氣候變化對(duì)青海東海農(nóng)業(yè)區(qū)農(nóng)業(yè)的影響

氣候變化對(duì)青海東海農(nóng)業(yè)區(qū)農(nóng)業(yè)的影響

東海農(nóng)業(yè)區(qū)位于青海高原東北部，總面積1300萬(wàn)公里。它是青海最重要的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)區(qū)。在當(dāng)前氣候變暖的背景下，海東各地?zé)崃抠Y源增加，農(nóng)作物生長(zhǎng)季延長(zhǎng)，農(nóng)業(yè)氣候資源的分布發(fā)生了明顯的變化。同時(shí)由于氣候極端事件的頻繁發(fā)生，干旱、冰雹等氣象災(zāi)害發(fā)生次數(shù)明顯增多，給當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)建設(shè)造成了嚴(yán)重?fù)p失。筆者利用1961～2009年觀測(cè)資料分析海東農(nóng)業(yè)區(qū)氣候變化事實(shí)及其對(duì)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)帶來(lái)的影響，并結(jié)合區(qū)域氣候模式輸出數(shù)據(jù)經(jīng)降尺度生成的未來(lái)氣候情景，預(yù)估未來(lái)氣候變化對(duì)海東農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)環(huán)境、布局、結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)力等方面產(chǎn)生的可能影響，提出應(yīng)對(duì)措施，以期為政府及農(nóng)業(yè)部門提供決策依據(jù)。1東海農(nóng)業(yè)區(qū)的氣候變化1.1近50年—熱量資源的變化1961～2009年海東農(nóng)業(yè)區(qū)年平均氣溫為6.6℃，近49年平均氣溫呈明顯升高趨勢(shì)，升溫率為0.37℃/10a(圖1)，明顯高于近50年全國(guó)(0.16℃/10a)和全省(0.35℃/10a)的水平。近10年變暖趨勢(shì)更為顯著，2001～2009年年平均氣溫比20世紀(jì)60年代偏高1.5℃，比多年平均值偏高0.9℃。1.2夏季降水、氣候傾向率近49年來(lái)海東農(nóng)業(yè)區(qū)年平均降水量呈微弱減少趨勢(shì)，減幅為3.70mm/10a(圖2)。降水變化存在明顯的季節(jié)性差異，其中夏季降水變化呈減少趨勢(shì)，氣候傾向率為-1.30mm/10a;春季降水以0.80mm/10a的速率在增加，而秋、冬兩季降水變化不明顯。1.3農(nóng)業(yè)區(qū)年和冬季總季節(jié)性日變化的氣候傾向率1961～2009年海東農(nóng)業(yè)區(qū)年總?cè)照諘r(shí)數(shù)為2834.7～1998.2h，近49年來(lái)呈顯著減少趨勢(shì)，氣候傾向率為-27.55h/10a(圖3)。冬、春、夏和秋季日照時(shí)數(shù)氣候傾向率分別為-153.82、-83.13、-119.97和-100.55h/10a，說(shuō)明近49年來(lái)農(nóng)業(yè)區(qū)年總?cè)照諘r(shí)數(shù)減少主要是由夏、冬季日照時(shí)數(shù)減少引起的。從年代際變化來(lái)看，農(nóng)業(yè)區(qū)20世紀(jì)60年代初～70年代末為日照偏多期，80年代初～90年代末日照偏少，進(jìn)入21世紀(jì)后日照時(shí)數(shù)減少趨勢(shì)更為明顯。1.4極端氣候事件1.4.1年生次數(shù)增加，但程度不斷加重1961～2009年海東農(nóng)業(yè)區(qū)輕度干旱出現(xiàn)次數(shù)為13～15站次，中度干旱7～9站次，近49年來(lái)農(nóng)業(yè)區(qū)干旱發(fā)生次數(shù)雖有減少的趨勢(shì)，但程度卻不斷趨于加重。如1999年秋至次年6月，海東循化縣未降雨雪，造成街子、清水兩條河流斷流4個(gè)月之久，多數(shù)泉水枯竭;淺山地區(qū)陽(yáng)坡干土層達(dá)20～25cm，大部分農(nóng)田出苗率在50%以下，互助縣僅在6月減產(chǎn)糧食5276萬(wàn)kg，油料1469萬(wàn)kg;化隆在這次旱災(zāi)中共造成經(jīng)濟(jì)損失6236.9萬(wàn)元。