1全球气候变化问题

1.1气候变化与全球变暖

气候变化古已有之，现在气候变化的独特之处在于人类活动改变了大气圈的组成和行为，致使变化速率前所未有。如果目前这种趋势继续下去，则地球将面临突破任何历史记录的气候冲击[lj。各种大气科学的研究都得出了一致的结论，即温室气体的排放将使全球平均温度增加。有证据表明，大气中CO:的浓度在1870年时约为280PPm;而直接观测显示，1958年为315ppm，1955年为345ppm[，〕;1570一2955年间的年平均增率是0.1%，而1955一1985年间是0.3%。其它温室气体(如甲烷、氧化氮、臭氧、氟里昂)加起来对地球变暖的作用也与二氧化碳相当阁。如果目前温室气体的排放趋势继续下去，则地球表层将以0.3℃/10a的速率增温。到下世纪中期，累积的变暖效应将使地表平均温度比工业革命开始前的“自然背景温度”提高1.5一4.5•e〔‘〕。虽然区域气候对全球温室气体积累的响应还不甚明确，但从古气候记录和其它证据可知，地表平均温度哪怕是很小的异常变化，也足以对地方气候产生严重的影响。例如，现代与小冰期气候差别的平均温度体现不过就是IC，但在欧洲，出现于14一17世纪期间的小冰期却使传统农作物频频歉收或绝收[5]。中国小冰期的开始早于欧洲，其间作物产量亦显著下降[6j。若地表平均温度在目前水平上提高5℃，则地球将比过去300万年中的任何温暖期都热。在过去的那些温暖期间，北半球的极地冰盖曾经消失，海平面曾比现在高出75cm，热带和亚热带曾向北扩展到现在的加拿大和英格兰[sj。现代全球气候变化的证据已经出现。地表平均温度已在过去100年来上升了约0.5一0.7℃，其间n个最暖年中有7个发生在最近10年，极端天气事件的频率和强度都在增加[5刁。

1•2温室气体增温的可能效应

气候与其它自然过程乃至经济发展都有解不开的联系。温室气体增温及有关的气候变化必然会导致生物一自然过程和社会经济条件的改变。一种直接影响是海平面上升，海洋水体热膨胀和冰川融化的综合作用很可能在下一个百年内使全球平均海平面上升20一100cm。人口密集的世界大河三角洲和沿海低地将受显著影响，自然系统和人类活动都会受到严重威胁。由于大气圈保持水汽的能力随温度的增加而增加，全球变暖很可能导致全球变湿。某些模拟结果显示，COZ倍增将使全球平均降水量增加7%一n%[2j。但在另一方面，较高的大气和地面温度也将加强植物和土壤的总蒸发。两方面平衡，土壤水分已趋紧张的地区将更为紧张[7j。世界主要粮食产区的中纬度和大陆中部地区将变干旱，夏天更为明显，作物生长期的水分条件恶化将导致农业减产。温室气体增温在全球的分布是不均匀的，将会显著缩小热带与极地之间的温差，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。这种天气动力的变化将改变很多区域的生态和生产条件，而且极端天气事件发生的频率、出现时间、延时和分布都会变化。人类活动的很多方面如农业、林业、渔业、沿海的基础设施、聚落、交通运输以及人体健康等都会受影响。由于农业的普遍存在，由于其对人类生存的重要性和对气候条件的敏感性，气候变化对它的影响更应受到高度重视。

1.3气候的波动与不确定性

气候变化包括长期平均状况的渐变，“正常范围”内的大波动，可能极端事件之类型、频率、强度和分布的变化，而且所有这些可能会同时出现。包括农业在内的人类活动不仅对平均状况的变化，而且对波动和预料不到的情况都应作出响应。气候波动尤其是极端事件的变动对人类社会的冲击，很可能比可预料的长期平均状况变化还严重。对全球气候变化虽然已有了普遍的认同，但还存在一些重大的不确定性。未来气候的状况一般都由普通环流模型或全球气候模型(GCMs)导出，而大多数此类模型对与全球变暖有关的季节和区域气候变化的判断则众说不一，尤其在区域降水量变化的判断上差异显著，而对区域温度变化的判断差异较小。全球气候变化会在什么时候产生重要社会经济影响，也不是很明确的，部分原因是未来温室气体的排放量不确定。气候将渐变还是突变，也不确定。很多此类不确定性的根源，在于我们对全球气候系统的动态机制缺乏详细的认识。但气候本质上就是不确定的，所以这不能成为阻止分析气候变化(或不确定性)对经济和其他方面影响的理由。必须承认气候的波动性和不确定性，不管它是否“变化”，这是分析气候对社会经济负面影响的前提。

