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全球气候变暖显然是人类惹的祸。地球大气由78%的氮气、21%的氧气及1%的其他气体组成,人类活动导致升高的“温室气体”就存在后面的1%中,包括二氧化碳、甲烷、一氧化二氮、臭氧、水蒸汽、卤烃等。因这些气体具有类似“温室大棚”的作用(吸收长波的红光或红外光)被称为“温室气体”。国际政府间气候变化协调委员会(IPCC)的报告中谨慎地指出,地球上90%以上的“温室气体”升高是由人类开发活动引起的。那么,气候变化对生物多样性有哪些影响呢?

气候变化对物种的影响

越来越多的证据表明,气候变化对生物多样性产生危害,突出表现在以下几个方面。

第一,物种向“温凉”的地方迁移。研究发现,生活在北美洲和欧洲的斑蝶分布区已经向北迁移了最多达200千米。美丽的埃迪斯斑蝶每年在加利福尼亚北部到加拿大度过夏季,冬季到墨西哥越冬。由于气候变暖,南部分布区正在消失,改向北部和高海拔地区扩展;在洛矶斯山区,因温度上升,那些喜温凉的蝾螈沿自然山体向高处迁徙了100~200米。

第二,物种之间出现生态失调。气候变化一个明显后果是春天提早到来。植物开花、卵孵化,青蛙产卵都会提前。动植物为适应气候变化,不断地改变其活动范围和行为,有些造成生态灾难。例如,由于迁徙鸟类到达欧洲的时间太晚,以致其产下的后代错过了毛毛虫生长旺季,因缺少足够的食物而生存困难。

第三,物候期改变,生物节律被打乱。植物因不能移动,其“迁移”滞后于动物,它们主要通过改变物候期而适应逐渐升高的全球气温。在欧洲,树木呈现秋色过去每10年晚了0.3到1.6天;动物方面,许多迁徙的鸟类正在改变它们的旅行日程,英国蝴蝶春天出现的时间较20年前提前了6天。一些冬眠的动物如蛇类因气温上升而提前结束“冬眠”,生物节律受到影响。

第四,带菌或传染病传播生物爆发。随着温度的升高,带菌者的繁殖速度、数量增长;寄生虫的生长速度加快,传染期加长。受温度升高影响,有害生物如珊瑚虫病、牡蛎病原体、作物病原体、里夫特裂谷热和人类霍乱等,也将变得活跃起来。1997年坦桑尼亚和印度尼西亚的热带高地第一次暴发了疟疾。登革热以前只在海拔1000米以下的地区发生,现在墨西哥海拔2000米的地区也有报道。在哥伦比亚,超过海拔2000米的地区也发现了登革热和黄热病的媒介昆虫。

第五,物种濒危或消失。这是全球变化带来的最大危害。有人悲观地估计,当地球平均温度升高6℃时,地球上将有90%以上的物种消失。上世纪70年代以来,由于温度上升、云层升高,在哥斯达黎加森林里生活的鸟类、爬行类和两栖类种群发生了巨大变化,其中有21种蛙类在这个森林消失。对气候变化最敏感的珊瑚礁,目前正发生大规模白化现象,全球约16%的珊瑚死亡。

土地利用格局的影响

上述气候变化的影响在人类不适当的经济开发活动中变得更加剧烈,给地球脆弱的生态环境“雪上加霜”。在地球不同角落,人类已把自然生态系统改变为受人类支配的土地利用格局。因土地覆盖变化引起的土壤损失和生态退化,无疑极大地加剧了全球变化影响。由人类带来的对生物多样性产生重大影响的土地利用方式变化包括:森林砍伐、草原开垦、围海造田、围湖造田、天然森林改变成人工森林、单一种植、大型水电工程建设、矿山开发、城市化等等。

目前,全球三分之一到二分之一的陆地表面被人类活动所改变。一些重要的生态系统被分割成小的斑块,或已消失,如高草草原,干季落叶的热带森林等。拥有全球50%物种的热带雨林面积消失了一半;三分之一的温带森林已被砍伐;温带雨林已成为濒危生态系统类型。澳大利亚、新西兰、美国的湿地已消失一半;亚洲、拉丁美洲、西非的红树林损失严重;印度、巴基斯坦、泰国至少有四分之三的红树林受到损害。在中国,历史上森林覆盖率达50%,现在只约有不足14%;热带森林大部分被橡胶园和热带作物园取代;百年以上的老龄落叶阔叶林“凤毛麟角”,现存森林主要为中龄次生落叶阔叶林;红树林面积由历史上的约25万公顷减少到现在的不足1.5万公顷。由于过度放牧,严重退化草场达可利用草场面积的四分之一,由于各种原因引起的土地沙化面积达1.26亿公顷。

土地利用格局变化对生物多样性的巨大影响超过了其他任何全球变化成分,并且这种影响仍会保持几十年。

来自生物入侵的危害

全球变化对生物多样性的影响还夹杂者生物入侵带来的危害,这个危害同样多因人类引起。生物入侵是指外来物种通过非自然途径迁移到新的生态环境的过程。随着贸易、旅游业的发展,大容量、快速先进的交通工具的普遍采用,越来越多的物种在全球范围扩散。生物入侵是无意引入和传播发展起来的外来物种。入侵生物由于其有广泛的适应性、极强的繁殖能力,不仅对“入侵领地”的生物多样性构成威胁,破坏生态平衡,甚至给人类社会、环境造成巨大损失。在全球变化背景下,生物入侵造成的危害包括以下方面:

首先,扩张地盘,排挤本地物种。入侵物种在新的环境中不受食物来源及天敌制约,可无节制地繁衍,种群快速扩大,对入侵地生物多样性构成极大的威胁。水葫芦为多年生水生植物,具有无性和有性两种繁殖方式,在适宜条件下,5天就能繁殖成一个新植株;开花后每株可产生300粒种子,成熟种子在水中可存活5~20年。它原产南美洲委内瑞拉,约在20世纪30年代作为观赏植物传入我国,后来又作为猪食饲料和重金属污染水体修复植物而广为种植。由于过度繁殖,现已蔓延成灾。因水葫芦入侵,昆明滇池十几种水生植物相继灭绝,水生植物从68种下降到30种左右。

紫茎泽兰原产墨西哥,于20世纪80年代经东南亚传入云南,几年之内向北蔓延到四川等省。仅云南省受害面积就达2500万公顷。由于人们忽略了它的入侵

潜力,错失了提早采取行动的宝贵时机,短短几年后,紫茎泽兰就漫山遍野地生长起来,所到之处几乎原有的本地物种均被排挤出去。

火炬树原产北美,为落叶灌木或小乔木,属漆树科植物。1959年由中国科学院植物研究所引入我国,1974年以来陆续向全国各省区推广。原来主要以黄河流域以北各省区栽培较多,目前长江流域也广泛栽培。该物种有非常强的侵占力,凡是海拔500~3000米,降水在300毫米以上、温度在25℃~45℃之间、年平均温度在8℃以上均能够繁殖。在原产地,该物种分布的海拔高度1300米~2200米之间,年降水量800~1200毫米,适应的最高温度42℃,最低温度35℃,因此具有极广阔的生态位。火炬树分布的地方,除了3~5种草本植物外,几乎难以见到本地种;个别地段将所有本地物种都排斥干净。

其次,生物入侵对农业和畜牧业影响。牛羊吃了紫茎泽兰后很快掉毛、生病,母羊怀不上胎,并接二连三地死去。据四川省凉山州统计,仅1996年一年就减少羊6万头,损失2100万元。紫茎泽兰进入香蕉林,香蕉林树矮果少;进入花椒林、桑树林,花椒和蚕茧当年就减产8%。另外,稻水象甲、美洲斑潜蝇、马铃薯甲虫、非洲大蜗牛等外来昆虫入侵近年来也相当严重,给入侵地农业生产带来灾难。

再次,生物入侵对人体健康的影响。生物入侵对多样性构成极大的威胁的同时,还会危及人类健康乃至生命。如豚草,原产北美,传入我国东北、华北、华东和华中后,不仅危害农牧业生产,其花粉还对人类健康产生危害,是引起“花粉过敏症”的致病原,引起过敏性鼻炎和支气管哮喘等疾病。

第四,造成农林产品质量下降,增大了生产成本。全球变化对农业的影响是粮食减产,影响粮食安全,入侵后加剧了粮食安全隐患。外来物种一旦入侵成功,要彻底根除相当困难,代价费用极为昂贵,我国仅每年对美洲斑潜蝇一项的仿治费用,就要花掉45万亿元。

第五,对水陆交通运输业的影响。水葫芦大量生长繁殖后覆盖水面,堵塞河道,影响河运,阻碍排灌;在汛期阻碍水流,增大洪水水位,严重影响防洪发电。种植5年左右的火炬树根系能够穿透坚硬的护坡石缝,对公路设施造成危害,有的甚至从排雨沟下进入到油路边的沙化路面上生长。在野外我们还发现,火炬树沿高速公路、省级快速路、区县级公路大量种植。生长20多年的火炬树母树开始枯萎,是一个典型的短命树。但是它的生命并没有结束,而是通过繁殖大量后代实现其不断扩张潜力。

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虽然极端气候变化才在近几年成为专家学者及媒体关注的热点话题,但至今也取得了不少研究成果。通过“中国知网”与“中国期刊网”对文献标题在不同关键词下进行文献检索,检索结果显示,专家学者对气候变化进行了广泛研究,气候对农业产生的影响也进行了较多的学术探讨,并在如何响应或适应气候变化对农业带来的影响取得了较多研究成果。

一、关于极端气候变化的趋势研究

世界气象组织2012年11月发本文由http://收集整理布《世界气候状况年度声明》,在《声明》中指出,全球各地频现极端气候事件,主要表现为热浪、干旱、洪水和低温。美国赖斯大学气候变化专家罗恩·萨斯在2012年9月也指出,极端天气和极端气候将变得越来越常见,这会是一种全球现象,人类需要提早采取措施,积极应对,否则将会面临灾难性严重后果。2012年8月28日的经济参考报也指出,有迹象显示,气候变迁正在成为常态,年复一年愈演愈烈。

