气候变化对粮食产量的影响评价分析

朱 姣，刘 慧

（长沙市望城区气象局，湖南 长沙 410205）

0 引言

近几十年来，人类活动更加频繁，自然条件恶化，在这二者的共同作用下，全球气候正在发生以变暖为特征的重大变化。气候变化对人类社会的经济发展以及全球能源利用的结构有很多影响，其严重影响着全球的经济发展。自21 世纪以来，全球气候的变化引发了各种自然灾害，给人类的生产活动带来了严重影响。目前以及未来世界和中国的自然生态系统和社会经济发展受全球变暖的影响重大。相比较而言，农业生态系统的自我调节能力较弱，在外界气候发生变化时难以保持现有平衡，导致农业灾害频繁发生。农业是人类社会最基本的生活物质，人类社会的生存离不开农业。气候变化对农业的影响既有积极影响，也有消极影响，其中消极影响更为显著。所以，我们应该加大研究气候变化的力度，分析中国粮食生产受气候变化的影响。气候变化减缓与适应策略分析对保障我国粮食安全、增加农民收入、维护社会稳定具有重要意义。研究气候变化对粮食产量的影响，掌握气象灾害发生规律，能够提出科学的防灾减灾建议，确保粮食生产成功避开不利气候条件，为国家的粮食安全提供保障。

1 研究数据与方法

研究数据来自于长沙气象站1963—2020 年逐月气象资料，用于对长沙地区57 年来温度、积温、降水量、风速和光照时数这5 种气候因子的年际变化趋势展开分析。通过逐年计算各因子的平均值，利用5a 滑动平均距平等方法对气候变化趋势展开分析，使用小波分析方法对各因子年均变化周期性展开分析[1]。针对分析结果，使用F 检验法进行显著性分析，并采用T 检验法完成突变点的真伪验证，保证结果的真实性，图1为长沙区位。

图1 长沙区位

对长沙地区57 年来的水稻、小麦、薯类、粗粮和大豆5 种粮食产量变化趋势展开分析，选用长沙统计局自1963 年以来发布的数据资料，采用相关性分析法对几种农作物产量和气候因子的关系展开分析，确定气候变化对粮食产量的影响。考虑到水稻为长沙地区主要粮食作物，对水稻生长期（4—10 月）的气象因子变化规律展开分析，为指导水稻等农作物种植提供数据依据。由于缺少因洪涝灾害造成长沙地区粮食减产数量的数据，需要按照时间序列对粮食产量进行预测，利用气象产量代替近似年景减产量，即粮食实际单产=趋势产量+气象产量，得到：

式中：y（w）——气象产量，用于反映气候变化引发的粮食产量波动情况，可用于衡量因气候灾害造成的粮食减产量[2]；y——实际年单产量；y（t）——按照时间求得的趋势产量。可以结合长沙地区粮食单产和气候灾害变化规律建立分析模型，得到式（2）。

2 研究结果与分析

2.1 气候变化趋势

2.1.1 温度变化

从长沙地区气候变化趋势来看，57 年间年平均温度达到17.5℃，2009 年温度最高，一度达到18.7℃，1986 年年均温度最低，达到16.4℃。从总体趋势来看，20 世纪60 年代到90 年代初期，年均气温较低，进入21 世纪以来则以年均0.32℃/10a 速度增长，气温明显升高。从年极端最低气温变化情况来看，1079 年出现年最低气温，达到-5.9℃，之后则保持0.41℃/10a 上升趋势。从年均极端最高温度变化来看，2003 年温度最高，达到34.7℃，总体则保持0.29℃/10a 增速。

2.1.2 积温变化

从长沙地区多年来积温（≥10℃）变化情况来看，平均积温达到5838.1d·℃。在57 年间，最低积温出现在1978 年，达到了5437.8d·℃，而最高出现在2010 年，达到6321.9d·℃，总体保持上升趋势。

2.1.3 降水量

从年降水量来看，57 年间长沙平均值达到了1403.7mm，最大值在1997 年出现，达到了1824.3mm，最低在2011 年出现，达到932.8mm。从多年变化趋势来看，呈现出先增加后下降趋势，各年降水量变化幅度较大，总体上与华中地区保持相同的变化趋势。具体来讲，就是从60 年代到2004 年，保持上涨趋势，总体增加188.5mm。自2004 年后，则保持下降趋势，下降156.6mm。

2.1.4 风速

从风速变化来看，多年来长沙平均风速达到2.2m/s，最小值出现在2010 年，达到1.5m/s，最高出现在1974 年，达到3.1m/s。57 年来，长沙地区年均风速保持着-0.25m/（s·10a）的增速。

2.1.5 光照时数

从日均光照时数变化趋势来看，长沙地区57 年来平均日照时长达到4.1h，最小数值出现在2004 年，达到3.2h，最长出现在2011 年，达到4.9h，保持着0.05h/10a增长速度。

通过对57 年各气候因子的数据进行突变检验，可知除降水量和风速以外，其他因子上升趋势显著，而风速则呈现出显著下降趋势，均通过99%的显著性检验，年均气候的突变点在2000 年，即从该年开始气候发生显著变化。对气候变化的周期性展开分析，可知降水量因子呈现出交替变化特性，在1986 年和2004 年出现两个偏多中心，在1977 年、1995 年和2014 年出现偏少中心，出现多次震荡。结合农业气候变化特征，对气候灾害变化规律展开分析，需要完成57 年气象灾害数据统计，结果如表1 所示，从统计结果来看，除冰雹灾害增幅不显著以外，洪涝灾害和干旱灾害年均发生次数呈现出不断上涨趋势，由此可见长沙地区气候变化造成了气候灾害日渐频发。