2气候变化对农业的影响

对当前的气候波动和未来的气候变化，农业是最敏感的部门。全球气候变化很可能加大世界农业系统的压力，农业产量可能下降，而这正好发生在农产品需求急剧上升的时候。据Crosson分析，在CO:倍增导致气候变化的期间，世界食品和纤维的需求将上升2一2.5倍[8〕。

2.1对农业地理限制的影响

全球变暖可望使温度带向极地移动，在目前农业潜力受热量限制的地区，作物生长季会延长。年平均温度每增加1‘C，北半球中纬度的作物带将在水平方向北移150一ZO0km，垂直方向上移150一200m川。由此可知，未来50一70年间全球1.5一4.5℃的增温可使世界主要粮食带向北扩展230一gO0km。然而，作物布局不仅取决于温度条件，也受土壤、水分和社会经济等条件的制约。由于水分条件恶化，由于较高温度还会促使作物徒长和缩短灌浆期，中纬度主要粮食产区很可能减产〔，。〕。在低纬度，增温改变农时的影响不可忽视，尤其是一年多熟的地区。例如，南亚和东南亚地区若变暖1℃，已适应当前气候条件的农时将需要作重大的重新安排[l‘〕。全球变暖对水分条件移动的影响尚难以估计。最近的GMCs研究了大气CO:倍增对土壤水分的影响[7，‘。〕后认为，在东北非、南非、阿拉伯半岛西部、东南亚、澳大利亚东部、美国南部和阿根廷，12月到来年2月的土壤水分会减少;在北非、西非、部分东欧、华北和华中、部分前苏联、中亚、西北利亚、澳大利亚西部、美国南部、中美洲和巴西东部，6一8月的土壤水分会减少。

全球变暖对农业的若干重要影响中，知之最少的是极端气候的可能变化，如干旱、暴风雨、干热风、冻害等的强度和频率变化。冷和热对作物的限制并非与冷、热的强度本身成正比例关系，作物产量对冷、热限制常常表现出一种非线性的响应。总蒸发率加速的一个显著结果是，热带和亚热带某些地区的旱灾频率会比现在高[l0〕。干旱强度和危害程度的变化是对农业的最严重威胁，无论是在全球或区域尺度，尤其是现在已潜伏着干旱的地区。增暖还可能使作物和牲畜病虫害的地理范围扩大[l2〕，目前限于热带的牲畜病虫害会扩散到中纬度地区，病虫害不严重的寒温带将深受其害，纬度较高的地区危害最大。此外，气候变化还会严重影响害虫及其捕食者和寄生者之间的物种相互作用。全球变暖导致的海平面上升将会淹没沿海重要的粮食生产基地。例如，对尼罗河三角洲的初步研究表明，海平面若上升loocm会淹没目前埃及15%人口的住房和大约同样比例的粮食产地[l3〕。

2.2对作物产t的影响

可分两种情况来分析，即大气中化学组成变化对植物生长的直接影响和温室效应导致的农业气候条件变化对作物产量的影响。大气中CO:浓度的增加提高了光合作用率和水分利用率，有助于植物生长，尤其对包括小麦、水稻、大麦、豆类和根系作物在内的C3植物。实验表明，若其它与作物生长有关的因素不变，CO。浓度增加使C3作物的产量显著增加[l‘〕。对包括玉米、高粱、小米和甘蔗在内的C4作物，尚无直接助长效果的可比证据。显然，即使对于C3植物，大气化学组成变化的影响也是很复杂的。植物呼吸作用、水分要求和可得性、固氮作用、植物生长阶段、作物质量、其它气体组成等方面变化的影响很可能压倒CO:增加的助长作用。一般研究更重视作物产量对气候变化的响应。低纬湿润地区的水稻产量受温度变化的影响很显著，北纬6一31度内众多农田实验表明，结实期温度上升1一ZC会使产量下降10%一20%;纬度越高，受影响越严重[l5〕。调整农时有助于消除此类影响，但这在农时必须与季风降雨期相适应的地方很难做到。在热带半干旱地区，若降雨量不丈，那么增温加速蒸发从而使土壤水分恶化，作物产量将下降。例如在印度北部，在雨量不增的情况下，均温哪怕增加1℃也会使小麦产量减少10%〔，6〕。

