氣候變化對華北地區(qū)農(nóng)業(yè)的影響

1、碩 士 研 究 生 課 程 論 文（20142015學(xué)年第一學(xué)期） 論文題目：氣候變化對華北地區(qū)農(nóng)業(yè)的影響姓 名： 賈淑娟 學(xué) 號： 1420140108 課程名稱： 地理學(xué)研究進(jìn)展 學(xué) 院： 環(huán)境與規(guī)劃學(xué)院 專 業(yè)： 學(xué)科教學(xué) 年 級： 2014級 授課教師： 陳永金 氣候變化對華北地區(qū)農(nóng)業(yè)的影響摘要:在比較系統(tǒng)總結(jié)全球氣候變化對我國華北地區(qū)農(nóng)業(yè)影響的主要研究成果的基礎(chǔ)上,揭示了我國華北地區(qū)現(xiàn)代氣候變化對全球氣候變暖響應(yīng)的基本特征, 闡述了現(xiàn)代氣候變化對土壤水儲量和作物氣候生產(chǎn)力的影響規(guī)律；并且比較全面地概括了華北地區(qū)冬小麥、玉米、棉花等主要農(nóng)作物的生長發(fā)育、品質(zhì)、病蟲害及化肥農(nóng)藥的使用等對

2、氣候變化的響應(yīng)特征,發(fā)現(xiàn)氣候變化對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程的影響利弊皆存,而且不同農(nóng)作物對氣候變化的響應(yīng)特征差異較大。研究對華北地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有比較重要的科學(xué)指導(dǎo)意見。關(guān)鍵詞:氣候變化 華北地區(qū) 農(nóng)業(yè) 水儲量 氣候生產(chǎn)力氣候變暖已經(jīng)成為全球變化的主要特征,有關(guān)氣候變暖影響的研究已成為目前國內(nèi)外關(guān)注的熱點科學(xué)問題1。以干旱為主要氣候背景的我國華北地區(qū),對氣候變暖的響應(yīng)更敏感,對氣候變化的適應(yīng)能力更脆弱,受氣候變暖的影響程度會更加嚴(yán)重,所造成的各方面損失也會更加巨大2。很多研究表明:氣候變暖已造成華北地區(qū)生態(tài)環(huán)境不斷惡化以及自然災(zāi)害頻繁發(fā)生,對華北地區(qū)農(nóng)業(yè)、水資源、生態(tài)環(huán)境和人民生活等許多方面都產(chǎn)生了深刻而廣

3、泛的影響,已成為制約華北社會經(jīng)濟(jì)全面協(xié)調(diào)發(fā)展的主要因素之一。尤其, 對于農(nóng)業(yè)而言,由于其強(qiáng)烈依賴于氣候條件,受氣候變化的影響更加顯著。氣候變暖通過對農(nóng)業(yè)氣候條件的改變能夠影響到包括農(nóng)作物生長、品質(zhì)、病蟲害、氣候生產(chǎn)力、和產(chǎn)量等在內(nèi)的各個方面, 是目前華北地區(qū)發(fā)展現(xiàn)代農(nóng)業(yè)所需要考慮的重要科學(xué)問題之一3。為了積極應(yīng)對和主動適應(yīng)氣候變化對華北地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動的影響,目前迫切需要準(zhǔn)確認(rèn)識華北地區(qū)氣候尤其是農(nóng)業(yè)氣候變化的基本特征,進(jìn)一步弄清農(nóng)業(yè)氣候變化對華北地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動的影響規(guī)律,并在此基礎(chǔ)上尋求趨利避害甚至變害為利的科學(xué)對策。這對促進(jìn)華北地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有十分明顯的現(xiàn)實意義3。1 華北地區(qū)農(nóng)業(yè)氣候?qū)?/p>

