气候变化对农业的影响及应对措施

气候变化对农业的影响及应对措施

周曙东周文魁朱红根王传星王艳

摘要: 阐述气候变化的特点, 分析农作物对温度、降水变化的敏感性, 昆虫对温度变化的敏感性。探讨了农业生产对低温雨雪冰冻天气、对干旱及洪涝灾害的脆弱性。应对气候变化的农业技术选择包括选育抗逆性强的农作物新品种, 增强农作物抵御自然灾害的能力; 加强农业水利基础设施建设; 大力发展节水农业种植技术; 加强农业灾害性天气的预警与响应能力建设。在此基础上提出应对气候变化的农业适应性政策措施: 调整耕作制度, 提高指数; 完善江河湖泊防洪工程和防洪减灾体系; 加强土地合理利用; 发展设施农业, 提高农业抗御自然灾害的能力; 制订减灾应急预案; 积极推广农业保险。

关键词: 气候变化; 敏感性; 脆弱性

一、引言

气候变化被列为全球十大环境问题之一, 随着全球气候变化研究的进展, 开展气候变化影响的相关研究开始成为学术界最为活跃的研究领域之一。农业是对天气变化最为敏感的部门之一, 因为气候始终是影响农业生产的重要决定因素, 到目前为止, 农业还没有改变靠天吃饭的局面。农业是国民经济的基础, 气候变化对农业所带来的不利影响,特别是极端天气气候事件诱发的自然灾害将造成农业生产的波动、危及粮食安全、社会的稳定和经济的可持续发展。

尽管在哥本哈根会议上各国还没有就气候变化问题综合治理所采取的措施达成共识, 有待在2010年墨西哥城的第16 次缔约方会议上继续协商, 但气候变化会带来难以估量的损失, 气候变化会使人类付出巨额代价的观念已为世界所广泛接受, 并成为广泛关注和研究的全球性环境问题。及早开展气候变化对农业影响的研究, 发现可能存在的问题, 提前采取适应性对策具有极其重要的战略意义。本文从敏感性、脆弱性方面来分析气候变化对农业的影响, 并在此基础上探讨我国农业应对气候变化的适应性对策。

二、气候变化的特点和趋势

气候变化是气候平均状态出现统计意义上的显著变化或者持续较长一段时间( 10 年或更长时间)的变动, 具体指气候平均值和离差值两者中的一个或两者同时随时间出现了统计意义上的显著变化。

1.气候变化的特点

( 1)平均温度明显上升

中国近100 年来年平均气温明显增加, 达到015~ 018度, 比同期全球增温平均值略高。近50年变暖尤其明显, 主要发生在20世纪80年代中期以后[1] 。如果年平均温度上升1度, 大于或等于10度积温的持续日数全国平均可延长15天左右,这对于农作物生产来讲具有重要意义。

( 2)降水出现区域性与季节性不均衡

温度的提高会加快地表水的蒸发, 导致水循环加剧, 暴雨出现的概率增加, 虽然降水量很大, 却不能得到有效利用。各地的降水量和蒸发量的时空分布也会显著改变。降水既会出现区域性不均衡,也会出现季节性不均衡, 即在农作物最需要水的时候出现季节性干旱, 从而给农业生产带来严重影响。过去的概念是中国西北部缺水, 今后在中国南方也可能出现季节性干旱, 水资源短缺将成为一个严峻的问题。

( 3)极端气候现象增多趋强

极端气候现象指一些在特定地区和时间的罕见事件, 极端气候现象的罕见程度一般相当于观察到的概率密度函数小于10% , 这些极端气候现象包括干旱、洪涝、低温暴雪、飓风、致命热浪等。极端天气气候事件的发生和全球变暖有关, 也是气候变化的表现方面之一。在全球气候变暖的总趋势下, 大气的环流特征和要素发生了改变, 引发复杂的大气) ) ) 海洋) ) ) 陆面相互作用, 大气水分循环加剧, 气候变化幅度加大, 不稳定因素增多, 导致这些小概率、高影响天气气候事件的发生机会增加[2] 。极端气候事件对农业系统的影响往往大于气候平均变率所带来的影响。

( 4)冰川消融导致海平面上升, 海水入侵

在内陆地区增温造成冰川退缩导致雪线上升,在南极冰川逐步融化、冰架面临坍塌, 而北极冰帽正在持续消融中, 漂浮在北冰洋上的成年厚冰块不断融化, 这些因素再加上海水受热膨胀将会使海平面上升。海平面上升会带来一系列问题。例如沿海地区洪水泛滥及严重破坏、侵蚀海岸线、海水入侵内河、沿海湿地及岛屿洪水泛滥, 一些地势较低沿海城市及村落可能面临淹没的危险。海水入侵还会使灌溉地下水水质变咸, 土壤盐渍化, 灌溉机井报废, 农田减产。

