近50年中国东北地区气候变化对农业的影响

赵秀兰

（国家气象中心，北京 100081）

东北地区地处中国中高纬度及欧亚大陆东端，在全球气候变化中具有较强的敏感性，是中国区域乃至全球气候变暖最显著的地区之一。近百年东北地区气温变化的趋势与全球及中国的气温变化的总趋势是一致的，呈明显变暖趋势[1-2]。东北地区也是中国重要的农牧业和商品粮基地，是世界三大黑土带之一。以松嫩平原、辽河平原和三江平原为中心的粮食生产基地所生产的商品粮占到全国总量的1/3左右。东北地区的粮食生产对国民经济可持续发展、稳定中国粮食市场有重要的作用。因此，深入系统地诊断东北地区气候变化及其对农业影响的事实，对合理利用气候变化背景下农业气候资源以及农业防灾减灾具有重要的意义。

以往的学者们大多着眼于东北地区的部分或局部地区的空间尺度，从农业气候资源、农业气象灾害的变化特征以及气候变化对农业影响的不同领域做了一些工作。为了对东北地区农业气候变化及其对农业影响的研究现状有更全面而系统的认识，本文提炼出相关研究的主要观点，概述分析主要内容和进展。

1 农业气候资源变化特征

1.1 热量资源的变化

研究表明，近50年东北地区气温普遍呈升高趋势[3-7]，表现为平均气温、平均最高气温、平均最低气温均呈明显上升趋势。近50年平均气温上升1.5℃，增温率为每10年0.3℃。1988年以来，东北地区气温为持续正距平，为近百年来最暖的时期，其中1990年变暖最为显著。近50年年平均最低气温上升速率相对较高，达到每10年0.4℃；4个季节的平均最高气温也均呈上升趋势。东北地区的变暖还体现在以夜间增温为主，气温日较差呈明显减小趋势。

近50年来东北地区气温升高也呈现突出的季节特征，春季和冬季升温明显，增温率分别达到每10年0.4和0.45℃；夏季和秋季次之，增温率均为每10年0.18℃1。开始变暖的时间也相对集中，其中春季平均气温自1989年开始变暖，秋季平均气温自1988年开始变暖，冬季平均气温自1987年开始变暖，最近20年为近50年最暖的时期；夏季变暖时期晚于其他季节，主要从1993年以来开始变暖[7]。

作物生长季积温明显增加[3]，大部分地区≥10℃有效积温增加了200～400℃·d-1[8]。春季天气回暖提早，霜期缩短，初霜开始时间和稳定通过10℃的结束时间推迟，其中大部分地区初霜日推迟5～10 d[8-9]；终霜结束时间和稳定通过10℃的开始时间提早，其中辽宁省≥10℃界限温度开始的日期提前6 d左右[9]；无霜期和稳定通过10℃的初终日间隔时间明显增加，1990年后这种趋势变得更加明显[8-11]，其中辽宁本溪地区无霜期每10年增加3.5 d[11]。5 cm地温稳定通过8℃日期提前；土壤冻融深度趋于减小，并有迟冻结、早融化的趋势[12]。因此，在不同时空尺度上，东北地区热量资源都呈现出明显的增加趋势，热量生产潜力明显提高。

1.2 水资源的变化

近50年东北地区年降水量和生长季降水量均呈减少趋势[3,6,7,9,12-14]，但区域、年代以及季节差异显著。其中，从空间上看，东北大部分地区年降水量均呈减少趋势，尤其是黑龙江东部、吉林西部、辽宁东南部降水量减少明显，近50年降水量减少15～20 mm。从季节上看，近50年东北地区降水量秋季减少明显，夏季和冬季略减；春季略增，尤其5月份降水量呈增加趋势，而部分地区的透雨却呈偏晚趋势[7,11,15]。近50年东北地区年降水量和四季降水都有明显的年代际变化特征，1956～1964年、1983～1996年为降水偏多期；1965～1982年以及1999年以来为降水偏少期。

近50年东北地区在年降水量减少的同时，年降水日数也呈减少趋势，每10年减少2 d左右；尤其是1990年中期以来年降水日数减少明显。从区域上看，东北地区东部年降水日数明显减少，近50年减少了3～4 d；从季节上看，夏季降水日数减少明显，冬季和秋季次之，春季降水日数减少不明显。

东北地区可利用降水资源呈下降趋势,致使西部地区可利用降水资源严重匮乏[16]。土壤水资源总体也呈减少的趋势[17]。以黑龙江省为例，作物生长季0～50 cm土壤水储量总体呈减少趋势,但区域差异明显，呈现出山地比平原、气候湿润区和正常区比半干旱区土壤水资源更容易减少的特征。从地表面开始，随深度增加，土壤水储量的减少幅度逐渐增加；且春、秋季减少幅度大于夏季。