二、关于气候变化对粮食安全的研究

不论是发达国家还是承载能力较弱的发展中国家,极端气候变化对全球经济系统产生的影响多为负面(stern n,2006)。比如,温度的变化会影响农业的地域分布(rosenzweig和hillel,1995);温度升高带来的作物病、虫、草害的增加也会影响作物生长,从而对作物产量带来负面影响(rosenzweig,hillel,1995)。还比如,气候变化带来的土壤含水量的变化、生长季起始时间和长度变化,将影响各地农作物的生长季长和种类(conway,1998;rosenberg,1990);未来水分状况是决定未来很多地方,特别是干旱半干旱地区农业生产的重要因素,降水的变化和作物生长季的变化将是决定未来气候变化对农业生产是利还是弊的决定因素(hulme,1996;fischer,1996;strzepek and smith,1995;sivakumar,1992)。虽然全球二氧化碳浓度持续升高促进了光合作用,或将提高作物产量,但海平面上升、极端气候事件频发及病虫灾害高发等将抵消有利因素,从而引起粮食产能的不确定性(潘根兴,2009)。气候变化在中国的区域格局不同,气候变化对不同区域和不同类型农作物生产的影响也不同(林而达,2007;张厚瑄,2000;周舟,2010)。但是,极端天气气候因子与农业经济产出之间存在长期均衡关系,对中国农业经济有显著的负面影响(刘杰、许小峰,2012)。

三、关于气候影响粮食生产的机理研究

国内外有关气候变化对农作物生产影响的研究成果表明,气候变化主要从四个方面影响作物的生产。一是温度的变化会影响农业的地域分布(rosenzweig和hillel,1995),气候变化带来的土壤含水量的变化、生长季起始时间和长度变化会影响各地农作物的生长季长和种类。二是二氧化碳将直接在生理上影响作物生产,对作物的生产产生有利的效果,大气中的co2浓度可以提高作物的水分利用效率和光合作用效率(conway et al.,1998;rosenberg et al.,1990),浓度的升高对c3作物(如小麦、水稻和大豆)会产生显著的正效应,对c4作物(如玉米、高粱)产生的正效应较小(ringius et al.,hulme,1996)。但由于温度升高带来的作物病、虫、草害的增加也会影响作物生长,从而对作物产量带来负面影响(rosenzweig,hillel,1995)。三是未来水分状况是决定未来很多地方,特别是干旱半干旱地区农业生产的重要因素,降水的变化和作物生长季的变化将是决定未来气候变化对农业生产是利还是弊的决定因素(hulme,1996;fischer,1996;strzepek and smith,1995;sivakumar,1992)。四是气候平均状态的变化可以影响未来农业的生产,但对未来农业生产影响最大的莫过于极端气候事件(洪水、干旱、极端高温等)。国内外学者对前三个方面的研究关注较多,研究的时间较长,取得的成果较丰富,但对第三个方面的研究起步较晚,研究成果也很少。

四、关于气候变化影响粮食生产的定量测算研究

国内外专家学者通过观测实验(finn et al.,1982;nie et al.,1995;刘建国,1992;曹仁林,1994;林而达等,1997;蒋高明,1997;李吉越,1997;林伟宏,1999;李伏生,2003)、动态数值模拟(hoogenboom g,1999;金之庆,1996;huang,1998)、统计分析(赵宗慈,1989,1993;程延年,1993;张全武,2003;杨文钦,2004;彭少兵,2004)、经济模型 (周应恒,2011;liangzhi you,mark w rosegrant,2005;fuhrer,2003;ciais et al.,2005;david haim et al,2007;torriani et al.,2007;robert finger,stephanie schmid,2007)和logistic模型(seo and mendelsohn,2008)等对气候变化影响粮食产量作了较好研究,取得了较好的研究成果。

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关键词 全球气候变化;森林生态系统;影响

虽然目前关于气候变化的预测还存在着很多不确定性[1],其预测的结果也不一定准确,但是现有大量证据已表明:由于人类活动的影响,大气中二氧化碳浓度已由工业革命前的 280μmol/mol 增加到 90 年代初期的 350μmol/mol[2、3],与此相对应,地球表面的年平均温度在一个多世纪以来也上升了 0.6℃[4]。因此,人类活动所引起的温室效应在不断加强是毋庸置疑的。许多科学家坚信:即使以目前 co2 排放的速率计算,到本世纪中后期,大气中二氧化碳浓度将倍增[4~6],因此,在未来的一百年中全球气候格局将发生变化基本上是可以肯定的。目前,虽然各种大气环流模型 (gcms) 对未来气候变化预测的量上不尽相同,但其所预测的未来气候变化的总体趋势基本趋于一致[7]。纵观现有对大气中二氧化碳浓度倍增后有关未来气候变化的预测结果,可归结为以下几点:①全球平均气温将升高 1.5~4.5℃,全球气候带将向极地方向发生一定程度的位移;②最低温度的增幅比最高温度的增幅大,夜晚温度的增幅比白天温度的增幅大,冬季增温比夏季增温明显;③全球降雨量总体上有所增加,但全球降雨的格局将发生改变,降雨量可能因不同的地区和不同的季节而有很大的区别(如沿海地区的降雨将增加,而内陆地区的降雨则不变甚至减少);④由于蒸散作用所损失的水分远大于降雨增加的量,因此中纬度内陆地区的夏季干旱将明显增加[7]。由于未来气候的变化可能将对全球的生态环境、社会和经济等产生巨大的影响,这是人们对气候变化密切关注的主要原因。

森林生态系统是地球陆地生态系统的主体,它具有很高的生物生产力和生物量以及丰富的生物多样性。目前,虽然全球森林面积仅占地球陆地面积的约 26%,但是其碳储量占整个陆地植被碳储量的 80% 以上,而且森林每年的碳固定量约占整个陆地生物碳固定量的 2/3[8],因此,森林在维护全球碳平衡中具有重大的作用。此外,森林还为人类社会的生产活动以及人类的生活提供丰富的资源;在维护区域性气候和保护区域生态环境(如防止水土流失)等方面,森林也有着很大的贡献,所以,森林在维系地球生命系统的平衡中具有不可替代的作用。由于森林与气候之间存在着密切的关系,气候的变化将不可避免地对森林产生一定程度的影响。反过来,因全球森林生态系统是一个巨大的碳库,受气候变化的影响,它对大气中的 co2 起着源或汇的作用,从而进一步加强或抵消未来气候的变化。因此,未来气候的变化对森林的影响及森林对气候的反馈作用已引起人们极大的关注,并进行了大量的研究[7~9、13]。人们通过气室实验和模型模拟,在时间尺度上从几天到几世纪及在空间尺度上从叶片到个体、种群、群落、生态系统、景观、区域及全球等各个层次来阐述气候变化对树木生理、物种组成和迁移、森林生产力以及物种和植被分布等多方面的影响。

1 全球气候变化对森林生态系统结构和物种组成的影响

森林生态系统的结构和物种组成是系统稳定性的基础,生态系统的结构越复杂、物种越丰富,则系统表现出良好的稳定性,其抗干扰能力越强;反之,其结构简单、种类单调,则系统的稳定性差,抗干扰能力相对较弱。千万年来,不同的物种为了适应不同的环境条件而形成了其各自独特的生理和生态特征,从而形成现有不同森林生态系统的结构和物种组成。由于原有系统中不同的树木物种及其不同的年龄阶段对 co2 浓度上升及由此引起的气候变化的响应存在着很大的差别。因此,气候变化将强烈地改变森林生态系统的结构和物种组成。气候变化可能通过以下途径使森林物种组成和结构发生改变。

(1)温度胁迫:温度是物种分布的主要限制因子之一,高温限制了北方物种分布的南界,而低温则是热带和亚热带物种向北分布的限制因素。在未来气候变化的预测中,全球平均温度将升高,尤其是冬季低温的升高,这对于一些嗜冷物种来说无疑是一个灾害,因为这种变化打破了它们原有的休眠节律,使其生长受到抑制;但对于嗜温性物种来说则非常有利,温度升高不仅使它们本身无需忍受漫长而寒冷的冬季,而且有利于其种子的萌发,使它们演替更新的速度加快,竞争能力提高。

(2)水分胁迫:虽然现有大气环流模型预测全球降雨量将有所增加,但是由于地区和季节的不同而存在很大的差别。例如预测的结果还表明,在中纬度内陆地区其降雨会相对

减少尤其是在夏季,在一些热带地区其干旱季节也将延长。此外,气温升高也将导致地面蒸散作用增加,使土壤含水量减少,植物在其生长季节中水分严重亏损,从而使其生长受到抑制,甚至出现落叶及顶梢枯死等现象而导致衰亡。但是对于一些耐旱能力强的物种(如一些旱性灌丛)来说,这种变化将会使它们在物种间的竞争中处于有利的地位,从而得以大量地繁殖和入侵。

(3)物候变化:冬季和早春温度的升高还会使春季提前到来,从而影响到植物的物候,使它们提前开花放叶,这将对那些在早春完成其生活史的林下植物产生不利的影响,甚至有可能使其无法完成生命周期而导致灭亡,从而导致森林生态系统的结构和物种组成的改变。

(4)日照和光强的变化:日照时数和光照强度的增加,将有利于阳性植物的生长和繁育,但对于耐阴性植物来说,其生长将受到严重的抑制,尤其是其后代的繁育和更新将受到强烈的影响。

(5)有害物种的入侵:有害物种往往有较强的适应能力,它们更能适应强烈变化的环境条件而处于有利地位。因此,气候变化的结果可能使它们更容易侵入到各个生态系统中,从而改变由于系统的种类组成和结构。此外,气候变化还将通过改变树木的生理生态特性(如气孔的大小和密度、叶面积指数等)和生物地球化学循环等途径对不同物种产生影响。而不同物种的耐性、繁殖能力和迁移能力在新系统的形成中也起着重要的作用。总之,气候变化对森林生态系统的结构和物种组成的影响是各个因素综合作用的结果。它将使一些物种退出原有的森林生态系统中,而一些新的物种则入侵到原有的系统中,从而改变了原有森林生态系统的结构和物种组成。这些影响对不同森林生态系统之间的过渡区域可能尤为严重。

