粒不饱满,精米率降低,米粒无光泽。此外,水稻灌浆期间气温较高,则煮出的米饭较硬; 如果在灌浆结实期间气候凉爽,昼夜温差大,则煮出的米饭香味较浓。受高温影响的大米,其营养成分也较低。

如何应对气候变化的影响

为了应对气候变化导致的上述多种影响,可以采用多种措施。在技术方面,提高农业生产技术,开发耐高温、抗旱涝以及抗病虫等品种的研究是必要的。此外,也需要加强农业基础设施建设和节水农业的研究推广。

随着种植区的北移,引入外地适应本地新气候条件的优良品种,可以在一定程度上增加产量; 如在未来气温升高的情况下,中国双季稻种植北界将向北移动,界限的北移使得原有的稻—麦两熟区变成可以种植双季稻的区域。更大范围内推广双季稻,将有助于提高水稻产量。

我们利用运用中国农业政策分析模型,分别对气候变化影响以及适应性措施的不同情景方案对粮食安全影响进行情景模拟分析。结果表明,在推广双季稻、引种和技术进步多种措施多管齐下对全国粮食产量的提高程度更为明显。在气候变化综合适应性情景下,到2020年中国粮食总产量将增加28. 6%。除西北地区外的五个地区粮食产量都将出现增长,尤其是华北和东北地区粮食产量增幅较大,这两个地区的粮食产量占全国粮食总产量的比重将从基准期的31. 1%提高到39. 4%。


参加此研究项目的还有江苏省科技情报研究所的周文魁、南京农业大学经济管理学院林光华、乔辉

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