4、全球氣候變暖的響應(yīng)特征近50a華北地區(qū)年平均氣溫上升趨勢明顯升溫速率達(dá)到0.44/10a，顯著高于全球平均升溫速率0.07/10a和全國平均0.22/10a4，增溫主要從20世紀(jì)70年代開始。從偏暖年份看，1988年之前只有3a偏暖，而1988年之后有19a偏暖，尤其是從1998年至今已連續(xù)13a呈偏暖的狀態(tài)5。各季的升溫趨勢中，冬季的平均溫度上升趨勢最明顯，春季次之；秋季上升趨勢較小，夏季最小。從各月的升溫趨勢來看，2月變暖最明顯，達(dá)到1.0/10a，58月增溫幅度很小6。19612009年華近50a，華北區(qū)域全區(qū)均呈增溫趨勢。其中，內(nèi)蒙古中部和東部、河北南部部分地區(qū)升溫最為明顯，超過0.6

5、 /10a。近50a來華北區(qū)域年降水量呈減少趨勢，減少速率為9.3mm/10a，其年際間波動明顯，最少年份僅282mm(1965年)，年降水量最多為554.3mm( 1964年)。近50a來華北區(qū)域夏季和秋季降水量呈減小的趨勢，其中夏季降水量減少最為明顯。春季和冬季降水量呈增加趨勢7。氣候暖干化對地表水資源的影響水資源供應(yīng)不足一直是華北地區(qū)農(nóng)業(yè)發(fā)展的最主要的限制因素,地表水資源的變化直接影響農(nóng)業(yè)水資源的變化,進(jìn)而影響農(nóng)業(yè)的發(fā)展。我們采用降水量減去同時期蒸發(fā)力的方法4從水分平衡的角度來分析華北地區(qū)地表水分盈缺變化情況可以反映出近50年來氣候變化對地表水資源的影響。華北地區(qū)常年缺水。華北地區(qū)常年年

6、降水量與蒸發(fā)力的差值為-236.1mm,年蒸發(fā)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于年降水量。從水分盈缺的季節(jié)變化來看,除夏季略有盈余外, 其余各季均處于虧缺狀態(tài),其中春季虧缺最為嚴(yán)重,占全年虧缺量的70%,秋冬次之。近50年來,年及各季的水分虧缺量總體呈增加趨勢。除春季外,從20世紀(jì)70年代開始,虧缺量均大幅度增加。春季90年代的虧缺量雖小于70年代, 但從80年代開始虧缺量增加。水分虧缺量的加大,使得水資源緊缺狀況近一步惡化,更加劇了其對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的不利影響。2 氣候變化對土壤水儲量和氣候生產(chǎn)力的影響2.1 對土壤水儲量的影響特征近50a華北地區(qū)年平均氣溫上升趨勢明顯升溫速率達(dá)到0.44/10a，顯著高于全球平均升溫速

7、率0.07/10a和全國平均0.22/10a4，增溫主要從20世紀(jì)70年代開始。從偏暖年份看，1988年之前只有3a偏暖，而1988年之后有19a偏暖，尤其是從1998年至今已連續(xù)13a呈偏暖的狀態(tài)近20年華北地區(qū)年平均土壤水儲量總體呈減少趨勢,但區(qū)域差異明顯,且區(qū)域差異的地理分布依不同土層深度隨季節(jié)發(fā)生動態(tài)變化。土壤變干最顯著的兩個中心區(qū)域分別為京津塘地區(qū)和山西西部,次顯著中心區(qū)域為內(nèi)蒙古東部,而河北西部與山西東部的土壤變干趨勢最弱。在050cm 深度范圍內(nèi),從地表面開始, 隨深度增加,土壤水儲量的減少程度逐漸增加。春季土壤水儲量減少最顯著,秋季趨勢幅度則明顯小于春季,夏季僅次于秋季,冬季的