2 全球气候变化对物种和森林类型分布的影响

气候是决定森林类型(或物种)分布的主要因素,影响森林生态系统特点和分布的两个最为显著的气候因子是温度的总量和变量以及降雨量。植被(物种)分布规律与气候之间的关系早就被人们所认知,并由此而提出一系列气候—植被分类系统(如 holdridge 生命带、thorn thwaite水分平衡及 kira 温暖指数和寒冷指数等)。当前,人们正是基于气候与植被(或物种)间的关系来描绘未来气候变化下物种和森林分布的情形。而另一个有利于气候变化对物种和森林分布影响的证据是来自于全新世大暖期物种的迁移和灭绝,但是,与全新世相比,未来全球温度升高的速率更大,全球自然景观也因人类活动的影响而发生了巨大的变化,因此,未来气候变化将给物种和森林的分布带来更为严重的影响。目前,大多数有关气候变化对森林类型分布影响的预测都是根据模拟所预测的未来气候情形下森林类型分布图与现有气候条件下森林分布图的比较而得到,其结果都认为各森林类型将发生大范围的转移[13~16]。例如 smith 等人[13]利用 holdridge 模型,根据 gcms 对气候变化的估测结果来预测未来植被分布的变化,他们发现森林类型的分布将发生相当大的转移,例如北方森林转化为寒温带森林、寒温带森林转化为暖温带森林等,寒温带和热带森林的面积趋于增加,北方森林、暖温带森林和亚热带森林的面积则将减少。neilson[17] 同样发现森林覆盖的显著转移。然而需要指出的是这仅仅考虑了气候因素对森林分布的影响,而其它环境因子在森林的分布中实际上也起着很大的作用;此外,他们通常把某一森林类型作为一个整体(如温带森林等),而且认为它与气候之间是一种平衡关系,但实际情况并非如此。因为不同物种对气候变化的响应以及迁移能力等差异很大,因此,森林类型的转移(如从北方森林转化为寒温带森林)在很大程度上取决于不同物种通过景观的运动和新物种侵入现有群落中的能力。对于大多数物种来说,其迁移的时间尺度或许是几个世纪[18]。

由于在不同的区域其未来气候变化的情形不一致,而不同的森林类型也有其独特的结构和功能等特点,因此,气候变化对各个森林类型的影响是不同的。

(1)热带森林生态系统:一般认为,随着全球气候变暖,热带雨林的更新将加快。总体上,热带雨林将侵入到目前的亚热带或温带地区,雨林面积将有所增加,如李霞等[16]对我国植被在不同气候变化条件下(温度升高 4℃,降雨增加 10%;温度升高 4℃,降雨不变及温度升高 4℃,降雨减少 10%3 种情况)的模拟预测认为:全球气候变化后,我国热带雨林的面积将显著增加。但是有些地区降雨的减少也可能加速季雨林和干旱森林向热带稀树草原 (sava na)的转变。此外,从对环境变化的适应性来看,热带森林比温带森林更娇气一些,它的生长与水分的可利用性和季节性关系更为密切,所以热带森林在其干旱的边缘地带被草地或稀树草原的吞食以及周围村落等人为活动等影响下,可能会变得

比较脆弱。全球气候变暖的模式表明:湿热带区域的平均气温上升比中、高纬度地区要小,一般只有 1~2℃,但降雨量可能增加较多,降雨过多,土壤积水,就要限制湿热带许多森林的生长。此外,不按季节的降雨,会使大多数树木不落叶,地面的枯枝落叶层不能形成,节肢动物,如蜈蚣、甲虫等因缺乏栖息生境和食物而大量减少,由此影响到生物链上的一系列物种,进而影响整个森林生态系统的物质流、能量流,使原本复杂多样的森林生态系统失稳、简单化,直至构成一个更为脆弱的新平衡体系。此外,随全球变暖而增加的热带风暴对热带森林的结构和组成以及分布也将产生重大的影响。

(2)温带森林:温带森林是受人类活动干扰最大的森林,地球上现存的温带森林几乎都成片断化分布,因此,未来气候变化对温带森林的影响是巨大的。一般认为,随着全球气候变暖,温带将向极地方向扩展,而温带森林也将侵入到当前北方森林地带,而在其南界则将被亚热带或热带森林所取代,同时由于温带内陆地区将受到频繁的夏季干旱的影响,从而导致温带森林景观向草原和荒漠景观的转变。因此,温带森林面积的扩张或缩小主要取决于其侵入到北方森林的所得和转化为热带或亚热带森林及草原的所失。目前大部分模拟预测都认为温带森林面积将减少[13、15~17]。此外,由于温度的升高及夏季干旱频度和强度的增加,火干扰可能对未来气候变化下温带森林的变化起着决定作用。

(3)北方森林:北方森林被认为是目前地球上最为年轻的森林生态系统,还处于不断地形成和发育之中,易于受到各种外部因素的干扰。而在未来的气候变化中,由于高纬度地区的增温幅度远比低纬度地区的增温幅度大,因此,目前的研究基本一致地认为气候变化对北方森林的影响要比对热带和温带森林的影响大得多,而且其面积将大大减少[13、15、17]。

3 全球气候变化对森林生产力的影响

森林生产力是衡量树木生长状况和生态系统功能的主要指标之一。大气中 co2 浓度上升及由此而引起的气候变化被认为将改变森林的生产力。这主要表现在 co2 浓度升高的直接作用和气候变化的间接作用两个方面。一般认为,co2 浓度上升对植物将起着“肥效”作用。因为,在植物的光合作用过程中,co2 作为植物生长所必须的资源,其浓度的增加有利于植物通过光合作用将其转化为可利用的化学物质,从而促进植物和生态系统的生长和发育。目前,大部分在人工控制环境下的模拟实验结果也表明 co2 浓度上升将使植物生长的速度加快从而对植物生产力和生物量的增加起着促进作用,尤其是对 c3 类植物其增加的程度可能更大[19~24]。但是,并不是所有的植物都对 co2 浓度升高表现出一定的敏感性,也有一些研究表明:即使在高水平营养供给下,同样还有许多物种对 co2 浓度的升高没有反应[25~27]。此外,co2 浓度升高对植物的影响根据其所在的生物群区、光合作用方式和生长形式的不同而存在着较大的差异。wisley[28] 分析了目前的有关研究发现:来自热带和温带生物群区的植物比来自极地生物群区的植物对 co2 升高的响应大;来自温带森林的物种比来自温带草原的物种对 co2 的响应大;落叶树比常绿树对 co2 的升高更为敏感。简言之,生长速率快的物种比生长速率慢的物种对 co2 升高的响应更大[28~29]。然而需要指出的是所有这些实验几乎都是在人工气室中的盆栽实验,其实验时间相对较短(从数天到几年),而且有充足的养分和水分供给。此外,对于那些生长在野外的植物如何受 co2 浓度升高的长期影响还不是很清楚,尤其是有关木本植物影响的研究在盆栽实验中往往选择幼苗作为对象,而其成熟个体所受的影响是否与其幼苗一样也不清楚[29]。一般认为,co2 浓度升高对森林生产力和生物量的增加在短期内能起到促进作用,但是不能保证其长期持续地增加[27],因为,在竞争环境中生长的树木对 co2 升高的反应常常表现出比单个生长的树木的反应要小[30],而森林物种组成的长期变化也能间接地影响森林生产力[20]。此外,co2 浓度的升高将使植物叶片和冠层的温度增加以及气孔传导率下降[21、31、32],从而使植物受到热量的胁迫,使其生长被抑制。co2 所引起的温度升高似乎对植物的生长又将进一步产生负面作用,因为大气环流模型对气候的预测结果认为晚上的增温幅度将比白天要高,这样就可能使植物在晚上的暗呼吸作用加大,从而白白“耗费”大部分初级生产力;其次,温度的升高将增加土壤水分蒸发量,导致土壤水分下降,从而可能引起植物的“生理干旱”,限制植物的光合作用和生长速度[28];此外,温度的升高还会增加土壤微生物的活性,加速有机质的分解速率和其它物质循环,改变土壤中的碳氮比,使植物的生长受到氮素缺乏的制约[22、33~35]。因此,要准确评估

co2 浓度上升对森林生产力和生物量的影响还存在很大的困难,这不仅需要综合考虑各个影响因素,而且也要求我们进行长期的野外观测和实验。

除受上述各种因素影响外,森林生产力和生物量也受到气候因素(温度和降雨)的强烈影响。由于生产力与气候(水热因子)间存在着一定的关系,因此,人们常用气候模型(如 miam i模型、筑后模型等)估算大尺度生产力。对于未来气候变化对生产力的影响也常利用大气环流模型 (gcms) 对未来气候预测的结果通过各种气候模型来模拟,然后与当前气候情形下所模拟的结果相比较[36、37]。由于不同的 gcm 对未来气候预测的结果不同,因此对生产力变化的预测也表现出一定的差异。此外,气候变化对森林生产力影响的预测仅仅考虑气候与生产力的线性平衡关系,而没有考虑其它因素的影响;在预测过程中假定森林植被的分布不随气候的变化而发生改变;预测中所选用的气候因子是其年平均的年际变化,而没有考虑其季节变化。所以,其预测的结果并不能准确地反映出未来的实际情况。

4 存在的问题及建议

前面论述了气候变化对森林生态系统物种的组成和结构、物种和森林类型分布以及系统生产力的可能影响。但是需要指出的是,当前有关气候变化对森林生态系统影响的研究还存在很多的不足之处,主要体现在以下几点:

(1)对温室气体所引起的气候变化的预测存在着严重的局限性:首先,大气环流模型 (gcms) 对未来气候情形的预测通常采用大网格(50×50 经纬网格或更大)模拟,从而降低了对气候变化预测的准确性(尤其是对一些特殊区域),因此,这往往制约了人们对气候变化影响的评估;其次,这些模型本身极大地简化了控制气候的复杂的物理过程,其结果是使得这些模型在区域气候变化的预测上常常不一致,因此,其预测的气候情形很难说是未来气候的预言[38]。

