气候变化:农业面临挑战机遇永利皇宫

永利皇宫 1

气候变化将对我国粮食安全和农产品价格产生重大影响
在全球气候变暖的大背景下,我国气候经历着暖冬、高温、干旱等一系列变化。气候专家指出,气候变暖将使我国粮食安全和主要农作物产量以及国际市场农产品价格产生重大影响,将对我国农业未来投入成本、产量、布局和结构调整带来深远的影响。
最近,河北省气象局、水利厅和农业厅的有关专家,对气候变化对河北农业的影响进行了专题研究。河北省气象局高级工程师郭迎春等专家介绍,近150年来,全球平均气温升高了0.6℃,气候变化不同程度地对我国经济社会产生了影响。
专家分析,气候变化对我国粮食安全产生的重大影响主要表现在:
一、农业生产的不稳定性增加,产量波动增大。据估算,到2030年,我国种植业产量在总体上因全球变暖可能会减少5%-10%左右,其中灌溉和雨养春小麦的产量将分别减少17.7%和31.4%;早稻、晚稻、单季稻均呈现出不同幅度的减产;我国玉米总产量平均减产3%-6%。如果我国各种优质专用农产品产量大幅下降,将会影响我国这些农作物的进出口量的大小,也会影响国际市场价格攀升跌。而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。
二、农业生产布局和结构将因农作物产量的增减而出现变动。研究表明,气候变暖将使我国作物种植制度发生较大变化。据计算,到2050年,气候变暖将使三熟制的北界北移500公里之多,将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20%以上。
华北目前推广的冬小麦品种,将不得不被其它类型的冬小麦品种所取代。比较耐高温的水稻品种将在以南方占主导地位的基础上,逐渐向北方发展。东北地区玉米的早熟品种逐渐被中、晚熟品种取代。像河北可能改变几百年来两年三熟的种植特征,将会出现一年两熟的情况,气候和水利条件的变化,还将对小麦、玉米、棉花、油菜等主要粮食和经济作物的区域性布局、种植品种、产量和国内市场价格产生重大影响。
气候变暖,蒸发相应加大,如果降水量不明显增加,将会使我国农牧交错带南扩。东北与内蒙古相接地区农牧交错带的界限将南移70公里左右,华北北部农牧交错带的界限将南移150公里左右,西北部农牧交错带界线将南移20公里左右。沙漠化地区的面积将会有大幅度增加。如河北北部荒漠面积就在逐年扩大,动植物资源明显减少,与气候变暖密切相关的暴雨、干旱、高温、沙尘暴等极端气候状况的发生频率和强度也在增加。
三、农业生产条件的巨大变化,将为高产、稳定而使农业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,这需要施用更多的肥料以满足作物的需要,而施肥量的增加意味着投入的增加。同时,气候变暖可能会加剧病虫害的流行和杂草蔓延,因此不得不增加施用农药和除草剂,而这将增大农业生产成本。气候变暖将影响我国、特别是华北地区水循环过程,使水资源供需矛盾更加突出,对种植业、畜牧业和水产业的生产环境、布局和结构产生影响。(记者马书平
吕国庆)来源:中国兴农网

——专家学者解读《国家适应气候变化战略》之五

当今全球气候变化已经成为所有人都在经历的不争事实,农业则是对气候变化影响最为敏感的部门之一。日前完成的“全球气候变化和高强度人类活动影响的中国农业生态系统承载力研究”,是国家自然科学基金-国际应用系统分析研究所资助的重大国际合作项目,其研究成果指出了中国农业在气候变化背景下所面临的机遇和挑战。

我国粮食生产发展现状和趋势

近40年来,中国气候存在着变暖变干的总趋势,特别是北方,除了长江中下游和东北等部分地区外,东部农业区的降水持续减少。如果今后气候仍按上述趋势继续发展,将对中国农业产生不利的影响。虽然气候变化不会动摇我国粮食的自我供应能力,但却增加了我国达到未来粮食生产目标的困难,对农业生产的物质投入和技术管理的要求都将更高,农业额外投入将会增加。

全球气候变化主要表现为气温升高,降水时空分布改变,太阳辐射与风速减弱,海平面上升,极端天气气候事件频繁发生等,尤其是作为全球气候变化最主要特征的气候变暖改变了农业气候资源的时空分布,进而影响到农作物生长发育的环境条件。气候变化对农业的影响有利有弊,农业适应气候变化的核心是采取趋利避害的积极适应措施,促进我国农业的可持续发展。由于农业在国计民生中的特殊重要地位,《国家适应气候变化战略》在“重点任务”中以较多篇幅阐述了农业领域的适应工作。

