1全球气候变化趋势及影响

1.1气候变化的趋势

各种对于大气科学的研究表明,由于温室气体大量排放,全球平均气温呈增加趋势。温室气体主要包括CO2、CH4、N2O和CFCs等,其中大气中CO2浓度在18世纪中叶(工业革命前)为280ppm。直接观测显示,1958年为315ppm,1990年CO2浓度已超过353ppm,每年CO2浓度增加1～1.2ppm。现在CO2每年增加约1.8ppm(增长率为0.5%左右)[6,7]。CO2等温室气体浓度的增加,使全球大气平均气温呈上升趋势。气候学家创建了大量的气候模式,用来模拟CO2浓度升高,特别是CO2加倍(大约两倍于工业革命前的280ppm)时的气候情景,目前国际流行的较好的气温模式有20余个,模拟的结果显示,当CO2倍增时全球年平均气温将增加约0.48～4.20℃,21个模式模拟的平均变暖为3.7℃[8]。地表平均气温的很小的异常变化,对地方气候会产生严重的影响[4]。长期形成的农业生产的格局和模式将受到冲击。

1.2温室气体的影响

各种温室气体对全球变暖的贡献不同,据研究[5,6,16],工业革命前至70年代,CO2的贡献率为66%,CH4、CFCs、N2O分别为15%、8%和3%。80年代以来,CO2的贡献率降为49%,CH4升为18%,CFCs和N2O分别升为14%和6%。虽然CO2对增温占的比例最大,但其它气体增温的的作用随着时间的延续有增大的趋势。各种温室气体对增温的效应不同,相同质量的气体比较,CH4的相对增温效益是CO2的58倍,而CFCs则是CO2的数千倍[6],但因为CO2的浓度远高于其它温室气体,CO2的增温贡献仍占一半以上,是最主要的温室气体。CO2浓度升高,有利于提高作物的光合速率,特别对C3类作物增产效果明显。控制试验表明,当CO2浓度倍增时(由330ppm增至660ppm),C3作物(麦、稻、豆类等)可增产10%～50%,而C4类作物(玉米、甘蔗等)增产效果不明显[,7]。CO2和其它温室气体浓度增大可引起海平面升高,据IPCC研究[7]在2025～2100年可升高15～50cm,这对沿海密集人口区的人们的生产和生活将有显著的影响。

不少沿海地区由于陆地运动和地下水开采造成地面下沉,这将加剧海平面上升的影响。全球变暖,大气圈保持水分能力增加,一些模拟研究结果显示,CO2倍增将使全球平均降水增加7%～11%[18],然而温度升高总蒸发加大,两方面平衡。按CO2在下世纪照常排放构想下,世界上某些地区降水将减少,尤其在夏季,在这些地区的综合效应将使径流减少,干旱的可能性将更大。在其它地区将发生更多的洪水灾害。作物的种植过程有着巨大的适应能力,随着对不同作物种所需条件的详尽了解以及有关遗传控制技术的发展,在全球大部分地区,使作物与气候变化条件相适宜相对容易办到。森林在较长的时期内(数十年到上百年)才能达到成熟,在这一时期,气温变化速率可能使树木处于完全不能适应的气侯条件下,温度和降水格局的显著变化,可能阻碍树木生长或使它们抵抗病虫害的能力下降。例如,加拿大几个地区的研究表明,当地树木的枯萎与气候条件的改变有关,尤其与连续的暖冬和干夏有关[19]。不少研究还显示长期的热效应将影响人类的健康,较高的气温有助于病害和虫害向更高纬度地区扩散。温室气体增温作用在全球是不均匀的,从而影响全球天气系统的热动力机制,改变大气环流和洋流的格局,这种变化的影响深远,常会使极端天气事件发生频率、出现和延续时间和分布都会改变[4],使气象灾害的频率和强度加大。