三、农业对气候变化的敏感性与脆弱性分析

11农业对气候变化的敏感性分析

敏感性是指某个系统受到与气候有关的刺激因素影响的程度。所谓刺激因素是指气候变化因素, 包括平均气候状况、气候变率和极端事件的频率与强度[5] , 这些影响可能是直接的影响, 也可能是间接的影响。

气候变化将使我国农作物种植制度及农业生产的布局发生较大变化。气候变暖将使我国长江以北地区, 尤其是中纬度和高原地区农作物生长季开始的日期

提早、终止的日期延后, 潜在的生长季延长; 还将使多熟种植的北界向北推移[3] 。麦、稻两熟区、双季稻种植区和一年三熟制的水稻产区,在水分条件满足的情况下, 种植北界均可向北推移。如果年平均气温上升2度, 大部分两熟制地区将会被不同组合的三熟制取代, 三熟制的北界将北移500km 之多, 三熟制面

积可能扩大115倍, 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, 一熟制地区的南界将北移250~ 500km, 一熟制地区的面积将减

少23% [4] 。这些敏感区域将会面临种植制度、产业结构和作物品种的重大改变。

(1)农作物对温度变化的敏感性

一些作物的生长发育对温度很敏感, 每一种作物都有适合生长的温度区间, 温度过低或过高都不利于作物的生长。平均温度上升会导致生育期缩短与早熟, 有效分蘖减少, 穗重下降、产量降低。以水稻为例, 平均气温每升高1度, 生育期日数平均缩短7~ 8天, 在温度为24~ 27度的南部地区, 平均气温每升高1度, 生育期缩短14~ 15天; 在温度低于24度的北部和高原部地区, 生育期缩短

4~10天。在当前的品种条件下, 生育期缩短使有效分蘖减少, 导致总干重和穗

重下降、产量降低, 双季稻早稻平均减产约为16% ~ 17% 左右, 晚稻平均减产

约为14% ~ 15%。对冬小麦来说, 平均气温每升高1度, 目前品种的冬小麦生育日数平均缩短17天左右, 减产幅度大约为10% ~ 12% 。对玉米来说, 平均气温每升高1度, 生育期缩短7天左右,产量平均下降5% ~ 6%。[4]根据谢云(1999)论文中提出的喜温作物的温度影响函数[ 12] , 笔者绘制出喜温作物对温度的敏感性折线图, 从图1中可以发现这样一些敏感临界点, 第1个敏感临界点a 为6度, 当温度低于6度时, 喜温作物停止生长, 温度在6~ 21度之间时, 作物生长

开始生长发育但生长速度缓慢; 第2个敏感临界点b为21度, 温度在21~ 28

度之间时, 作物生长速度明显加快; 第3个敏感临界点c为28度,28~ 32度之间温度最适合喜温作物的生长; 第4个敏感临界点d为32度, 当温度超过32

度时, 随着温度的上升, 作物生长明显受到影响; 第5个敏感临界点e为44度, 当温度超过44度时, 喜温作物停止生长。

(2)农作物对降水变化的敏感性

农作物对降水存在类似倒U 型曲线的敏感性关系。当降水严重不足时, 农作物对水分的需求得不到满足, 会出现干旱症状, 从而影响作物的正常生长; 当降水量增加到一定范围内, 加上温度及光照的配合, 作物得以茁壮成长; 当出现连续大雨、降水量超过一定范围时, 又会对作物产生不利的影响。在开花期出现阴雨会影响作物授粉, 造成落花落果; 长期阴雨还会诱发病害; 降水量过多会造成农田渍害, 严重时作物会被淹死。

农作物各生育阶段对水分的需求是不同的, 对水分的敏感性也不一样, 也就是说敏感临界点和敏感性曲线的峰度都会发生变动。作物对水分最敏感时期, 即水分过多或缺乏对产量影响最显著的时期, 称为作物水分临界期。以冬小麦为例, 拔节到抽穗阶段为冬小麦的需水临界期, 在拔节) 抽穗阶段, 小麦进入旺盛生长时期, 耗水量急剧增加, 其中挑旗期是小麦一生对水分要求最敏感的时期, 这段时间为一个月左右, 日耗水为4213立方米/公顷,耗水量约占全生育期的26%, 而在抽穗) 成熟阶段, 日耗水量激增, 达到4518立方米/公顷, 耗水量约占全生育期的38%以上。

