發(fā)布時(shí)間：2021-12-30所屬分類：農(nóng)業(yè)論文瀏覽：1次
摘 要： 摘要 森林、農(nóng)田和草地生態(tài)系統(tǒng)對(duì)氣候變化響應(yīng)定量研究進(jìn)展的綜合分析表明: 近一個(gè)世紀(jì)以來(lái)的森林、農(nóng)田和草地生態(tài)系統(tǒng)對(duì)氣候變化有很強(qiáng)的響應(yīng), 諸多生態(tài)系統(tǒng)類型的組成、結(jié)構(gòu)和分布已發(fā)生了顯著變化; 由于病蟲(chóng)害、極端氣候頻發(fā), 植物物種的死亡率增加、生產(chǎn)力出現(xiàn)下降
摘要 森林、農(nóng)田和草地生態(tài)系統(tǒng)對(duì)氣候變化響應(yīng)定量研究進(jìn)展的綜合分析表明: 近一個(gè)世紀(jì)以來(lái)的森林、農(nóng)田和草地生態(tài)系統(tǒng)對(duì)氣候變化有很強(qiáng)的響應(yīng), 諸多生態(tài)系統(tǒng)類型的組成、結(jié)構(gòu)和分布已發(fā)生了顯著變化; 由于病蟲(chóng)害、極端氣候頻發(fā), 植物物種的死亡率增加、生產(chǎn)力出現(xiàn)下降趨勢(shì); 典型陸地生態(tài)系統(tǒng)對(duì)氣候響應(yīng)的未來(lái)情景分析結(jié)果表明, 高海拔地區(qū)和高緯度地區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)類型的結(jié)構(gòu)、分布、物種和生產(chǎn)力將發(fā)生較大變化; 然而, 由于生物群落的相互作用, 各種生態(tài)系統(tǒng)對(duì)氣候變化的響應(yīng)很復(fù)雜, 目前人類對(duì)典型陸地生態(tài)系統(tǒng)變化的認(rèn)識(shí)仍然處在很初級(jí)的階段. 尤其是在氣候變化對(duì)植物物種的影響、干旱和極端事件的后果以及病蟲(chóng)害的影響等方面, 還沒(méi)有明確的結(jié)論; 根據(jù)目前的研究積累, 還無(wú)法給出氣候變化對(duì)典型陸地生態(tài)系統(tǒng)影響的綜合定量評(píng)估, 需要改進(jìn)區(qū)域氣候模擬, 尤其是降雨量的模擬, 需要提高植物物種對(duì)氣候、病蟲(chóng)害和大氣成分響應(yīng)的認(rèn)識(shí). 以典型陸地生態(tài)系統(tǒng)對(duì)全球氣候變化響應(yīng)機(jī)理研究成果為基礎(chǔ)、集成空間對(duì)地觀測(cè)數(shù)據(jù)和地面實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的多尺度生態(tài)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模擬分析平臺(tái), 到目前為止, 仍是亟待填補(bǔ)的空白.
關(guān)鍵詞全球氣候變化森林生態(tài)系統(tǒng)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)草地生態(tài)系統(tǒng)模擬分析平臺(tái)
全球變化正逐漸改變陸地生態(tài)系統(tǒng)固有的自然過(guò)程, 進(jìn)而威脅到人類的生存環(huán)境及社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展[1,2]. 氣候變化導(dǎo)致動(dòng)植物生境變化, 進(jìn)而影響物種分布及其生態(tài)系統(tǒng)過(guò)程[3,4]; 而氣候要素時(shí)空分布模式的改變, 則引起水資源和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的時(shí)空分布發(fā)生變化, 并增加對(duì)自然生態(tài)系統(tǒng)及其演替過(guò)程的干擾程度[5,6]. 隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展、人類活動(dòng)強(qiáng)度的不斷增大、全球氣候變暖趨勢(shì)的日益突顯[7,8]和異常氣候突發(fā)事件頻次的逐漸增多[9,10], 我國(guó)森林、農(nóng)業(yè)及草地生態(tài)系統(tǒng)的水源涵養(yǎng)、防風(fēng)固沙、光合固碳、空氣凈化、水土保持、養(yǎng)分循環(huán)等調(diào)節(jié)功能的時(shí)空分異特征日趨顯著. 森林、農(nóng)田和草地生態(tài)系統(tǒng)的平衡與健康發(fā)展, 對(duì)生態(tài)安全、淡水安全、食物安全、人類健康等關(guān)乎社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速與持續(xù)發(fā)展、社會(huì)穩(wěn)定與和諧發(fā)展的關(guān)鍵性因素的重要貢獻(xiàn)日趨突顯. 這一問(wèn)題也已成為 21 世紀(jì)國(guó)內(nèi)外科學(xué)家最為關(guān)注的生態(tài)環(huán)境和科學(xué)問(wèn)題, 并受到全球各國(guó)政府、科學(xué)界與公眾的強(qiáng)烈關(guān)注.
