气候变化:农业面临挑战机遇

气候变化对我国农业的长期影响如何?2月25日,由国家自然基金委和国际应用系统研究所主办,上海市气象局承办的“气候变化下的中国农业机遇与挑战”国际学术研讨会在沪开幕。来自国内外的30多名专家一致认为,到2050年气候变化将使我国粮食生产潜力年增产1.6亿吨。

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。

在全球气候变化的大背景下,中国农业将是机遇与挑战并存。在25日由国家自然基金委等主办的相关国际学术研讨会上,一项有关中国农业生态系统承载力的国际合作项目发布了其研究成果,认为未来复种区域的北扩及复种指数的提高,将有效减少气候变化对中国农业的影响。
作为“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”项目组成员之一的上海市气象局局长汤绪对记者说,过去一直认为全球气候变化将给中国农业带来负面影响,但在此次研究中通过综合评估的方法,得出的一个重要结论是:未来复种区域的北扩和复种指数的提高,可以“抵冲”气候变化对单季农业生产的减产效应,从而在总体产量上达成增产的潜力。
相关研究人员解释说,全球气候变化使得过去不能种水稻的地方,变得不仅能够种,而且还能扩大种植,或者过去只能种一季作物,现在可以种两季了。此项由国家自然基金委和国际应用系统研究所共同支持的研究认为,气候变化所带来的农业气候资源增加,会使得中国农业复种区域北扩,复种指数上升。特别是东北区域未来水稻单产潜力和播种面积都会显著增加。
此外,这项研究还对模型模拟的未来中国9大流域作物需水量和中国水资源综合规划中的未来各流域灌溉可供水量进行了比较,认为即使各流域灌溉水利用率能够按计划提高,在黄河流域、淮河流域和海河流域仍会存在较大的灌溉水资源缺口。如果考虑到未来南水北调的水资源调度能力,则黄河和淮河的水资源缺口可能通过调水解决。

该结论基于NSFC和IIASA共同支持的重大国际合作项目“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”的研究成果。英国伦敦大学教授、上海市气象局特聘专家孙来祥介绍,通过项目研究发现,气候变化带来的气温上升和光照增加等农业气候资源的增加,将使我国复种指数上升,复种区域北移,粮食主产区华北将从目前的“一年两熟”变为“二年三熟”,而东北地区未来水稻单产潜力和播种面积都会显着增加。

东北升温最快 降雨南增北减

预计,到2050年中国粮食生产潜力将年增产1.6亿吨。如果综合考虑气候变化和社会经济的相互作用,到2030年气候变化就能使我国水稻、小麦和玉米的总产量分别增加9%,4%和13%。

近50年中国气候经历重要变化

不过专家也提醒,复种制度的改变会带来灌溉需求增长,形成灌溉水资源缺口。该项目研究发现即使各流域灌溉水利用效率能够按计划提高,在黄河流域、淮河流域和海河流域仍然会存在巨大的灌溉水资源缺口,如果再考虑未来南水北调的水资源调度能力,则黄河和淮河的水资源缺口可能通过调水解决,而海河流域到2030仍将有113亿立方米的灌溉水资源缺口。

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。

该项目研究员汤绪表示,生态文明的意识应当渗入到经济生活各个领域中去,该项目从尊重自然发展规律、社会和经济发展规律等角度,在气候变化和农业生态领域取得了若干重要的科学发现,对于未来我国农业生产、生态建设、土地利用等具有较高的参考价值。

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。

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。

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。

生育均期缩短 旱涝灾害加剧

气候变化给中国农业带来挑战

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。

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。

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。

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。

施肥效应增加 复种地带北推

气候变化给农业机遇或许更大

但同时,气候变化也会给农业生产带来正面影响。

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。

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。

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。

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%。

延伸阅读

农业灌溉水需求将普遍增加

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。