8、趨勢幅度最小。各分區(qū)土壤水儲量的變化呈現(xiàn)出顯著的年代際特征。就050cm土壤水儲量而言, 天津和山西在20世紀(jì)80年代和90年代均呈顯著的波動下降變化; 北京在80年代呈顯著上升而90年代以來呈明顯波動下降； 內(nèi)蒙古和河北則為90年代前5年為明顯上升而1995年以后呈明顯下降變化。各分區(qū)存在一個共同特點：19952002年的8年時間里, 全區(qū)各分區(qū)變化趨勢較為一致, 即呈明顯的波動下降。土壤變干的趨勢, 對區(qū)域農(nóng)業(yè)和生態(tài)具有一定的不利影響, 結(jié)合區(qū)域?qū)嶋H采取有效的水分管理與調(diào)配措施8。2.2 對氣候生產(chǎn)力的影響特征近50年氣候生產(chǎn)力劇烈波動變化，但總體上呈增大趨勢，平均每年增加12352kg

9、/hm2。峰值出現(xiàn)在2004年，達(dá)到135117kg /hm2·a，最小值僅為65841kg /hm2·a，出現(xiàn)在1989 年，兩者相差近1倍。60年代前中期為下降時期，60年代后期到70年代初為上升期，70年代中到80年代末氣候生產(chǎn)力在波動中下降，90年代在波動中上升，近10a上升趨勢明顯，并且2002年通過了置信水平為005的滑動檢驗，突變明顯。70年代年平均氣候生產(chǎn)力最高為114947kg /hm2·a；80年代最低，為97574kg /hm2·a，相差了17373kg /hm2·a。氣候生產(chǎn)力的正負(fù)距平變化有明顯的年代際變化的特征。60

10、年代前期為正距平，后期為負(fù)距平，總距平百分率為 33%； 整個70年代除1977年外全為正距平，距平百分率為61%；80年代 90年代前期為負(fù)距平，80年代的距平百分率最低，為107%；90年代中期全為正距平；近10a正、負(fù)距平分別為6年、4年，以增加趨勢為主( 距平百分率為53%)9。3 氣候暖干化對主要農(nóng)作物產(chǎn)量的影響華北地區(qū)主要糧食作物冬小麥,其生育期跨越了整個冬春季,冬季氣溫升高,改善了越冬條件,使冬小麥在冬季停止生長的日數(shù)縮短, 有利于冬小麥的分蘗,產(chǎn)量會提高。但溫度升高會使小麥的全生育期縮短,周林等利用改進(jìn)的產(chǎn)量生態(tài)學(xué)模式SUCROS模擬顯示10, 溫度升高2e ,冬小麥全生育期縮

11、短了18d。全生育期縮短使干物質(zhì)積累時間減少,同時溫度升高加大了土壤蒸發(fā),使小麥生長中、后期水分虧缺加重,小麥綠葉同化能力降低,最終使產(chǎn)量下降10。為模擬的降水量和溫度變化對冬小麥產(chǎn)量的影響,可以看出在華北地區(qū)氣候暖干化的趨勢下,冬小麥的產(chǎn)量降低11,12。氣溫升高使夏玉米生育期縮短,黃淮海地區(qū)生育期平均縮短19d。生育期的縮短不利于干物資的積累,生育期高溫對授粉也有不利影響。而氣候變暖使地表水分蒸發(fā)和作物蒸騰加強(qiáng),作物的生理需水量增加。據(jù)張翼等研究13,黃淮海平原夏玉米全生育期需水量在溫度上升1e、2e時分別增加18%和31% ,夏玉米的農(nóng)業(yè)用水量也增加,年灌溉總量隨著降水量的減少而急劇上升

12、,若降水量減少20% ,溫度上升1e和2e時,年灌溉水量將分別上升65.9%和84.3%。降水量的減少主要在夏季,水分的不足將加劇夏玉米的減產(chǎn)14。棉花生長期間喜高溫,對水分要求不多,尤其在秋季采摘期,降水量減少反而對棉花生產(chǎn)有利。另據(jù)研究表明14,氣候變暖對棉花生長也比較有利,年均氣溫每升高1e,無霜期可增加10d,棉花生長季10 e 積溫大約可增加150250 e/a,生長季將延長10d左右,20 e繁茂生長期持續(xù)日數(shù)估計可增加710d當(dāng)品種熟性不變時,由于棉花鈴期氣溫增高有利于鈴重增加,霜前吐絮棉鈴比重將增加5% 10%,棉纖維強(qiáng)力和成熟度等亦有所提高。3.1 氣候暖干化對農(nóng)作物品質(zhì)的影

