气候变化与技术进步对东北地区粮食产量的影响

摘要：在回顾了近30年来东北地区粮食产量波动的变化情况的基础上，概括了该阶段内对粮食产量产生深刻影响的气候因素以及技术进步因素。由于以上两者的效应往往在实际产量之中易被混淆，对实际产量进行进一步的分解，并具体分析了造成粮食产量波动的气候及技术进步因素，以期为未来农业发展决策提供一定的依据。

关键词：气候变化；技术进步；气候产量

中图分类号：S162 文献标识码：A 文章编号：1674-0432（2011）-03-0203-3

基金项目：中国科学院战略性先导科技专项 东北典型地区农业生产与科技进步（XDA05130701）专题资助。

0 引言

东北地区位于亚欧大陆的东端，地处我国的高纬度地区，对于全球气候变化十分敏感，是中国乃至全球气候变暖最为显著的区域之一。近百年以来，东北地区的气温变化趋势与全球以及中国的气温变化总趋势是一致的，呈明显的变暖趋势[1,2]。同时，东北地区是世界三大黑土带之一，是我国重要的商品粮生产基地。气候变暖会对东北地区的粮食生产带来巨大的影响。温度升高使得位于冷凉区的东北地区的作物生长期延长，带来更多的机遇；但同时也会伴随或引发气象灾害的增多、生态与环境破坏、生物多样性减少等事实，对农业生产带来潜在的负面影响，甚至是灾难性的后果[3]。

与此同时，这段气温显著上升的时期也正是人类生产技术水平大幅度提高的时期。在对粮食产量的波动原因进行分析时，农业技术发展所带来的产量提高与气候变化对产量波动的贡献往往相混淆。因此，在气候变化背景下，需要解决的关键问题是如何区分实际产量中气候变化带来的产量以及技术进步带来的产量。本文在对东北地区粮食产量波动的情况分析的基础上，总结了造成这一波动的气候变化及技术进步原因，并计算了相应的“气候产量”以及技术进步贡献率。

1 东北地区粮食产量波动分析

东北地区作为我国重要的商品粮基地之一，在维护粮食供需平衡和保障国家粮食安全方面起着举足轻重的地位。近50年来，东北地区增温1.5℃，幅度明显高于全国平均水平[4]，给作物生产带来了复杂的影响。另外，相关惠农政策的出台、农业技术水平的不断提高也在一定程度上提高了粮食的产量，两者的综合作用使粮食单产呈现出波动上升的趋势。

1.1 阶段性分析

自1978年改革开放以来，东北地区的粮食单产有了很大的变化。粮食单产由1978年的2495.24kg/hm2增长到2004年的4850.22kg/hm2，在近20年的时间里增长可接近2倍[4]。同时，粮食单产的年际波动较大，可将1978-2007年这一时期划分为4个阶段。

第一阶段（1978-1984年），改革开放以来粮食单产第一次大幅上升，由1978年的2495.24kg/hm2增长到1984年的3452.18kg/hm2，增长了956.95kg/hm2，是增长幅度最大的一个时期。究其原因，主要与从1978年开始实行的农村改革以及从1982年实施的家庭联产承包责任制等制度创新有关。这些政策的实施极大地激发了农民的生产积极性。第二阶段（1984-1990年），粮食单产第二次大幅上升，由1984年的3452.18kg/hm2增长到1990年的4161.17kg/hm2，增长了708.99kg/hm2，增幅小于第一阶段。其主要原因是1984年粮食产量空前高涨之后，出现了一系列问题，如生产资料成本上升等，使得粮食产量上升的幅度减少。另外，1985年东北地区遭受了有史以来的特大洪灾，对1985年东北地区粮食产量增长产生了一些负面影响。第三阶段（1990-1998年），粮食单产第三次大幅上升，由1990年的4162.17kg/hm2增加到1998年的5092.02kg/hm2，共增长了930.85kg/hm2。其原因是1991-1993年国家实行粮食政策改革，同时1996年提出了“科教兴农”政策，加大了农业科学技术方面的投入。第四阶段（1998-），1998年东北地区粮食单产达到5092.02kg/hm2，是有史以来粮食单产的最高年，此后在2000年和2003年出现了两次比较明显的回落。2000年粮食播种面积大幅减少，再加上严重的旱情的影响，粮食产量大幅下降。从2001年开始，粮食产量有所增加，但受到持续旱灾的影响，到2003年仍未恢复到趋势产量水平。在此背景下，国家出台了一系列支农惠农政策，在黑龙江省、吉林两省率先实行免征农业税，农民种粮积极性得到了极大的调动，2006年东北地区粮食产量又登上了一个新台阶。