肯尼亚的一个案例研究还考虑了雨量减少的影响，结论是玉米产量会减少30一70%〔‘，习。对世界粮食供给的一个最严重威胁是，中纬度“谷物带”变暖及伴随的作物水分亏缺将使粮食生产潜力降低。美国所有主要的非灌溉作物将减产，高粱、玉米和水稻减产最严重[l2〕;加拿大草原地带的平均产量将减少10%一30%[l8口;在澳大利亚，若增暖3℃且夏雨增加、冬雨减少，则小麦产量可望增加[l5〕。上述主要谷物出口地区的产量变化将显著影响全球食品贸易。在诸如北美大草原北部、斯堪低纳维亚半岛、俄罗斯的欧洲部分北部、新西兰南部、阿根廷和智利南部这样的高纬度地区，温室气体增暖的幅度将最大，目前农业受到的热量限制会减缓。但这些地区不受土壤和地形限制的面积有限，所增加的产量不足以补偿中纬地区的减产川。总之，全球变暖对作物产量的影响在不同作物、不同地区、不同农业系统上有不同的表现。一般说来，中纬地区将受损，高纬地区将受益，但益不敷损。

2.3对农业系统的可能影响

气候变化与波动导致的农业生产空间分布和作物产量变化，会影响到农业系统的很多方面，如区域比较优势、农业结构、粮食供给、区域产业结构、农产品的价格和贸易、就业等等，甚至会影响到区域经济和国民经济。模拟分析显示，美国国内的农业比较优势将会明显东移，其它中、高纬度国家内也会发生类似的移动[8j。全球农业结构很可能变化，加拿大和俄罗斯的谷物部门将处于更有利的地位，美国的粮食出口将减少，9口。区域尺度上的食品保障将受到严重威胁，尤其在热带的欠发达国家。中纬度主要粮食出口国的减产将使粮价上升(若减产10%则粮价上升7%)，这会严重影响食品短缺国家进口粮食的能力，或挤占非农业部门发展所急需的外汇川。对付气候变化的负面影响迫切需要调整农业技术，但欠发达国家调整技术的能力有限，因此全球变暖对这些国家的威胁尤其严重，特别在目前农业已很脆弱的地区。

3中国农业对气候变化与波动的脆弱性

3.1过去与未来的气候变化

中国历史上已经历了无数次的气候变化或波动。有证据表明，约距今8000一5000年是一个相对于今的高温高湿气候适宜期，年平均气温和降水量分别比现在高2一4C和100一200mm，夏季风一直深人到西北[20〕。12世纪中国开始经历了小冰期的严寒，年均温比现在低1一ZOC。此期的降水时空差异较大，东部和青藏高原较干旱，西北则比现在湿润[20〕。近百年来中国气候与北半球的一般情况一致，呈现出干暖化的发展趋势。气温在20年代较高，50年代较低，70一80年代较高，北方增温更为显著，南方则不太明显。东部和西北自1910年来趋于干旱即〕，东部干旱指数波动上升，近百年来增加了约1.7倍[20〕。用有关时间序列中主要周期外推的方法，估计未来气候趋势是呻〕:①大部分地区在90年代偏暖，201。一2030年将出现一个偏冷期，204。年后又回暖。②温室气体增暖可能强化上述暖期，故下世纪中国总趋势是增暖，最暖时期比现在升温ZC左右;但增暖过程中会出现时间尺度为10一20年、变幅。.5一1.0℃的波动。③降水量将在东部减少、西部增加。与国际上的情况一样，关于未来的中国气候也存在很多不确定性和争论。一般都承认变暖趋势，但关于温室效应的看法不尽一致，区域的气候变化亦不确定。对农业而言，需特别注意极端气候和水分条件的变化。降水频率和分布的变化较难预料，但升温结合旱涝变动肯定将构成对农业的严重威胁。例如，由于海陆增温的差异，亚洲季风很可能增强，降雨强度会加大，因而洪水和侵蚀会加剧。较高的地温和气温将强化蒸发，干旱、半干旱区的荒漠化和灌溉区的盐碱化也将加剧。