13、響自西方工業(yè)革命以來,大氣CO2濃度不斷增加,溫室效應(yīng)不斷增強(qiáng), 氣候不斷變暖。全球氣候變暖必然影響大氣環(huán)流的運(yùn)動規(guī)律及降水量和蒸發(fā)量的時空分布, 對華北地區(qū)產(chǎn)生的氣候效應(yīng)就是暖干化。林而達(dá)15等利用模擬氣候變化的實驗裝置系統(tǒng)(CGC)研究了大田條件下溫度和CO2濃度增加對冬小麥品質(zhì)性狀的影響,結(jié)果表明面粉蛋白質(zhì)含量隨CO2濃度增加明顯下降?？刂茥l件的試驗表明,大豆在CO2濃度倍增的條件下,氨基酸和粗蛋白含量分別下降2.3% 和0. 83%,而粗脂肪、飽和脂肪酸和籽粒不飽和脂肪酸含量分別增加1. 22% 、0. 34%和2.02%；冬小麥在CO2濃度倍增的條件下,籽粒的水分含量基本保持不變,粗

14、淀粉含量增加2.2% ,而粗蛋白質(zhì)和賴氨酸含量分別下降12. 80%和4%16；CO2濃度倍增對于棉花纖維質(zhì)量的影響則不顯著；玉米籽粒的粗脂肪、粗淀粉及水分有所增加,但氨基酸、粗蛋白質(zhì)、粗纖維、直鏈淀粉、總糖都呈下降趨勢,尤其總糖和粗纖維下降最為明顯17。品質(zhì)下降將導(dǎo)致人均需求的糧食量增加,才能滿足人類的營養(yǎng)需求。3.2 氣候暖干化對作物病蟲害的影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)受病蟲害的影響十分嚴(yán)重,據(jù)統(tǒng)計,我國農(nóng)業(yè)產(chǎn)值因病蟲害造成的損失約為農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值的20%25%。氣候變暖,尤其冬季氣溫升高,使越冬病蟲卵蛹死亡率降低,病害蟲數(shù)量上升,出現(xiàn)的范圍擴(kuò)大。還使農(nóng)業(yè)害蟲的年發(fā)生世代增加,例如草地螟是北溫帶干旱少雨氣候條

15、件下的一種爆發(fā)性害蟲,氣候變暖后,草地螟在12代發(fā)生區(qū)可發(fā)生2個完整世代,在23代常發(fā)區(qū)一年可發(fā)生3個完整世代。氣候變化還可能使新的病蟲害類型出現(xiàn),農(nóng)業(yè)因病蟲害造成的損失將更為嚴(yán)重18。3.3 氣候暖干化對化肥農(nóng)藥使用的影響氣候變化將改變施肥量。肥效對環(huán)境溫度的變化十分敏感,尤其是氮肥,溫度升高,會加快氮肥的釋放速度和釋放量。溫度增高1e,氮向外釋放量將增加約4%,釋放期將縮短3.6d。因此,要想保持原有肥效,每次的施肥量將增加約4%左右19。施肥量的增加不僅使農(nóng)民投入增加,其揮發(fā)、分解、淋溶流失的增加對土壤和環(huán)境也十分有害。氣候變暖也將改變農(nóng)藥的施用。隨著氣候變暖,作物生長季延長, 昆蟲在春