1.2 趋势性分析

从总体的变化形势而言，虽然粮食产量仍呈上升趋势，但粮食单产增长速度正在减缓，可见近些年来东北地区粮食单产已经达到了一定水平，提高单产的难度较大，但随着农业技术水平的提高，科技资本投入的增加，农业生产的提升潜力较大[4]。

粮食产量增长的同时，波动性有所减小，这与农业技术水平提高有关。但同时也存在着波动程度偶然变大的趋势，这与自然灾害的发生相关。因此，需要进一步加强作物对自然灾害的抵抗能力，使得粮食单产的稳定性不断加强。

2 技术进步及政策改革对粮食产量的贡献

在对1978-2004年东北地区粮食作物单产波动情况的分析之后，可知在过去的近30年间东北地区的粮食作物的产量水平呈现波动上升的趋势，农业生产力水平不断提高。与此同时在过去50年间，东北地区的农业技术水平大幅提高，同时政府制定的农业政策也在一定程度上影响农业生产。因此，本节针对近50年的技术进步及政策改革对粮食实际产量的贡献进行分析，旨在为加大农业科技投入以及制定农业政策提供依据。

2.1 近50年来农业政策效果分析

改革开放的前三十年，农业发展走过了许多弯路。1978年以来的三十年，农业相关政策制度的改革极大地提高了农民生产积极性，提高了土地和劳动生产力。

按照发展阶段进行划分，新中国农业政策总体上经历了三大时期和若干个阶段。即1949-1978年艰难曲折时期：主要实行以“工农产品剪刀差”为主要特征，对农业实行“多取少予”的政策，导致城乡二元经济与体制结构的形成；1978-1986年改革开放初期：建立以“家庭联产承包责任制”为核心，使农民成为经营主体的统分结合的经营体制，并继续巩固与完善相应的农业政策；1997-2008年改革开放深化时期：主要推行“粮食保护价”制度，实行农村税费改革，颁布《农村土地承包法》，逐步取消农业税，提出以发展现代农业和加强农业基础建设为核心，建设社会主义新农村，以促进农业发展和农民增收，走中国特色农业现代化道路等政策[7]。

农业政策发展的不同阶段对农业生产力发展的效果不同，具体分析如下。1949-1978年艰难曲折时期，始于建国之初的，随后进行了社会主义改造，基本上实现了从农民个体所有制到社会主义集体所有制的社会主义改造。随着粮食需求的逐渐增加，供给相对不足，1953年国家出台了一项重大战略决策，实行“统购统销”，造成生产者利益的损失。1958-1960年的“”和运动，扰乱了正常的农业生产。总的来说，这一时期的农业政策极不利于农业生产的发展，造成了城乡二元经济与体制结构。

1997-2008年改革开放深化时期，从十一届三中全会到1984年以家庭联产承包为主的多种形式农业生产责任制的稳定与完善，激发了农民的积极性，解放了长期被束缚的生产力，促进了农业生产的快速发展。1985年以后，由于自然原因以及国家政策不完善使农业发展在达到顶峰之后又陷入了停滞和徘徊期。这一时期，政府在明确了长期稳定的农业基本政策的基础上，不断完善农村基础建设，科教兴农方面的政策。

1997-2008年改革开放深化时期，提出了以保护农业、支持农民收入、减轻农民负担为主要特征的农业政策。2000年开始农村税费改革试点，至2006年逐步取消农业税，减轻了农民的负担；2002年颁布《农村土地承包法》，赋予农民长期而有保障的土地使用权，维护了农民的根本利益，促进农业和农村经济发展；2006年提出建设社会主义新农村，加强精神文明建设，推进农村综合改革，转向农村社会发展；2007年提出发展现代农业，强调农业的可持续发展，此外还推行新型农村合作医疗，实行“两免一补”政策。

通过对这三个时期的农业政策的分析可知，我国政府不断调整农业政策的重点，但增加农业产出和提高农业收入始终是农业政策的两大主题。农业政策的改革在一定程度上可以提高农业生产力，增加粮食的产量。在制度改革最为深刻的1978-1984年间，农业总产出增长了42.23%，年均递增5.93%，其中，45.79%来源于投入增加，46.89%来源于制度变革所激发的劳动热情[8]。