东北升温最快 降雨南增北减

气候变化对作物产量的影响

研究气候变化对农业作物产量的影响,需要建立农作物和气候因子相联系的农作物生长模型。目前评价气候变化对农业影响最常用的模型为DSSAT-CERES模型,模型需要的资料有作物生长农艺性状参数、田间管理资料、土壤资料、遗传参数和逐日天气资料。但对这些因子的未来变化还缺乏足够的研究证据。

气候变化对农业的影响

近50年中国气候经历重要变化

气候变化对作物生长的影响

气候变暖会由于生长期延长而使得作物的产量提高,但气候变暖后如果没有新的适应技术,主要作物的生长期会普遍缩短,这会对物质积累和籽粒产量有负作用。同时,热量资源增加对作物生长发育的影响很大程度上受降水变化的制约,如果降水不能相应增加,会对农作物的生长产生不利影响。

气候变化对农业气候资源的影响。农业气候资源是指对农业生产有利的气候条件和大气中可被农业利用的物质与能量。气候变化首先影响温度、水分、光照和二氧化碳等农业气候资源要素的时空分布。从热量资源看,1981年~2007年与1961年~1980年相比,我国年平均气温增加了0.6℃,以东北地区增幅最大,但喜温作物生长期≥10℃积温增幅最大是华南地区。从光照资源看,全国年日照时数平均减少125.7小时,以长江中下游减幅最大。从水分资源看,全国平均年降水量和参考作物蒸散量均为减少趋势,以华北地区年降水量和长江中下游地区参考作物蒸散量减幅最大,西南、华北和东北地区为气候暖干化趋势,长江中下游、西北和华南地区为暖湿化趋势。

作为该研究项目组成员之一的上海市气象局局长汤绪介绍说,最近50年,在全球气候变化的大背景下,中国气候也经历着一系列的变化。根据连续的观测结果显示,中国近50年有着明显的增暖现象,其中近10年增温更加明显,近50年中最暖的前7个年份都发生在近10年当中。不同季节的增温也有显着差异,冬季增温速率最快,约为夏季增温速率的3倍。此外不同区域间的温度变化也有差异,全国增温速率最快的是东北区域和内蒙古,其区域平均增温速率分别达到了0.36℃/10年和0.4℃/10年。可能由于大气气溶胶增多的影响,中国西南区域的增温速率最小,为0.15℃/10年。

气候变化对作物品质的影响

二氧化碳浓度的升高,会导致农作物品质下降。这样人类人均需求的粮食量可能要增加,才能满足自身的营养。

气候变暖对作物布局和种植结构的影响。积温增多使中高纬度和高原地区的作物生长季延长,作物种植界限北移和上移,偏晚熟品种种植面积增加,复种指数提高,有利于农业增产。但在降水量减少地区热量条件的改善有可能因水资源匮乏而得不到充分利用,如华北降水减少已造成雨养冬小麦—夏玉米稳产北界向东南移动。

虽然就全国年平均的降水量而言,近50年没有明显的趋势。但是各区域的降水存在变化趋势的差异。其中东北和华北区域降水呈减少趋势,近10年较上世纪60年代减少12%,降水减少主要发生在夏季和秋季。原本比较湿润的东南区域降水有增加的趋势,尤其体现在夏季和冬季降水的增加。此外原本较干旱的西北区域,降水则出现增加的趋势。

气候变化对农业气象灾害的影响

对农业影响最大的是极端气候条件,比如干旱、风暴、热浪、霜冻等,气候变化对这些气候灾害发生的频率和强度的影响情况尚知之甚少,这些方面的影响程度尚难确切估计。

气候变暖对农作物生长发育及产量的影响。气候变暖使1951年~2005年北方冬小麦成熟期平均提前5.9天,南方提前10.1天,越冬冻害减轻有利于提高分蘖成穗率,播期推迟,穗分化期延长和灌浆期提前有利于增加粒数和粒重,还为下茬复种腾出了更多积温。气候变暖使作物发育加快,呼吸消耗增加,将导致减产。试验表明,谷物结实期温度上升1℃~2℃使产量下降10%~20%。但由于可种植期明显延长,改用偏晚熟品种可显著增产。

全球气候变暖的总趋势,还引起大气环流特征及要素的变化,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,导致众多小概率、高影响度极端气候灾害的频繁发生与强度加剧。我国极端气候事件的变化表现在极端降水事件趋多趋强,极端降水平均强度和极端降水值都有增强的趋势,尤其在上世纪90年代长江及长江以南地区年降水量和极端降水量比例趋于增大,江淮流域暴雨洪涝事件发生频率增加;其次是夏季高温热浪增多;第三则表现在我国北方和西南干旱事件发生频率增加,华北地区近20多年来干旱不断加剧的形势十分严峻,到2012年西南地区连续4年出现明显干旱。

