粮食生产系统对气候变化的响应：敏感性与脆弱性

摘要：气候变暖延长了作物适宜生长季，缩短了实际生育期，改变了作物的种植界线；在一些区域促进了产量增高，给作物品质带来负面影响，并改变了气象灾害与病虫害的规律，导致损失增加。未来粮食生产系统对气候变化表现出较强的敏感性，如温度增高1℃，冬小麦生育期日数平均缩短17d左右，水稻和玉米平均缩短7-8 d，但地区之间存在差异。气候变化将威胁作物产量的稳定性，并影响作物品质。脆弱性主要是面对极端事件的影响，特别是在减小暴露度和提高适应能力两个方面，因为雨养农业的暴露度明显高于灌溉农业。为此，本文提出了相应的对策建议，以降低粮食生产系统对气候变化的脆弱性。一是加强对敏感性的评估能力建设，包括完善和改进各类评估指标体系和模型，创新和发展评估方法和工具；结合实地观测和案例研究，科学评估气候变化的影响与敏感性，识别和降低研究中的不确定性；提高人类对气候系统及其变化的认识，提高气候变化影响及相应领域敏感性的认识。二是加强粮食生产系统适应能力建设，包括对已有的农田基础设施进行改造，增强对气象灾害的防御能力；通过调整农业生产结构，有计划地选用抗旱涝、抗高低温和抗病虫害等抗逆品种和新品种；发展节水农业，加强推广旱作农业技术；综合多学科的理论方法，进一步开展粮食生产系统与气候变化有关的影响和适应研究。三是加强自然和社会系统体系和功能建设，包括加强高新技术和适用技术的推广，加快科技创新和技术引进步伐；通过立法、行政、财政税收等方式，积极推进农业保险，探索农业政策保险与商业保险相结合的风险分担机制；通过调整经济结构、提高能源效率，增加粮食生产系统固碳减排能力，维护良好的生态环境。

关键词：气候变化；粮食生产；影响与适应；敏感性；脆弱性；暴露度；恢复力

中图分类号 X196；F062.2 文献标识码 A 文章编号 1002-2104（2014）05-0025-06

一般认为，敏感性是指气候变化对系统的正负两方面影响程度，影响可以是直接的，也可以是间接的；脆弱性是指系统易于遭受气候变化（包括与气候变率和长期气候变化有关的极端事件）不利影响的程度及其恢复能力，它随着系统所受到的气候变化的特征、幅度、快慢以及系统的敏感性和适应能力而改变，是系统对气候变化的敏感性和适应能力的综合体现[1]。粮食生产系统对气候变化的敏感性即粮食种植制度和布局、产量和品质等对气候情景的响应程度。在相同的气候情境下，响应的程度越大则敏感性越高。粮食生产系统对气候变化的脆弱性是指粮食生产容易受到气候变化的不利影响，且无法应付不利影响的程度水平，关注的是可能受到威胁和侵害的结果而非原因。由于中国幅员辽阔，气候差异显著，粮食生产系统对气候变化敏感性区域特征复杂而明显[2]。

需要特别注意的是，农业种植和养殖在长期栽培和驯化过程中对气候变化的适应能力远远低于野生动植物，农作物和家畜家禽对气候要素变化更为敏感[3]。IPCC 第五次评估报告不仅进一步明确了人类活动对气候变化的影响，也更清晰地表述了气候变化对经济社会发展的影响[1]。种植业是气候变化最敏感的领域之一，气候变化引起了作物生育期、耕作制度等的改变，灾害发生频率和强度更加严重，给全球粮食生产系统和粮食安全带来风险和压力。保证农业可持续发展和粮食安全是应对气候变化的重要目标之一。

1 粮食生产系统对气候变化的响应

大量观测资料及研究成果表明，气候变化已经对作物生长发育、种植制度和产量品质都产生了不同程度的影响，利弊并存，但负面影响更多[4-6]。区域变暖延长了作物适宜生长季，温度升高加快了作物发育速度， 缩短了实际生育期，大部分作物表现为全生育期缩短[6-7]。30%的农业气象站点观测到整个生育期（播种到成熟）和营养生长阶段（播种到抽穗）呈缩短趋势，水稻的移栽、抽穗和成熟期总体提前，随着温度升高，许多作物的种植界线向高纬度和高海拔移动[8-10]

作物产量已经对气候变化显示出较强的响应。1980年代以来的气候变暖对东北地区粮食总产增加有明显的促进作用，但是对华北、西北和西南地区的粮食总产增加有一定抑制作用 [11-12]。由于生长季内积温增加，促进了作物产量提高[12]。1951-2002年间全国粮食总产量每10年大约增长3.2×105 t，其中小麦、玉米表现出对气候变化的响应更显著[13-14]。但是雨养农业比灌溉农业更易于遭受极端事件的影响，并且水分供应难于与热量资源匹配，限制了增产潜力的实现[7]。气候变化通过生物胁迫和非生物胁迫，给作物品质带来一定的负面影响，包括改变碳含量和养分摄入量。CO2浓度增高，谷物蛋白质含量呈下降趋势，其中小麦、水稻等降低10%-14%，大豆降低1-5%。与氮含量相同，矿物质含量也有相应程度的降低。极端气温和CO2的协同增加了水稻垩白度，降低水稻加工品质[14-15]。

气象灾害与病虫害也呈现出新的变化。全国每年由于气象灾害造成的农业直接经济损失达1 000 多亿元，约占国民生产总值的 3%-6%[16]。影响中国农业经济的最为严重的是干旱，其次是涝渍。2000-2007年间，每年干旱和洪涝的共同作用会使收获产量损失相当于5万hm2的播种面积。气候变暖对越冬病虫害有利，病虫害侵扰的耕种面积大约由1970年的100万hm2增加到2005年的345万hm2，每年因病虫害造成的粮食减产幅度约占同期粮食产量的9%[5，15]。

2 粮食生产系统对气候变化的敏感性分析

2.1 作物布局与生长季

气候变暖将延长作物的适宜生长季，缩短作物的实际生育期。如果气温增高l℃，水稻生育期日数平均缩短7-8 d，冬小麦平均缩短17 d左右，玉米平均缩短7 d左右，但地区之间存在差异。如果气温增高2℃，水稻生育期日数平均缩短 14-15 d，小麦平均缩短 34 d[16-17]。随气温升高，主要作物品种布局也将发生变化。比较耐高温的水稻品种将在南方占主导地位，还将逐渐向北方稻区发展；华北强冬性冬小麦品种，将被半冬性或弱春性的冬小麦品种取代；东北地区玉米的早熟品种逐渐被中、晚熟品种取代[3]。气候变化将使西北地区复种指数继续增加，复种作物适宜区海拔高度将升高 200 m 左右，复种面积将扩大 4-5 倍[18]。到2050年作物三熟制的北界北移500 km，从长江流域移至黄河流域，目前大部分两熟制地区将被三熟制地区所取代，而两熟制地区将北移至目前一熟制地区的中部[9，19]。在仅考虑热量条件的基础上，假设品种和生产水平不变，2050年一熟制区的面积将由现在的 62.3%缩小到 39.2%，三熟制区的面积将由目前的 13.5%扩大到 35.9%，二熟制区的面积基本保持不变 [19]。

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