近50年东北地区年蒸发量呈减少趋势，每10年减少4 mm；尤其是东北地区西南部、吉林西部以及内蒙古的海拉尔地区减少趋势较为明显，近50年减少30 mm左右。近50年东北地区年参考作物蒸散量的变化趋势区域差异显著[3,9]，其中黑龙江省大部分区域年参考作物蒸散量呈增加趋势，但松嫩平原中东部地区、牡丹江、绥芬河、伊春、鹤岗则略微减少；吉林省中西部平原的年参考作物蒸散量呈减小趋势，东部山区呈增加趋势；辽宁省参考作物蒸散量均呈减小趋势，其中西部低山丘陵地区的减幅较大，平均每10年减少10～30 mm。但在生长季内，黑龙江省参考作物蒸散量呈增加趋势，黑龙江省北安以北地区、三江平原东部地区的增幅较明显，其气候倾向率为每10年增加10～20 mm；吉林省绝大部分区域也均略有增加，其增幅在每10年增加 0～10 mm。

1.3 光能资源的变化

近50年东北大部地区年日照时数和生长季（4～9月）日照时数均呈减少趋势，其中年日照时数每10年减少30 h，1980～1990年末期为日照时数减少时段。从空间上看，无论年日照时数还是生长季日照时数，均以松嫩平原东部、吉林省中西部平原、辽河平原西部的日照时数减少尤为明显[3,7,9,18-19]，其中辽宁省生长季日照时数平均每10年减少29.4 h[9]。近30年与1961～1980年相比，东北地区生长季日照时数呈显著的下降趋势，高值区明显缩小，低值区不断南伸东扩；其中黑、吉、辽三省日照时数高于2 800 h的区域面积由13.6×104km2缩小到4.1×104km2[3]。

东北地区大部大陆地表太阳总辐射总体呈不显著减少趋势[20-24]，但区域差异明显。其中，黑龙江省北部和东部、内蒙古东北部、吉林大部、辽宁大部太阳总辐射呈减少趋势，黑龙江省南部地区呈增强趋势。季节特征也很明显，例如，吉林省冬季太阳总辐射下降趋势显著，夏季呈显著增加[24]。

1.4 其他资源的变化

近50年东北地区平均风速也呈减少趋势，尤其是松辽平原、辽宁西部、内蒙古赤峰地区平均风速减小非常明显[7]。近50年，东北地区年平均风速减小了1 m·s-1。1950～1970年为年平均风速较大时段，1980年以来为年平均风速偏小时段。

东北地区年平均相对湿度也呈减少趋势，近50年减少了3%左右。1970年中期～1980年中期、1990年末期以来为相对湿度偏小时段。东北地区年平均相对湿度的减少趋势也呈现出明显的区域差异，其中以东北中部大部、辽宁南部平均相对湿度减少较为明显，其余地区呈略增大趋势。

东北地区生态系统复杂多样，森林、农田、湿地、水系、草地遍布，生态环境优良。近年来因受经济发展和人口增长的双重影响，东北地区生态环境问题日益突出，恶化趋势没有得到有效遏止。主要表现在森林面积缩小、质量下降；土地沙化严重；水土流失日趋严重；湿地大面积缩小，调洪蓄水功能减弱，三江平原的湿地面积的比例已由上世纪50年代的40.7%下降到现在的18.1%，而且还在以每年5万km2的速度锐减；耕地质量下降，黑土层流失严重[7]。

2 农业气象灾害变化特征

近50年东北地区霜冻害、寒潮、低温冷害、干旱、洪涝、冰雹、病虫害等农业气象灾害发生了相应的变化，主要表现在寒潮、低温冷害、霜冻害、洪涝、冰雹等灾害减少，干旱等灾害增加。

2.1 寒潮、霜冻和低温等灾害的变化

近50年东北地区寒潮和极端寒潮事件显著减少，减少的幅度每10年1～2次[30]。霜冻害的发生频率和危害性均呈明显减少趋势。以黑龙江省穆棱市为例，1986～2007年与1958～1985年相比，比较重的春霜冻和秋霜冻年头明显减少，且霜冻发生程度也呈减轻趋势[28]。霜冻害的发生频率和危害性的减少，降低了粮食生产的风险，对提高作物产量和品质有利。

近50年东北夏季低温冷害也明显减少[31-33]，但在变暖背景下区域性的低温冷害仍然存在；并且随着不同熟性玉米品种种植区域北移东延,区域或局地低温冷害出现的风险加大了。东北地区冰雹发生频率呈减小趋势。例如，黑龙江省穆棱市1984～2007年与1958～1983年相比，冰雹发生频率减少40%；辽宁锦州地区近20年与前30年相比，雹灾年发生次数也有所减少，危害程度略有减轻[18,28]。

