黑龍江省水稻種植面積遞增與溫度變化階段的對(duì)應(yīng)分析

黑龍江省水稻種植面積遞增與溫度變化階段的對(duì)應(yīng)分析

在過去100年中，世界平均氣溫達(dá)到0.3.06，變化對(duì)人類的影響也越來越受到重視。氣候變化和全球變化已被列入當(dāng)前的政治議程。對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)而言,氣候變化意味著資源與自然災(zāi)害狀況的變化,勢(shì)必產(chǎn)生有利或不利的影響,致使人類采取相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施。目前有關(guān)變暖的影響研究大多假設(shè)氣候情景下的模擬,對(duì)變暖影響的區(qū)域?qū)嵶C研究較少,特別缺少有關(guān)人類對(duì)氣候變化適應(yīng)過程的研究。我國(guó)經(jīng)歷與全球相似的變暖過程,自1980年代以來呈現(xiàn)明顯的變暖趨勢(shì),其中,位于我國(guó)最北端的黑龍江省變暖趨勢(shì)尤其顯著,是全國(guó)變暖最顯著的地區(qū)之一。從農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的角度來看,1980年代以來黑龍江省氣候呈現(xiàn)的顯著變暖為產(chǎn)量和種植北界均顯著地受溫度條件限制的水稻種植提供了條件。本文試圖通過對(duì)黑龍江省1951年以來水稻種植面積變化與溫度變化關(guān)系、特別是1980年以來氣候變暖與水稻種植面積增加之間的關(guān)系的分析,為認(rèn)識(shí)氣候變化對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響及人類的響應(yīng)提供一個(gè)實(shí)證。1黑龍江省水稻種植區(qū)的時(shí)空變化1.15稻蝦共作1年5月至20世紀(jì)20東北地區(qū)水稻種植史可追溯到19世紀(jì)中葉,朝鮮農(nóng)民進(jìn)入奉天(現(xiàn)遼寧)東南邊區(qū),他們?cè)谝凭拥母骱恿鞴鹊匦扪咭?進(jìn)行水稻栽培并傳播技術(shù)和經(jīng)驗(yàn),使該地區(qū)水稻種植面積迅速增加,在現(xiàn)屬黑龍江省的五常、阿城及黑龍江省的呼蘭、璦琿等地也開始零星地栽培水稻,清末民初,黑龍江巴彥、湯原等地也相繼種植水稻[3、4],近50年黑龍江省的水稻種植得到了迅速發(fā)展。根據(jù)黑龍江省農(nóng)業(yè)年鑒和經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)年鑒資料[5～7],1949年黑龍江省的水稻種植面積為11.2萬hm2,至1956年增加至29.4萬hm2,直到1960年一直保持此種植面積水平;在1961～1963年急劇減少至12.3萬hm2之后,水稻種植面積直到1974年一直未超過16.5萬hm2;1975年以后水稻種植面積恢復(fù)到20萬hm2以上的水平;1984年面積達(dá)27.8萬hm2,此后穩(wěn)步增加,至1992年增至77.8萬hm2;在經(jīng)1993年的略有回落之后,1994～1997年種植面積進(jìn)一步加速增長(zhǎng),至1997年達(dá)139.7萬hm2(圖1)。1.21水稻種植面積的時(shí)空分布特征結(jié)果表現(xiàn)出由“種植的面積不黑龍江省的水稻種植面積在1980年代中期以后迅速增長(zhǎng),1985～1992年是增長(zhǎng)的第一個(gè)階段,1992年全省的播種面積達(dá)1985年的2倍,大多數(shù)縣、市的水稻種植面積在1992年達(dá)到此階段的最大值,1993年的水稻種植面積略有回落,達(dá)73.6萬hm2。在水稻種植面積增大的同時(shí),種植的空間范圍也發(fā)生變化,根據(jù)1985～1993年分辨率到縣、市一級(jí)的水稻種植面積記錄可以看出水稻種植面積變化的空間分布特征。