2.2 近50年来主要农业技术进步效果分析

建国之初，我国就把实现农业现代化作为一项长期奋斗的目标，对农业的科技投入也一直在增加。农业机械化、化肥的使用以及农田水利设施的建设都取得了长足的进步，同时生物育种技术的发展也使得作物的抗性增强。东北地区作为我国主要的商品粮基地之一，各项农业技术进步措施的效果显著。

2.2.1 玉米 东北春玉米区是我国两大玉米主产区之一，其玉米产量占全国的32%。从吉林省全省延伸到辽宁北部的这片区域被称为“三大黄金玉米带”之一，是我国最为重要的粮食产区。在过去的50年间，由于各项玉米种植技术的进步，玉米产量以及品质大幅提高。

在种植方式上，采用耐老化膜常年覆盖种植及宽窄行留高茬交替休闲的种植方式。与传统的种植方式相比，可使生育期提前2-3d，增温效果明显；播种出苗阶段及苗期0-20cm土壤平均含水量比均匀垄的传统方式高1.15%和0.8%；产量显著提高，较传统垄种植方式高15.56%[9]。就耐老化黑膜覆盖而言，耐老化黑膜覆盖区的玉米产量明显增加，增产量为13.02%，达极显著水平。与未覆膜区相比，覆膜区也增产明显，增产量为22.98%，达极显著水平[10]。

在农业机械化方面，由于黑土区由于多年耕作，具有坚实的犁底层。采用机械深松耕作方式可以改变土壤的理化性质，打破犁底层，保持土壤水分，节约灌溉用水，提高作物的产量和品质，增产幅度为10%以上[11]。

在化学肥料的施用方面，东北黑土区施肥较不施肥增产70%，具有明显的增产作用。在施用的肥料类型的选择上，研究发现在松嫩平原黑土区施用有机肥使玉米增产率为60%，而使用化肥仅为10%，可见有机肥对作物的增产效果明显[12]。

在生物育种方面，近些年来采用引进外来种质的杂交品种。研究发现，外来种质对东北杂交玉米生产的贡献将近60%，其中美国外来种质的利用率每提高一个百分点，东北玉米每年平均产量增加10kg/hm2。CGIAR系统的种质每增加1个百分点,则年增产25 kg/hm2[13]。

2.2.2 水稻 近50年来，东北地区水稻种植面积迅速扩大，2000年的种植面积和总产量分别是1949年的13.7倍和47.6倍。究其快速发展的原因，与适应低温、长日照、耐冷的新光温生态型优良新品种的大量使用，化学药剂灭草以及旱育稀植技术等科技进步密不可分。

水稻机械插秧深施肥技术是农机、农艺密切结合的机械化高产栽培技术，在东北地区的普及率很高，占机械化种植的75%，具有显著的节本增产效果[14]。可节省人工30个/hm2，节约化肥40%，增产10%-15%[15]。

在品种的选育方面，新的光温生态型的耐冷水稻新品种大面使用。例如，黑龙江省的合江19号、合江23号、龙粳8号、龙粳12号、龙粳14号、东农416、空育131、牡丹江19、牡丹江22、五优稻1号、五稻3号、五优A、绥粳8号等优良品种[15],吉林省的吉粳系列和通化系列,辽宁省的辽粳系列和盐粳系列等品种，都是大面积种植的主要栽培品种。品种的改良使得水稻的抗性增强，是水稻增产的内因。

旱育秧苗、机械插秧、药剂灭草等新技术的广泛应用则是水稻增产的外因。70年代以后，广泛应用化学药剂灭草技术，从根本上解决了稻田草荒的问题；80年代以来，大面积应用旱育秧苗、机械插秧、稀植栽培等新技术，使直播水稻面积逐年减少，大大提高了水稻的产量水平[15]。

2.2.3 小麦 东北春麦区为我国春种小麦的主产区，包括黑龙江省、吉林两省全部、辽宁省除旅大地区以外的绝大部分以及内蒙古自治区的东四盟，是我国春种小麦的主要产区[16]。据统计，1981年全区小麦面积达到历史最高，为263万hm2，占当年全国春播小麦面积的1/2，较1949年种植面积扩大了4倍多。1983年以后，随着市场经济的发展以及种植业结构调整，小麦播种面积逐年下降，但单产水平明显提高，由1981年的93kg/hm2，上升到1997年的196.4kg/hm2。长期的生产实践表明，良种以及农业技术水平的提高在小麦增产中占有重要地位。