(2)仅考虑气候因素的影响而忽略了其它环境因子的作用:目前大多数有关气候变化对森林生态系统潜在影响的预测都是根据一个假设,即气候(温度和水分)对树木物种的分布、森林类型以及生物群区和森林生态系统过程发挥最主要的限制作用,是控制树木物种和森林类型分布的惟一因素。这意味着在现有的模拟预测研究中是利用当前树木(或森林)分布与气候间的相关性来预测其未来分布的变化。基于这一假设,大多数预测结果表明:树木物种及森林的分布将发生很大的变化,而且这些变化也许与显著的树木死亡、森林下降和森林覆盖的丧失相关。然而,制约树木和森林分布的气候因子间的相关性可能将随气候变化而改变。在所预测的未来气候变化情形下,冬季尤其是在北方将增温快,因此,对未来气候增温的趋势而简单地引起现有气候带北移的假设是不合理的。所以,尽管这些模型对当前气候—植被间关系的模拟与实际相当吻合,但对未来气候变化情形下物种与森林的预测则不一定适用。此外,除气候因素外,树木和森林的分布还受到一些区域性环境因子(如土壤类型、质地、深度和组成、水分的可利用性、坡度、坡向、海拔及现有物种的组成等)的影响。尽管某一地方的气候对一些树木和森林比较适宜,但是区域性环境因子可能限制其在该地的分布。综上所述,仅仅从气候因素的变化来预测未来树木和森林的分布有其局限性和主观性。

(3)现有气候变化对树木和森林生态系统影响的研究常集中在单个物种或是把各个森林类型作为一个整体,忽略了不同物种之间的竞争机制。众所周知,自然界不同的物种都是互相影响互相依存的,每一个物种通过对资源的竞争占据着生态系统内相关的时间和空间位置,即每个物种有其独自的生态位(niche)。生态位的概念又可分为基本生态位(fundamental niche)和实际生态位(realized niche)。基本生态位是指物种在理论上所能占据的最大生态位空间位置,实际生态位是指理论生态位和物种竞争作用的结果,即物种在生态系统中实际占据的生态位空间。但是物种的生态位并非一成不变。由于每个物种对气候变化的反应不同,当一个物种暴露在新的气候条件下,往往可能改变其原有的竞争组合,而与其他物种形成新的竞争关系。因此随着气候的变化,实际生态位也将随着不同物种竞争组合的变化而发生改变。而生态系统的演替和发展正是这种不同物种间相互竞争作用的结果。由此可见,物种间的竞争在生态过程中起着重要的作用。但是现有气候变化模拟的预测却认为:只要某地气候条件没有限制,那么相关的树木就可以在该地分布。这往往混淆了基本生态位和实际生态位间的概念,也就是说这些预测缺乏对物种竞争的了解,因此,它们很难真实地反映未来树木和森林的分布状况。当然,有一些模型也能很好地反映出物种的竞争关系,如林分模型(stand model or gap model),但是由于其模拟的尺度较小(常小于 1h

m2),因而在放大到区域和全球尺度上时容易出现偏差。

(4)关于物种迁移的评估:由于现有模型的预测只考虑气候因素,认为气候与物种和森林之间存在着一种平衡关系,因此其结果认为气候变化能立即导致物种和森林的位移。然而,实际上物种对气候的变化往往有一定的耐性,其迁移在时间尺度上常常表现出滞后于气候变化的速率,这种滞后的时间尺度可达一、二百年甚至

更长[18]。因此,物种的迁移与气候的变化是非平衡的。此外,物种对气候变化的适应还受其迁移能力、迁移速率和地形及地貌的影响。与全新世气候变化对物种迁移的影响相比,未来气候变化对物种的影响更大,因为受人类活动的影响,自然景观已经发生了很大的变化,而景观的破碎化已经成为物种迁移的严重障碍。因此,即使一些地方的气候适于物种的生存,但可能因自然景观的隔离而使物种不能到达,从而可能造成一些物种的灭绝。但是当前的预测模拟却很少或者没有考虑物种的耐性、迁移能力、迁移速率以及迁移障碍等因素对物种的影响。

(5)没有考虑森林变化对气候变化的反馈作用及其进一步对森林的影响:森林与气候之间通过陆地表面与大气间的物质、能量和水分的相互交换而互为

影响[39~41]。气候变化对森林的影响是多方面的,包括对森林生产力和生物量、森林的物种组成和结构、森林的分布、森林的生物地球化学循环和森林的水分平衡等,而森林的这些变化可能对气候产生一定的反馈作用。首先,森林碳循环的改变,可能使森林成为大气中 co2 的源或汇,造成大气中 co2 浓度的升高或降低,从而进一步加强或削弱全球变暖趋势;其次,森林结构和分布的变化将改变地表原有的反射率和全球的水循环模式。所有这些将对气候的变化产生一定的影响,从而进一步影响到森林的结构和功能,因此,森林与气候间的相互作用是非常复杂的。所以,现在有关的模型预测研究中为了避免这种复杂的关系,往往很少考虑到气候变化所引起的森林变化对气候的反馈作用。

(6)缺乏对极端气候事件的考虑:目前有关气候变化对森林生态系统影响的预测所采用的气候指标都是年平均的变化,而很少或没有考虑其季节变化和极端气候事件。但是,未来全球气候变暖却可能会使极端高温和寒冷的频度和强度加大以及气候的季节波动更为明显[42],而极端高温或低温对很多物种来说可能是致命的。气候变化的另一个间接结果就是可能使极端灾害(如火灾、虫灾、干旱、飓风和热带风暴等)的发生频率和强度增加。例如,夏季的高温和干旱条件使火灾发生的可能性增加;高温和高湿则将有利于一些有害昆虫的生长繁育;海温的升高也为飓风和热带风暴的发生提供了有利的条件。很多科学家认为极端气候事件为人类生存环境带来的危害将更加严重[42~43]。极端灾害的增加将对森林景观造成严重的威胁。火灾和虫灾的频繁发生将对温带森林景观的演替和发展造成严重的干扰和破坏,导致出现一些偏途演替群落,甚至造成森林景观的消失;而飓风和热带风暴对于热带雨林来说其破坏力是巨大的,它们对雨林生态系统结构的改变往往起着决定性作用。然而,现在模型预测的研究却很难对这些极端气候事件作出评估。

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1.气候变化使中国农业生产面临的突出问题

气候变化使我国未来农业生产面临三个突出问题:一是使农业生产的不稳定性增加,粮食产量波动加大;二是带来农业生产布局和结构的变动;三是引起农业生产条件的改变,农业成本和投资大幅度增加。

2.全球气候变暖的原因

CO2等温室气体浓度增加是气候变暖的公认原因,同时CO2又是植物光合作用的主要原料之一,在其他条件不变的情况下,其含量增加有利于植物生长,但是不同作物对CO2浓度增加的反应不一。CO2浓度增加可以使C3作物光呼吸耗能减少,光合效率提高,这对小麦、水稻、豆类等作物有利,而C4作物则对此反应不明显。CO2浓度增加对植物生长有明显的正效应,同时也存在潜在的不利影响。在农业实践中,这种有利影响的实现还往往受制于土壤养分和水分的供应,不同作物对有限资源的竞争也使这种有利影响大打折扣。

3.气候变化对农业生产的影响

3.1作物生育期发生变化 气温升高使作物生长发育加快,有限生长习性的谷物由于生育期缩短会降低产量;而无限生长习性的作物如块根作物和牧草,则因为生长期延长而增加产量。在我国,升温能明显延长气候寒冷的东北农业区生长季节,并且减少低温冷害的威胁,是其有利的方面;对于亚热带的农业区,生长季节延长的同时将面临高温热害和伏旱的不利影响。

3.2作物产量发生变化 气温升高对水分有效利用也将产生影响。CO2浓度增加将减小叶片气孔开度,有利于提高水分利用效率,但气温升高也会使蒸发量增加,又会减小水分的有效性。如果气温升高和水分增加相匹配而且同季,农作物将增产;如果气温升高而水分减少,农作物将减产;如果气温升高而水分无变化,冷凉湿润地区作物将增产。气候变化还将影响土壤肥力,改变土壤中的有机质含量,从而改变土壤水平衡、土壤结构和土壤营养状况,大多数非灌溉耕地受到的影响将更加严重。

3.3主要作物品种的布局发生变化 我国华北地区推广的冬小麦品种(强冬性),将被其他类型的冬小麦品种(如半冬性)取代;比较耐高温的水稻品种将在南方占主导地位,而且还将逐渐向北方稻区发展;对东北地区,玉米的早熟品种逐渐被中、晚熟品种取代,同时可以改善目前热量条件不稳定、冷害频繁发生的状况,还可以提高复种指数,使农业生产更加稳定。

3.4气候变化将对沿海地区的土地利用造成严重的威胁 海平面上升还会推动盐土向内陆地区扩展,土地因海水侵蚀形成严重的盐渍化和沼泽化,大片沿海及内陆临近区域土壤发生严重退化,水资源受海水污染,农业土地利用将大受影响。

3.5气候变化对水资源的影响也将波及到农业生产 气候变化将导致降水更趋极端化,高纬度地区气候变得干热,沙漠化扩大,冰川雪线进一步北退和缩小,暴雨洪水经常发生,这些气候异常变化加剧了全球水资源的不均匀性,区域水环境问题更加突出,对农业可持续发展的影响更加明显。气温升高还会增加地表水的蒸发量,土壤有效水分将会减少,导致危害作物生长的水分胁迫加重,农业水资源短缺加剧。

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关键词:气候变化;森林碳汇;植物物候;发展

中图分类号:C35文献标识码: A

一、森林与气候变化的关系。

森林具有减缓和适应气候变化的双重功能。从减缓的方面说,增加森林就能增加碳吸收,可以有效减少大气中的温室气体。反过来,破坏和减少森林就会增加碳排放。从适应的方面说,通过森林植被的恢复,可以涵养水源、保持水土、防风固沙;建设防护林体系,减少森林火灾和病虫灾害,加快优良林木选种选育等,能够增强森林自身和人类社会适应气候变化的能力。

当前人们格外关注森林的碳汇功能。这里要特别指出,森林碳汇具有工业减排不可比拟的优势,即成本低,综合效益好,可以真实地吸收和减少二氧化碳。为什么要强调“真实”二字呢?因为有专家认为一些所谓的低碳工业项目在设备生产过程中可能会造成新的二氧化碳排放,而森林碳汇是实实在在地吸碳和减排,是促进国家经济可持续发展,维护国家生态安全,保证人类福祉的“低碳”选择。

在《中国应对气候变化国家方案》和《中国应对气候变化的政策与行动》两个政策文件中,我国政府把林业纳入减缓和适应气候变化的重点领域,要求全力打好“森林碳汇”这张牌,充分发挥林业在应对气候变化中的特殊作用。