對(duì)比1985年和1993年水稻種植面積的變化可以看出,各縣、市均有不同程度的增長(zhǎng),總體上北部增長(zhǎng)的比例大于南部,增長(zhǎng)比例最大的地區(qū)位于小興安嶺東、西兩側(cè)和三江平原的平原地區(qū)(圖2)。1985年的水稻集中種植區(qū)在47°N以南地區(qū),在水稻區(qū)劃中屬最適宜區(qū)和適宜區(qū),種植面積大于0.6萬hm2的縣、市均集中在此線以南;此線以北縣、市的種植面積大多不足0.1萬hm2,在水稻區(qū)劃中屬次適宜區(qū)和不適宜區(qū),其中北部的嫩江、遜克、孫吳、嘉蔭等縣的種植面積不足40hm2,且直到1988年后才開始有連續(xù)的水稻種植。至1993年,47°N線以南絕大多數(shù)縣、市的水稻種植面積增至1985年的1.1～2.5倍,除東南部的東寧、穆陵和西部的杜蒙等縣外,水稻種植面積均達(dá)0.4萬hm2以上,且絕大多數(shù)達(dá)到1萬hm2以上;47°N線以北縣、市的水稻種植面積增至1985年的2.5倍以上,絕大多數(shù)縣、市的水稻種植面積達(dá)0.2萬hm2以上,最少的也達(dá)0.1萬hm2。其中,北部的嘉蔭、蘿北、克山、訥河、依安、嫩江等縣1993年的種植面積是1985年的10倍以上,富裕、望奎、孫吳、蘭西、克東、撫遠(yuǎn)、友誼等縣是1985年的5～10倍,成為增長(zhǎng)比例最大的地區(qū),它們分別位于松嫩平原東北部的高平原區(qū)和大、小興安嶺山麓平原、低山谷地區(qū),以及三江平原地區(qū),北界已達(dá)50°N附近。2平均溫度變化規(guī)律以哈爾濱站為例,1951～1955年偏暖,年平均溫度為4℃;1956～1969年偏冷,降至3.47℃;1970～1980年溫度增至3.60℃,與1951～1980年的平均溫度相當(dāng);進(jìn)入1980年代特別是1985年以后增溫明顯,1981～1991年平均溫度達(dá)4.16℃,1992年以來達(dá)4.94℃(圖1)。從各季的平均溫度變化看,春季和冬季平均溫度增高明顯,對(duì)年平均溫度升高貢獻(xiàn)較大,夏季和秋季平均溫度增幅相對(duì)較小;1970年代中期后,冬季平均溫度增加幅度加大,1980年代中期后各季平均溫度變化均呈升溫趨勢(shì)。4～10月的月平均溫度變化顯示,4、5、6月平均溫度呈逐漸升高的趨勢(shì),7、8、10月平均溫度1980年代后呈增高趨勢(shì),其中4、10月平均溫度在1980年代以后的增加趨勢(shì)最為明顯。黑龍江省內(nèi)各氣象站點(diǎn)1951年以來的溫度變化過程與哈爾濱站基本一致,且呈與全國(guó)及北半球一致的變暖趨勢(shì),是全國(guó)變暖幅度最大的地區(qū)。全省1980年代的年平均溫度比1951～1980年平均增高0.3～0.9℃,1990年代的年平均溫度較1951～1980年平均增高1.4～1.7℃,北部呼瑪、嫩江、海倫等站的增溫幅度大于南部的佳木斯、哈爾濱等站(表1)。3溫度變化與水稻種植面積變化之間的關(guān)系3.1氣候?qū)λ痉N植的影響黑龍江省的水稻種植屬半濕潤(rùn)一熟單季早粳稻稻作區(qū),一季早粳稻生長(zhǎng)季天數(shù)為110～160d,早、中、晚3個(gè)熟級(jí)分布北界的≥10℃的積溫值分別為2000℃、2200℃和2400℃。黑龍江省稻區(qū)的生育期在120～140d,≥10℃積溫變化范圍為2000～2700℃(80%的保證率),但積溫的年際變化一般可達(dá)300℃左右,少數(shù)可達(dá)400℃左右,積溫較常年平均少200～300℃就會(huì)發(fā)生3～5年一遇的延遲型冷害。因此,黑龍江省水稻生產(chǎn)的熱量條件能基本滿足一年一熟的需要,但不穩(wěn)定,易受熱量條件變化的影響。