1 森林生態(tài)系統(tǒng)對(duì)全球變化響應(yīng)
Pastor 和 Post[11]通過(guò)氣候模型輸出結(jié)果驅(qū)動(dòng)森林生產(chǎn)力和土壤過(guò)程模型, 對(duì)北美東北部森林對(duì)暖干氣候響應(yīng)的模擬結(jié)果發(fā)現(xiàn), 在冷溫帶森林邊緣區(qū)域的森林生產(chǎn)力下降趨勢(shì)尤為明顯. Wright[12]通過(guò)對(duì)長(zhǎng)期林斑數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn), 熱帶森林結(jié)構(gòu)正在發(fā)生變化, 其立木度、更新率、死亡率和地上生物量都呈增加趨勢(shì), 而且全球生態(tài)系統(tǒng)過(guò)程模型的模擬結(jié)果也同樣表明, 隨著全球氣候變暖, 熱帶森林生產(chǎn)力出現(xiàn)下降趨勢(shì)[13,14]. 歐洲環(huán)境署[15,16]研究結(jié)果顯示, 歐洲變暖高于全球平均水平, 許多地區(qū)出現(xiàn)暖干趨勢(shì), 尤其是極端天氣事件頻發(fā), 導(dǎo)致歐洲森林生產(chǎn)力急劇下降、森林火災(zāi)頻發(fā)和材積損失增加. 另外, 由于氣候變化引發(fā)旱災(zāi)發(fā)生頻次、持續(xù)時(shí)間和嚴(yán)重性的增加, 許多地區(qū)森林的組成、結(jié)構(gòu)和生物地理都發(fā)生了根本性變化, 尤其是樹(shù)的死亡率增加、病蟲(chóng)害暴發(fā)成災(zāi)、林野火災(zāi)頻發(fā)、冰凍和風(fēng)暴時(shí)有發(fā)生[17]. 有關(guān)加拿大北方森林對(duì)氣候變化響應(yīng)的研究結(jié)果顯示[18], 雖然溫度升高延長(zhǎng)了北方森林的生長(zhǎng)季, 但由于干旱加重和自養(yǎng)呼吸增強(qiáng), 對(duì)森林生長(zhǎng)產(chǎn)生了負(fù)面影響.
國(guó)際上在森林生態(tài)系統(tǒng)對(duì)氣候變化響應(yīng)的情景研究方面, 同樣開(kāi)展了大量研究. Pitman 等人[19]關(guān)于氣候變化對(duì)森林火災(zāi)影響的未來(lái)情景的模擬結(jié)果顯示, 在高排放情景下, 到 2050 年的火災(zāi)發(fā)生概率將提高 25%; 而在低排放情景下, 2100 年火災(zāi)的發(fā)生概率與 2050 年相比, 將提高 20%. Urban 等人[20]運(yùn)用林窗模型進(jìn)行氣候變化對(duì)太平洋西北部針葉林潛在影響評(píng)估的結(jié)果表明, 由于森林不同類型區(qū)的空間位移, 高海拔林種面臨滅種危險(xiǎn). Flannigan 和 Woodward[21] 運(yùn)用響應(yīng)曲面模型對(duì) CO2 倍增情景下氣候變化對(duì)北美北部紅松分布影響的模擬發(fā)現(xiàn), 紅松的分布區(qū)將向東北移動(dòng) 600~800 km, 紅松總面積將減小, 但單位面積材積將呈增加趨勢(shì). Sykes和 Prentice[22]結(jié)合林窗模型與生物氣候模型對(duì)北歐北方森林的氣候響應(yīng)模擬表明, 許多北方林種的分布范圍、森林的結(jié)構(gòu)和組分特征, 在未來(lái)的不同氣候變化情景下將發(fā)生顯著變化. Dixon 和 Wlsniewski[23]對(duì)全球森林植被對(duì)氣候變化響應(yīng)的研究過(guò)程中發(fā)現(xiàn), 