气候变化对作物病虫害的影响

据统计,我国农业产值因病虫害造成的损失大约为农业总产值的20~25%。气候变暖会使农业病虫害的分布区发生变化。低温往往限制某些病虫害的分布范围,气温升高后,这些病虫害的分布区可能扩大,从而影响农作物生长。同时温室效应还使一些病虫害的生长季节延长,使害虫的繁殖代数增加,一年中危害时间延长,作物受害可能加重。

气候变暖对极端天气、气候事件的影响。气候变化导致极端天气、气候事件发生频率增加,危害加重。如受强厄尔尼诺事件影响,1997年长江以北出现历史少见的大范围持久干旱及高温,全国受旱面积3351.4万公顷,为1978年以来最重。1998年东南沿海登陆台风异常集中,长江、嫩江流域发生特大洪涝,全国洪涝受灾面积2229.1万公顷,为1949年以来最大。近50年来北方大部降水持续减少,其中2000年受旱面积达创纪录的4054万公顷。半干旱地区的农牧过渡带向东南推移,潜在沙漠化土地扩展。进入21世纪以来,南方季节性干旱明显加重。如2003年长江中下游出现150年一遇的伏秋旱,水稻减产严重。2006年7月中旬至9月上旬,重庆和川东发生百年不遇特大高温干旱,局部极端最高气温达41℃~44℃,1800多万人饮水困难,粮食减产约500万吨,直接经济损失150亿元。2010年以来,云南和相邻省区连续发生严重冬春干旱。2008年1月~2月南方发生严重的低温冰雪天气,农林业损失逾千亿元。低温灾害总体有所减轻,但近几年小麦和果树越冬冻害有所反弹。各类低温灾害中霜冻危害反而加重,原因是随着气候变暖,植物物候同步改变,加上气候波动加剧,霜冻发生概率反而增大。加上作物品种与播期改变及有些地区过度北扩使植株的脆弱性增大。

根据气候变化模拟结果,气候变化在未来50~100年还将进一步加剧,未来我国大部分地区温度仍会增高,温度升高的幅度由南向北递增,西北和东北地区上升明显。未来降水略有增加但增幅不大,但未来降水的预估结果在不同气候模式之间存在着空间分布差异,有些模式之间甚至出现明显的反相位变化,说明气候模式模拟结果尽管表现出一致的总体趋势,但在不同区域仍然存在着不确定性。

气候变化对化肥农药使用的影响

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,要想保持原有肥效,每次的施肥量将增加4%左右。气候变暖也将改变农药的施用,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,各种病虫害出现的范围扩大,加剧病虫害的流行和杂草蔓延,这意味着这些地区将不得不施用大量的农药和除草剂。

总结:农业生产是典型的自然与社会因素共同作用的过程,因此最终的影响评价应从这两个方面同时考虑,因为相同的自然变化过程会在不同经济水平的社会产生不同结果。对于我国这样一个发展中国家来说,考虑社会经济因素对气候变化适应能力的影响十分重要。

气候变暖对病虫草害的影响。气温升高导致农业病、虫、草害的发生区域扩大,有害生物生长和危害期延长,繁殖代数增加,作物受害加重。由于C3植物与C4植物对二氧化碳浓度增加的响应不同,将使C3类杂草的危害加重。大量施用杀虫剂和除草剂会造成严重的环境后果。如果全球平均气温增幅超过1.5℃~2.5℃,已评估动植物物种有20%~30%将面临灭绝,包括农业有害生物的许多天敌。

生育均期缩短 旱涝灾害加剧

气候变暖对土壤肥力的影响。温度升高使土壤有机质分解加快,加上气温升高使化肥挥发加快,不得不施用更多化肥以满足作物需要,不但增加了成本,大量未被植物吸收利用的化肥进入环境,成为大气和水体的重要污染源,所释放的氧化亚氮还是重要的破坏臭氧层物质。

气候变化给中国农业带来挑战

农业适应气候变化的内涵与机理

气候变化的影响是多尺度、全方位、多层次的,正面和负面影响并存,但目前负面影响更多地受到科学界和社会的关注。

我国是耕地和水资源等人均农业自然资源严重不足的国家,又处于工业化和城市化的中期,气候变化给我国农业的可持续发展带来了严峻的挑战,同时也带来了某些机遇。

已有的大多数研究都显示,气候变化将会对作物生长和产量产生负面作用,如气温每增高1℃,水稻生育期平均缩短7天到8天,冬小麦生育期平均缩短17天,玉米的生育期平均缩短7天,使得主要农作物的单位面积产量都有不同程度的下降。

