要闻 前沿 天文 自然 生命 人文 健康 心理 人物 解惑 军事 探索
886803908198168589.jpg

气候变化对农作物影响几何?

来源:北京日报 2017-09-20     

  北方的秋收季节到了。近年来,气候变化对中国农作物种植与收成的影响日益受到关注,科学工作者对此进行了很多研究。本文介绍其中的一些主要观点。

  以气候变暖为主要特征的全球气候变化,对当今世界经济、生态和社会系统产生了重大影响。农业是对气候变化反应最为敏感和脆弱的领域之一,任何程度的气候变化都会给农业生产及其相关过程带来潜在的或显著的影响。

  政府间气候变化专门委员会(IPCC)第五次评估报告指出,从1880年到2012年,全球地表平均气温大约上升了0.85℃;期间陆地比海洋增温快,高纬度地区增温比中低纬度地区大,冬半年增温比夏半年明显。中国气候变暖趋势与全球一致。1913年以来,我国地表平均温度上升了0.91℃,最近60年气温上升尤其明显,平均每10年约升高0.23℃,变暖幅度几乎是全球的两倍。

  气候变化对于不同农作物的影响是不同的,小麦、水稻、玉米和大豆是全球四大主要粮食作物,约占人类食物热量来源的64%。那么对于我国来说,气候变化对这四种主要农作物产生了什么样的影响呢?我国的科学工作者分别都有具体的研究。

  1 气候变化之于小麦

  种植界限北移 种植面积扩大

  小麦目前是我国的第三大粮食作物,常年种植面积占粮食总面积的22%,总产约占粮食总产的21%。

  王连喜等人利用软件分析,得到不同年份的冬小麦可种植区域和冬小麦可种植分布范围,发现50年里冬小麦可种植面积以每10年约20万公顷的速率增加,并且可种植北界纬度以每10年0.0427°的速率北移。按此趋势,在接下来的50年里,冬小麦北界将北移0.2°左右。在温度较低的北部地区常常种植春小麦,当气候带北移,势必冬小麦会替代春小麦。

  黄淮海平原是我国也是世界(冬)小麦主产区,其小麦播种面积占全国50%以上,其小麦总产量占全国的61.6%。在气候变暖背景下,我国黄淮海平原的热量资源更加丰富,在空间上有北移东扩的变化特征,气候带向北移动了300多千米,约3个纬度,黄淮海平原的年最高气温、平均气温和年最低气温均显著升高,且北部地区增温比南部地区明显,这些变化有利于小麦种植界限北移,种植面积扩大。

  小麦农艺性状也发生了相应的变化来适应气候的变化趋势,黄淮麦区、北部冬麦区主要表现在生育期提前且缩短,生殖生长期占生育期比例渐增,穗粒数和千粒重逐渐缓慢上升,有效穗数、株高和产量缓慢下降,这些都影响小麦产量。

  生育期的变化在气候变暖背景下是最显著的,近30年,淮北平原冬小麦返青、起身、拔节、开花、成熟5个物候期明显提前,特别是返青、开花、成熟提前更加明显。气温升高,积温增加,生育期缩短,而生殖生长期占整个生育期比例增加,有利于籽粒干物质积累,产量增加。

  然而由于气候变化也造成干旱频发。冬小麦是温度敏感性作物,降水减少、干旱及冻害都会使小麦产量降低。考虑到各种因素的影响,只有根据各地气候变化选择不同小麦品种的最佳播种日期,才能使小麦各个发育阶段都处在相对适宜的气候环境中,这样小麦受到灾害性天气的影响也会变小。因此应加大对各地小麦播种最佳适宜日期的研究,来适应气候环境的变化。后续播种的玉米是高光效喜温作物,目前,黄淮海地区已经形成了小麦晚种、玉米晚收的双晚耕作栽培体制。

  近年来我国黄淮南片和江淮地区小麦生育后期经常出现降雨较多,高温高湿天气频发,导致小麦赤霉病大发,部分地区倒伏面积很大,影响了我国小麦生产安全。

  2 气候变化之于水稻

  主产区产量影响不大 精米率或降低

  水稻目前已成为世界及我国第二大粮食作物,随着杂交水稻的问世,我国水稻产量一直在稳步上升。

  熊伟等人的研究显示,受日照、辐射、温度3种气候因子变化的综合影响,1981年至2007年我国约有30%的种植区水稻产量对气候变化敏感,少部分地区还表现为脆弱,其中温度作为主导因子引起产量敏感和脆弱的面积比例最大。但我国水稻主产区受到的影响不大,而且在东北地区还集中表现出较大面积和比例的增产。