(3)昆虫对温度变化的敏感性

气候变暖会使农业虫害的分布区发生变化, 气温升高后, 某些虫害的分布区可能扩大, 从而影响农作物生长。昆虫的生长发育有一个适宜温区, 即存在一定的温度范围, 在温带地区适宜温区一般为8~ 40度。温带地区的许多昆虫对温度的第1个敏感临界点为- 10度, 如果冬季温度低于- 10度以下, 昆虫长期处于冷昏迷状态, 会引起死亡。第2个敏感临界点为8度, 8 ~ 15度是昆虫的发育起点温度, 昆虫在发育起点温度以下的一定温度范围内( - 0度到8度)并不死亡, 而是呈现为休眠状态, 当温度恢复到适宜温区时, 昆虫仍可恢复生长发育。第3个敏感临界点为22度, 最适合于昆虫发育和繁殖的温度范围称为适宜

温区, 一般为22~ 30 度。第4 个敏感临界点为35 度, 称临界高温, 一般为35~ 45度, 这时昆虫因高温而生长发育被抑制[ 7] 。第5个敏感临界点为45 度, 由于温度过热, 昆虫停止生长。从农业生产的角度看, 冬季气温的高低对虫害的暴发有着重要的影响, 严寒的冬季可以有效地冻死害虫, 而暖冬往往会给来年带来虫害大暴发。

2.农业对气候变化的脆弱性分析

农业对气候变化的脆弱性则是指农业系统容易受到气候变化(包括气候变率和极端气候事件)的不利影响, 且无法应对不利影响的程度, 是农业系统经受的气候变异特征、程度、速率以及系统自身敏感性和适应能力的反应[2] 。农业对气候变化的脆弱性往往和极端天气气候事件有关, 当生物遭遇到所能承受的阈值时呈现出脆弱性, 导致一个系统从某一主要状态转变为另一个主要状态。未来全球气温和降雨形态的急剧变化, 可能使许多地区的农业和自然生态系统无法适应或不能很快适应这种变化, 造成大范围的植被破坏和农业灾害, 产生破坏性影响。脆弱性往往仅针对一个或少数几个指标, 并可能存在一个阈值, 从图1显示的作物对温度的敏感折线图也可以看到, 当温度低于6度时, 喜温作物停止生长, 当温度低于0度时, 则可能产生冻害; 而当温度超过44度时, 作物生长明显受到影响。0度与44度这二个温度敏感临界点表明了喜温作物所能承受的温度最低阈值与最高阈值, 当温度一旦突破阈值时, 作物就会停止生长甚至死亡。

(1)农业生产对低温雨雪冰冻天气的脆弱性分析

中国南方地区的农业生产对冬季的低温雨雪冰冻天气表现脆弱, 具体表现在以下几个方面, 一是农作物品种不耐低温, 很多果树、蔬菜品种在零度以下就会冻伤; 二是农业基础设施建设标准低, 面对暴雪和冰冻, 畜禽栏、蔬菜大棚会严重倒塌; 三是面对严重积雪的适应性差, 缺少清雪除冰的有效应急措施。2008年初的暴雪在中国北方地区只能算是一个普通的现象, 而出现在南方地区却造成巨大的损失。

(2)农业生产对干旱的脆弱性

农业生产到目前为止还没有摆脱望天收的基本局面, 农业对干旱的脆弱性具体表现在: 气候变化造成的降水出现区域性与季节性不均衡很容易导致季节

性干旱, 不能够满足农作物在特定成长期的对水分的需求, 作物根系从土壤中

吸收到的水分难以补偿蒸腾的消耗, 使植株体内水分收支平衡失调, 作物正常

生长发育受到严重影响乃至死亡。以小麦为例, 干旱使小麦根系活力降低, 在一定程度上影响多项生理活动, 水分的缺乏影响叶绿素的合成并在一定程度上加

速叶绿素的分解, 限制了光合作用的进行, 苗期分蘖减少, 生长缓慢[9] 。山西、河南等内地省份在冬季易出现季节性干旱, 对小麦等夏季作物的生长带来严重影响; 而江西则会7~ 9月双季稻种植的关键时期出现季节性干旱, 对水稻、柑橘等作物的生长带来严重影响。因此在测定农业生产对季节性干旱的脆弱性时, 不能够仅考虑年平均降雨量, 而应该针对各地的自然灾害特点考察农作物生长