全球森林植被和土壤的含碳量為 1146 Pg C, 其中低緯度森林占 37%、中緯度森林占 14%、高緯度森林占 49%, 未來(lái)氣候變化將對(duì)高緯度地區(qū)森林分布和生產(chǎn)力產(chǎn)生較大的影響. Leathwick 等人[24]利用非參數(shù)回歸方法, 運(yùn)用 14500 個(gè)林斑數(shù)據(jù), 在對(duì)新西蘭 41 個(gè)樹(shù)種分布與溫度、太陽(yáng)輻射、水平衡和巖性之間關(guān)系進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上, 對(duì)溫度上升 2℃對(duì)樹(shù)種分布的影響進(jìn)行了綜合評(píng)估. Iverson和 Prasad[25]運(yùn)用地理信息系統(tǒng)技術(shù)和樹(shù)種回歸統(tǒng)計(jì)分析模型, 定量分析 CO2 倍增時(shí), 氣候變化對(duì)美國(guó)東部 80 個(gè)樹(shù)種空間分布的影響結(jié)果顯示, 大約 30 個(gè)樹(shù)種的分布范圍將會(huì)擴(kuò)大, 36 個(gè)樹(shù)種至少北移 100 km, 4~9 個(gè)樹(shù)種將北移出境進(jìn)入加拿大. He 等人[26]結(jié)合生態(tài)系統(tǒng)過(guò)程模型和空間景觀模型, 進(jìn)行美國(guó)威斯康星州北部林種對(duì)氣候變暖的響應(yīng)的模擬結(jié)果顯示, 其北方林種將在 300 年內(nèi)消失, 并將演替為南方林種. Scheller 和 Mladenoff[27]結(jié)合空間景觀動(dòng)態(tài)模擬模型和廣義生態(tài)系統(tǒng)過(guò)程模型, 對(duì)氣候變化干擾、森林分布、樹(shù)林生物量和林木死亡率以及林種間和林種內(nèi)競(jìng)爭(zhēng)的可行性進(jìn)行了模擬分析. Alkemade 等人[28]通過(guò)全球環(huán)境綜合評(píng)估模型(IMAGE)與氣候包絡(luò)線模型的集成, 對(duì)全球變暖與樹(shù)種分布關(guān)系的模擬結(jié)果表明, 到 2100 年, 北歐地區(qū)樹(shù)種將發(fā)生較大的變化, 屆時(shí) 35%以上的樹(shù)種將是新出現(xiàn)的樹(shù)種, 現(xiàn)有樹(shù)種的 25%以上將在這一地區(qū)消失. 另外, 有關(guān)研究表明, 在 CO2 倍增的情況下, 中國(guó)東部地區(qū)闊葉林將增加、針葉林將減少[29], 氣候變暖將導(dǎo)致寒溫帶冷杉林轉(zhuǎn)變?yōu)槟壳皬V泛分布于西藏高原東部山地的樺林, 寒溫帶森林將移動(dòng)到目前為凍原的高寒地區(qū)[30].
雖然氣候變化是決定森林類型分布的主要因素, 植被分布規(guī)律與氣候之間密切相關(guān)這一客觀事實(shí)早被人們所認(rèn)知, 而且大量研究結(jié)果表明在高海拔和高緯度地區(qū)的森林分布、樹(shù)種和生產(chǎn)力對(duì)氣候變化更具敏感性, 但是, 目前尚處在基于氣候與植被物種間的關(guān)系來(lái)描繪未來(lái)氣候變化條件下物種和森林分布的階段. 此外, 由于樹(shù)木群落的相互作用, 森林對(duì)氣候變化的響應(yīng)尤為復(fù)雜[31]. 因此, 目前人類關(guān)于森林生態(tài)系統(tǒng)變化對(duì)氣候變化響應(yīng)的研究與認(rèn)識(shí)仍然處于初級(jí)階段[32].