1.4.2冰雹天數(shù)減少趨勢(shì)1961～2009年海東各地年平均冰雹日數(shù)為2.1～10.9d，近49年來(lái)年冰雹日數(shù)呈明顯減少趨勢(shì)，遞減率為1.17d/10a。21世紀(jì)平均冰雹日數(shù)減少趨勢(shì)尤為明顯，減少幅度達(dá)4.7d/10a，但近年來(lái)對(duì)流天氣增多，冰雹對(duì)農(nóng)作物的危害最大。如2000年8月4日，海東地區(qū)互助、平安等縣突降冰雹，農(nóng)作物受災(zāi)9667hm2，死亡6人，重傷4人，損壞房屋1697間。1.4.3暴雨洪澇災(zāi)災(zāi)對(duì)當(dāng)?shù)厝罕姷挠绊懕M管氣候變暖后海東農(nóng)業(yè)區(qū)強(qiáng)降水日數(shù)無(wú)明顯變化，但由強(qiáng)降水造成的暴雨洪澇災(zāi)害次數(shù)逐年增多，如20世紀(jì)90年代農(nóng)業(yè)區(qū)發(fā)生暴雨洪澇災(zāi)害達(dá)69次，僅1999年就出現(xiàn)了28次。近年來(lái)，災(zāi)害發(fā)生頻率的增加對(duì)當(dāng)?shù)厝罕娚?cái)產(chǎn)安全及農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)負(fù)面影響加劇。如1999年8月6日，民和發(fā)生洪澇災(zāi)害共計(jì)造成53000人受災(zāi)，死亡5人，農(nóng)作物受災(zāi)面積達(dá)2584.2hm2，毀壞房屋168間，倒塌房屋290間，死亡牲畜44頭，直接經(jīng)濟(jì)損失1141.6萬(wàn)元，農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)損失616萬(wàn)元。1.4.4晚典型預(yù)防事件近49年海東農(nóng)業(yè)區(qū)晚霜凍出現(xiàn)日期提前，提前幅度為3.4d/10a，而早霜凍出現(xiàn)日期推遲，幅度為2.5d/10a。晚霜凍造成的危害比早霜凍嚴(yán)重。如1986年5月，在化隆縣發(fā)生了一次歷史上罕見(jiàn)的霜凍，該縣10800hm2青稞、小麥、油籽、洋芋受災(zāi)，損失糧食、油料共計(jì)1040.35萬(wàn)kg。2氣候變化對(duì)東?，F(xiàn)代農(nóng)業(yè)的影響2.1玉米高產(chǎn)品種的復(fù)種化氣候變化對(duì)海東農(nóng)作物生長(zhǎng)發(fā)育產(chǎn)生了明顯的影響。溫度上升加快了春小麥的生理發(fā)育速度，營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)階段提前，全生育期延長(zhǎng)，發(fā)育期縮短。玉米屬于喜溫作物，溫度升高為玉米高產(chǎn)品種的引進(jìn)創(chuàng)造了條件，使玉米單產(chǎn)變率減小，保證了玉米的高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)。作物品種由早熟向中晚熟發(fā)展，復(fù)種指數(shù)提高。由于積溫的增加，春播作物播種期提早，越冬作物播種期推遲，低溫冷害的不良影響有所緩解。但農(nóng)作物很大程度上依然受到水分條件的制約。2.2糧食種植由刑事政策調(diào)整期增加隨著氣候變暖，各地?zé)崃抠Y源顯著增加，海東農(nóng)業(yè)區(qū)農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)及種植面積也發(fā)生了較大變化。如全區(qū)糧食作物播種面積由1998年前的17.3萬(wàn)hm2以上降至2005年的9.9萬(wàn)hm2;而油料作物播種面積明顯增加，由1998年以前的3.0萬(wàn)hm2以下升至2008年最高點(diǎn)的6.7萬(wàn)hm2。此外，特色作物和設(shè)施農(nóng)業(yè)種植面積也呈逐年增加態(tài)勢(shì)。2.3紡粘法運(yùn)行產(chǎn)量增加氣候變化對(duì)海東農(nóng)業(yè)區(qū)主要農(nóng)作物產(chǎn)量的影響主要來(lái)自于極端氣候事件頻率的變化。同時(shí)，大氣中CO2濃度倍增后，作物原有品種發(fā)育速度加快和生育期縮短是產(chǎn)量下降的主要原因。自1999年起，糧食作物產(chǎn)量呈明顯的下滑趨勢(shì)，僅1999年全區(qū)糧食作物的總產(chǎn)量較1998年下降了33.5%。因增溫直接影響光合作用速率和呼吸速率，進(jìn)而影響干物質(zhì)的積累，致使海東農(nóng)業(yè)去農(nóng)作物品質(zhì)有所下降。