2.2 旱涝灾害的变化

东北地区江河众多，流域内丰水年和枯水年水资源量相差数倍，年内降雨70%～80%集中在6～9月，具有北多南少、东多西少和周边多中间少等特点，既易涝也易旱。近50年，在东北地区降水总量呈减少趋势的背景下，降水事件还有向极端化发展的倾向,降水分布变得更不均匀，干旱事件明显增加，大部分地区有变旱的倾向[13,25-27]。例如，辽宁锦州整个作物生长季干旱、“秋吊”的发生频率和影响程度有越来越加剧的趋势，本溪的干旱频率增加了13%[11,18]。东北地区降水年集中度和年集中期均为减少趋势[29]，表明涝灾事件呈减少趋势。以辽宁锦州为例，90年代以来大范围洪涝灾害发生次数略有减少,突发性大、特大暴雨不是很多，过程降雨量、连续降水日数较90年代以前明显减少，洪涝发生的机率变小；辽宁本溪水涝的发生频率也从20世纪60年代的57%降为90年代的23%[11,18]。

3 气候变化对农业的影响

3.1 适宜生育期的改变

热量条件的增加促使东北地区作物春季物候期提前和秋季物候期推后，使大田作物播种期提早、收获期推后，作物适宜生育期延长。东北大部地区玉米生育期天数增加10 d左右，其中北部部分地区适宜生长期延长了10～20 d；东北南部水稻适宜生长期延长近8 d。玉米适宜生长区域内适宜播种期普遍提前了2～10 d，其中东北南部玉米适宜播期提前4 d左右[8,34-35]。

春小麦和大豆则由于温度升高加快了发育进程,表现为全生育期缩短，春小麦生育期大多有提前趋势；马铃薯全生育期的变化不明显，但可收期普遍延迟[19,34]。近25年辽宁草本植物春季展叶期每10年提前2～4 d，草本、木本植物秋季枯黄期每10年推后 5～7 d[35]。

3.2 积温带的变化

近50年东北地区生长季内≥10℃积温呈上升趋势，积温带北移东扩明显[3,8-9,34]，主栽作物适宜种植区域得以明显扩大。积温高于3 200℃·d－1的积温带所含区域面积增加了2.2×104km2；2 800～3 200 ℃·d－1积温带北移 0.85°、东移 0.67°，2 400～2 800℃·d－1积温带则北移1.1°。其中，辽宁省≥10℃积温线在最近的10年里比前期向外扩张明显，≥10℃界限温度开始的日期近50年提前6 d左右。

3.3 品种熟性布局的改变

近50年东北地区作物适宜生育期延长，积温带北移东扩使作物适宜种植区域扩大，主栽作物品种熟性由中晚熟品种替换早中熟品种。以玉米为例，玉米栽培北界扩展到黑龙江呼玛县，可以种植早熟品种。以前不能满足玉米生育热量条件的长白山地带区域也可以种植早熟品种。三江平原成为中熟和中晚熟品种区域，松嫩平原南部亦可种植晚熟品种。原来热量条件不够丰富的辽宁东部山区种植范围显著向东、向北扩展[8-9,36]。

3.4 作物种植格局的改变

近50年东北地区种植格局发生明显的改变。种植格局的改变与气候变暖带来的积温增加及积温带北移东扩密切相关，可以说种植格局的改变是对区域显著增温的响应。东北地区种植格局的显著改变之一是主要作物种植面积发生较大变化，即玉米、水稻、马铃薯等喜温作物种植面积扩大，春小麦种植面积不断减小[34,37-39]。随着气温的升高，喜温喜湿作物水稻的种植北界已经移至大约52°N的呼玛县等地区；玉米的栽培北界向北扩展到黑龙江呼玛县，向东扩展到辽宁东部山区；小麦作为喜凉作物，在温度、经济和技术等多重因素的影响下呈现出显著的北退现象[8-9,36-37]。

以黑龙江省为例，在过去20年中，粮食作物种植结构发生了很大的变化。总的来说，水稻种植比例显著增加，其中北部地区增加显著；而小麦种植比例明显减少。近20年黑龙江省从主要以小麦和玉米为主的粮食作物种植结构变化成为以玉米和水稻为主。作物种植结构的变化显然与区域气候变暖密不可分，这种变化在给农业生产带来经济效益的同时，也隐含着较大的风险。