二、气候变化对森林的影响

1.气候变化对森林分布的影响

目前我国的森林呈现多类型的分布,这主要是由于森林中的植被需要在适宜的气候下生存,所以气候是决定森林类型分布的主要因素,所以对未来的气候变化与森林分布的变化分析也是针对于这一点进行,目前的气候与森林分布图与未来预测的气候变化与未来的森林分布图进行相互比较,就很清晰的发现气候变化的情况对森林类型的分布的影响。物种向更高纬度和海拔分布的变化与气候变暖相关。一些研究发现,全球多个系统和地区80%的物种变化(增加、减少或迁移)与气候变化预测的结果一致;在气候变化加剧的情况下,2020年兴安落叶松适宜分布区域将减少58.1%,2050年将减少99.7%,即至2100年兴安落叶松适宜分布区将从我国消失。全球气候变化将造成东北地区湿润森林界线北移,面积明显缩小,寒温带湿润森林将北移出我国东北地区;未来气候若呈“暖干化”(气温升高5℃,降水减少30%)趋势,兴安落叶松将向西北方退缩100km左右,长白落叶松将向西北方扩展100km左右,华北落叶松将向东北方扩展800km左右;若呈“暖湿化”趋势(气温升高5℃,降水增加30%),兴安落叶松将向西北退缩400km左右,长白落叶松将向西北方扩展550km左右,华北落叶松将向东北方扩展320km左右。

2.气候变化对森林演替的作用

陆地表面的植被类型、分布格局是长期适应气候的结果。气候变化与高二氧化碳水平的相互作用,将改变物种集合和生态系统演替。在暖干化气候变化条件下,植被将遵循逆行演替的规律,从高级类型向低级类型退化。据预测,到2050年中国干旱区面积将增加84万km2,荒漠化面积增加70万km2。

森林群落对气候变化的响应十分敏感,新的气候条件下,气候因素、土壤过程、树木个体的响应等诸多因素的结合,可以导致森林演替过程偏离目前的轨道。大兴安岭地区森林结构将发生很大变化,该地区的优势种兴安落叶松生物量下降,蒙古栎、桦树、椴树等阔叶树在森林中占的比重将加大;如果考虑降水增加的作用,群落中将出现红松树种;从森林群落对这些可能气候变化的响应来推测,东北森林分布带将有北移的趋势,大兴安岭将可能以温带针阔混交林为主。

3.气候变化对森林生产力的影响

气候变化对森林生产力的影响由于其他同时影响的因素而变得复杂。目前我国对于树木的生长状况和生态功能的发挥水平都是通过森林生产力来衡量的,森林生态力作为一项重要的衡量指标,所以在对未来气候变化对森林生产力的影响上通过建立生产力模型来进行预测,这些因素主要是指氮沉积和大气CO2浓度变化。一些研究证实,CO2浓度倍增后,中国森林生产力将增加12%-35%,增加的幅度因地区不同而异;气候变化将使兴安落叶松的生长加快8%-10%,大兴安岭地区森林生产力将增加10%。但是,另一些研究结果也证实,气候变暖与干旱、火灾和生物干扰相互作用,造成了森林生产力的下降。

4.气候变化对森林灾害的影响

随着气候的不断变暖,使水热区域分布发生了较大的变化,温度的升高,可以使植被的生长季节得以延长,对森林生产力的提高具有积极的意义,但气候的变化也会导致在春季时倒春寒严重,从而发生冻害的可能性要大;另外,气温的上升,也会导致蒸发量增大,容易发生旱灾,而一旦出现旱情,则会导致森林火灾的系数上升,不利于森林防火。同时气候的变化,会使降水的分配产生一定的变化,这样在一些地方雪灾的发生机率则会提高。

三、气候变化对植物物候的影晌

就气候变化而言,物候是生态系统响应的感应器,由气候驱动的植物动态变化将影响到物种之间的相互作用和最终影响到生态系统的组成和结构,生物多样性也将响应这种变化,已经有许多关于气候变化对生态系统影响方面的研究。研究表明:

(1)物候期的提前与推迟对温度的上升与下降的响应是非线性的.20世纪80年代以后,在同等升降温幅度情况下,因降温而导致的物候期推迟幅度较因升温而导致的物候期提前幅度大;因升温而导致的物候期提前日数的变化率随着升温幅度的增大而减小,因降温而导致物候期推迟日数的变化率随着降温幅度的增大而加大.

(2)物候期与地理位置的关系模式因气候变化而呈现不稳定特点.随着20世纪80年代以后我国大部分地区的春季增温及秦岭以南广大地区的降温,东北、华北及长江下游等地区的物候期提前,西南东部、长江中游等地区的物候期推迟;同时物候期随纬度变化的幅度减小。

四、我国物候学发展面临的巨大挑战

1.未能及时跟上国际物候学研究重点转变的步伐

目前我国物候学的多数研究还在原有领域内开展工作。国际物候学研究在内容、工作重点等方面已经全方位转向全球变化领域,不断为全球变化研究提供基础材料和理论依据。在全球变化的物候指示、生长季变化研究、陆地生态系统碳源、汇动态分析、生态系统对全球变化响应研究等方面都开展了卓有成效的工作,但是国内工作与传统物候学研究相比改观不大,这种局面需要尽快扭转。

2.应用领域和服务对象拓宽不够

近年来国际物候学研究的应用领域和服务对象有较大拓宽,但是国内物候研究的跟进不够。物候学除了服务于农业生产,在作物选种、农时预报、病虫害防治或用于综合农业区划以外,现代物候学与人类健康、景观变化与旅游、高光谱遥感植物分类等领域都有较为成熟的应用。相形之下,国内物候学研究在这些领域还鲜有工作。

3.国内物候观测手段还有一定局限性

中国物候观测网建立于1963年,到20世纪90年代初,因经费紧缺,系统的物候观测陆续停止,1996年则全面停止观测。数据中断直接导致物候研究基本停滞。而且数据序列不完整性将长期影响今后的研究工作。虽然自2002年起,笔者自筹经费使“中国科学院物候观测网”部分站点恢复工作,直接带动了近年国内物候研究。但因经费限制,目前全国仅恢复了21个观测站点,覆盖范围和资料数量都不及20世纪60―90年代的观测网络,限制了我国物候学向更高水平的发展。在中国植被区划图上,有的植被区域甚至没有一个观测站点,无疑给以后的科研工作带来消极影响。

4研究方法与国外物候研究也有较大差距

与国外物候研究相比,国内的工作仍是零星和有限的,深度和广度都不够。由于很长一段时间缺少重大研究项目的支持,目前大多数物候研究成果多停留在单站点(如北京、民勤等)或局部区域(如华北平原)的植物春季物候变化分析上,只有极少数的工作涉及全国或较大区域,国家尺度上植物物候的荟萃分析基本没有。这种局面如果继续下去,我国的物候研究将再次陷入低谷,与国际物候研究前缘的差距将越来越大。

参考文献

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关键词:气候变暖;农业生产;影响因素

气候是一种综合性的自然现象,是人类和地球生物生存活动最重要的环境因子之一。人类的生产活动,特别是农业生产活动受到气候的极大影响。在全球范围内,农作物的分布、产量的高低、品质的优劣以及种植的方式有明显的地域性差异,从一定的意义上讲,都是气候条件制约的结果。当气候发生异常时,往往造成严重的灾害,例如气候变暖所造成的大范围的水灾和旱灾,是全球数以亿计的人口面临着饥饿和生存威胁。

1 气候变暖对农业的影响

1.1 CO2浓度增加对作物生长的影响 大气中CO2浓度增加可以提高光合作用速率和水分利用率,有助于作物生长,小麦、水稻、大麦、豆类等作物产量显著增加,但对玉米、高梁、和谷子等作物助长效果不明显。现有研究指出,在二氧化碳浓度倍增,可使小麦、水稻、大麦、豆类作物生长且产重增加10 %~50 %,玉米、高梁、和谷子等作物生长且产量的增加在10 %以下。然而,二氧化碳浓度增加对植物生长的助长作用(也称“施肥效应”),受植物呼吸作用、土壤养分和水分供应、固氮作用、植物生长阶段、作物质量等因素变化的制约,这些因素的变化很可能抵消二氧化碳增加的助长作用。

1.2气候变暖对农业气候条件和种植制度的影响 气候变暖使我国年平均气温上升,从而导致积温增加、生长期延长,且种植成片北移。当年平均温度增加1 ℃时,大于或等于10 ℃积温的持续日数全国平均可延长约15天。气候变暖还将使我国作物种植制度发生较大的变化。据计算,到2050年,气候变暖将使大部分目前两熟制地区被不同组合的三熟制取代,三熟制的北界将北移500 km之多,从长江流域移至黄河流域;而两熟制地区将北移至目前一熟制地区的中部,一熟制地区的面积将减少23.1 %。

1.3气候变暖对作物品种布局的影响 华北目前推广的冬小麦品种,因冬季无法经历足够的寒冷期以满足春化作用对低温的要求,将不得不被其他类型的冬小麦品种所取代。比较耐高温的水稻品种将在南方占主导地位,而且还将逐渐向北方稻区发展。东北地区玉米的早熟品种逐渐被中、晚熟品种取代。可见如果不考虑水分的影响,那么在未来热量资源较为丰富的情况下,若仍维持目前的品种和生产状况,不但不能充分利用这种丰富的热量资源,而且还会导致不同程度的减产。

1.4气候变暖对作物产量的影响

气候变暖对我国农作物产量的影响,有些地区是正效应,在另一些地区是负效应。我们利用三种大气环流模式预测的气候情景,计算了我国主要作物水稻、小麦和玉米产量的可能变化。在不考虑水分的影响下,早稻、晚稻、单季稻均呈现不同幅度的减产,其中早稻减幅较小,晚稻和单季稻减产幅度较大。气候变暖对春小麦产量的影响大于冬小麦;对灌溉小麦的影响小于雨养小麦,也就是说灌溉能减小气候变化对小麦产量的不利影响。但是对水资源比较缺乏的北方麦区而言,灌溉并不是解决问题的根本途径,适当改变种植方式,选育抗旱、耐高温的品种等也许是更为合理有效的对策。

气候变暖将使春玉米平均减产2 %~7 %,夏玉米减产5 %~7 %;灌溉玉米减产2 %~6 %,无灌溉玉米减产6 %~7%左右。也就是说,气候变化将使我国玉米总产量平均减产3 %~6 %,灌溉条件下减产的幅度比无灌溉的要小。总体来说,气候变化对我国玉米生产的影响是弊大于利。产量减少的主要原因是生育期缩短和生育期高温的不利影响。