农业适应气候变化要以科学发展观和系统科学理论为指导,通过调整农业系统结构与农业技术措施,使农业生物能够适应变化了的气候环境。

暖冬有利于农作物病虫害的越冬、繁殖,造成主要农作物病虫害越冬基数增加、越冬死亡率降低、带来农作物病虫害危害的地理范围扩大,发生频度和危害程度加剧。

农业适应气候变化对策的实质是趋利避害,即充分利用气候变化的有利因素,克服和减轻不利影响,变挑战为机遇。

此外,气候变化会影响厄尔尼诺和南方涛动,造成西太平洋(601099,股吧)暖池海水热力、青藏高原上空热力、季风环境和太平洋副热带高压异常,带来农业旱涝等气象灾害的频繁加剧发生。

农业适应战略的核心是通过农业生物自身适应与人工辅助适应两类适应机制的优化配置,实现气候变化背景下经济效益与环境效益的双赢。农业是开放的人工生态系统,具有双重适应是农业与其他产业的不同之处。农业生物自身具有一定的适应机制且比较巩固,成本较低,应充分利用,但其范围较窄,适应能力有限;人为适应措施指对农业生物施加影响以增强其适应能力或改善局地生境。但需要付出一定的成本。由于气候变化速率正在超过农业生物的自身适应速率,施加人为适应措施势在必行。

施肥效应增加 复种地带北推

农业适应气候变化工作的目标是构建气候应变智能型农业结构与技术体系。

气候变化给农业机遇或许更大

农业适应气候变化的重点任务

但同时,气候变化也会给农业生产带来正面影响。

由于以生物为生产对象和主要在露天条件下生产,农业是对气候变化最为敏感和相对脆弱的产业。我国作为拥有十几亿人口的发展中大国,确保粮食安全和基本农产品供应始终是国家与全民的头等大事。针对气候变化带来的农业自然资源与环境条件的改变和气象灾害、生物灾害发生态势的改变,《战略》提出了农业领域适应工作的四项重点任务。

气候变化对大气成分变化的影响,主要体现在二氧化碳等温室气体的增加。随着二氧化碳浓度增加,光合速率不断增强,农作物的产量会有所提高。对三碳植物,如水稻、小麦、大豆等主要作物来说这种影响尤其显着。然而从另一个角度,二氧化碳浓度上升也会造成杂草繁茂、病虫害加重、农药和肥料效果减弱、干旱激化地力耗损等负作用。二氧化碳对农作物的影响是一个十分复杂的问题,还需要进行大量科学研究。

加强监测预警和防灾减灾措施。《战略》提出要“运用现代信息技术改进农情监测网络,建立健全农业灾害预警与防治体系。构建农业防灾减灾技术体系,编制专项预案。加强气候变化诱发的动物疫病的监测、预警和防控,大力提升农作物病虫害监测预警与防控能力,加强病虫害统防统治,推广普及绿色防控与灾后补救技术,增加农业备灾物资储备。”干旱缺水已成为我国农业发展最大的资源制约因素,建立科学抗旱的监测预警和技术体系势在必行。1998年以后,大江大河综合治理取得显著成效,但强台风与中小河流暴雨洪涝及所引发的山洪、泥石流成为对人民生命财产威胁最大的灾害,急需加强预警和整治。

我国农业生产采用多熟种植历史悠久,年平均复种指数达到150%以上。随着气候变暖,我国大于0℃和10℃的活动积温等值线将向东北方向推移。如果年平均温度上升1℃,
大于或等于10℃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。近50年的气候变化已经使得中国的复种制度发生明显的变化,表现为热量条件趋好背景下的种植带北推。其中三熟、两季稻和有限两熟种植带北推最为明显,本世纪前10年相对于上世纪60年代,以上三种复种带的边界分别北推了约400公里、200公里和300公里。本项目研究预估,未来我国的种植制度北推范围将更加明显,其中三季稻、三熟和两年三熟将较基准期(1961-1990年)北推450公里、700公里和650公里。