3.5 作物气候生产潜力和产量的变化

近50年松嫩平原玉米、水稻、大豆气候生产潜力呈递增趋势。中晚熟品种替换早熟品种以及种植面积的增加,使粮食产量大幅度提高[8-9,36,40]。在水分条件基本适宜的情况下，东北地区气候变暖导致玉米生长季气温升高、积温增加，使玉米生长发育和灌浆速度加快，生物量增加，从而提高单产；但如果水分得不到满足，气候变暖会限制热量资源的利用，将缩短玉米灌浆时间，降低灌浆速率，使千粒重下降，从而造成明显减产，而且减产幅度明显大于温度升高的增产幅度[41]。因此，气候变暖利于提高非干旱区玉米单产，但对干旱区尤其是无灌溉条件地区产量形成不利。

3.6 光能资源变化对农业的影响

近50年东北地区大部日照时数和总辐射的减少意味着太阳能资源有一定减少趋势，对农业生产不利；但由于减少趋势不显著，加之东北地区太阳能资源总量相对较为丰富，对于农业生产利用太阳能资源总体影响不大。

4 气候变化背景下农业应对措施

调整农业结构，合理利用气候资源趋利避害。根据气候变化特点，因地制宜，对现有农业结构进行科学调整。稳定并控制水稻种植面积，适当扩大旱地作物面积，防止水稻种植面积过度扩大带来水资源需求增大，影响农业水资源的统筹和水资源可持续利用，缓解农业用水供需矛盾。东北东部和北部地区可适当推广中晚熟作物品种。

努力建设节水型农业。东北地区西部应大力推广节水农业，改良灌溉方法以节约用水和提高水的利用效率；开发土壤保墒技术和其他农田管理措施；遴选抗旱稳产新品种。

保护耕地提高地力。从宏观上应制定相应政策，调控化肥施用布局方案，开发利用清洁能源，推广低毒、无毒农药施用，鼓励使用有机肥、配方肥、生物肥等肥料；推进秸秆还田，增加土壤有机质；推广保护性耕作法；逐渐恢复和提高耕地的地力。

加强设施农业生产。合理利用气候资源，继续扩大设施农业生产面积和种类，开展无霜期农业生产，促进农民增收。

加强病虫害防治。气候变暖会进一步加剧病虫害的流行和杂草蔓延，增加防治难度和成本，各地注意采用有效措施统防统治，减轻病虫害对农业生产的不利影响。

合理配置资源，恢复农业生态环境。应大力开发利用当地各种资源优势，发展经济林木、果品、农作物等，通过有计划地发展经济作物达到治理环境的目的。治理荒漠化和水土流失土地，恢复湿地系统生态功能，促进农业生态系统进入良性循环。

加强预测预报，减轻危害损失。气象、水文、病虫害等测报部门要增加人员、资金和仪器设备，加强对各种农业气象灾害的预测预报工作，以先进的信息传播媒介迅速进行灾害信息的传播工作，最大限度地减轻农业损失。

5 讨论

从研究结果上看，东北地区热量资源增加总体对农业有利，水资源减少则弊多于利。但作物种植格局对气候变化的响应方面，应注意统筹考虑热量和水资源的变化及影响，坚持农业可持续发展的原则，引导和协调作物格局的改变。例如，在东北地区水资源总体呈现减少的趋势下，水稻这种需水量和耗水量大的作物的扩大种植，势必会给水资源的可持续利用带来影响。

在气候变化对农业影响研究方法上，借助气候情景预测和作物模型进行的研究多于对气候变化对农业影响事实的诊断研究。针对相同区域，研究方法相对单一，不利于得到客观科学的研究结果。

以往研究结果明显缺少系统性，在时间和空间尺度上的代表性均较差；尤其针对气候变化对作物生育全过程的影响评估上更是难以系统。因此应利用丰富的诊断研究方法，针对东北地区农业生产全过程，进一步开展农业气候的时空变化特征、气候变化对农业影响的规律以及气候变化条件下作物产量的持续性、气候与农业系统中其他变动因素（环境的、经济的、社会的）的相互作用，风险评价和政府的适应决策，为提高应变能力和减少脆弱性所能采取的措施等方面的系统研究，得出更加可靠的研究成果。

气候变化对农业影响研究存在较大的不确定性，主要源于气候变化事实研究的不确定性、研究区域的差异性、多数研究仅着眼于部分或局部地区等空间尺度的局限以及研究方法和所用资料的差异等多方面因素，改善上述问题无疑有利于减少研究的不确定性。另外，改善未来气候可能变化的科学信息也有助于此类研究，然而不论未来几十年内所产生的此类信息可靠程度如何，它们对评价气候的农业影响并不是充分和必要的条件。气候本质上就是变化的和不确定的，在评价其农业影响时必须认识到这个事实[42]。

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