國(guó)內(nèi)在森林生態(tài)系統(tǒng)對(duì)氣候變化響應(yīng)研究方面開(kāi)展了大量的研究工作, 尤其是進(jìn)入 20 世紀(jì)以來(lái), 在氣候變化對(duì)森林類型分布的影響、森林生態(tài)系統(tǒng)對(duì)氣候變化的敏感性、氣候變化對(duì)森林災(zāi)害的影響、樹(shù)木年輪對(duì)氣候變化的響應(yīng), 以及物候?qū)夂蜃兓捻憫?yīng)方面取得了系列研究進(jìn)展. 方精云[33]研究分析了氣候變化引起的森林光合作用、呼吸作用和土壤有機(jī)碳分解等系列森林生態(tài)系統(tǒng)的生物物理過(guò)程的改變機(jī)理, 以及森林生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、分布和生產(chǎn)力變化特征. 延曉冬等人[34]運(yùn)用自主研發(fā)的中國(guó)東北森林生長(zhǎng)演替模擬模型(NEWCOP), 對(duì)中國(guó)東北森林生長(zhǎng)演替過(guò)程及其氣候敏感性的模擬分析表明, 未來(lái)東北森林中落葉闊葉樹(shù)的比重將大幅度增加. 趙宗慈[35]和劉世榮等人[36]運(yùn)用 7 個(gè)全球氣候模式 (GCMs)所提供的 2030 年中國(guó)氣候情景預(yù)測(cè)數(shù)據(jù), 構(gòu)建了中國(guó)森林氣候生產(chǎn)力模型, 并對(duì)中國(guó)森林第一性生產(chǎn)力的未來(lái)情景進(jìn)行了預(yù)測(cè)分析, 其研究結(jié)果表明, 氣候變化引起的中國(guó)森林第一性生產(chǎn)力變化率從東南向西北遞增(遞增幅度 1%~10%不等). 根據(jù)氣候變化引起的森林生產(chǎn)力變化率的地理格局和樹(shù)種分布狀況的預(yù)測(cè), 揭示了中國(guó)主要造林樹(shù)種生產(chǎn)力的變化是興安落葉松生產(chǎn)力增益最大(8%~10%)、紅松次之 (6%~8%)、油松為 2%~6%(局部地區(qū)達(dá) 8%~10%)、馬尾松和杉木為 l%~2%、云南松為 2%、川西亞高山針葉林增加可達(dá) 8%~10%; 而主要用材樹(shù)種生產(chǎn)力增加從大到小的順序?yàn)榕d安落葉松-紅松油松-云南松-馬尾松和杉木, 增加幅度為 1%~10%. 丁一匯[37,38]有關(guān)氣候變化對(duì)森林災(zāi)害影響的研究結(jié)果表明, 氣候變化引起水熱區(qū)域和季節(jié)分配發(fā)生變化, 一方面溫度升高可以延長(zhǎng)生長(zhǎng)季, 提高森林生產(chǎn)力; 另一方面可能引發(fā)倒春寒甚至春季凍害的發(fā)生.
樹(shù)木年輪對(duì)氣候變化響應(yīng)主要體現(xiàn)在對(duì)氣溫和降水 2 個(gè)主要?dú)夂蛞氐捻憫?yīng). 有關(guān)研究表明, 春季降水量與當(dāng)年樹(shù)輪寬度呈正相關(guān)[39], 干旱半干旱地區(qū)樹(shù)木生長(zhǎng)對(duì)氣溫的高低尤為敏感[40], 在當(dāng)年的生長(zhǎng)季節(jié), 較高的氣溫有利于光合作用, 溫度與年輪寬度顯著正相關(guān)[41]. 但是, 如果生長(zhǎng)季節(jié)氣溫過(guò)高則容易加快土壤蒸發(fā)并提高飽和水汽壓差, 從而限制樹(shù)木的生理代謝活動(dòng), 導(dǎo)致生長(zhǎng)季的高溫與年輪寬度呈負(fù)相關(guān)[42]. 另外, 其他氣候因素與樹(shù)木生長(zhǎng)具有不同程度的相關(guān)關(guān)系, 譬如大氣 CO2 濃度增加對(duì)遼東棟次生木質(zhì)生長(zhǎng)具有明顯的正效應(yīng)[43]. 在物候?qū)夂蜃兓捻憫?yīng)方面, 徐雨晴等人[44]采用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法對(duì)北京地區(qū) 1963~1988 年 20 種樹(shù)木芽萌動(dòng)期及 1950~2000 年 4 種樹(shù)木開(kāi)花期的變化及其對(duì)氣溫變化響應(yīng)的研究結(jié)果表明, 北京樹(shù)木芽萌動(dòng)的早晚主要受冬季氣溫的影響, 冬季及秋末氣溫的升高使春芽萌動(dòng)提前. 萌芽早的樹(shù)木萌動(dòng)期長(zhǎng), 萌芽晚的樹(shù)木萌動(dòng)期短, 前者對(duì)溫度的變化反應(yīng)更敏感, 且前者的萌動(dòng)期長(zhǎng)度隨著萌動(dòng)期間(主要在早春)氣溫的升高而縮短, 后者的萌動(dòng)期長(zhǎng)度隨著初冬、秋末平均最低氣溫的升高而延長(zhǎng). 始花前 2~9 旬, 特別是前 5 旬, 氣溫對(duì)始花期影響最顯著、始花期對(duì)氣溫變化的響應(yīng)最敏感. 北京春溫每升高 1℃, 開(kāi)花期平均提前 3.6 d.