研究表明，小麦良种在小麦生产中占增产部分的35%-47%，每推广一批小麦良种对促进小麦生产发展起到了至关重要的作用。建国以来，先后在东北春麦区推广了210个适于不同地区种植的品种。各地区小麦实现了小麦良种4-5次更新换代。实践证明，每更换一次良种对当地小麦生产发展都起到了巨大的促进作用。建国前，本区小麦生产力低下，常受秆锈病的危害。建国后，通过大量良种的引进，尤其是松花江1号及合作1号抗耐锈品种的普及，使得小麦的安全生产有了一定的保障，一般产量在50kg/hm2左右[16]。随着农业技术的进步，新式农机具，平种，合理密植技术的使用，70年代化肥的施用，使得小麦产量提高到80-100kg/ hm2[16]。

3 粮食“气候产量”分解

粮食产量的逐年波动是由多方面因素造成的，一方面是农业技术进步以及惠农政策的实施，另一方面则是由于气候变化造成的。以东北地区的主要粮食作物―玉米和水稻为例，对实际产量进行客观科学的分解，可得到气候变化对农业的影响，间接得到非气候因素对粮食产量的影响。

3.1 水稻

由于水稻对气温变化比较敏感，因此方修琦等[22,23]将气温作为主要气候要素，对黑龙江省过去20年的水稻产量进行分解。结果表明，气候变暖对粮食产量的影响小于技术发展的影响。具体的说，如果不考虑生产技术的发展，即技术单产维持70年代的水平不变，则在变暖影响下20世纪80年代的水稻单产比70年代增加117kg/hm2，相当于使单产增产了3.9%，即变暖对增产的贡献率为12.8%。如果同时考虑到技术产量的逐渐增加，变暖影响的增产量将达到147kg/hm2，相当于使单产增产了4.9%，变暖对增产的贡献率增大到16.1% [22]。

3.2 玉米

王宗明，宋开山等[24]选取松嫩平原区玉米带为研究区域，采用改进算法估算气候变化对玉米单产变化的贡献状况。其结果显示，若以1961-1969年作为基准时段时，则相对于70年代，80年代和90年代玉米单产分别增加了2180.43kg/hm2和4542.23 kg/hm2；气候对其增产的贡献分别为-0.65%和5.86%。相对于80年代，90年代增产了2361.8kg/hm2，其中气候对其增产的贡献为9.48%。如果以1970-1982年为基准时段，则相对于70年代，20世纪80、90年代玉米增产中气候的贡献率分别为1.94%和17.98%。

通过对以上的实例分析可知，气候变暖对粮食产量的影响小于技术发展的影响。其中，就气候变暖的影响而言，90年代的增温贡献高于70年代和80年代。

4 结论

粮食作物产量的增加是由多方面因素造成的，大致可以归纳为气候变化的贡献以及技术进步的贡献。东北地区作为过去50年来气候变暖程度最为显著的区域之一，气候变暖对粮食生产的影响显著。气温显著上升的时期同时也正是农业科技水平大幅以及相关农业政策的实施的卓有成效的时期，农业技术的发展可能在一定程度上掩盖了气候变化对农业生产的影响。

本文通过对相关文献的总结，罗列了1978-2004年期间农业科技进步的相关成果以及农业政策的效应，同时结合对东北地区“气候产量”的分析可知，气候变暖和农业技术进步以及农业政策改革使得农业生产力不断提高，农作物的产量不断增加。其中，气候变暖对粮食产量的影响小于技术发展的影响。因此，我国未来农业的发展应该加大农业科技的投入，有针对性的互补以制度创新，促进农业的可持续发展。面对全球变暖的大趋势，应该加强农业适应能力，加大农业生物技术研究的投入，增加农作物的抗性。只有两者共同发展才能促进粮食产量水平的进一步提高。

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作者简介：房茜，女，中国科学院研究生院地理科学与资源研究所硕士研究生，研究方向：农业科技进步。

通讯作者：吴文祥，就职于中国科学院地理科学与资源研究所。