大气中二氧化碳浓度倍增时,温度升高、作物发育速度加快和生育期缩短是作物产量下降的主要原因。气候变暖对不同地区和不同种类作物的产量影响不同,我国水稻、小麦以及玉米品种多,品种间差异也很大,因此要有意识地调整农业种植制度、选育抗逆性强的品种和选择适当的生产措施等,使之适应气候变化。

1.5气候变暖对施肥量的影响

在较暖的气候条件下,土壤有机质的微生物分解将加快,长此下去将造成地力下降。在高二氧化碳浓度下,虽然光合作用的增强能够促进根生物量的增加,在一定程度上可以补偿土壤有机质的减少,但土壤一旦受旱后,根生物量的积累和分解都将受到限制。这意味着需要施用更多的肥料以满足作物的需要。

肥效对环境温度的变化十分敏感,尤其是氮肥。温度增高1 ℃,能被植物直接吸收利用的速效氮释放量将增加约4 %,释放期将缩短3.6天。因此,要想保持原肥效,每次的施肥量将增加4 %左右。施肥量的增加不仅使农民增加投入,而且对土壤和环境也不利。

2 结语

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关键词:气候变化气温升高自然环境影响

中图分类号:P46文献标识码: A

气候作为人类赖以生存的自然环境的一个重要组成部分,以不同的方式和程度自然环境产生影响,气候的变化已造成了沿海海平面上升、冰川面积减少、春季物候期提前等,而且未来将继续对自然生态系统和经济社会系统产生重要影响。随着城镇化、工业化进程的不断加快以及居民用能水平的不断提高,我国在应对气候变化方面面临严峻的挑战。

1气候变化的现状及原因分析

1.1气候变化现状。近几年来,极端天气气候事件频发,范围一次比一次大、影响一次比一次重。2006年4月16日至18日,北京发生强沙尘暴天气,致使33吨沙尘降落北京,这是一次非常强烈的沙尘暴天气。2006年,重庆、四川遭遇了历史上罕见的高温伏旱天气,这是51年有记录以来降水最少的年份。2007年2月,长江重庆段水位降到历史最低水位,百年不遇。2008年,我国南方发生了罕见的大范围低温冻雨灾害,这也是历史上影响范围最大、持续时间最长、损失最重的一次灾害性天气过程,给我国造成了严重的损失。2009年和2010年,云贵特大干旱也是前所未有的,从2009年8月开始一直持续到了2010年2月1日,持续时间之长也很罕见,且造成巨大损失。2010年,对甘肃来说是气象灾害非常重的一年。主要特点是暴雨频次高、灾害重、损失大。联合国政府间气候变化评估委员会第一工作组第四次评估报告最新结果显示,过去100年(1906年―2005年)间,全球地表平均温度上升了0.74度。从全球角度讲,二氧化碳浓度在2005年达到了379ppm,为65万年来最高。过去50年,全球平均温度的升高,90%以上可能是人类活动引起的,10%可能是自然变化。

1.2气候变化因素。气温升高是主要原因。地球表面温度1800年以前基本上是平滑的,1800年以后的100年中,随着世界工业化发展进度的加快,二氧化碳的排放量的增加,温度上升非常明显,上升速度非常之快。根据青海瓦里关气象观测站监测的数据显示,到2006年,二氧化碳浓度达到380ppm。以我国为例,我国温室气体排放总量,2007年起已经超过美国,比2000年翻了一番,我们国家GDP增长非常快,GDP增长就要消耗能源,2007年我国人均排放是4.53吨,超过了世界平均水平4.3吨,为美国的23%,为OECD国家的1/3,发展中国家的1.7倍。2000年到2005年,我国温室气体排放量占世界同期增长量的56.5%,而美国只占3.2%。

2气候变化对自然环境的影响

2.1对人居环境产生影响。随着冰川融化,水文循环将发生改变,可耕地的产量将出现变化。即使在现在,我们已开始能够衡量对卫生带来的一些影响。居住在河边和海岸带的居民受气候变暖最普遍、最直接的威胁是洪涝和滑坡。由于海平面上升,大量人口将被迫移居他乡,很多人将会遭受干旱和饥荒。

2.2生物多样性受到威胁。由于气候的变化,区域变暖已经影响了动植物的繁殖、动物的迁移、生长季节的长度、物种分布、种群大小和病虫害暴发的频率。富有生物多样性的环境在遭受自然灾害打击时能够自我恢复。生物多样性正在以前所未有的速度消失,这随之严重削弱了我们这个星球维持生命的能力。

2.3对农业的影响。气候变暖使年平均气温上升,从而导致积温增加、生长期延长,且种植成片北移。气候变暖使蒸发加大,如果降水量不明显增加,将会使农牧交错带南扩,草原、沙漠化地区的面积将因此增加。同时气候变暖后,土壤有机质中的微生物分解将加快,造成地力下降,需要施用更多的肥料;气候变暖同样对昆虫、杂草有利,这使得农药和除草剂的施用量增大。种植业产量在总体上因全球变暖可能会减少5%-10%左右,其中小麦、水稻和玉米三大作物均会因气温上升造成减产。

2.4致使干旱洪涝更频繁。全球变暖会影响整个水循环过程,可能使蒸发加大,改变区域降水量和降水分布格局,增加降水极端异常事件的发生,导致洪涝、干旱灾害的频次和强度增加,以及使地表径流发生变化。由于蒸发量加大,河水流量趋于减少,河流原有的污染程度可能会加重,特别是在枯水季节。同时,河水温度的上升,也会促进河流里污染物沉积、废弃物分解,进而使水质下降。

2.5对森林和其他生态系统的影响。气候变化已经对中国的森林和其他生态系统产生了一定的影响。以我国为例,随着气温的升高,未来森林从南向北分布的各种类型森林向北推进,山地森林垂直带谱向上移动,主要造林树种将北移和上移,主要造林树种和一些珍稀树种分布区可能缩小;森林生产力和产量呈现不同程度的增加。森林生产力在热带、亚热带地区将增加1%~2%,暖温带增加2%左右,温带增加5%~6%,寒温带增加10%左右;森林火灾及病虫害发生的频率和强度可能增高;内陆湖泊和湿地加速萎缩。少数依赖冰川融水补给的高山、高原湖泊最终将缩小;冰川与冻土面积将加速减少。到2050年,预计西部冰川面积将减少27%左右,青藏高原多年冻土空间分布格局将发生较大变化。

2.6对海岸带的影响。以我国为例,气候变化已经对中国海岸带环境和生态系统产生了一定的影响,近年来中国沿海海平面上升有加速趋势,并造成海岸侵蚀和海水入侵,使珊瑚礁生态系统发生退化。未来气候变化将对中国的海平面及海岸带生态系统产生较大的影响,中国沿岸海平面仍将继续上升,发生台风和风暴潮等自然灾害的几率增大,造成海岸侵蚀及致灾程度加重;滨海湿地、红树林和珊瑚礁等典型生态系统损害程度也将加大

3 应对全球变暖的策略

3.1高度重视气候变化问题,积极推进经济和产业结构调整、优化能源结构、实施鼓励节能、提高能效等政策措施,不断增加应对气候变化科技发投入,努力减缓温室气体排放,增加森林碳汇,提高适应能力。加强对气候变化的监测、预测和预警,建立相应的野外监测站等观测技术系统,对气候变化进行监测、预测和预警。

3.2加大对科技的支持力度,形成一批专门从事应对气候变化研究的基地,加强科学技术研究和先进适用技术的推广应用。加强国际合作,有效引进、消化、吸收国外先进的低碳和气候友好技术,提高应对气候变化的能力。增强全社会应对气候变化的意识,加快形成低碳绿色的生活方式和消费模式。

3.3节能减排和应对气候变化还需要全民的参与。要通过各种媒体介绍节能减排和气候变化与老百姓日常生活的关系,介绍由于气候变化所带来的近期和长期的影响:要号召公众从生活的各方面进行节能减排,减少温室气体的排放:要鼓励公众监督各种浪费行为和违法排放:要通过全民参与行动,将国家政策变为每个公民的自觉行动。

4结束语

综上所述,应对气候变化,不仅仅是国家政府的事,个体有责任也有能力采取措施。在日常生活中,每个人的节约用电、植树种草等小小举动,累积起来就会对气候产生深远的影响。

参考文献:

[1] 田苹,李绍云,李耀宁,崔智慧.气候变化对人类生存环境的影响分析.

[2] 高君虎. 温室效应及全球变暖研究简介[J].世界环境,2010(4): 18-21.

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关键词:气候变化 水土保持因素 人类因素

中图分类号:P46 文献标识码:A 文章编号:1007-3973(2010)09-103-03

气候变化问题是当今世界非常重视的一个全球性热点难题。气候变化不仅和各种自然因素有关,例如太阳辐射的变化、宇宙沙尘浓度的变化、地球轨道的变化、大陆漂移、火山爆发和植被变化等,并且还受到各种各样的人类活动的影响。人类对气候的认识也经历了一个从静态到动态,从稳定到突变的过程,并且仍然处于发展阶段。这是因为气候变化的原因十分复杂,因为不仅每种影响因素都难于定量定性研究,而且这些复杂的影响因子还是多尺度重合的。

THOMAS研究了近一千年的全球气温变化,认为在工业革命之前的气候变化主要由太阳辐射和火山爆发等自然因素控制,而工业革命之后人类活动的影响则成了主要原因。例如,人类的工业排放和土地,土地覆盖变化等改变全球地表反照率和生物地球化学循环过程,进而改变大气的成分和地表能量交换过程,最终对全球气候产生了广泛而且巨大的改变。另外拉迪曼认为,人类活动对于气候的影响在农业诞生时就开始了,欧洲、印度和中国的早期农民砍伐森林是造成二氧化碳增加的原因,同时,种植稻谷和驯养牲畜产生的大量的甲烷,也在一定程度上增加了温室气体。而人类活动引起的气候变化与自然变化的最大不同是他的变化趋势是非周期循环和单调发展的,其积累效应是不可低估的。