16、,夏,秋三季繁衍的代數(shù)將增加,而冬溫較高也有利于幼蟲安全越冬,各種病蟲出現(xiàn)的范圍擴(kuò)大,加劇病蟲害的流行和雜草蔓延,這意味著這些地區(qū)將不得不施用大量的農(nóng)藥和除草劑20。有些過去當(dāng)?shù)夭辉霈F(xiàn)的農(nóng)作物病蟲害也出現(xiàn)了,對農(nóng)藥生產(chǎn)和使用布局產(chǎn)生不利影響。4 結(jié)論和討論華北地區(qū)區(qū)域氣候?qū)θ驓夂蜃兣捻憫?yīng)特征十分明顯。近50a華北地區(qū)年平均氣溫上升趨勢明顯升溫速率達(dá)到0.44/10a，顯著高于全球平均升溫速率0.07/10a和全國平均0.22/10a4，增溫主要從20世紀(jì)70年代開始。從偏暖年份看，1988年之前只有3a偏暖，而1988年之后有19a偏暖，尤其是從1998年至今已連續(xù)13a呈偏暖的狀態(tài)。1

17、987- 2003年與1961- 1986年相比,華北地區(qū)大多數(shù)地方越冬作物全生育期降水量減少；大部分地方冬小麥全生育期降水量增加；秋作物生育期降水量變化呈現(xiàn)蹺蹺板格局。 氣候變化也正在改變著華北地區(qū)土壤水儲量和氣候生產(chǎn)力的時、空格局。由于溫度增高和降水變化的空間差異使土壤水分發(fā)生了很大改變。氣候變化對華北地區(qū)農(nóng)作物的影響特征表現(xiàn)得比較復(fù)雜, 并且利弊共存。氣候變暖使春播作物播種期提早；使喜熱、喜溫作物的生長發(fā)育速度加快, 營養(yǎng)生長階段提前, 全生育期延長；使越冬作物播種期推遲,春初提前返青,全生育期縮短。氣候變暖一般還會使大多數(shù)農(nóng)作物的適宜種植面積有所擴(kuò)大,但農(nóng)作物病蟲害會有發(fā)展的趨勢。氣候

18、變暖的綜合效應(yīng)也會使作物品種的熟性由早熟向中晚熟發(fā)展、多熟制向北推移和復(fù)種指數(shù)提高。然而,在旱作農(nóng)業(yè)區(qū),氣候變暖所帶來的種植制度和格局調(diào)整有利機(jī)遇在很大程度上受到了水分條件的制約和限制。所以, 對于雨養(yǎng)旱作農(nóng)業(yè)區(qū)來說, 氣候變暖很可能對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)更多帶來一系列不利影響, 這需要通過調(diào)整種植結(jié)構(gòu)和選育新優(yōu)抗旱農(nóng)作物品種來適應(yīng)氣候變化。當(dāng)然, 影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動的因素是多方面的, 除了氣候變化因素而外, 還受農(nóng)業(yè)技術(shù)、投入、市場和政策等許多方面的影響。以現(xiàn)有的觀測資料水平, 還很難在華北區(qū)域尺度上將這些不同影響因素分離出來, 目前還無法十分清楚地描述氣候要素變化的單純影響。所以，只能夠初步分析氣候變化

19、對華北地區(qū)氣候產(chǎn)量的影響, 而并不容易科學(xué)分析其對農(nóng)業(yè)實際產(chǎn)量的客觀影響規(guī)律。同時, 由于目前還比較缺乏專門針對氣候變化對華北區(qū)域尺度上農(nóng)業(yè)影響的綜合性科學(xué)觀測試驗研究, 本研究結(jié)果雖然其對全球氣候變暖對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)影響的部分特征取得了一些新認(rèn)識, 但仍然缺乏對各種氣候要素變化對不同種類農(nóng)作物影響機(jī)制和影響規(guī)律的深入分析和科學(xué)揭示。參考文獻(xiàn)：1 陳邦柱,秦大河主編.氣候變化與生態(tài)環(huán)境研討會文集M.北京:氣象出版社, 2004. 13-20.2林而達(dá),楊修.氣候變化對農(nóng)業(yè)的影響評價及適應(yīng)對策J.見:陳邦柱,秦大河主編.氣候變化與生態(tài)環(huán)境研討會文集.北京:氣象出版社,2003. 72-77.3 張強(qiáng),

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