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1全球氣候變化趨勢及影響

1.1氣候變化的趨勢

各種對于大氣科學的研究表明,由于溫室氣體大量排放,全球平均氣溫呈增加趨勢。溫室氣體主要包括CO2、CH4、N2O和CFCs等,其中大氣中CO2濃度在18世紀中葉(工業革命前)為280ppm。直接觀測顯示,1958年為315ppm,1990年CO2濃度已超過353ppm,每年CO2濃度增加1～1.2ppm。現在CO2每年增加約1.8ppm(增長率為0.5%左右)[6,7]。CO2等溫室氣體濃度的增加,使全球大氣平均氣溫呈上升趨勢。氣候學家創建了大量的氣候模式,用來模擬CO2濃度升高,特別是CO2加倍(大約兩倍于工業革命前的280ppm)時的氣候情景,目前國際流行的較好的氣溫模式有20余個,模擬的結果顯示,當CO2倍增時全球年平均氣溫將增加約0.48～4.20℃,21個模式模擬的平均變暖為3.7℃[8]。地表平均氣溫的很小的異常變化,對地方氣候會產生嚴重的影響[4]。長期形成的農業生產的格局和模式將受到沖擊。

1.2溫室氣體的影響

各種溫室氣體對全球變暖的貢獻不同,據研究[5,6,16],工業革命前至70年代,CO2的貢獻率為66%,CH4、CFCs、N2O分別為15%、8%和3%。80年代以來,CO2的貢獻率降為49%,CH4升為18%,CFCs和N2O分別升為14%和6%。雖然CO2對增溫占的比例最大,但其它氣體增溫的的作用隨著時間的延續有增大的趨勢。各種溫室氣體對增溫的效應不同,相同質量的氣體比較,CH4的相對增溫效益是CO2的58倍,而CFCs則是CO2的數千倍[6],但因為CO2的濃度遠高于其它溫室氣體,CO2的增溫貢獻仍占一半以上,是最主要的溫室氣體。CO2濃度升高,有利于提高作物的光合速率,特別對C3類作物增產效果明顯。控制試驗表明,當CO2濃度倍增時(由330ppm增至660ppm),C3作物(麥、稻、豆類等)可增產10%～50%,而C4類作物(玉米、甘蔗等)增產效果不明顯[,7]。CO2和其它溫室氣體濃度增大可引起海平面升高,據IPCC研究[7]在2025～2100年可升高15～50cm,這對沿海密集人口區的人們的生產和生活將有顯著的影響。

不少沿海地區由于陸地運動和地下水開采造成地面下沉,這將加劇海平面上升的影響。全球變暖,大氣圈保持水分能力增加,一些模擬研究結果顯示,CO2倍增將使全球平均降水增加7%～11%[18],然而溫度升高總蒸發加大,兩方面平衡。按CO2在下世紀照常排放構想下,世界上某些地區降水將減少,尤其在夏季,在這些地區的綜合效應將使徑流減少,干旱的可能性將更大。在其它地區將發生更多的洪水災害。作物的種植過程有著巨大的適應能力,隨著對不同作物種所需條件的詳盡了解以及有關遺傳控制技術的發展,在全球大部分地區,使作物與氣候變化條件相適宜相對容易辦到。森林在較長的時期內(數十年到上百年)才能達到成熟,在這一時期,氣溫變化速率可能使樹木處于完全不能適應的氣侯條件下,溫度和降水格局的顯著變化,可能阻礙樹木生長或使它們抵抗病蟲害的能力下降。例如,加拿大幾個地區的研究表明,當地樹木的枯萎與氣候條件的改變有關,尤其與連續的暖冬和干夏有關[19]。不少研究還顯示長期的熱效應將影響人類的健康,較高的氣溫有助于病害和蟲害向更高緯度地區擴散。溫室氣體增溫作用在全球是不均勻的,從而影響全球天氣系統的熱動力機制,改變大氣環流和洋流的格局,這種變化的影響深遠,常會使極端天氣事件發生頻率、出現和延續時間和分布都會改變[4],使氣象災害的頻率和強度加大。

2氣候變化對農業地理分布及作物生產的影響

2.1對世界農業地理分布的影響

全球變暖將使溫度帶向極地移動,年平均溫度每增加1℃,北半球中緯度的作物帶將在水平方向北移150～200km,垂直方向上移150～200m[4,20],IPCC1990年報告了在照常排放溫室氣體情況下,2030年5個地區氣候變化的估計[7]。北美中部地區冬季氣溫增暖2～4℃,降水增加15%左右,夏季增溫2～3℃,降水減少5%～10%;南亞全年增暖1～2℃,夏季降水增加5%～15%;非洲的薩赫勒地區增暖幅度為1～3℃,降水變化不大;南部歐洲冬季增暖約2℃,夏季為2～3℃,夏季降水將減少5%～15%;澳大利亞全年溫度將下降1～2℃,夏季降水將增加10%。即除南半球的澳大利亞外,其它地區溫度均呈升高趨勢;幅度為1～4℃;在約40年的時間段,增溫將使世界的作物種植帶向北擴展150～800km。由于各地氣候變化的差異,水熱時空上分布的不均勻將對未來世界糧食生產格局產生較大影響。在CO2濃度倍增時,高緯度地區溫度增加較明顯[6],如芬蘭將增溫4℃,日本將增溫3～3.5℃,獨聯體歐洲部分將增加2～3℃,這一地區的小麥、水稻、玉米將不同程度增產,而獨聯體的大麥、燕麥、馬鈴薯和蔬菜等可能減產。在中緯度的谷物地帶,美國中部、西北歐、烏克蘭、加拿大草原地帶等地區溫度將增加3～4℃,小麥等將減產。在北歐,年平均溫度可增加3.5～4.5℃,小麥、玉米和其它谷物的產量將依賴于降水的變化。氣溫升高對農作物害蟲的繁殖,越冬、遷飛等習性產生明顯影響,會使作物和家畜病蟲害的地理范圍擴大[4],目前受熱量限制的病蟲害會向較高緯度地區擴散,使得中高緯度地區的病蟲害加重。

2.2對我國地理分布的影響

溫室氣候濃度增加引起全球氣溫增暖已成為一種廣泛的共識,現在氣候變暖的證據已經出現,在過去100年間氣溫升高了0.5～0.7℃,期間11個最暖年中有7個發生在最近10年[4,17]。據陳隆勛等研究[9],東北和華北40年來增溫明顯,華東地區,華南地區和華中地區1952年以來變化不大,西南地區溫度有下降趨勢。北緯35°以北地區40年來變暖,越向北變暖越強,新疆北部和黑龍江北部40年內變暖0.1～1.2℃。很多學者[8,10]對CO2倍增情形下我國的氣溫變化進行了模擬,結果綜合為表1,以上的模擬僅考慮CO2增加的變暖,實際中CH4,CFCs等溫室氣體均增加,其聯合效應將使氣溫升高更明顯。各種模型反映的共性結論,我國北方增暖幅度大于南方,特別是東北和西北增暖最明顯,冬季增暖的效益大于夏季。

2.3對我國種植業生產的影響

中國氣溫與世界同緯度地區相比較,夏季偏高,冬季偏低,全球變暖的幅度冬季大于夏季,內陸增溫大于海洋,因而削弱了寒潮,對農業生產是利大于弊[11]。氣候變暖,我國中溫帶因溫度升高幅度較大,大大減少了低溫寒害對大田及果樹的影響,農業生產會有較大發展。暖溫帶溫度提高將有利于冬季露天栽培蔬菜,北半部對小麥順利越冬有利,一年兩熟作物區生長季延長,減少了夏收夏種的緊張程度。北亞熱帶,由于增溫,一年兩熟可逐漸被一年三熟的耕作制所代替,西部高原地區溫度升高,農業熱量條件將改善。南亞熱帶的熱帶作物低溫和春寒災害將減少,我國不同氣候帶的耕作制度將有較大的改變[11]。當前氣候下的兩熟區將北移至一熟區的中部;未來三熟區將明顯向北擴展,其北界將從長江流域移至黃河流域,一熟區面積將大大縮小[12]。

3對氣候變化的對策

農業生態系統對全球變化特別是氣候變化的對策分為兩部分,一是減緩溫室氣候排放量的對策,這部分又分為減緩非工業和工業排放兩部分,通過各種對策和措施減緩溫室氣體的排放量,這是從長遠和根本上減緩全球變化對農業不利影響的根本舉措。二是溫室氣體增加,全球氣候發生變化后如何采取適應對策和措施,本部分列舉了主要應采取的一些對策和措施,一方面對氣候變化的有利因素進行充分的利用,另一方面對不利因素采取對策盡量減少農業可能遭受的損失。CO2濃度倍增,氣候變化在我國呈現出不均勻性,一方面是增溫的不均勻性,在北方的增溫幅度大于南方,另一方面是降水格局的不均勻性,一些地方降水增加,而另一些地方降水減少,水熱的組合將對農業生產產生不同的效應,有些地方有利于某種作物的生產,而另一些地方不利于該種作物的生產。對農業生產的影響表現出復雜性和不確定性。然而有很多學者對不同農作物在CO2倍增時的情況進行了研究[10,12,13],氣候變化總體上不利于水稻的生產,水稻的產量將下降,而小麥等作物產量總的趨勢將增加,增產突出的地區是東北、華北和新疆,可能減產的地區是黃土高原,長江中下游,西北北部春麥區(表2)。玉米生產總體有利,玉米的分布面積增大,但對于西北干旱和半干旱地區由于氣候變暖,蒸發增強,播種面積可能下降。