在2009年,EOS发表了一份关于地球科学家们对于气候变化的观点的研究概要。有一个问题是:“你们认为人类活动是影响全球气候变化的决定性因素吗?”地球科学家们达成统一认识后认为,虽然自然因素造成气候变化是毋庸置疑的,但是人类的影响也很重要,出了人类排放的二氧化碳以外,这些影响还包括各种各样的第一级影响因素,并且这些关于人类对于区域和全球气候的影响将会在接下来的几十年中被持续关注。POGER PIELKE和KEITH BEVEN等在EOS中建议,在今后的气候评估中要包含所有的人类对气候的影响因素。这些影响因素除了温室气体排放之外,还包括人口膨胀、城市化、土地覆盖和土地管理的变化、动物和昆虫的动力学影响、区域和地区的水源可利用性变化、水污染和极端水文现象(洪水和干旱)等。实际上,水土保持对上述多个因素都有涉及,并且甚至会有重要的影响。比如在城市化的过程中的绿化与城市生态建设、土地植被的变化、土地利用、水污染和水土流失后激发的极端水文灾害。

1、土地利用对区域气候的影响

在我国,由于历史上的长期垦伐,以及近代的过度开垦、放牧和深林砍伐等,引起了植被覆盖状况的巨大变化。土地利用变化引起的气候变化的研究,是当今全球气候变化研究中的热点之一。在中国所有的土地利用情况中,四川的旱耕地又是其中很典型的情况之一。四川地域辽阔,地貌以山地和高原为主,农耕地分布广泛,早耕地比重大,水土流失和与之相关的旱、洪灾害等生产。生态问题突出,既导致农作物产量低而不稳,又给长江中下游带来安全隐患。像这样的土地利用不当而造成当地生态破坏的例子在我国比比皆是,积小成多,这些土地利用情况的改变必将引起我国甚至全球气候的改变,因此土地利用的变化一定是预测气候变化时不得不考虑的因素。

如新疆地区的生态环境从过去的接近60年以来,已经迅速向荒漠化发展。虽然在这个过程中存在自然因素,但是人类活动在这个过程中极大的加快了荒漠化的发展,主要包括过度放牧和过度开垦、以及不合理的对自然资源的过度开发,从而加剧了天然植被的破坏。水土流失、土地沙化和土壤盐碱化。例如塔里木河下游泰特杩湖和玛纳斯河的玛纳斯湖的干涸,两大沙漠的流沙面积和土地荒漠化面积的扩大以及天然植被的退化,均与人口的不断增长、现代工业的快速发展、对水土资源的开发利用与日俱增等有密切的关系。根据对新疆地区气候变化参数的分析表明,新疆的气候增暖不仅与中国甚至于全球的气候变暖趋势基本一致,但是在年内变化中冬季升温最明显:另外新疆沙尘暴灾害的发生频率与强度也与全球的变化一致。因此可以看出,某一地区的环境变化,不仅对当地,甚至会对全球的气候产生同步影响。然而这一地区的气候变化较之全球又有其特殊性,比如新疆年内变化中冬季升温最明显,因此也反映出气候变化的复杂性。

由于全国的土地利用情况在这些年发生了巨大的变化,为了探讨其对我国气候造成的变化,高学杰等使用RagCM3区域气候模式,嵌套欧洲数值预报中心在分析资料,分别进行了中国区域在实际植被和理想植被分布情况下各15年时间长度(1987-2001)的积分试验。他们估算的结果是:中国地区冬、夏季的季风环流加强;植被改变引起长江以南降水增多,黄淮、江淮气温降低,华南气温上升;中国北方降水减少,气温在西北部分植被退化的地区升高。这样的结果和我国的气候现状基本一致,也可以看出土地利用的情况的变化在研究气候变化时是不可忽视的,而且是相对重要的。

2、植被覆盖变化对于区域和全球气候影响的预测

植被对气候的影响已经得到了广泛的认识,研究认为全球气候中已经包含了植被对气候的反馈作用。就全球来说,植被的存在降低了反射率,增大了对太阳辐射的吸收,同时,蒸发的增大,加强了全球水循环,在行星尺度上,植被的存在加强了经圈环流,还影响了季风环流。目前各国科学家都对各地的气候变化做了各种各样的预测,使用的模型主要有美国的NCAR模型和陆气双向耦合模式等。例如吕世华等对三江源的草地荒漠化做的预测。他们利用美国NCAR中尺度非静力平衡模式MM5V36模拟分析了三江源区草地荒漠化对局地气候的影响。三江源位于我国青海省南部,是长江、黄河、澜沧江的发源地,总面积31万km2,占整个青海省的总面积的43%,是世界上海拔最高、面积最大的湿地生态系统。根据预测,草地荒漠化后,地表反照率增加引起地面辐射平衡变化,昼夜温差加大:土壤湿度和空气湿度明显减小,不利于现有植被生长:潜热通量减小。总的来说,三江源的草地荒漠化后区域气候变得更加干燥,不利于植被生长和水土保持,气候变得更加恶劣。陈玉春等也使用NCAR区域气候模式RegCM2研究了西北植被覆盖面积变化对我国区域气候变化的影响,他们分别设计了三组试验,植被面积扩大试验、控制实验和植被面积缩小试验。结论认为,植被变化对气候的影响是明显

的,它对地面温度、环流场、降水和土壤湿度、径流量等都有明显的影响。植被扩大,有利于高原及华北地区的降水,改善气候环境,其模拟结果符合实际情况,比较可信,对于开展水土保持有一定的参考意义。

实际上,植被不仅会影响区域的气候,还会对全球气候造成影响。曾红玲等利用陆气双向耦合模式R42 AVIM,通过有无植被覆盖的对比试验分析,总结了全球植被分布对气候和大气环流产生的潜在影响。认为全球植被的变化会对气候和大气环流产生影响。而且这种影响不只是局限在陆地表面及近地层,还可以向上延伸到对流层的中高层。植被的存在还增强了三圈环流,从而使现有的气候和植被分布更加稳定。

3、生物土壤结皮对全球气候的响应

作为一种特殊的生态现象,生物土壤结皮在干旱、半干旱和极地、亚极地区等脆弱生态区广泛存在,生物土壤结皮对脆弱生态系统的稳定、碳氮循环和生态平衡都具有重要意义。在沙地生态系统中,生物结皮是随着沙地的逐渐固定而渐渐出现的,它的形成过程是:沙地中的蓝藻随风流动,先是流动性较大的丝状蓝藻在不稳定的沙地上定居,随着沙地的固定,形状较小的蓝藻出现,然后早期的地衣和苔藓出现,然后随着沙地固定时间的延长,演替进一步发展,最终形成地衣、苔藓伴随着藻类结皮的生物结皮。虽然在沙地生态系统中,苔藓不是最初的沙丘定居者,但是它确实固沙的主要贡献者,一次有人提出可以将苔藓植物作为生态系统稳定或者退化的重要指针之一。

实际上,在全世界的干旱与半干旱地区都广泛存在着生物结皮系统,在那些植物生产力较低的生态系统中,结皮的常常成为当地的主要植被覆盖,因此它对生态脆弱区的生态系统的维持和发展起着重要的作用。另外,许多研究者都认为生物结皮是干旱与半干旱生态系统至关重要的碳源和氮源,例如在阿拉斯加的北极海岸的苔藓和地衣组成的结皮的平均覆盖度达到25%,在极地地区他们因其产生的大量的泥炭更成为了陆地生态系统的主要碳源:究指出,在北极和亚北极地区,地衣的种类已经由于气候变暖而减少,这更说明了生物结皮各项生理功能和新陈代谢与气温变化密切相关;随着人类活动对臭氧层的破坏,进入到大气层之类的紫外线也大量增多,而其中的UV-B对地衣会有较强的影响,因为有研究表明UV-B会对脱水地衣的光和作用、色素系统及DNA造成损伤:面对当前的气候变化,特别是降水的改变,对生物土壤结皮也有重要的影响,因为土壤结皮仅在合适的水分条件下才能进行正常的新陈代谢。研究证明,在美国、澳大利亚和中亚,随着气温的升高和夏季降水频率的增多,地衣的生态多样性急剧下降。

现在沙地和荒漠草原生态系统的研究成为了国内外研究的特点。而一方面,结皮在沙地草原和荒漠生态系统中具有极其重要的作用:另一方面,生物土壤结皮的生长极其缓慢,需要几十年甚至几百年。一旦破坏,荒漠和沙地生态系统将在很长一段时间内难以恢复,对区域乃至全球的生态系统产生不可估量的影响。因此研究土壤结皮和气候的关系具有十分重要的意义。所以,解决干旱与半干旱区域尺度下生物土壤结皮空间分布特征和规律极其对全球气候的影响也成了一个亟待研究的问题。

4、结 语

由于当前世界上大部分的气候变化的风险评估都是基于全球气候模型的,是不全面的,因此我们今后应该加入基于环境和社会资源的地区性的风险评估。比如说,通过提高洪水频繁地区或者台风地区的发展规划和调整,做到不管发生什么样的气候变化,我们都能成功的有效适应。

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关键词:气候变化;影响;适应;农业

一、嫩江县气候条件的基本特征

嫩江县位于黑龙江省西北部,属于中温带半湿润大陆季风气候,冬季长而寒冷,夏季短而多雨。年平均气温较低,无霜期80-130天,雨热同季,年日照2,728.2小时,年平均气温为0.4℃,全县从南至北积温在2500-1600℃之间,相对湿度年变化明显,夏冬季相对湿度大,均大于70%,春秋季相对湿度小,均小于70%,最大8月份79%,最小4-5月份达0。全县降水多受季风影响,以冷锋雨和气旋雨为主,集中在6-9月份,南少北多,北在550-600毫米,南在500毫米左右,年降雪量140-150毫米。幅员面积150万平方千米,耕地面积67万平方千米。自然环境适宜大豆、小麦、甜菜和马铃薯等作物生长,是黑龙江省的麦豆主产区,重要的商品粮基地县。

近年来,由于全球气候变暖趋势越来越明显,以及嫩江县大规模开发,再加上土地不合理利用,环境保护不力,区域性环境变化显著,主要有:降水阶段性明显,暴雨次数增多,雨水量大,气温呈波动性上升,冻土层深度持续减少,自然灾害逐年严重。

二、气候变化的影响

全球气候变化和高强度人类活动深刻改变了嫩江流域水文循环过程及其规律,加剧了水资源的短缺和时空变异性,相继带来支流河道断流、水旱灾害频发、湿地退化和土壤次生盐渍化等一系列突出的水与生态环境问题,已成为制约流域经济社会可持续发展的瓶颈。以及未来气候变化对水资源影响的不确定性,必将对区域水安全、粮食安全和湿地生态安全带来严峻的挑战。