表1 气象灾害数据统计

2.2 对粮食产量的影响评价

从粮食产量受到的影响（表2）来看，水稻、小麦、薯类、粗粮和大豆几种农作物都出现不同程度的减产问题。分析原因可知，随着年均气温的升高，导致每日气温差值下降，给农作物积累干物质带来了影响。而不同农作物拥有不同的生长习性，因此产量受到的影响也存在差异。

表2 长沙地区57 年间气候变化给粮食产量带来的影响

从气候变化对粮食产量影响作用来看，将对农作物生长发育、种植结构和病虫害等各方面带来影响。首先，结合长沙地区的气候条件可知，随着年均气温的升高，冬小麦等农作物的播种时间延后，同时出现提前返青的问题，造成农作物生育期被压缩。而随着日照时数的减少，给农作物进行光合作用带来的负面影响，最终给地区粮食作物生长带来了负效应[3]；其次，从种植结构来看，气候变化造成区域水循环环境发生变化，促使长沙地区近年来的降水量出现多个突变点。随着降水量的减少，近年来长沙地区水稻种植区开始向北和西方向移动，种植面积有所扩大。但随着气温的增加，种植熟制发生变化。因为气候变暖，积温数量持续增加，导致部分三熟种植面积减小，继而引发减产问题。此外，随着气温的升高，将导致病虫害发生概率有所增加。因为在温度升高的情况下，病虫繁殖代数有所增加，病害也将因为气温回升而提前暴发，导致农作物多次承受病虫害侵袭。冬季气温较高，能够帮助病虫过冬，也造成病虫害种类和数量增加，引发种植区大面积减产，造成严重粮食损失。

结合气象变化规律对水稻生长情况展开分析，在水稻生长期内（4—10 月），可知长沙57 年来平均气温达到32.8℃，最低气温出现在1995 年，为22.9℃，2008 年温度最高，达到25.2℃。在过去近60 年中，水稻生长期内平均温度保持着0.34℃/10a 的增长速度。对水稻单产和气象因子的相关性展开分析，能够得到表3。表中*、**、*** 分别指通过0.05、0.01 和0.001 的水平显著性检验。根据分析结果可知，在57 年间，早稻、晚稻和粮食单产均与年均气温保持显著相关性，除晚稻以外其他两种因素与4—10 月平均气温的相关性较弱，但均将受到生长期极端气温的显著影响。分析原因可知，水稻生长主要受开花后背景温度影响，在温度有所增加的情况下可以使水稻叶面积增加，为干物质积累创造良好条件。而在16～35℃范围内，温度的提升可以使分蘖增强。但在夜间温度超出29℃或日间温度超出33℃的情况下，将导致水稻发生热害，继而导致水稻的产量下降。长沙地区晚稻的背景温度较高，在气温增加的情况下更容易发生热害，导致水稻出现减产问题。而在背景温度较低的东北等地区，温度的升高则能促进水稻穗粒的增加，因此可以起到增加产量的作用。

表3 水稻单产和气象因子的相关性

2.3 应对气候变化影响的建议

在应对气候变暖给长沙地区粮食产量带来的不利影响时，可知需要从两方面采取措施。首先，为减轻气象灾害的发生概率，并缓解气候变化给农作物生长带来的负面影响，需要加快节能减排措施的推广、应用，达到减缓气候变化的目标。在农业、工业生产等领域，还应加强污染排放控制，减少温室气体产生和排放，有效保护环境。在农业生产实践中，还应实现农用化学品增效减量管理，尽快提升土壤有价值含量，以便使土壤获得更强的有机碳固存能力，减少农业生产中产生的温室气体，从而减缓气候变化[3]。其次，需要增强农作物对气候变化的适应能力。结合这一目标，需要加强耕地保护技术的运用，如建立气象灾害监测预警网络，通过加快农业设施建设加强农田土地管理，增强农作物生产的抗旱、防洪等能力。考虑到全球气候变暖趋势，需要完成耐高温、抗病虫害、抗旱等优良农作物品种的培育，同时加强水肥一体化等高新技术的应用，确保农作物保持高效生长态势，增强农作物的抗病虫害能力。此外，需要结合地区气候变化趋势和农作物背景温度等条件合理进行种植结构调整，通过加强抗热病粮食作物布局规避气候变化带来的不良影响。

3 结语

通过综合分析可知，在57 年来长沙地区年均气温、积温、日照时数三种气候因子都呈现出增长趋势，风速则呈现下降趋势，降水量存在多个突变点，导致长沙农业气候变化较大。从水稻等粮食作物产量受到的影响来看，因气候变化给农作物发育、种植结构和病虫害带来的影响，引发了不同程度减产问题。而从水稻受气候变化影响规律来看，主要取决于背景温度高低，在背景温度高的情况下气候变暖，将引发单产下降。在全球气候变暖背景下，通过评估气候变化给粮食产量带来的影响，能够提出相应的农作物种植建议，对维护粮食安全和社会稳定发展具有重要意义。