气候变化对中国北方主要农作物生长影响及适应对策研究

摘要：气候变化已经影响到我国的农业生产，特别是受气候变化影响最明显的北方地区。本研究结合中国北方不同地域情况，总结各地区农业适应气候变化的具体措施，系统地提出各地相应的适应技术策略和长远应对策略，为北方地区制定和实施气候变化适应对策提供科学的理论依据。

关键词：气候变化;北方;作物生长;长期适应策略;短期响应方案

基金项目：陕西省教育厅项目（14JK1017）

中图分类号： S162 文献标识码： A DOI编号： 10.14025/ki.jlny.2015.01.058

全球变暖加剧，严重威胁我国农业生产的可持续发展。诸多研究表明，中国北方地区是受气候变化影响最明显的区域，未来气候变化对该区的影响是不可忽视的。针对北方地区的气候特点及未来气候变化趋势，寻找农业生产的应对措施，最大限度减少气候变化带来的不利影响是亟需解决的问题。

1 北方地区气候变化趋势

北方地区气候变化主要体现在气温、降水的变化以及极端天气气候事件的发生频率上。数据表明，近100年我国地表年平均气温增加幅度为 0.5℃～0.8℃，到2020 年全国年平均气温将比 1950年升高 1.68 ℃[1]。唐国平等[2]选用 GCM 模型对未来中国气候变化的情景进行模拟，结论表明气候变化将使中国境内的平均气温普遍升高，并且气温升高的幅度在高纬度地区大于低纬度地区。北方地区未来温度会不断增高，最大增温区在东北，可达 0.192℃/10 年，其次是华北，为 0.104℃/10 年[3]。降水变化更为复杂，不同空间地域差异较大。受气温变暖影响，高纬度地区和一些湿润热带地区的降水量有增加趋势，但中纬度和干旱热带地区的降水将进一步减少。西北中部，青藏高原西南部、华中至华北地区和东北中部 4 个地区的降水则显著减少[4]。极端降水平均强度和极端降水值都有增强的趋势，干旱将进一步加剧。

2 气候变化对中国北方农业生产影响

北方地区自然条件差异很大，未来气候变化对各地影响也明显不同，总体趋势是不同生态区可多利用的积温均由北至南逐渐增多，本研究根据各地区热量资源变化情况、种植制度及作物品种划分原则，可以得出北方三区域的农业生产变化趋势。

2.1 东北区

在该区域未来春小麦面积将缩小，有向三江平原北部集中的趋势，而冬小麦面积增加，热量资源逐渐可以满足一年两作的需要，特别是辽宁省南部逐步可以进行冬小麦/夏玉米的轮作。受热量条件影响较大的喜温作物和越冬作物以及高原地区的冷凉气候区的作物种植面积将会迅速扩大，未来玉米种植品种也将由现在的早熟品种更替为晚熟品种。

2.2 华北区

该区温度增加较多的集中在山东东部和河北北部地区，较少的是华北平原中部地区。河北省北部地区未来积温增加幅度可满足冬小麦生长，种植制度可能由一年一熟（春小麦）或两年二熟（如冬小麦――夏大豆――春玉米）演变为一年两熟（麦+大豆或麦+棉等）;山东省东南部和河南省南部复种指数提高，可由当前一年两熟（如麦+稻、麦+大豆或麦+棉等）演变为一年三熟，在水资源条件较好的地区亦可以种植冬小麦+双季稻[5]。

2.3 西北区

该区冬季气候变暖使得越冬作物种植区北界西伸北扩，喜温作物面积扩大，多熟制向北推移，作物品种的熟性由早熟向中晚熟发展，单产增加，品质提高;另外多熟制向北部和高海拔地区推移，复种指数提高[6]。农作物生长发育速度发生明显变化，春播作物提早播种，喜温作物生育期延长，越冬作物推迟播种，生育期缩短，如冬小麦，其生育期缩短的趋势大于春小麦[7]，棉花产量明显增加。气候变暖使西北干旱区作物种植格局由春小麦为主转变为玉米、棉花、冬小麦为主;半干旱区由小麦为主转变为玉米、马铃薯、冬小麦为主[8]。

3 应对策略的制定

开展农业适应研究的目的是为了有效应对未来几十年气候变化带来的潜在风险。应对策略应从两方面考虑，一方面是短期响应方案，另一方面是长期的适应策略。

短期响应方案主要是指农民以及科研机构根据气候变化做出的努力保持农业系统现状的一些调整。它们是自主进行的，并没有政策性的变化或更深层次的研究。 短期调整在本质上是抵御气候变化的第一道防线。农业的长期适应策略是指在基础设施、生产技术、市场机制和在应对一些环境或经济刺激的政策政府的改变上，这种改变是从根本上应对气候的长远变化[9]。

3.1 短期响应方案

应对暖干化的短期响应方案一般包括：农艺策略。包括作物品种和种植结构的变化、提前播种和收获、深耕深播等;保存水分策略。包括保护性耕作、耗水低的农作物轮作、小气候改造和灌溉调度。

东北地区是我国增暖最明显的区域，也是未来增温幅度最大的地区。增温使该地区春季回暖早，生长季延长，积温和持续天数增加，积温带北移，这些变化为当地农业带来了更多生产潜力，提高了复种指数，但同时也带来更多气象灾害的影响。未来应对气候变化的短期适应策略应重点在调整作物结构，提高作物复种指数，变更作物熟性等方面投入力量。调整作物结构是指可以将当地现有作物结构调整为以粮食、经济和饲料作物相结合的三元农业种植结构，在北部地区以培育大豆和水稻为主，中部地区以培育玉米、大豆为主，而在西南部地区以水稻、玉米为主，兼顾杂粮，这种混合种植结构有利于充分利用增加的热量资源并且取得更好的经济效益[10]。提高作物复种指数则主要通过逐渐种植产量较高的冬小麦，取代春小麦，以实现高产目标。变更作物熟性可通过引进或选育生育期相对较长、感光性弱、感温性强的中晚熟品种， 以增加作物产量;在熟制不变的地区培育生育期更长的晚熟品种，以充分利用增加的热量资源。

华北地区气候未来呈现暖干化趋势，水资源将成为该区农业生产的决定性因素。应合理调整当地作物种植结构，优化作物布局。即适当减少高耗水作物的种植面积，如不耐旱的玉米、春小麦种植面积可视情调整，培育和引进抗旱品种。在水资源能保证作物需求的区域，可维持当前耕作系统，提高农业生产效率，在水资源匮乏区地区，采取种植业、林果业、畜牧业等混作经营模式，发展多元经济模式，也可以充分利用增加的潜在热量资源，获得较好的生态和经济效益。从农艺措施层面而言，为了提高作物产量，可以对夏玉米进行适当晚收和晚播，冬小麦进行迟播。因为气候变暖导致冬前积温增加，暖冬现象加剧，小麦的播期可以延迟[11-12]，而玉米延迟收获可以增加对光温资源的利用，有利于籽粒灌浆，提高千粒重，增加产量[13-14]，夏玉米晚播则是因为气候增暖后，温凉且温差较大的秋季更适于玉米的灌浆，而且较长的生育期亦有利于产量形成[5]。从改变农业生产技术层面而言，气候变暖有利于设施环境下作物生长，可以进行高效率的农业生产，减小气象灾害的影响，最重要的是可以更好利用采用节水措施开展农业生产，所以可考虑在华北地区大力发展设施农业。

西北区地域广阔，气候多样复杂，总体来说未来气候变化趋势是由暖干向暖湿转型[15]。降水量的局部增加、极端气候事件减少对农业生产有利。但作物生长期气温升高，缩短了养分积累的时间，降低了品质，而且西北地区东部降水持续偏少，土壤水分蒸发加剧，由于水分亏缺抑制了热量资源增加所发挥的作用，部分地区粮食将大幅度减产。针对这些变化趋势，首先应确保该区域的生态环境安全。西北地区集中了大片荒漠区、水土流失严重的黄土高原区还有青藏高原的高寒区，还有内蒙古地区大片的草场资源，适合农业生产的区域主要集中在关中平原、河西走廊、河套平原和新疆地区的绿洲农业，在保证宜农地区农业生产的同时，更要兼顾其他不适宜农业生产地区的生态环境的保护，这样才能从整体上增强该区域应对气候变化的能力。其次，西北地区土地类型多样，应根据各地的具体气候情况调整种植结构，发展优质产品和特色农业[16]。新疆地区光热资源充足且温差大，适宜棉花、优质瓜果等经济作物的生产，减少耗水作物的播种面积。河西走廊夏季冷凉干燥，适宜发展蔬菜生产。在农牧交错带地区，主要以畜牧业为主，农业以旱作农业为主，在为数不多的宜农区需要培育和引进抗旱作物品种，大力发展节水农业，提高农业生产效率。甘宁地区可以结合地方优势发展药材种植[17]。陕西中部和南部作为重要的粮食生产基地，随着温度的增加，可以增加复种指数，开展多熟制度和混作制度，增加粮食产量。青海地区热量资源也有所增加，但增加幅度相对较小，还是以喜凉作物或经济作物为主。

3.2 长期适应策略

长期适应策略是一个有机体或群落或系统，通过改变自身形式或功能去强化响应外界重复扰动的能力[9]。在农业生态系统中，当一个基本生产要素缺乏时，那么作为一个长期的适应机制则意味着作物种植制度形态和功能的变化。例如，日益稀缺的灌溉用水可能会改变旱地农业的耕作技术、设备需求和市场基础设施。

长期适应策略需要从管理策略、政策制定、经济因素和技术因素上进行考虑，包括：减缓气候变暖，这要求政府部门从根本上制定策略来延缓气候变暖的发生，主要通过减少碳排放等途径;改进基础设施，主要体现在农业生产资料的改进，农艺器具的更新;建立可持续能源体系，农业生产过程中需要使用多种能源设施，随着时间的推移，现存的各种能源可能面临供应紧张或枯竭的局面，如何提高能源转换和利用效率，减少能源消费，开发利用可再生能源，优化能源结构这些都将是未来需要考虑的方面。从长远来看，全球应对气候变化行动也将成为推动能源等领域技术创新的重要驱动力。

4 结论

从不同纬度地区将来应对气候变化带来的热量资源变化的潜力上来分析，我国高纬度地区农业适应性较强，存在较大的适应空间;中纬度地区适应性较差，但通过科技进步，调整农业管理措施，可以减少气候变化带来的负面影响;在低纬度地区，由于本来基础温度就高，未来增温幅度也不大，农作物对温度变化的响应不明显，另外随着该区域耕地面积的迅速减少也将威胁该区域的粮食安全[18]。在不同区域应对未来气候变化时，需要从短期响应和长期适应两方面来考虑，这样才能从根本上应对气候变化的负效应。

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作者简介：肖薇薇，博士，安康学院，教师，研究方向：气候变化与生态系统。