3.2农业环境的脆弱性和变动性

时空差异极大是中国气候的显著特征。东部季风区、西北干旱区、青藏高原区的气候迥然不同，前者又包含着从热带到寒温带各种类型。中国大部分地区受季风影响，降水年际变率在东部季风区为30%以上，西部干旱区甚至更大;平均温度年际变率常在1℃以上。气候波动还在更大时间尺度上发生，如整个60年代华北降水显著减少就是一个典型例子。气候变异常使农业生产不稳定，有些地区作物产量的波动幅度可达30%以上[z0j。中国农业环境的一个严重问题是土壤侵蚀和土地荒漠化，这也与气候有关。中国土壤侵蚀面积已达150又10‘km，[，习;土地荒漠化面积17.6\zo4kmZ，其中32%是过去100年来形成的;此外还有15.8只10‘km，正面临荒漠化的危险咖〕。若按联合国环境署的标准，土地生产力下降25%即为荒漠化的临界值，那么中国非灌溉耕地中有69%属于荒漠化土地哪〕。显然，温度和降水的变化对大多数非灌溉耕地都有严重影响。对灌溉的依赖也造成农业的危机。最近几十年来中国北方的地表水显著减少，例如青海湖水位在1956一1984年间下降了3.35m，松花江流域的年径流量从50年代后期的70omm减少到70年代后期的Zoomm。地下水超量开采，供给也日趋减少。淡水资源短缺已很严重[20〕。与气候相关的自然灾害在中国是很频繁的。据不完全统计，自公元前206年到1949年，有文字记载的严重旱灾是1056次，严重洪灾1029次。泥石流、滑坡、台风、尘暴、病虫害等亦很常见。近年来各种自然灾害所造成的直接经济损失每年高达500亿元嘟〕，农业损失尤甚。

3.3农业系统的脆弱性

中国农业本身的脆弱性使气候变化的影响更显严重。首先是农业资源的人均占有量少，特别是土地资源和水资源。由于城市化、荒漠化、土壤侵蚀等的扩展，耕地面积还会进一步减少。再加上人口增长的因素，人均耕地面积将会由目前的。.115ha减少到下世纪初期的0.o94ha和下世纪中期的。.o63ha卿口。水资源短缺一直是中国很多地区农业发展的主要限制因素。例如华北平原，其耕地占全国总量的42%，但水资源却只占6%。全国最大的这部分耕地潜力大受水资源短缺的限制，而气候变化很可能使水分条件进一步恶化。另一方面，人口还将增加，生活水平也需进一步提高，这就使对农产品的需求不可避免地上升，中国农业系统将更不堪重压。中国现在已面临人口承载力接近极限的危险，气候变化会使农业生产能力与农产品需求之间的冲突更加尖锐。增加投资和发展技术是适应气候变化的重要途径，但中国农业在这方面的前景不乐观。作为发展中国家，财力有限，而其他经济部门的投资需求被放在较优先的地位，农业上的投资大受限制。事实上，近年来国家对农业的投资比例已经下降，其不良后果已经显现[28〕。中国农民科学文化水平较低，农业科技人员相对稀少，农业技术装备不足，所有这些都使适应气候变化的技术实力有限。

3.4气候变化对中国农业的潜在影响

国际学术界已出现了一些有关气候变化对中国农业影响的研究，结论大相径庭。美国国防大学的一份报告估计，中国粮食产量将增加，中国将从粮食进口国变为粮食出口国[l’〕。然而悲观的结论更多，如Kellogg认为，中国主要农业区很可能将变干旱，对粮食生产有严重影响[29〕。Parry和swaminathan也指出，全球升温将使中国北方和华中的土壤水分减少，农业将减产[15〕。中国科学家对个问题也作了研究。黄秉维认为，全球变暖将使中国的温度带北移，其直接作用对作物生长是有利的。例如，边缘热带的橡胶、咖啡等作物再也不会遭受现在偶有出现的冷害;在中、北亚热带，目前的一年两熟制可望变为三熟制;在暖温带，升温不仅会增加作物产量，也将有利于水果生产。但是全球变暖的间接作用(诸如病虫害增加)却对作物生长有害，更重要的是未来降水的不确定性将严重影响中国的农业生产咖〕。赵名茶的研究表明，全球变暖将使中国的寒潮之害减轻，有利于农业生产。特别是在中国的干旱区，由于降水将增加，土壤水分条件将得到改善，干旱频率将减少，灌溉面积将扩大，农业生产潜力将提高，作物产量也会较稳定[sl〕。

