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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(xué)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(jì)中葉(工業(yè)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?，F(xiàn)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?qū)W家創(chuàng)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(yè)革命前的280ppm)時(shí)的氣候情景,目前國際流行的較好的氣溫模式有20余個(gè),模擬的結(jié)果顯示,當(dāng)CO2倍增時(shí)全球年平均氣溫將增加約0.48～4.20℃,21個(gè)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(chǎn)生嚴(yán)重的影響[4]。長期形成的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的格局和模式將受到?jīng)_擊。

1.2溫室氣體的影響

各種溫室氣體對全球變暖的貢獻(xiàn)不同,據(jù)研究[5,6,16],工業(yè)革命前至70年代,CO2的貢獻(xiàn)率為66%,CH4、CFCs、N2O分別為15%、8%和3%。80年代以來,CO2的貢獻(xiàn)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(shí)間的延續(xù)有增大的趨勢。各種溫室氣體對增溫的效應(yīng)不同,相同質(zhì)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(shù)千倍[6],但因?yàn)镃O2的濃度遠(yuǎn)高于其它溫室氣體,CO2的增溫貢獻(xiàn)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(chǎn)效果明顯?？刂圃囼?yàn)表明,當(dāng)CO2濃度倍增時(shí)(由330ppm增至660ppm),C3作物(麥、稻、豆類等)可增產(chǎn)10%～50%,而C4類作物(玉米、甘蔗等)增產(chǎn)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(jù)IPCC研究[7]在2025～2100年可升高15～50cm,這對沿海密集人口區(qū)的人們的生產(chǎn)和生活將有顯著的影響。

不少沿海地區(qū)由于陸地運(yùn)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(jié)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(fā)加大,兩方面平衡。按CO2在下世紀(jì)照常排放構(gòu)想下,世界上某些地區(qū)降水將減少,尤其在夏季,在這些地區(qū)的綜合效應(yīng)將使徑流減少,干旱的可能性將更大。在其它地區(qū)將發(fā)生更多的洪水災(zāi)害。作物的種植過程有著巨大的適應(yīng)能力,隨著對不同作物種所需條件的詳盡了解以及有關(guān)遺傳控制技術(shù)的發(fā)展,在全球大部分地區(qū),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(shí)期內(nèi)(數(shù)十年到上百年)才能達(dá)到成熟,在這一時(shí)期,氣溫變化速率可能使樹木處于完全不能適應(yīng)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(gè)地區(qū)的研究表明,當(dāng)?shù)貥淠镜目菸c氣候條件的改變有關(guān),尤其與連續(xù)的暖冬和干夏有關(guān)[19]。不少研究還顯示長期的熱效應(yīng)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(qū)擴(kuò)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(tǒng)的熱動力機(jī)制,改變大氣環(huán)流和洋流的格局,這種變化的影響深遠(yuǎn),常會使極端天氣事件發(fā)生頻率、出現(xiàn)和延續(xù)時(shí)間和分布都會改變[4],使氣象災(zāi)害的頻率和強(qiáng)度加大。

2氣候變化對農(nóng)業(yè)地理分布及作物生產(chǎn)的影響

2.1對世界農(nóng)業(yè)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(bào)告了在照常排放溫室氣體情況下,2030年5個(gè)地區(qū)氣候變化的估計(jì)[7]。北美中部地區(qū)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(qū)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(qū)溫度均呈升高趨勢;幅度為1～4℃;在約40年的時(shí)間段,增溫將使世界的作物種植帶向北擴(kuò)展150～800km。由于各地氣候變化的差異,水熱時(shí)空上分布的不均勻?qū)ξ磥硎澜缂Z食生產(chǎn)格局產(chǎn)生較大影響。在CO2濃度倍增時(shí),高緯度地區(qū)溫度增加較明顯[6],如芬蘭將增溫4℃,日本將增溫3～3.5℃,獨(dú)聯(lián)體歐洲部分將增加2～3℃,這一地區(qū)的小麥、水稻、玉米將不同程度增產(chǎn),而獨(dú)聯(lián)體的大麥、燕麥、馬鈴薯和蔬菜等可能減產(chǎn)。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(qū)溫度將增加3～4℃,小麥等將減產(chǎn)。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(chǎn)量將依賴于降水的變化。氣溫升高對農(nóng)作物害蟲的繁殖,越冬、遷飛等習(xí)性產(chǎn)生明顯影響,會使作物和家畜病蟲害的地理范圍擴(kuò)大[4],目前受熱量限制的病蟲害會向較高緯度地區(qū)擴(kuò)散,使得中高緯度地區(qū)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(xiàn)在氣候變暖的證據(jù)已經(jīng)出現(xiàn),在過去100年間氣溫升高了0.5～0.7℃,期間11個(gè)最暖年中有7個(gè)發(fā)生在最近10年[4,17]。據(jù)陳隆勛等研究[9],東北和華北40年來增溫明顯,華東地區(qū),華南地區(qū)和華中地區(qū)1952年以來變化不大,西南地區(qū)溫度有下降趨勢。北緯35°以北地區(qū)40年來變暖,越向北變暖越強(qiáng),新疆北部和黑龍江北部40年內(nèi)變暖0.1～1.2℃。很多學(xué)者[8,10]對CO2倍增情形下我國的氣溫變化進(jìn)行了模擬,結(jié)果綜合為表1,以上的模擬僅考慮CO2增加的變暖,實(shí)際中CH4,CFCs等溫室氣體均增加,其聯(lián)合效應(yīng)將使氣溫升高更明顯。各種模型反映的共性結(jié)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(yè)生產(chǎn)的影響

中國氣溫與世界同緯度地區(qū)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(nèi)陸增溫大于海洋,因而削弱了寒潮,對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)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(nóng)業(yè)生產(chǎn)會有較大發(fā)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(qū)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(qū)溫度升高,農(nóng)業(yè)熱量條件將改善。南亞熱帶的熱帶作物低溫和春寒災(zāi)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(dāng)前氣候下的兩熟區(qū)將北移至一熟區(qū)的中部;未來三熟區(qū)將明顯向北擴(kuò)展,其北界將從長江流域移至黃河流域,一熟區(qū)面積將大大縮小[12]。

3對氣候變化的對策

農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)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(yè)和工業(yè)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(yuǎn)和根本上減緩全球變化對農(nóng)業(yè)不利影響的根本舉措。二是溫室氣體增加,全球氣候發(fā)生變化后如何采取適應(yīng)對策和措施,本部分列舉了主要應(yīng)采取的一些對策和措施,一方面對氣候變化的有利因素進(jìn)行充分的利用,另一方面對不利因素采取對策盡量減少農(nóng)業(yè)可能遭受的損失。CO2濃度倍增,氣候變化在我國呈現(xiàn)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(nóng)業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生不同的效應(yīng),有些地方有利于某種作物的生產(chǎn),而另一些地方不利于該種作物的生產(chǎn)。對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響表現(xiàn)出復(fù)雜性和不確定性。然而有很多學(xué)者對不同農(nóng)作物在CO2倍增時(shí)的情況進(jìn)行了研究[10,12,13],氣候變化總體上不利于水稻的生產(chǎn),水稻的產(chǎn)量將下降,而小麥等作物產(chǎn)量總的趨勢將增加,增產(chǎn)突出的地區(qū)是東北、華北和新疆,可能減產(chǎn)的地區(qū)是黃土高原,長江中下游,西北北部春麥區(qū)(表2)。玉米生產(chǎn)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(qū)由于氣候變暖,蒸發(fā)增強(qiáng),播種面積可能下降。