2气候变化对农业地理分布及作物生产的影响

2.1对世界农业地理分布的影响

全球变暖将使温度带向极地移动,年平均温度每增加1℃,北半球中纬度的作物带将在水平方向北移150～200km,垂直方向上移150～200m[4,20],IPCC1990年报告了在照常排放温室气体情况下,2030年5个地区气候变化的估计[7]。北美中部地区冬季气温增暖2～4℃,降水增加15%左右,夏季增温2～3℃,降水减少5%～10%;南亚全年增暖1～2℃,夏季降水增加5%～15%;非洲的萨赫勒地区增暖幅度为1～3℃,降水变化不大;南部欧洲冬季增暖约2℃,夏季为2～3℃,夏季降水将减少5%～15%;澳大利亚全年温度将下降1～2℃,夏季降水将增加10%。即除南半球的澳大利亚外,其它地区温度均呈升高趋势;幅度为1～4℃;在约40年的时间段,增温将使世界的作物种植带向北扩展150～800km。由于各地气候变化的差异,水热时空上分布的不均匀将对未来世界粮食生产格局产生较大影响。在CO2浓度倍增时,高纬度地区温度增加较明显[6],如芬兰将增温4℃,日本将增温3～3.5℃,独联体欧洲部分将增加2～3℃,这一地区的小麦、水稻、玉米将不同程度增产,而独联体的大麦、燕麦、马铃薯和蔬菜等可能减产。在中纬度的谷物地带,美国中部、西北欧、乌克兰、加拿大草原地带等地区温度将增加3～4℃,小麦等将减产。在北欧,年平均温度可增加3.5～4.5℃,小麦、玉米和其它谷物的产量将依赖于降水的变化。气温升高对农作物害虫的繁殖,越冬、迁飞等习性产生明显影响,会使作物和家畜病虫害的地理范围扩大[4],目前受热量限制的病虫害会向较高纬度地区扩散,使得中高纬度地区的病虫害加重。

2.2对我国地理分布的影响

温室气候浓度增加引起全球气温增暖已成为一种广泛的共识,现在气候变暖的证据已经出现,在过去100年间气温升高了0.5～0.7℃,期间11个最暖年中有7个发生在最近10年[4,17]。据陈隆勋等研究[9],东北和华北40年来增温明显,华东地区,华南地区和华中地区1952年以来变化不大,西南地区温度有下降趋势。北纬35°以北地区40年来变暖,越向北变暖越强,新疆北部和黑龙江北部40年内变暖0.1～1.2℃。很多学者[8,10]对CO2倍增情形下我国的气温变化进行了模拟,结果综合为表1,以上的模拟仅考虑CO2增加的变暖,实际中CH4,CFCs等温室气体均增加,其联合效应将使气温升高更明显。各种模型反映的共性结论,我国北方增暖幅度大于南方,特别是东北和西北增暖最明显,冬季增暖的效益大于夏季。

2.3对我国种植业生产的影响

中国气温与世界同纬度地区相比较,夏季偏高,冬季偏低,全球变暖的幅度冬季大于夏季,内陆增温大于海洋,因而削弱了寒潮,对农业生产是利大于弊[11]。气候变暖,我国中温带因温度升高幅度较大,大大减少了低温寒害对大田及果树的影响,农业生产会有较大发展。暖温带温度提高将有利于冬季露天栽培蔬菜,北半部对小麦顺利越冬有利,一年两熟作物区生长季延长,减少了夏收夏种的紧张程度。北亚热带,由于增温,一年两熟可逐渐被一年三熟的耕作制所代替,西部高原地区温度升高,农业热量条件将改善。南亚热带的热带作物低温和春寒灾害将减少,我国不同气候带的耕作制度将有较大的改变[11]。当前气候下的两熟区将北移至一熟区的中部;未来三熟区将明显向北扩展,其北界将从长江流域移至黄河流域,一熟区面积将大大缩小[12]。

3对气候变化的对策

农业生态系统对全球变化特别是气候变化的对策分为两部分,一是减缓温室气候排放量的对策,这部分又分为减缓非工业和工业排放两部分,通过各种对策和措施减缓温室气体的排放量,这是从长远和根本上减缓全球变化对农业不利影响的根本举措。二是温室气体增加,全球气候发生变化后如何采取适应对策和措施,本部分列举了主要应采取的一些对策和措施,一方面对气候变化的有利因素进行充分的利用,另一方面对不利因素采取对策尽量减少农业可能遭受的损失。CO2浓度倍增,气候变化在我国呈现出不均匀性,一方面是增温的不均匀性,在北方的增温幅度大于南方,另一方面是降水格局的不均匀性,一些地方降水增加,而另一些地方降水减少,水热的组合将对农业生产产生不同的效应,有些地方有利于某种作物的生产,而另一些地方不利于该种作物的生产。对农业生产的影响表现出复杂性和不确定性。然而有很多学者对不同农作物在CO2倍增时的情况进行了研究[10,12,13],气候变化总体上不利于水稻的生产,水稻的产量将下降,而小麦等作物产量总的趋势将增加,增产突出的地区是东北、华北和新疆,可能减产的地区是黄土高原,长江中下游,西北北部春麦区(表2)。玉米生产总体有利,玉米的分布面积增大,但对于西北干旱和半干旱地区由于气候变暖,蒸发增强,播种面积可能下降。