1、降水变化

2012年嫩江县降水量531.5毫米,比常年多49.1毫米,比去年多200.6毫米。降水分配不均,主要集中在初夏、秋季和冬季。其中,1-2月降水偏少,春季降水比常年偏少,夏季比常年偏少,秋季比常年偏多,11-12月比常年偏多;降水峰值月出现在6、9月,降水量6月为140.1毫米,9月为175.2毫米。

夏季高温少雨、干旱

6月上旬降水偏多,降水量86.4毫米,同比多300%。后半月开始连续高温天气,直至7、8月持续降水偏少,8月降水仅26毫米,出现严重干旱,对农作物生长带来不利影响。

秋季降水严重偏多,9月份出现二次暴雨洪涝灾害。

秋季降水严重偏多,9-10月降水量为211.5毫米,比历年多182%,秋季和9月降水之多均为历史上最大值。9月份降水量为175.2毫米,比常年多228.7%。全县基本普降暴雨二次,造成严重秋涝,对秋收工作带来严重不利影响。

2、自然灾害情况

嫩江县近几年来由于气温上升的影响,气候变化不稳定,异常气候出现的概率将大大增加,气候变化特别是由于气候变化导致的极端气候事件发生频率和强度的增加使农业生产面临产量波动增大、布局与结构调整、成本与投资增加等问题。气候灾害的时常发生严重影响了嫩江的农业生产。而产量不稳定的主要原因是来自气候灾害特别是低温、旱涝的综合影响,是大幅度大面积减产的主要因素。

3、气候变化对农业土壤生产力的影响

气候变暖后,土壤有机质分解加快,化肥释放周期缩短,要想保持原有的肥效,就需要加大施肥量,不仅增加了投入,对土壤和环境也不利。其挥发、分解、淋溶流失的增加对土壤和环境十分有害。因此,气候变暖引起的农业成本投入的增加和对农业的影响也不可低估。

4、气候变化使农业病虫害发生的频率增加、危害程度加剧

随着气候变暖,作物生长季延长,昆虫在春、夏、秋三季繁衍的代数将增加,而冬温较高也有利于幼虫安全越冬。高温还为各种杂草的生长提供了优越的条件。因此,气候变暖可能会加剧病虫害的流行和杂草蔓延。气候变暖后,各种病虫出现的范围可能扩大,即向高纬地区延伸。在高温条件下,由于作物的生育期缩短,作物、杂草和病害之间的相互关系会以不同的方式对气候变化做出反应,因而病害感染的方式有可能改变。气候变暖还会改变作物和禽畜病原体的地理分布,目前局限在热带的病原和寄生组织将会蔓延到亚热带甚至温带地区。这意味着这些地区将不得不施用大量的农药和除草剂,而这又将加剧环境污染。

三、适应气候变化对农业影响的适应对策

1、不断提高农业对气候变化的应变能力和抗灾减灾水平。北方一些干旱和半干旱地区降水可能趋于更不稳定或者更加干旱,这必将对农业生产造成不利影响。因而,这些地区要以改土治水为中心,加强农田基本建设,改善农业生态环境,建设高产稳产农田,不断提高对气候变化的应变能力和抗灾减灾水平。

2、选育抗逆品种,采用稳产增产技术。针对未来气候变化对农业的可能影响,分析未来光、温、水资源重新分配和农业气象灾害的新格局,改进作物品种布局,有计划地培育和选用抗旱、抗涝、抗高温和低温等抗逆品种,采用防灾抗灾、稳产增产的技术措施,预防可能加重的农业病虫害。

3、科学地调整种植制度,适应气候变暖。大气中二氧化碳浓度上升,气候变暖,生长期延长,对我国北方粮食生产可能有利,因而要充分利用这一机缘,科学地调整种植制度,大力发展黑龙江的粮食生产。

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【关键词】降水变化;冬小麦;影响分析;建议

0.引言

冬小麦产量的变化主要受降水、温度、光照等气象要素的影响,其中,以降水尤为明显。冬小麦全生育期对降水量的需求不尽相同,拔节—抽穗期和抽穗—乳熟期是冬小麦需水最大的时期,降水对产量的影响也最大。农业作为对气候反应较为敏感的产业之一,气候变化对其存在着非常明显的影响[1],随着气候变化的日趋发展,导致我国降水时空分布不均,降水强度增强,农业气象灾害危害加重,对农业生产可持续发展构成严重威胁,谢云[2]通过定义敏感指数和气候影响程度指数,探讨了我国粮食生产对气候资源波动响应的敏感性,以及气候的影响程度。农业对气候变化最为敏感,气候变化必然对农作物生长发育和产量产生影响,各地农作物对气候变化的响应有共性也有个性[3]。

气候变化影响农业生产的因子很多,气温、降水量、日照时数是其主要的因子,利用降水量变化对小麦生产的影响分析,提出建议,为各级政府决策、科学种田提供依据。

1.数据来源和研究方法

1.1数据来源与统计整理

1970~2010年社旗县小麦播种面积和产量由县统计局提供,农作物受灾情况数据由县救灾办提供,气象资料由县气象局提供,数据统计整理用计算机处理,小麦生长期10~5月标准划分。

1.2研究方法

采用五年滑动平均、线性拟合、回归、相关、相似等数理统计学和模糊数学方法,分析社旗县气候变暖趋势、积温与主要农作物产量关系、气候变暖给全县农作物生产带来的利弊。在Excel软件支持下, 利用二阶多项式将主要农作物产量和积温分离成社会量和气候量进行研究,将积温数据与主要农作物产量值进行标准化处理,使其能够将不同因素的结果显示在同一图表中,不影响数据的原始性[4]。

对1970~2010年社旗县积温数据与主要农作物产量数据进行数据无量纲化处理,以数据的最大值和最小值的差距进行数学计算,计算公式如下:

Yi = (1)

式中:Yi为数据的标准分数,Xi为数据的值, Xmax为全部数据中的最大值,Xmin为全部数据中的最小值。

2.降水变化对冬小麦的影响分析

全县小麦生产从1970~2010年平均播种面积是100万亩,近10年全县小麦播种面积增加,约占粮食生产平均播种面积的63%。

小麦产量对降水量的响应关系。

刘伟昌等[5]研究的河南省冬小麦分旬耗水量结果显示,河南省冬小麦生长期共需要耗降水量约370mm,该指标大于同期全省平均降水量;社旗县小麦生长期平均降水量为210.9mm,最少年份仅100.8mm(出现在1971年),约比全省平均降水量少100.0mm,正常年份抗旱浇麦也是社旗县小麦生长期的重要工作,因此社旗县有“十年九旱”之说。

社旗县近40年小麦生长期降水量呈波动上升趋势(图略),变化倾向率2.8mm/10年,约占全县年平均降水量上升的14%,虽然全县平均降水量有所上升,但上升幅度小,满足不了全县小麦生长期对降水的需要,随着气候变化强降水概率增加、降水时空分布不均,使涝的季节更涝,旱的季节更旱[6],整体社旗县降水量上升小麦产量增加,二者呈正相关关系。

适时的降水量对小麦生产有很大的促进作用。小麦从播种出苗返青拔节孕穗灌浆等各时期需要的水分不同,后期(3~5月)所需水分是前期(10~次年2月)的近3倍[7]。降水量的强弱、多少直接影响小麦的产量,社旗县1984年和2002年全县小麦减产明显,这两年降水量同时也明显偏少,从小麦生产的角度上说,全县及时掌握和适应气候变化的发生发展,解决好抗旱浇麦的预防措施,是其稳产高产的前提之一。随着气候变化社旗县降水量增加,对全县小麦产量利大于弊。

社旗县从2004~2012年连续9年小麦总产量突破历史水平,其中8年出现小麦生长期降水量偏少,并不是说全县小麦生长与降水量有负相关关系,而是小麦播种面积增加与小麦总产量的提高关系密切,表明各级政府和科学种田的措施得力,全县抵御干旱的能力得到进一步提高,如2010年10月~2011年1月,四个月社旗县降水量仅有1.9 mm,是社旗县气象部门有气象记录以来最严重的特大干旱,由于预报及时、准确,采取预防措施正确,当年全县小麦获丰收,也加大了人力、物力、财力的消耗,小麦生产成本明显增加。

3.结论

(1)1970~2010年,社旗县降水量上升小麦产量增加,二者呈正相关关系,对全县小麦产量利大于弊,但上升幅度小,满足不了全县小麦生长期对水分的需求,抗旱浇麦是全县小麦生长期的重要工作。

(2)社旗县冬小麦生育期降水量的变化是影响冬小麦产量的主要因素。通过对冬小麦产量与降水多少的对比分析发现:4月份(拔节—抽穗)降水量的多少对冬小麦产量影响很大,降水量与小麦产量呈正相关,在适宜的范围内,降水量偏多的年份为增产年,降水量偏少的年份为减产年。

(3)在冬小麦全生育期,社旗县多年平均降水量小于冬小麦生育期需水量;在春季降水异常的年份中,降水量偏少比降水量偏多对冬小麦减产影响明显;在冬小麦生育后期,降水因素(降水量与降水日数)是影响冬小麦产量的主要因素。

(4)生产建议。

努力提高气候变化趋势预测能力,健全天气预报预测预警系统进一步提高天气预报准确率、完善农田水利设施、及时培育优良品种、规范化种田技术、科普宣传教育等措施。 [科]

【参考文献】

[1]薄金涌,姚小英,姚晓红,等.气候变化对甘肃黄土高原苹果物候期及生长的影响[J].中国农业气象,2008,29(2):181-186.

[2]谢云.中国粮食生产对期货资源波动响应的敏感性分析[J].资源科学,1999,21(6):13-17.

[3]王建英,韩相斌,王超,等.豫东北主要农作物对气候变暖的响应[J].气象与环境科学,2009,32(1):43-45.

[4]张星.福建粮食生产对气象灾害的敏感性研究[J].气象科技,2007,35(2):232-234.

[5]刘伟昌,陈怀亮,余卫东,等.基于气候舒适度指数的冬小麦动态产量预报技术研究[J].气象与环境科学,2008,31(2):21-24.