低溫是限制水稻生長(zhǎng)的一個(gè)最重要因素,1969、1972和1976年3次延遲型冷害使全省產(chǎn)量平均減少43.5%,北部高寒不適宜稻作區(qū)的水稻生產(chǎn)更易遭受低溫冷害的影響,1985年以前的穩(wěn)產(chǎn)度僅為52.5%。增溫意味著農(nóng)業(yè)熱量資源的增加,從延長(zhǎng)生長(zhǎng)季和增加有效積溫兩個(gè)方面對(duì)水稻生產(chǎn)產(chǎn)生有利影響。東北地區(qū)平均溫度每變化1℃,≥10℃的日數(shù)變化6～7d,積溫變化150～200℃左右,相當(dāng)于水稻早、中、晚3個(gè)熟級(jí)之間的積溫差,所以,在其它條件允許的情況下,年平均溫度變化1℃,水稻種植熟級(jí)可變化一個(gè)熟級(jí)。據(jù)此計(jì)算,1980年代黑龍江省各站點(diǎn)的積溫較1951～1980年平均值增加45～200℃,1990年代積溫較1951～1980年平均增加210～360℃,嫩江1990年代的熱量條件可以達(dá)到海倫1951～1980年平均的熱量條件(表1)。從生長(zhǎng)季變化看,1980年代以來,隨著春秋季的變暖,全省初霜日期推后,大部分地區(qū)終霜日期提前,無霜期延長(zhǎng)。與1970年代相比,全省1980年代的無霜期延長(zhǎng)4d,1990年代的無霜期延長(zhǎng)7d,北部地區(qū)較南部地區(qū)無霜期延長(zhǎng)的幅度更大。上述變化大約可以使水稻種植提高1～2個(gè)熟級(jí),并使原水稻種植的次適宜區(qū)變?yōu)檫m宜區(qū)、原不適宜區(qū)部分地變?yōu)檫m宜區(qū)。在降水條件匹配適宜的情況下,水稻種植條件因此得到大范圍改善,不僅有利于原水稻種植區(qū)內(nèi)種植面積的增加,而且有利于水稻種植向原熱量條件不足的北部地區(qū)的推移、擴(kuò)展。在原屬水稻種植次適宜和不適宜地區(qū)的47°N以北地區(qū),水稻種植面積的相對(duì)增長(zhǎng)的比例最大,1993年的水稻種植面積達(dá)1985年的2.5倍以上,最大達(dá)百倍以上。3.2稻蝦種植區(qū)5人們隨溫度的升降而增加或減少水稻種植面積的行為可以看作是對(duì)氣候變化的響應(yīng),這種驅(qū)動(dòng)與響應(yīng)的過程是人類感知?dú)夂蛴绊懖⒉扇∠鄳?yīng)的適應(yīng)措施的過程,這一過程主要是通過水稻單產(chǎn)的變化聯(lián)結(jié)起來的,單產(chǎn)的高低為人們提供了一個(gè)感知?dú)夂蜃兓绊懙目陀^標(biāo)尺,人們更多地是根據(jù)前期水稻單產(chǎn)決定種植面積的增加或減少。1952年以來黑龍江省水稻單產(chǎn)的波動(dòng)與溫度變化基本同步,溫暖年份高產(chǎn),低溫年份減產(chǎn),上一年或幾年水稻單產(chǎn)的增減使人們更直觀地感受到氣候變化影響的經(jīng)濟(jì)意義,因而隨之調(diào)整水稻種植面積的大小。由于種植面積的改變以前期單產(chǎn)的增減而為參照,加之增加或減少水稻種植面積的農(nóng)田改造需要一定的時(shí)間過程,所以種植面積變化往往滯后于氣候變化。從短期變化看,在嚴(yán)重低溫減產(chǎn)年之后的年份,水稻的種植面積也相應(yīng)地減少,1960年的低溫使水稻單產(chǎn)降為1184kg/hm2,只有1955年的37.2%,相應(yīng)地1961年種植面積顯著減少到1960年的56.8%;1972年低溫年的水稻單產(chǎn)為1258kg/hm2,較1971年減少52.1%,相應(yīng)地1973年種植面積降為1972年的73.7%。