  杨沈斌等对气候变化下长江中下游的水稻产量进行了模型分析,结果表明,不考虑CO2肥效作用时,随着温度升高,水稻生育期缩短,产量下降。当考虑CO2肥效作用后,一定程度上可提高水稻产量,使晚稻在增温的不利影响下仍呈现不同程度的增产态势,但对单季稻和早稻的增产贡献仍不足以抵消升温的负面影响。另外,大气CO2肥效作用可有利于提高未来气候变化下水稻的稳产性。

  稻米的外观、品质,在气候变暖的作用下将会大打折扣,在高温的影响下农作物度过了开花至成熟时期,水稻的成熟天数被大大缩减,这样就导致了稻米籽粒充实不良、精米率降低等品质问题。一般来说,水稻成熟期的时候,米粒透明度与有效积温负相关,大米的蒸煮食用,在很大程度上受到温度的影响,米饭香味浓郁,一般需要保证灌浆结实期间,具有较大的昼夜温差;在灌浆期间温度比较高的话,就会导致煮熟的米饭过硬。

  3 气候变化之于玉米

  东北产量增加 南部曾受高温危害

  近年来,由于气候变暖以及玉米作为食品、饲料等化工原料的广泛应用,世界玉米种植面积和产量都大幅度增加,已越过水稻、小麦成为了世界及我国第一大粮食作物。玉米起源于南美洲地区,是高光效喜温作物,玉米在我国种植面积已达0.34亿公顷,成为种植面积最大的粮食作物,其产量达1928亿公斤,占全国粮食总产量的33.7%。

  纪瑞鹏等研究发现,随着热量资源的不断增加,玉米不同品种可种植区范围不断扩大,种植北界北移东扩。2001-2008年晚熟品种可种植区已经遍布除辽宁东部山区和辽西西北部地区以外的辽宁绝大部分地区。同时,东北玉米总产、单产均呈现增产趋势,玉米产量的增加有25%左右的贡献可用热量资源的增加来解释。

  气候变暖使东北地区热量资源增加,玉米生长季延长,播种期、开花期提前,种植界线向北移动,种植面积扩大,因此东北地区玉米产量增加,为玉米总产量的提高做了很大贡献。

  然而,玉米产量的增加主要是因为种植面积的扩大,气候变暖使得玉米生育期和花粒期延长,但同时高温干旱异常天气对玉米产量形成却有一定的负效应。如2016年黄淮夏玉米遇到高温危害,形成籽粒不育的“花棒子”,减产明显。

  4 气候变化之于大豆

  有利东北春大豆 不利黄淮夏大豆

  大豆是我国重要的粮食和油料作物之一。1996年起我国成为全球最大的大豆进口国。大豆进口数量从1996年的58万吨增加到2012年的5838万吨,增长了近100倍,而大豆产量却在1500万吨左右徘徊不前,甚至开始出现下降趋势。

  张晓峰等通过研究近50年来气候变化背景下中国大豆生产潜力时空演变特征发现:中国大豆生产潜力呈现由南向北、由西向东增加的趋势。东北平原区、长江中下游地区和黄淮海平原区是大豆高产区。近50年来,中国大豆适宜种植面积持续增加,但大豆生产潜力却存在区域性差异。黑龙江省是全国重要的商品粮生产基地之一,大豆产量及出口量均居全国首位。

  姜丽霞等通过对黑龙江大豆发育和产量的研究表明,在一定温度范围内,随着生长季平均气温的升高,大豆单产明显增加,当生长季平均温度为19℃时,大豆单产达到最高,之后随着生长季平均气温的增加,大豆产量不再增加。由此说明,生长季平均气温适宜与否对大豆产量的形成具有重要影响,在气候变化影响下,一定程度的增温对大豆增产能够起到有效的促进作用,但若超过适宜范围,却向着不利的方向发展,导致产量下降。

  河南省位于黄淮海夏大豆产区的腹地,大豆种植面积和产量常年位于全国前列。黄淮夏大豆区近年来经常遇到高温干旱,结实率下降。

  总之,气候变暖对我国冬作物、北方春种作物影响是利大于弊,但对于我国南方和北方夏播作物有一定的不利影响。不过,通过施肥、灌溉、绿色农药防控,耕作制度改变、全程机械化发展,可减轻气候变化的部分不利影响。李世景 王亚飞

[责任编辑:李阳阳]

上一篇: