氣候變化對糧食產(chǎn)量的影響評價分析

朱 姣，劉 慧

（長沙市望城區(qū)氣象局，湖南 長沙 410205）

0 引言

近幾十年來，人類活動更加頻繁，自然條件惡化，在這二者的共同作用下，全球氣候正在發(fā)生以變暖為特征的重大變化。氣候變化對人類社會的經(jīng)濟發(fā)展以及全球能源利用的結(jié)構(gòu)有很多影響，其嚴重影響著全球的經(jīng)濟發(fā)展。自21 世紀以來，全球氣候的變化引發(fā)了各種自然災(zāi)害，給人類的生產(chǎn)活動帶來了嚴重影響。目前以及未來世界和中國的自然生態(tài)系統(tǒng)和社會經(jīng)濟發(fā)展受全球變暖的影響重大。相比較而言，農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的自我調(diào)節(jié)能力較弱，在外界氣候發(fā)生變化時難以保持現(xiàn)有平衡，導致農(nóng)業(yè)災(zāi)害頻繁發(fā)生。農(nóng)業(yè)是人類社會最基本的生活物質(zhì)，人類社會的生存離不開農(nóng)業(yè)。氣候變化對農(nóng)業(yè)的影響既有積極影響，也有消極影響，其中消極影響更為顯著。所以，我們應(yīng)該加大研究氣候變化的力度，分析中國糧食生產(chǎn)受氣候變化的影響。氣候變化減緩與適應(yīng)策略分析對保障我國糧食安全、增加農(nóng)民收入、維護社會穩(wěn)定具有重要意義。研究氣候變化對糧食產(chǎn)量的影響，掌握氣象災(zāi)害發(fā)生規(guī)律，能夠提出科學的防災(zāi)減災(zāi)建議，確保糧食生產(chǎn)成功避開不利氣候條件，為國家的糧食安全提供保障。

1 研究數(shù)據(jù)與方法

研究數(shù)據(jù)來自于長沙氣象站1963—2020 年逐月氣象資料，用于對長沙地區(qū)57 年來溫度、積溫、降水量、風速和光照時數(shù)這5 種氣候因子的年際變化趨勢展開分析。通過逐年計算各因子的平均值，利用5a 滑動平均距平等方法對氣候變化趨勢展開分析，使用小波分析方法對各因子年均變化周期性展開分析[1]。針對分析結(jié)果，使用F 檢驗法進行顯著性分析，并采用T 檢驗法完成突變點的真?zhèn)悟炞C，保證結(jié)果的真實性，圖1為長沙區(qū)位。

圖1 長沙區(qū)位

對長沙地區(qū)57 年來的水稻、小麥、薯類、粗糧和大豆5 種糧食產(chǎn)量變化趨勢展開分析，選用長沙統(tǒng)計局自1963 年以來發(fā)布的數(shù)據(jù)資料，采用相關(guān)性分析法對幾種農(nóng)作物產(chǎn)量和氣候因子的關(guān)系展開分析，確定氣候變化對糧食產(chǎn)量的影響。考慮到水稻為長沙地區(qū)主要糧食作物，對水稻生長期（4—10 月）的氣象因子變化規(guī)律展開分析，為指導水稻等農(nóng)作物種植提供數(shù)據(jù)依據(jù)。由于缺少因洪澇災(zāi)害造成長沙地區(qū)糧食減產(chǎn)數(shù)量的數(shù)據(jù)，需要按照時間序列對糧食產(chǎn)量進行預(yù)測，利用氣象產(chǎn)量代替近似年景減產(chǎn)量，即糧食實際單產(chǎn)=趨勢產(chǎn)量+氣象產(chǎn)量，得到：

式中：y（w）——氣象產(chǎn)量，用于反映氣候變化引發(fā)的糧食產(chǎn)量波動情況，可用于衡量因氣候災(zāi)害造成的糧食減產(chǎn)量[2]；y——實際年單產(chǎn)量；y（t）——按照時間求得的趨勢產(chǎn)量。可以結(jié)合長沙地區(qū)糧食單產(chǎn)和氣候災(zāi)害變化規(guī)律建立分析模型，得到式（2）。

2 研究結(jié)果與分析

2.1 氣候變化趨勢

2.1.1 溫度變化

從長沙地區(qū)氣候變化趨勢來看，57 年間年平均溫度達到17.5℃，2009 年溫度最高，一度達到18.7℃，1986 年年均溫度最低，達到16.4℃。從總體趨勢來看，20 世紀60 年代到90 年代初期，年均氣溫較低，進入21 世紀以來則以年均0.32℃/10a 速度增長，氣溫明顯升高。從年極端最低氣溫變化情況來看，1079 年出現(xiàn)年最低氣溫，達到-5.9℃，之后則保持0.41℃/10a 上升趨勢。從年均極端最高溫度變化來看，2003 年溫度最高，達到34.7℃，總體則保持0.29℃/10a 增速。

2.1.2 積溫變化

從長沙地區(qū)多年來積溫（≥10℃）變化情況來看，平均積溫達到5838.1d·℃。在57 年間，最低積溫出現(xiàn)在1978 年，達到了5437.8d·℃，而最高出現(xiàn)在2010 年，達到6321.9d·℃，總體保持上升趨勢。

2.1.3 降水量

從年降水量來看，57 年間長沙平均值達到了1403.7mm，最大值在1997 年出現(xiàn)，達到了1824.3mm，最低在2011 年出現(xiàn)，達到932.8mm。從多年變化趨勢來看，呈現(xiàn)出先增加后下降趨勢，各年降水量變化幅度較大，總體上與華中地區(qū)保持相同的變化趨勢。具體來講，就是從60 年代到2004 年，保持上漲趨勢，總體增加188.5mm。自2004 年后，則保持下降趨勢，下降156.6mm。

2.1.4 風速

從風速變化來看，多年來長沙平均風速達到2.2m/s，最小值出現(xiàn)在2010 年，達到1.5m/s，最高出現(xiàn)在1974 年，達到3.1m/s。57 年來，長沙地區(qū)年均風速保持著-0.25m/（s·10a）的增速。

2.1.5 光照時數(shù)

從日均光照時數(shù)變化趨勢來看，長沙地區(qū)57 年來平均日照時長達到4.1h，最小數(shù)值出現(xiàn)在2004 年，達到3.2h，最長出現(xiàn)在2011 年，達到4.9h，保持著0.05h/10a增長速度。

通過對57 年各氣候因子的數(shù)據(jù)進行突變檢驗，可知除降水量和風速以外，其他因子上升趨勢顯著，而風速則呈現(xiàn)出顯著下降趨勢，均通過99%的顯著性檢驗，年均氣候的突變點在2000 年，即從該年開始氣候發(fā)生顯著變化。對氣候變化的周期性展開分析，可知降水量因子呈現(xiàn)出交替變化特性，在1986 年和2004 年出現(xiàn)兩個偏多中心，在1977 年、1995 年和2014 年出現(xiàn)偏少中心，出現(xiàn)多次震蕩。結(jié)合農(nóng)業(yè)氣候變化特征，對氣候災(zāi)害變化規(guī)律展開分析，需要完成57 年氣象災(zāi)害數(shù)據(jù)統(tǒng)計，結(jié)果如表1 所示，從統(tǒng)計結(jié)果來看，除冰雹災(zāi)害增幅不顯著以外，洪澇災(zāi)害和干旱災(zāi)害年均發(fā)生次數(shù)呈現(xiàn)出不斷上漲趨勢，由此可見長沙地區(qū)氣候變化造成了氣候災(zāi)害日漸頻發(fā)。

表1 氣象災(zāi)害數(shù)據(jù)統(tǒng)計

2.2 對糧食產(chǎn)量的影響評價

從糧食產(chǎn)量受到的影響（表2）來看，水稻、小麥、薯類、粗糧和大豆幾種農(nóng)作物都出現(xiàn)不同程度的減產(chǎn)問題。分析原因可知，隨著年均氣溫的升高，導致每日氣溫差值下降，給農(nóng)作物積累干物質(zhì)帶來了影響。而不同農(nóng)作物擁有不同的生長習性，因此產(chǎn)量受到的影響也存在差異。

表2 長沙地區(qū)57 年間氣候變化給糧食產(chǎn)量帶來的影響

從氣候變化對糧食產(chǎn)量影響作用來看，將對農(nóng)作物生長發(fā)育、種植結(jié)構(gòu)和病蟲害等各方面帶來影響。首先，結(jié)合長沙地區(qū)的氣候條件可知，隨著年均氣溫的升高，冬小麥等農(nóng)作物的播種時間延后，同時出現(xiàn)提前返青的問題，造成農(nóng)作物生育期被壓縮。而隨著日照時數(shù)的減少，給農(nóng)作物進行光合作用帶來的負面影響，最終給地區(qū)糧食作物生長帶來了負效應(yīng)[3]；其次，從種植結(jié)構(gòu)來看，氣候變化造成區(qū)域水循環(huán)環(huán)境發(fā)生變化，促使長沙地區(qū)近年來的降水量出現(xiàn)多個突變點。隨著降水量的減少，近年來長沙地區(qū)水稻種植區(qū)開始向北和西方向移動，種植面積有所擴大。但隨著氣溫的增加，種植熟制發(fā)生變化。因為氣候變暖，積溫數(shù)量持續(xù)增加，導致部分三熟種植面積減小，繼而引發(fā)減產(chǎn)問題。此外，隨著氣溫的升高，將導致病蟲害發(fā)生概率有所增加。因為在溫度升高的情況下，病蟲繁殖代數(shù)有所增加，病害也將因為氣溫回升而提前暴發(fā)，導致農(nóng)作物多次承受病蟲害侵襲。冬季氣溫較高，能夠幫助病蟲過冬，也造成病蟲害種類和數(shù)量增加，引發(fā)種植區(qū)大面積減產(chǎn)，造成嚴重糧食損失。

結(jié)合氣象變化規(guī)律對水稻生長情況展開分析，在水稻生長期內(nèi)（4—10 月），可知長沙57 年來平均氣溫達到32.8℃，最低氣溫出現(xiàn)在1995 年，為22.9℃，2008 年溫度最高，達到25.2℃。在過去近60 年中，水稻生長期內(nèi)平均溫度保持著0.34℃/10a 的增長速度。對水稻單產(chǎn)和氣象因子的相關(guān)性展開分析，能夠得到表3。表中*、**、*** 分別指通過0.05、0.01 和0.001 的水平顯著性檢驗。根據(jù)分析結(jié)果可知，在57 年間，早稻、晚稻和糧食單產(chǎn)均與年均氣溫保持顯著相關(guān)性，除晚稻以外其他兩種因素與4—10 月平均氣溫的相關(guān)性較弱，但均將受到生長期極端氣溫的顯著影響。分析原因可知，水稻生長主要受開花后背景溫度影響，在溫度有所增加的情況下可以使水稻葉面積增加，為干物質(zhì)積累創(chuàng)造良好條件。而在16～35℃范圍內(nèi)，溫度的提升可以使分蘗增強。但在夜間溫度超出29℃或日間溫度超出33℃的情況下，將導致水稻發(fā)生熱害，繼而導致水稻的產(chǎn)量下降。長沙地區(qū)晚稻的背景溫度較高，在氣溫增加的情況下更容易發(fā)生熱害，導致水稻出現(xiàn)減產(chǎn)問題。而在背景溫度較低的東北等地區(qū)，溫度的升高則能促進水稻穗粒的增加，因此可以起到增加產(chǎn)量的作用。

表3 水稻單產(chǎn)和氣象因子的相關(guān)性

2.3 應(yīng)對氣候變化影響的建議

在應(yīng)對氣候變暖給長沙地區(qū)糧食產(chǎn)量帶來的不利影響時，可知需要從兩方面采取措施。首先，為減輕氣象災(zāi)害的發(fā)生概率，并緩解氣候變化給農(nóng)作物生長帶來的負面影響，需要加快節(jié)能減排措施的推廣、應(yīng)用，達到減緩氣候變化的目標。在農(nóng)業(yè)、工業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域，還應(yīng)加強污染排放控制，減少溫室氣體產(chǎn)生和排放，有效保護環(huán)境。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實踐中，還應(yīng)實現(xiàn)農(nóng)用化學品增效減量管理，盡快提升土壤有價值含量，以便使土壤獲得更強的有機碳固存能力，減少農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生的溫室氣體，從而減緩氣候變化[3]。其次，需要增強農(nóng)作物對氣候變化的適應(yīng)能力。結(jié)合這一目標，需要加強耕地保護技術(shù)的運用，如建立氣象災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警網(wǎng)絡(luò)，通過加快農(nóng)業(yè)設(shè)施建設(shè)加強農(nóng)田土地管理，增強農(nóng)作物生產(chǎn)的抗旱、防洪等能力?？紤]到全球氣候變暖趨勢，需要完成耐高溫、抗病蟲害、抗旱等優(yōu)良農(nóng)作物品種的培育，同時加強水肥一體化等高新技術(shù)的應(yīng)用，確保農(nóng)作物保持高效生長態(tài)勢，增強農(nóng)作物的抗病蟲害能力。此外，需要結(jié)合地區(qū)氣候變化趨勢和農(nóng)作物背景溫度等條件合理進行種植結(jié)構(gòu)調(diào)整，通過加強抗熱病糧食作物布局規(guī)避氣候變化帶來的不良影響。

3 結(jié)語

通過綜合分析可知，在57 年來長沙地區(qū)年均氣溫、積溫、日照時數(shù)三種氣候因子都呈現(xiàn)出增長趨勢，風速則呈現(xiàn)下降趨勢，降水量存在多個突變點，導致長沙農(nóng)業(yè)氣候變化較大。從水稻等糧食作物產(chǎn)量受到的影響來看，因氣候變化給農(nóng)作物發(fā)育、種植結(jié)構(gòu)和病蟲害帶來的影響，引發(fā)了不同程度減產(chǎn)問題。而從水稻受氣候變化影響規(guī)律來看，主要取決于背景溫度高低，在背景溫度高的情況下氣候變暖，將引發(fā)單產(chǎn)下降。在全球氣候變暖背景下，通過評估氣候變化給糧食產(chǎn)量帶來的影響，能夠提出相應(yīng)的農(nóng)作物種植建議，對維護糧食安全和社會穩(wěn)定發(fā)展具有重要意義。