特定时期的降雨量。

(3)农业生产对洪涝灾害的脆弱性

洪涝灾害会对农业生产带来一系列影响。农业对洪涝灾害的脆弱性具体表现在以下几个方面,一是强降水导致农田出现内涝, 沟渠和农田被冲毁, 而且被冲毁的农田土壤肥力流失严重, 不仅造成当季绝收, 还会对补种、改种作物产生不利影响;二是强降水会抑制水稻等作物生长发育, 稻田灌水过深, 造成含氧量少, 使分蘖受抑制, 直接影响产量; 三是南方地区处于开花授粉阶段的早稻、玉米、大豆、花生等作物如受暴雨冲刷, 会使授粉结实率受到较大影响, 不利于后期产量形成; 四是持续阴雨严重影响水果生产, 使果实膨大减慢, 成熟期推迟, 造

成落果、裂果, 降低水果品质; 五是持续阴雨天气会导致田间过湿, 造成旱地作物(棉花、大豆等)根系发黑, 生长停滞甚至淹死; 六是部分地区在出现强降水的同时还伴随着大风、冰雹等强对流天气, 这将导致作物倒伏和水果落果, 如玉米出现倒伏, 柑桔、荔枝、芒果落果增加, 产量和品质受到很大影响, 采收后易腐烂。所有这些影响将降低农作物的产量与品质, 从而造成经济损失。

四、应对气候变化的农业技术选择

气候变化既可能给一些地区带来有利的农业生产条件, 也可能给另一些地

区带来严峻的挑战。摆在我们面前的问题是如何应对气候变化? 如果采取有效措施应对得当, 则可以有效利用气候变暖所带来的有利条件, 或者可以有效降低

气候变化所带来的破坏程度; 相反, 如果应对不当, 可能会造成生态环境恶化

并导致一系列社会经济问题。应对气候变化的农业技术选择包括以下方面:

1.选育抗逆性强的农作物新品种, 增强农作物抵御自然灾害的能力

随着气候变化, 一些地区原有的一些农作物品种可能不能适应气候变暖的环境, 从而出现减产与受灾等问题, 但如果引入适应气候变化的新品种则可以提高农作物的产量。从外地引种是一个简便而行之有效的育种途径, 在不同地区之间引种, 影响作物生产的主要是气候因素。例如, 华北目前的冬小麦品种将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而被其他冬小麦品种所取代; 东北地区玉米的早熟品种将逐渐被中、晚熟品种取代[11] 。华南、华中和华东地区要引进和培育耐高温、耐涝的水稻新品种, 而西南地区要引进和培育耐高温、耐旱的水稻新品种。

气候变化将迫使科研机构选育抗逆性强的农作物新品种, 首先是增强农作物的抗逆性: 包括耐高温、耐干旱、抗病虫害的优质农作物新品种, 以应对气候变暖和极端天气气候事件的影响; 抗紫外线, 特别增强对UV - B 的抗性; 耐盐碱的农作物新品种, 即使在海平面升高, 沿海滩涂盐碱加重时也不影响对滩涂盐碱地的开发利用; 其次是改善农作物的生理特性: 包括选育高光合效能和低呼吸消耗的品种, 即使在生育期缩短的情况下也能取得高产优质; 对光周期不敏感品种, 即使在种植界限北移时也不因日照条件的变化而影响产量。

2.加强农业水利基础设施建设

我国农田水利基础设施建设工程始建于50年代; 大部分工程是因陋就简、因地制宜、就地取材、利用沟、塘、坡地兴建起来的, 工程起点低, 很多工程已基本接近其使用寿命。干渠、支渠的衬砌比重小, 而斗、毛、农渠的渗透系数很大, 涵管、渡槽、闸等建筑物破损失修也十分严重, 造成了渠系水利用系数很低, 暴雨期间蓄水集雨能力不足。因此需要加强农业基础设施建设, 完善灌溉体系, 提高抗旱排涝的能力, 尤其是要加强渠系固化防渗、浅层地下水开发和配套工程建设, 优化灌渠的输水功能,减少输水渠道漏水、渗水, 提高水资源利用率。

3.大力发展节水农业种植技术

气候变暖和干旱将使水分成为困扰农业发展的重要因素, 应大力发展节水农业。改善灌溉系统和灌溉技术, 推行畦灌、喷灌、滴灌和管道灌, 加强用水管理, 实行科学灌溉; 改进抗旱措施, 开发节水高效种植模式和配套节水栽培技术。推广农业化学抗旱技术, 如利用保水剂作种子包衣和幼苗根部涂层、在播种

和移栽后对土壤喷洒土壤结构改良剂、用抗旱剂和抑制蒸发剂喷湿植物和水面以减少蒸腾和蒸发、开发活性促根剂促根抗旱; 推广地膜或秸秆覆盖技术与节水农业发展模式来抑制蒸发。

4.加强农业灾害性天气的预警与响应能力建设

气候变化导致农业气象灾害出现一些新的变化, 总的趋势是极端天气气候

事件发生频繁、灾害强度更大。因此必须加强气候灾害预警与响应能力建设, 完善气象综合监测体系, 建设农村气象监测网, 加强暴雨、台风、强对流、干旱、大雾等灾害性天气监测预警平台建设和应急服务系统建设, 把气象技术、遥感技术和计算机通信技术等先进技术相结合, 建立国家级和省级的农业生产气象保

障系统。加强对低温严寒、强对流天气、暴雪、干旱、洪涝等农业灾害性天气中长期预测预报、预警能力,另一方面要加强人工影响天气的能力和应急反应能力建设, 特别对突发的洪灾、季节性干旱及台风,以便农业生产者提前做好防范工作, 采取必要的措施来防灾减灾, 以最大限度减少极端气象事件对农业的影响。

五、应对气候变化的农业适应性政策措施

自然生态系统在一定程度上可以自动地适应气候变化, 而人类可以采取一

系列适应性行动, 有计划地适应气候变化, 这比自然生态系统自动适应气候变

化会带来更好的效果。应对气候变化的适应性措施是指通过调整来适应气候变化, 从而减轻潜在损失、利用机遇的潜在能力水平的对策, 有助于增强气候变化的有利影响、减少不利影响。

1.调整耕作制度, 提高复种指数

气候变暖总的来说将有利于多熟制的发展, 带来熟制的改变、作物品种结构的改变。复种面积将扩大, 复种指数将提高。相关地区需要根据水资源和当地小气候的具体情况, 调整农业种植结构以及品种结构。在我国种植熟制南北界变化的敏感区域, 可以提高复种指数, 如增加麦) 稻两熟、麦) 棉两熟、油菜) 稻两熟、麦(油菜) ) 稻) 稻三熟、麦) 玉米) 稻三熟等多熟制的面积。在华中和华东稻区北部选用生育期较长、产量潜力较高的中、晚熟品种替代生育期较短、产量潜力较低的早、中熟品种。

在一熟制改两熟制或两熟制改三两熟制的地区, 在调整农作物的品种结构时, 不仅要考虑温度条件, 还需要综合考虑到降雨及极端天气气候事件可能带

来的影响, 在气候变化环境下的光、温、水资源重新分配和农业气象灾害格局的基础上, 改进农作物的品种布局。

2.完善江河湖泊防洪工程和防洪减灾体系

防洪工程对于抵御洪涝灾害具有极其重要的作用, 目前我国大部分地区的防洪工程标准偏低,为应对未来潜在的洪涝灾害, 需要完善江河湖海防洪工程体系, 将防洪标准提高到50~ 100年一遇的标准。应当开展大中型病险水库及小型水库除险加固工程, 以保障水库下游地区安全。

3.加强土地合理利用

科学合理使用土地是提高适应气候变化能力的必要条件, 保护湿地和森林, 在气候变化的脆弱区域实施退耕还湿、退耕还林、退林还草, 维护良好的生态环境, 保护生物多样性, 从而维护良好的小气候条件、生态环境。

4.发展设施农业, 提高农业抗御自然灾害的能力

塑料大棚、温室可以在一定程度上抵御严寒、干旱、暴雨、病虫害灾害, 研究与推广农业的高产、稳产措施, 开发利用雨水集蓄技术和浅层地下水技术, 增强农业抗旱能力。

5.制订减灾应急预案

各地应根据自然环境和农业自然灾害发生规律, 制定防旱抗涝、抵御寒潮、台风、病虫害等各种自然灾害的减灾应急预案, 确定农业生产避灾减灾的种植模式, 以提高农业适应气候变化的能力。

6.积极推广农业保险

为了分担气候灾害所带来的风险, 减轻农民因气象灾害所带来的损失, 应当积极推广农业保险。近年来新疆、江苏等地已开展了农业保险的试点,对于防灾减灾、稳定农民收入起到良好的作用, 应总结经验, 在更大的范围内推广农业保险。