提高种植业适应能力。《战略》提出要“继续开展农田基本建设、土壤培肥改良、病虫害防治等工作,大力推广节水灌溉、旱作农业与保护性耕作等适应技术。利用气候变暖增加的热量资源,细化农业气候区划,适度调整种植北界、作物品种布局和种植制度;在熟制过渡地区适度提高复种指数,使用生育期更长的品种;培育高光效、耐高温和抗寒抗旱作物品种,建立抗逆品种基因库与救灾种子库。”值得注意的是,适应措施要适度,如果不顾水资源的承载能力过度垦荒或扩大水稻面积,不精确计算热量资源的增幅,过度向北扩种或使用生育期过长的品种,同样会给生产造成巨大损失。

基于理论最优的复种模式,历史基准期气候条件下(1961-1990年),中国粮食单产潜力最高的区域为江淮流域的两熟区,单产潜力可达每公顷19吨,而西北区域的单产潜力在全国来看属于较低的区域,往往不到每公顷6吨。到2050年,中国南部的总单产潜力较历史基准期,将呈现大面积较为明显的下降,粮食单产潜力增加最明显的区域是华北和东北区域,其中以东北区域粮食单产潜力的增加最为明显。

引导畜牧养殖业合理发展。《战略》提出要“按照草畜平衡的原则,实行划区轮牧、季节性放牧与冬春舍饲;加大草场改良、饲草基地以及草地畜牧业等基础设施建设;鼓励农牧区合作,推行易地育肥模式。修订畜舍与鱼池建造标准,构建主要农区畜牧养殖适应技术体系;加强气候变化诱发动物疫病的监测、预警和防控;合理调整水产养殖品种、饲养周期与海洋捕捞业的布局;加强水环境保护、鱼病防控和泛塘预警;加强渔业基础设施和装备建设。”强调牧区在保护草地资源的基础上适度发展,农区畜牧业与水产业则要确保饲养动物与畜产品、水产品的安全。

本项目研究预计,全国总的粮食生产潜力将从基准期的9.8亿吨增加到2050年代的11.4亿吨,增加约1.6亿吨的粮食生产潜力。从农业生态区域分区的统计结果来看,华北、东北和西北的总粮食生产潜力最高,复种增加是未来中国粮食总生产潜力增加的主要原因,其增产贡献率为55%,二氧化碳施肥效应的增产贡献率为31%。

加强农业发展保障力度。《战略》提出要“促进农业适度规模经营,提高农业集约化经营水平。扩大农业灾害保险试点与险种范围,探索适合国情的农业灾害保险制度。提高农业综合适应能力,加强农民适应技术培训,到2020年农村劳动力实用适应技术培训普及率达到70%。”由于大量农村青壮年劳动力进城打工,农业劳动力素质与适应气候变化能力明显下降。加强各项适应保障措施尤为必要和紧迫。为此,要继续加强农业适应气候变化的技术与政策研究,提高农业适应气候变化的科技与政策支撑能力。由于不同地区的农业生产和气候变化特点不同,应开展区域农业对于气候变化的脆弱性分析,推进适应气候变化实用技术的研发与推广,逐步构建农业适应气候变化的区域技术体系。

延伸阅读

(作者均为中国农业大学教授潘志华、郑大玮)

农业灌溉水需求将普遍增加

(转自国家发改委应对气候变化司网站)

上海市气象局局长汤绪介绍说,在热量资源普遍增加的同时,水资源越来越成为农业生产力提高的重要限制因素。如果没有充足的降水或是可调配的灌溉水资源,即使热量条件趋好,增加了复种潜力,其生产潜力的实现也是无法达成的。

全国9大流域灌溉需水量结果显示,中国的北方流域诸如黄河流域、淮河流域、海河流域以及西北诸河流域,在基准期气候态、2020年代和2050年代都显示出灌溉水需求的增加。到2020年代,全国灌溉总需水量将较基准期增加5%,到2050年代,灌溉总需水量将较基准期增加近25%。到2020年代,除在松辽流域和西北诸河流域灌溉需水将会减少外,其他流域的灌溉需水都呈现增加的趋势。到2050年代,全国所有9个流域的灌溉需水都会较基准期增加。

根据“中国水资源综合规划”中的数据显示,中国的有效灌溉面积和灌溉水供给到2030年将有所上升,尤其在松辽流域和西南诸河流域上升最为明显。同时,中国的灌溉水利用效率依据规划数据将从目前的0.46上升到0.6。通过评估9大流域上的灌溉水供需平衡状况发现,到2030年,在松辽流域、长江流域、珠江流域和西南诸河流域,灌溉水的供给能满足作物灌溉水的需求,灌溉水资源呈现盈余的状态。在海河流域、黄河流域和西北诸河流域存在普遍的灌溉水资源的短缺。到2030年,基于提高灌溉水的利用效率,黄河流域的灌溉水短缺问题将会有所减缓。

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