2.4發(fā)生期和生長(zhǎng)季延長(zhǎng)近年來(lái)海東農(nóng)業(yè)區(qū)冬季變暖顯著，各種病蟲(chóng)安全越冬，發(fā)生期延長(zhǎng)，食料豐富，危害加重。生長(zhǎng)季延長(zhǎng)使害蟲(chóng)繁殖期也延長(zhǎng)，害蟲(chóng)數(shù)量呈指數(shù)增加。此外，菌量的存活與繁殖加劇，使作物病害的發(fā)病程度急劇加重。3降水傾向率分析利用國(guó)家氣候中心運(yùn)用區(qū)域氣候模式輸出的中國(guó)地區(qū)氣候變化預(yù)估數(shù)據(jù)集(2.0版本)，經(jīng)統(tǒng)計(jì)降尺度方法生成海東地區(qū)的未來(lái)氣候情景，預(yù)計(jì)在未來(lái)溫室氣體中等排放情景(SRESA1B情景)下，2001～2100年海東農(nóng)業(yè)區(qū)年和四季氣溫均呈增暖趨勢(shì)，年平均氣溫變率為3.70℃/100a(圖4a)，升溫率大體由東北向西南逐漸增大。四季中以春季增溫幅度最大，為3.82℃/100a，秋季和夏季次之，升溫率分別為3.75和3.72℃/100a，冬季氣溫變率最小，為3.57℃/100a。2001～2100年農(nóng)業(yè)區(qū)年和四季降水量呈一致增多的趨勢(shì)，年降水量氣候傾向率為132.2mm/100a(圖4b)。春、夏、秋、冬季降水量氣候傾向率分別48.5、30.4、45.3和5.47mm/100a，其中春季降水增加最明顯，冬季降水變率最小。與氣候基準(zhǔn)年(1961～1990年)相比，2020年海東農(nóng)業(yè)區(qū)年平均氣溫升高1.36℃，其中秋季升溫最明顯，達(dá)1.47℃;年平均降水量增加2.91%。到2050年，農(nóng)業(yè)區(qū)氣溫升高2.40℃，全區(qū)依然以秋季升溫幅度最大，為2.54℃;年平均降水量增加9.60%，其中冬季降水增加最為顯著，為22.31%。4影響和對(duì)策對(duì)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的可能影響4.1農(nóng)作物氣候生產(chǎn)技術(shù)的變化氣候變化對(duì)不同海拔高度農(nóng)作物的影響有利有弊，一方面，作物種植高度上升、作物熟期縮短，海東農(nóng)業(yè)區(qū)“冬暖”將更加突出，對(duì)生產(chǎn)辣椒、豇豆、大蒜等蔬菜和核桃、犁、蘋(píng)果等水果有利，高海拔地區(qū)熱量條件將有所改善，總體復(fù)種指數(shù)將有所提高;另一方面，氣候變化對(duì)農(nóng)作物氣候生產(chǎn)潛力將帶來(lái)影響，但農(nóng)作物光溫生產(chǎn)潛力與氣溫呈非線性關(guān)系，農(nóng)作物生育期也相應(yīng)發(fā)生變化，加上海拔高度變化太大，氣候變化對(duì)海東農(nóng)作物氣候生產(chǎn)潛力的影響非常復(fù)雜，不同區(qū)域、不同海拔高度差異很大。溫室氣體倍增后氣候變暖，海東有效積溫、活動(dòng)積溫、無(wú)霜期都有所增加，有利于作物光合效率的提高和作物氣候生產(chǎn)力的增加。因此要利用氣候變化的有利契機(jī)，充分利用熱量資源，調(diào)整作物種植界限和種植制度，引進(jìn)適合有效積溫、活動(dòng)積溫增加的新品種，充分利用無(wú)霜期延長(zhǎng)的氣候特點(diǎn)適當(dāng)提高復(fù)種指數(shù)。4.2強(qiáng)化農(nóng)業(yè)技術(shù)，豐富農(nóng)產(chǎn)品市場(chǎng)研究表明，西北年平均氣溫增加1℃時(shí)，≥10℃積溫的持續(xù)日數(shù)平均可延長(zhǎng)15d左右，適宜作物種植和多熟種植的將北移。氣候變暖后，海東農(nóng)業(yè)區(qū)主要作物品種的布局也將發(fā)生變化。目前推廣的強(qiáng)冬性小麥品種，因不滿足春化作用對(duì)低溫的要求，將可能被如半性小麥品種取代;早熟玉米品種被中、晚熟品種取代。氣候變暖使農(nóng)作物復(fù)種指數(shù)提高，作物種植上限也將上移，使高海拔地區(qū)耕地面積增加，但可能導(dǎo)致農(nóng)業(yè)水分供需矛盾加劇。為此，應(yīng)分析未來(lái)光、熱、水資源重新分配和農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害的新格局，改進(jìn)作物品種布局，有計(jì)劃地培育和選用抗旱、抗?jié)场⒖垢邷氐瓤鼓嫫贩N，增設(shè)和改善現(xiàn)有農(nóng)田灌溉設(shè)施，擴(kuò)大水澆農(nóng)田面積。研究和推廣旱地農(nóng)業(yè)和節(jié)水農(nóng)業(yè)技術(shù)，提高自然降水的利用率。實(shí)行“秋雨春用、春旱秋抗”、“培肥地力，以肥調(diào)水”等措施，充分發(fā)揮土壤水庫(kù)的作用;強(qiáng)化優(yōu)勢(shì)農(nóng)產(chǎn)品的規(guī)?；N植帶，突出高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)。充分利用氣候變化帶來(lái)的有利因素，科學(xué)地調(diào)整種植制度，發(fā)展復(fù)合經(jīng)營(yíng)體系，減緩氣候變化對(duì)農(nóng)業(yè)的不利影響。4.3干旱對(duì)東海農(nóng)業(yè)的影響氣候變化造成極端氣候事件增加，增大農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的不穩(wěn)定性，加劇農(nóng)業(yè)產(chǎn)量波動(dòng)。根據(jù)動(dòng)力模式模擬的結(jié)果，在CO2加倍的條件下，氣候變化對(duì)我國(guó)西北作物產(chǎn)量有較大的影響，其中，小麥、玉米最高產(chǎn)量變化幅度在-21%～55%，大豆在-44%～80%，棉花在13%～93%。氣候變化同時(shí)也會(huì)對(duì)農(nóng)作物品質(zhì)產(chǎn)生影響，在CO2濃度加倍的條件下，小麥、大豆和玉米的氨基酸和粗蛋白含量均呈下降趨勢(shì)，對(duì)果品纖維質(zhì)量的影響則不顯著。未來(lái)干旱對(duì)海東農(nóng)業(yè)區(qū)生產(chǎn)會(huì)產(chǎn)生比較大的影響。在春季為中旱、重旱的情況下，出現(xiàn)減產(chǎn)年的概率為83%，即使夏季為正常偏濕，減產(chǎn)概率也達(dá)83%;在春季降水為偏多或特多的情況下，增產(chǎn)概率為89%;春、夏連旱年減產(chǎn)概率為89%;春旱、夏濕年減產(chǎn)概率67%;春濕、夏旱年減產(chǎn)概率29%;春濕連夏濕減產(chǎn)概率10%。為此，在開(kāi)發(fā)利用地表和地下水資源以及提高水資源利用率的同時(shí)，應(yīng)不失時(shí)機(jī)地開(kāi)展空中水資源的利用研究，發(fā)展人工增雨技術(shù)，開(kāi)辟增加水資源的新途徑。發(fā)展生物技術(shù)，加強(qiáng)光合作用、生物固氮、抗御逆境和環(huán)境控制等方面的技術(shù)開(kāi)發(fā)和研究，重點(diǎn)通過(guò)體細(xì)胞無(wú)性繁殖變異技術(shù)、DNA重組技術(shù)等，快速培育抗逆性強(qiáng)、高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)作物品種，以增加農(nóng)業(yè)適應(yīng)氣候變化的能力。加強(qiáng)農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施和農(nóng)田基本建設(shè)，改善農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境，建設(shè)高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)農(nóng)田，不斷提高對(duì)氣候變化的應(yīng)變能力和抗災(zāi)減災(zāi)水平，開(kāi)發(fā)節(jié)水灌溉技術(shù)與高效用水技術(shù)，擴(kuò)大灌溉面積，強(qiáng)化綜合防治自然災(zāi)害的工程設(shè)施建設(shè)，提高農(nóng)業(yè)防御災(zāi)害的能力。4.4實(shí)施以減少越冬蟲(chóng)源和菌源為目的的防治戰(zhàn)略對(duì)策未來(lái)CO2加倍時(shí)，有利于海東農(nóng)業(yè)區(qū)小麥條銹病的越冬、越夏和南下流行，加重雜草蔓延，從而增加農(nóng)藥和除草劑的施用量。氣候變暖，速效氮的釋放量增大，氣溫增加2或4℃，氮素每次施用量需增加8%或16%左右。施肥量的增加不僅使農(nóng)民投入增加，且其發(fā)揮、分解、淋溶流失的增加對(duì)土壤和環(huán)境也十分有害。氣候變暖，病蟲(chóng)害對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的危害程度加