水稻種植面積的擴(kuò)大也是以前期穩(wěn)產(chǎn)、增產(chǎn)為依據(jù),1952～1955年偏暖階段的水稻單產(chǎn)較高,到1956年種植面積增加出現(xiàn);1973～1975年單產(chǎn)大幅度增加,1975年達(dá)3893kg/hm2,較1973年高33%,相應(yīng)地1974～1976年的種植面積增加了1.53倍;1984年、1994年以后水稻種植面積的兩次迅速增加,均與前期因氣候條件的顯著改善而出現(xiàn)的穩(wěn)定高產(chǎn)有關(guān)(其中包括技術(shù)因素的影響)。從長(zhǎng)期變化看,黑龍江省水稻種植面積的變化階段與溫度變化階段同樣存在對(duì)應(yīng)關(guān)系,但時(shí)相上明顯落后于溫度變化(圖1)。1955～1960年全省水稻種植面積的突然增長(zhǎng),是以從1940年代一直持續(xù)到1950年代中期的溫暖氣候?yàn)楸尘暗?。?dāng)然1950年代末期黑龍江省的大面積墾荒,1958年大躍進(jìn)運(yùn)動(dòng)使農(nóng)業(yè)超常規(guī)發(fā)展也是不可忽視的原因之一。1961～1973年平均水稻種植面積跌至15萬hm2以下,與1956年開始并持續(xù)到1969年的低溫階段相對(duì)應(yīng),但水稻種植面積增減較氣候變動(dòng)滯后約4～6年。1974～1983年的水稻種植面積重新恢復(fù)至1950年代的水平,平均種植面積在20萬hm2以上,與1970～1980年平均氣溫略有增加相對(duì)應(yīng),但時(shí)間滯后3～4年。1984～1992年水稻種植面積迅速增加,平均種植面積達(dá)63.4萬hm2,是1974～1983年平均的3倍多,此與1981～1991年氣溫明顯上升相對(duì)應(yīng),但時(shí)間滯后2～3年。由于溫度的明顯升高,不僅在水稻適宜區(qū)或最適宜區(qū)內(nèi)的種植面積相應(yīng)增加,而且隨著北部地區(qū)熱量條件的顯著改善,水稻種植區(qū)向北大范圍擴(kuò)展。與黑龍江省水稻區(qū)劃圖相對(duì)比,1985～1993年原屬水稻生長(zhǎng)次適宜區(qū)和不適宜區(qū)的47°N以北地區(qū)水稻種植面積的相對(duì)增長(zhǎng)比例最大,1988年以后原屬水稻種植不適宜區(qū)的孫吳縣、遜克縣,嫩江縣、嘉蔭縣等開始連續(xù)種植水稻,說明這些地區(qū)有了適宜安全生長(zhǎng)水稻的氣候條件。1994年后種植面積加速增加,尤其在1996年又有突破性的增長(zhǎng),該階段增長(zhǎng)以1990年代以來溫度明顯升高為背景,時(shí)間滯后為2年左右。4對(duì)氣候的響應(yīng)黑龍江省自1980年代以來增溫趨勢(shì)明顯,1990年代增溫更為明顯,是全國(guó)變暖最顯著的地區(qū)。其中春季和冬季平均溫度增幅顯著,夏季和秋季增幅較小;1980年代中期以后各季平均溫度均呈升溫趨勢(shì),4月和10月增溫趨勢(shì)明顯。對(duì)農(nóng)業(yè)而言,上述變化意味著熱量資源條件的改善,使生長(zhǎng)期延長(zhǎng),積溫增加。溫度是制約黑龍江省水稻種植的關(guān)鍵因素,1951～1998年全省水稻種植面積的變化與溫度的變化有良好的對(duì)應(yīng)關(guān)系,冷期面積減小,暖期面積增大。從空間變化看,1980年代以來的顯著變暖在使南部熱量條件比較充裕地區(qū)的水稻種植面積顯著增加的同時(shí),也使北部原來種植水稻熱量條件不足的次適宜區(qū)和不適宜區(qū)內(nèi)的種植面積迅速增加,成為種植面積相對(duì)增長(zhǎng)比例最大的地區(qū)。人類增加或減少水稻種植面積的行為是對(duì)氣候變化的響應(yīng),單產(chǎn)變化是聯(lián)系氣候變化與種植面積對(duì)應(yīng)氣候變化的中間環(huán)節(jié),人們根據(jù)前期水稻單產(chǎn)決定種植面積的增減,繼前期的溫暖與高產(chǎn)之后種植面積相應(yīng)增加,而在嚴(yán)重的低溫減產(chǎn)之后種植面積相應(yīng)減少。水稻種植面積的變化滯后于溫度的變化,從長(zhǎng)期變化看