上述綜述表明, 我國(guó)在森林類型、森林生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能、土壤有機(jī)質(zhì)、物候效應(yīng)、災(zāi)害、樹(shù)木年輪等對(duì)氣候變化的響應(yīng)方面均開(kāi)展了大量的研究工作. 而且利用物候觀測(cè)資料, 分析了近 40 年我國(guó)木本植物物候變化及氣候變化的響應(yīng)關(guān)系, 并建立了不同年代物候期與地理位置之間的關(guān)系模式, 分析了當(dāng)前氣候增暖背景下物候期地理分布規(guī)律變化對(duì)氣候變化的響應(yīng)關(guān)系. 但存在各種森林生態(tài)系統(tǒng)類型對(duì)氣候變化的響應(yīng)機(jī)理和研究對(duì)象的廣度不夠, 沒(méi)有充分利用和發(fā)揮過(guò)去幾十年積累的森林清查數(shù)據(jù)、長(zhǎng)期定位觀測(cè)和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行定量模擬和準(zhǔn)確分析森林生態(tài)系統(tǒng)對(duì)氣候變化的響應(yīng)等問(wèn)題, 而且缺乏在不同時(shí)空尺度上的森林生態(tài)系統(tǒng)對(duì)氣候變化響應(yīng)的綜合模擬分析.
2 農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)對(duì)全球氣候變化響應(yīng)
氣溫和降水的變化影響植物光合作用、呼吸作用和土壤有機(jī)碳的分解[33,45,46], 從而導(dǎo)致農(nóng)作物的種類、種植結(jié)構(gòu)、生長(zhǎng)周期、分布格局及生產(chǎn)力發(fā)生變化. 針對(duì)如何揭示和認(rèn)知農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)對(duì)全球變化的響應(yīng)機(jī)理, 國(guó)際上開(kāi)展了大量的研究工作. Katz[47] 關(guān)于氣候變化對(duì)美國(guó)堪薩斯州糧食產(chǎn)量影響的研究表明, 降雨量是影響小麥產(chǎn)量的最重要因素, 氣溫影響次之. Adams 等人[48]研究發(fā)現(xiàn), 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力對(duì)全球氣候變化的反應(yīng)比較敏感, 美國(guó)農(nóng)業(yè)灌溉面積和區(qū)域格局受氣候變化影響而發(fā)生相應(yīng)變化. Dai 和 Ding[49]運(yùn)用大氣環(huán)流模型, 在 CO2倍增的條件下, 模擬氣候變化對(duì)小麥生產(chǎn)影響的分析表明, 氣候變暖將引起中國(guó)東北和西北地區(qū)的小麥種植面積呈現(xiàn)擴(kuò)大趨勢(shì), 而且冬小麥種植區(qū)呈現(xiàn)向北和向西擴(kuò)展趨勢(shì), 但對(duì)中國(guó)南部和中部的小麥種植具有負(fù)面影響. Smit 和 Cai[50]在中國(guó)農(nóng)業(yè)受氣候變化影響的綜合分析過(guò)程中發(fā)現(xiàn), CO2 增加和溫度升高雖然有益于中國(guó)北方小麥生長(zhǎng), 但對(duì)春小麥和南方冬小麥具有負(fù)面影響; 同時(shí), 在足夠濕潤(rùn)的條件下, 氣候變暖將會(huì)使得黃淮海和北方地區(qū)玉米增產(chǎn)、東北大豆受益、北方地區(qū)棉花增產(chǎn)、南方棉花減產(chǎn), 另外, 柑橘和茶葉也會(huì)受益, 但會(huì)受到霜凍和干旱的威脅. El-Shajxr 等人[51]研究顯示, 氣候變化將使埃及所有農(nóng)作物減產(chǎn) 11%~28%、農(nóng)業(yè)需水增加 16%, 甚至將導(dǎo)致埃及部分地區(qū)的農(nóng)作系統(tǒng)徹底崩潰. Mizina等人[52]研究結(jié)果也顯示, 氣候變化將導(dǎo)致哈薩克斯坦小麥減產(chǎn) 70%以上. Reilly 等人[53]在進(jìn)行 21 世紀(jì) 30 年代和 90 年代美國(guó)農(nóng)業(yè)受氣候變化影響的對(duì)比分析結(jié)果顯示, 盡管美國(guó)南部農(nóng)業(yè)產(chǎn)量有可能下降, 但氣候變化整體上有利于美國(guó)作物產(chǎn)量的提高, 而且 90 年代比 30 年代的氣候變化更有利于美國(guó)作物產(chǎn)量的增加.
在未來(lái)情景分析方面, Stuczyinski 等人[54]運(yùn)用美國(guó)戈達(dá)德空間研究所(GISS)研發(fā)的全球變化模型和美國(guó)地球物理流體動(dòng)力實(shí)驗(yàn)室(GFDL)研發(fā)的大氣模型對(duì)波蘭農(nóng)業(yè)受未來(lái)氣候變化影響的模擬分析表明, 波蘭東北地區(qū)植物的生長(zhǎng)季將從 200 d 增長(zhǎng)到 260 d, 西南地區(qū)將由 220 d 增長(zhǎng)到 330 d, 而且氣候變化將對(duì)作物種植結(jié)構(gòu)、區(qū)域分布和作物輪作產(chǎn)生較大影響. 根據(jù) GISS 模型, 冬小麥產(chǎn)量將保持目前的水平, 糖用甜菜將增產(chǎn) 3%~10%, 大豆、向日葵和玉米將增產(chǎn) 20%~50%, 土豆將減產(chǎn) 20%~30%. 根據(jù) GFDL 模型, 農(nóng)業(yè)將大幅減產(chǎn), 冬小麥、甜菜和土豆將分別減產(chǎn) 10%, 15%和 70%. Sivakumar 等人[55]模擬分析表明, 隨著全球平均氣溫的上升和降雨量的不確定性變化, 將會(huì)引起亞洲熱帶地區(qū)作物產(chǎn)量降低, 從而會(huì)嚴(yán)重影響到亞洲熱帶地區(qū)、山區(qū)和干旱區(qū)的食物安全, 將會(huì)使得非洲干旱和半干旱地區(qū)旱災(zāi)頻發(fā), 拉丁美洲的農(nóng)業(yè)也將受到極端高溫和低溫以及干旱和水災(zāi)的影響. Motha 和 Baier[56]在研究過(guò)去和未來(lái)氣候變化對(duì)北美溫帶地區(qū)農(nóng)業(yè)影響的過(guò)程中發(fā)現(xiàn), 由于南部種植區(qū)溫度升高和水分減少, 該區(qū)域農(nóng)作物將會(huì)大幅度減產(chǎn); 由于北部種植區(qū)生長(zhǎng)期變長(zhǎng)、CO2 濃度增加, 該區(qū)域農(nóng)作物產(chǎn)量將會(huì)提高. Thomson 等人[57]根據(jù)英國(guó)氣象局 Hadley 氣候預(yù)測(cè)研究中心研發(fā)的全球氣候模式(HadCM3)的氣候情景對(duì)中國(guó)冬小麥產(chǎn)量進(jìn)行預(yù)測(cè)的結(jié)果表明, 到 2099 年, 中國(guó)黃淮海地區(qū)的年平均溫度將升高 5℃、降雨量將增加 300 mm, 而每公頃冬小麥將增產(chǎn) 800 kg. Mall 等人[58]在分析印度關(guān)于氣候變化對(duì)農(nóng)業(yè)影響的研究成果時(shí)發(fā)現(xiàn), 印度過(guò)去每 100 年增溫 0.57℃, 作物產(chǎn)量在過(guò)去的 50 年中增加了 4 倍多, 夏季季風(fēng)降雨量與作物產(chǎn)量的相關(guān)性非常顯著. 而且隨著氣溫的升高和降雨量的增大, 到 2050 年, 北緯 25°以南地區(qū)最高溫度將增加 2~4℃, 以北地區(qū)最高溫度和最低溫度都將增高 4℃以上, 每增溫 2℃將使高產(chǎn)區(qū)的水稻產(chǎn)量每公頃減少 750 kg, 低產(chǎn)區(qū)每公頃減少 60 kg. 如果增溫 2℃、降雨量增加 7%, 印度水稻產(chǎn)量?jī)羰找鎸⑾陆?8.4%. Olesen 等人[59]根據(jù) IPCC(Intergovernmental Panel on Climate Change)所有 SRES 情景關(guān)于歐洲農(nóng)業(yè)在 2071~2100 年和 1961~1990 年對(duì)氣候變化響應(yīng)的預(yù)測(cè)分析結(jié)果顯示, 歐洲適合種植玉米的地區(qū)將擴(kuò)大 30%~50%, 且北歐地區(qū)的凈初級(jí)生產(chǎn)力將提高 35%~54%. Tingem 和 Rivington[60]對(duì)喀麥隆農(nóng)作物對(duì)氣候變化響應(yīng)的模擬分析發(fā)現(xiàn), 班巴拉花生和黃豆將大幅增產(chǎn), 而玉米和高粱產(chǎn)量將變化不大. Stöckle 等人[61]關(guān)于未來(lái)氣候變化對(duì)華盛頓東部農(nóng)業(yè)影響的預(yù)測(cè)評(píng)估顯示, 其冬小麥產(chǎn)量到 2020 年將增加 2%~8%, 到 2040 年將略有增加, 到 2080 年則將減產(chǎn) 4%~7%; 如果考慮 CO2 的影響, 21 世紀(jì) 20 年代、40 年代和 80 年代的產(chǎn)量將分別增加 13%~15%, 13%~24%和 23%~35%. Vano 等人[62]對(duì)氣候變化背景下的亞基馬河流域灌溉農(nóng)業(yè)變化的模擬分析結(jié)果顯示, 在 A1B 情景下, 21 世紀(jì) 20 年代、40 年代和 80 年代的水資源將分別短缺 27%, 33%和 68%, 而在 B1 情景下, 則分別是 24%, 31%和 43%, 這些變化將導(dǎo)致亞基馬河流域灌溉農(nóng)業(yè)年產(chǎn)量下降 5%~16%. Al-Bakri 等人[63]運(yùn)用作物模擬模型(DSSAT)對(duì)約旦干旱盆地旱作農(nóng)業(yè)受氣候變化影響的模擬分析結(jié)果顯示, 在降雨量增加 10%~20% 的情況下, 大麥產(chǎn)量可增加 3%~5%、小麥產(chǎn)量可增加 9%~18%, 而在溫度增加 1℃, 2℃, 3℃和 4℃的情況下, 將會(huì)分別導(dǎo)致大麥減產(chǎn) 14%, 28%, 38%和 46%, 導(dǎo)致小麥減產(chǎn) 17%和增產(chǎn) 4%, 43%, 113%. Brown 等人[64]運(yùn)用區(qū)域氣候模型和局地氣候資料對(duì)蘇格蘭 2050 年之前的農(nóng)業(yè)旱災(zāi)進(jìn)行預(yù)測(cè)評(píng)估的結(jié)果顯示, 氣候變化將大大增加農(nóng)業(yè)旱災(zāi)的發(fā)生頻率. Steffen 等人[65]研究顯示, 澳大利亞?wèn)|部過(guò)去 100 年和未來(lái) 100 年都呈現(xiàn)降雨量減少、溫度升高的氣候變化趨勢(shì), 干旱成為澳大利亞農(nóng)業(yè)面臨的主要挑戰(zhàn). Bindi 和 Olesen[66]關(guān)于歐洲農(nóng)業(yè)對(duì)氣候響應(yīng)的研究結(jié)果表明, 氣候變化將使北歐大部分地區(qū)增產(chǎn), 而南歐將出現(xiàn)水分短缺問(wèn)題加劇和極端氣候事件增加. FiebigWittmaack 等人[67]研究證明, 在智利的埃利河盆地, 平均最低溫度的增加可使亞熱帶水果增產(chǎn), 大于 30℃天數(shù)的增加對(duì)水果光合作用過(guò)程產(chǎn)生負(fù)面影響, 冬天溫度的增加會(huì)使園藝作物的產(chǎn)量增加, 但蒸散的增加會(huì)導(dǎo)致對(duì)水的需求增加, 而且溫度增加導(dǎo)致農(nóng)業(yè)蟲(chóng)害發(fā)生率提高. Petrie 等人[68]運(yùn)用 IPCC 的 A1 情景在預(yù)測(cè)美國(guó)中部平原普雷里草原對(duì)氣候變化響應(yīng)過(guò)程中發(fā)現(xiàn), 草地生長(zhǎng)季將會(huì)提前, 而生長(zhǎng)季的碳通量將增加. Grasso 和 Feola[69]研究發(fā)現(xiàn), 在未來(lái)幾十年間, 氣候變化將對(duì)地中海地區(qū)的農(nóng)業(yè)產(chǎn)生負(fù)面影響, 尤其對(duì)其南部地區(qū)的影響更為嚴(yán)重.
隨著氣候變化和人類活動(dòng)對(duì)陸地生態(tài)系統(tǒng)的影響, 我國(guó)土地利用的空間格局與分布發(fā)生了系列演替和變化[70]. 目前諸多研究結(jié)果顯示, 在氣候變化背景下, 中國(guó)種植制度可能會(huì)產(chǎn)生 2 種變化, 一是作物種植界限北移, 變化區(qū)域內(nèi)復(fù)種指數(shù)提高; 另一種是作物品種由早熟向中晚熟發(fā)展, 作物單產(chǎn)有所增加[71]. 氣候變化與氣候波動(dòng)對(duì)糧食生產(chǎn)的可能影響不僅在國(guó)際上引起了各國(guó)學(xué)者的強(qiáng)烈關(guān)注, 而且國(guó)內(nèi)諸多學(xué)者也針對(duì)這一全球性科學(xué)問(wèn)題開(kāi)展了系列研究并取得了大量的研究成果.
郝志新等人[72]研究發(fā)現(xiàn), 遼寧省 1991~1999 年冬小麥的種植北界較 20 世紀(jì) 50 年代確定的北界(長(zhǎng)城沿線)北移了 1~2 個(gè)緯度. 金之慶等人[73]研究顯示, 預(yù)計(jì)到 2041~2050年?yáng)|北地區(qū)冬小麥的適種面積, 將由目前的近乎為零逐步擴(kuò)大到遼南乃至遼寧省的大部、吉林省的東南部. 郭海英等人[74]通過(guò)對(duì)甘肅省西峰農(nóng)業(yè)氣象站 25 年冬小麥生育期的長(zhǎng)期觀測(cè)資料的分析顯示, 冬小麥返青期、拔節(jié)期、抽穗期、成熟期等發(fā)育期普遍提前. 王位泰等人[75]研究表明, 甘肅隴東黃土高原冬小麥越冬期日數(shù)與期間負(fù)積溫具有較好的負(fù)相關(guān)關(guān)系. 曹艷芳等人[76]研究表明, 自 1980 年以來(lái), 內(nèi)蒙古西部河套平原小麥生育期基本表現(xiàn)為提前的顯著變化趨勢(shì). 楊曉光等人[77,78]研究顯示, 隨著溫度升高和積溫增加, 我國(guó)一年兩熟制、一年三熟制的種植北界都有不同程度的北移, 北方冬小麥的種植北界也將呈現(xiàn)不同程度北移西擴(kuò)趨勢(shì). 楊建瑩等人[79]研究表明, 華北地區(qū)除江蘇和安徽 2 省北部的冬小麥播種期無(wú)明顯變化外, 其他區(qū)域的冬小麥播種期普遍推遲; 全區(qū)冬小麥拔節(jié)期提前, 尤其是北部地區(qū)幅度較大(達(dá) 5~10 d), 抽穗期推遲明顯 (尤其華北中部和北部推遲達(dá) 10~15 d); 除華北南部膠東半島外, 華北大部分地區(qū)冬小麥成熟期推遲, 一般在 5~10 d. 我國(guó)西北地區(qū)過(guò)去 50 年冬小麥整個(gè)生育期縮短 8~10 d, 而返青開(kāi)花期天數(shù)延長(zhǎng) 7 d, 由于冬季溫度升高, 越冬天數(shù)減少 7~8 d, 而返青期、拔節(jié)期、抽穗期、成熟期等發(fā)育期普遍提前, 以返青期提前最為顯著.
方修琦和盛靜芬[80]研究顯示, 黑龍江在原屬水稻種植次適宜和不適宜地區(qū)的北緯 47°以北地區(qū), 水稻種植面積的相對(duì)增長(zhǎng)比例最大, 1993 年的水稻種植面積達(dá) 1985 年的 2.5 倍以上. 葛道闊等人[81]對(duì)中國(guó)水稻產(chǎn)量的預(yù)測(cè)估計(jì)顯示, 華中和西南高原的單季稻均將隨著氣候變暖呈現(xiàn)增產(chǎn)趨勢(shì). 楊沈斌等人[82]研究發(fā)現(xiàn), 相比基準(zhǔn)氣候, A2 和 B2 情景下我國(guó)水稻生育期平均縮短了 4.5 和 3.4 d, 氣候變暖將會(huì)加速長(zhǎng)江中下游地區(qū)水稻的生育進(jìn)程、縮短水稻生育期. 馬樹(shù)慶等人[83]研究表明, 東北地區(qū)在正常水分條件下, 如果平均氣溫上升 1℃, 玉米出苗期則提前 3 d 左右, 而出苗至抽雄期縮短 6 d 左右、抽雄至成熟期縮短 4 d左右, 整個(gè)生育期縮短 9 d左右, 并且出苗速度和出苗以后的生長(zhǎng)發(fā)育速度將提升 17%左右, 積溫增加將導(dǎo)致玉米干物質(zhì)積累時(shí)間延長(zhǎng), 使得干物重明顯增加. 朱大威和金之慶[84]研究表明, 東北地區(qū)氣候變暖對(duì)小麥生產(chǎn)的影響以負(fù)面為主, 氣候變暖對(duì)東北地區(qū)水稻生產(chǎn)總體上有利, 尤其是在北部高寒區(qū)與東部濕潤(rùn)區(qū)的水稻產(chǎn)量均有明顯提高. ——論文作者：岳天祥* , 范澤孟*