大多数中国学者认为，由于中国农业对与气候有关的多种条件变化已经很敏感，全球气候变化将会严重冲击中国农业，尽管区域气候变化的前景尚不确定。增暖导致蒸发、风蚀、干旱的加强和台风频率的加大，使农业总产量至少损失5%;某些森林物种将严重丧失，部分森林将变为稀树草原[sz〕;即使是中等程度的海平面上升也会对沿海地区造成严重灾难。大片耕地和养殖场将被淹没，而这正是中国沿海的主要食品生产基地。大河三角洲是中国人口最密集、土地最有生产力、基础设施和工厂城镇最富集的地区，受海平面上升的威胁也最严重。珠江三角洲有35ookm“将被淹没，长江三角洲和黄河三角洲等较发达地区的大部分也将面临洪涝灾难咖〕。若无降雨量的增加作为补偿，则主要粮食作物将减产。温度每增加1℃，玉米平均产量会减少3%咖〕;小麦也将由于水分条件恶化而减产;晚稻则由于生长期缩短而严重减产。于是中国的粮食生产将面临严峻挑战，而这正好发生在中国人口和生活水平都将明显上升之时。扩大农业生产的可能性进一步受限，资源利用的余地更小，未来食品自给的保证程度将更无把握，农业系统更趋脆弱。

4对气候变化的农业适应对策

尽管气候变化对农业的影响具有不确定性，但“有备无患”，适应对策研究正在蓬勃兴起。农业的“适应”问题可从两方面来看。首先，农民和农村社区在面临气候条件的变化时会自觉地调整他们的生产实践，这是一种“自发”的适应策略，关于气候变化对农业影响的任何评价都应当考虑到采用此类策略的可能性。其次，在面临气候变化可能带来的减产或者新机会时，政府有关决策机构应促进农业结构的调整，以尽量减少损失和尽量实现潜在的效益。这种“有计划”的适应策略与减少温室气体排放的政策一样，都是关注气候变化对人类社会影响的决策响应。当然，农业对温室气体的排放也有重要的作用，但这已超出了本文的论题范围。战术上的适应措施也受到高度重视。Parry和Swaminathan明确了三类战术调整:改变土地利用(如农业区和作物类型的调整)，调整管理措施(如增加灌溉和施肥、防治病虫害、控制水土流失、改造农业基础设施等)，改变作物和畜牧制度(如调整农时)[l5〕。

技术上的适应亦不可忽视，例如改造地形以减少径流和促进水分吸收、减少土壤侵蚀;改良灌溉方法以节约用水和提高水的利用效率;开发土壤保墒技术和其它农田管理措施;引进新的作物品种或变种。必须强调社会体制适应的重要性。气候变化和波动对农业的影响在相当程度上是社会经济条件的产物，而不仅仅是气候本身的结果。以食物保障问题为例，诸如人口过剩、技术不足或不当、贫困、政策失误等因素的作用并不亚于土壤和气候的生产潜力。所以气候变化的影响问题与发展中国家更为紧迫的发展问题密不可分。增强应付当前气候波动的能力将扩大对潜在全球气候变化响应的选择范围和余地。而诸如加强农业系统实力、发展持续农业、提高农村的教育和科技水平这样的战略，即使没有全球变暖问题也是很必要的。全球气候变化及其农业影响问题是对中国科学界和决策界的严峻挑战。虽然尚存某些重要的不确定性，但对全球气候变化的前景已有了广泛的认同。评价气候变化对农业持续性的意义并制定相应对策，既是对科学研究的要求，也为科学研究提供了机会。改善未来气候可能变化的科学信息无疑有助于此类研究，尤其是关于气候的性质(而不仅是温度)、空间解析水平(而不仅是全球或大区域)和时间解析水平(而不仅是长期平均状况)。

然而，且不论未来几十年内所产生的此类信息可靠程度如何，它们对评价气候的农业影响并不是充分和必要的条件。气候本质上就是变化的和不确定的，在评价其农业影响时必须认识到这个事实。评价全球气候变化和波动对中国农业的影响包括很多方面，至少应当有:变动条件下作物产量的持续性;从历史研究中展望农业系统调整的前景;分析气候与农业系统中其它变动因素(环境的、经济的、社会的)的相互作用;风险评价和政府的适应决策;开发和评价为提高应变能力和减少脆弱性所能采取的措施。