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1全球氣候變化問題

1.1氣候變化與全球變暖

氣候變化古已有之，現在氣候變化的獨特之處在于人類活動改變了大氣圈的組成和行為，致使變化速率前所未有。如果目前這種趨勢繼續下去，則地球將面臨突破任何歷史記錄的氣候沖擊[lj。各種大氣科學的研究都得出了一致的結論，即溫室氣體的排放將使全球平均溫度增加。有證據表明，大氣中CO:的濃度在1870年時約為280PPm;而直接觀測顯示，1958年為315ppm，1955年為345ppm[，〕;1570一2955年間的年平均增率是0.1%，而1955一1985年間是0.3%。其它溫室氣體(如甲烷、氧化氮、臭氧、氟里昂)加起來對地球變暖的作用也與二氧化碳相當閣。如果目前溫室氣體的排放趨勢繼續下去，則地球表層將以0.3℃/10a的速率增溫。到下世紀中期，累積的變暖效應將使地表平均溫度比工業革命開始前的“自然背景溫度”提高1.5一4.5•e〔‘〕。雖然區域氣候對全球溫室氣體積累的響應還不甚明確，但從古氣候記錄和其它證據可知，地表平均溫度哪怕是很小的異常變化，也足以對地方氣候產生嚴重的影響。例如，現代與小冰期氣候差別的平均溫度體現不過就是IC，但在歐洲，出現于14一17世紀期間的小冰期卻使傳統農作物頻頻歉收或絕收[5]。中國小冰期的開始早于歐洲，其間作物產量亦顯著下降[6j。若地表平均溫度在目前水平上提高5℃，則地球將比過去300萬年中的任何溫暖期都熱。在過去的那些溫暖期間，北半球的極地冰蓋曾經消失，海平面曾比現在高出75cm，熱帶和亞熱帶曾向北擴展到現在的加拿大和英格蘭[sj。現代全球氣候變化的證據已經出現。地表平均溫度已在過去100年來上升了約0.5一0.7℃，其間n個最暖年中有7個發生在最近10年，極端天氣事件的頻率和強度都在增加[5刁。

1•2溫室氣體增溫的可能效應

氣候與其它自然過程乃至經濟發展都有解不開的聯系。溫室氣體增溫及有關的氣候變化必然會導致生物一自然過程和社會經濟條件的改變。一種直接影響是海平面上升，海洋水體熱膨脹和冰川融化的綜合作用很可能在下一個百年內使全球平均海平面上升20一100cm。人口密集的世界大河三角洲和沿海低地將受顯著影響，自然系統和人類活動都會受到嚴重威脅。由于大氣圈保持水汽的能力隨溫度的增加而增加，全球變暖很可能導致全球變濕。某些模擬結果顯示，COZ倍增將使全球平均降水量增加7%一n%[2j。但在另一方面，較高的大氣和地面溫度也將加強植物和土壤的總蒸發。兩方面平衡，土壤水分已趨緊張的地區將更為緊張[7j。世界主要糧食產區的中緯度和大陸中部地區將變干旱，夏天更為明顯，作物生長期的水分條件惡化將導致農業減產。溫室氣體增溫在全球的分布是不均勻的，將會顯著縮小熱帶與極地之間的溫差，從而影響全球天氣系統的熱動力機制，改變大氣環流和洋流的格局。這種天氣動力的變化將改變很多區域的生態和生產條件，而且極端天氣事件發生的頻率、出現時間、延時和分布都會變化。人類活動的很多方面如農業、林業、漁業、沿海的基礎設施、聚落、交通運輸以及人體健康等都會受影響。由于農業的普遍存在，由于其對人類生存的重要性和對氣候條件的敏感性，氣候變化對它的影響更應受到高度重視。

1.3氣候的波動與不確定性

氣候變化包括長期平均狀況的漸變，“正常范圍”內的大波動，可能極端事件之類型、頻率、強度和分布的變化，而且所有這些可能會同時出現。包括農業在內的人類活動不僅對平均狀況的變化，而且對波動和預料不到的情況都應作出響應。氣候波動尤其是極端事件的變動對人類社會的沖擊，很可能比可預料的長期平均狀況變化還嚴重。對全球氣候變化雖然已有了普遍的認同，但還存在一些重大的不確定性。未來氣候的狀況一般都由普通環流模型或全球氣候模型(GCMs)導出，而大多數此類模型對與全球變暖有關的季節和區域氣候變化的判斷則眾說不一，尤其在區域降水量變化的判斷上差異顯著，而對區域溫度變化的判斷差異較小。全球氣候變化會在什么時候產生重要社會經濟影響，也不是很明確的，部分原因是未來溫室氣體的排放量不確定。氣候將漸變還是突變，也不確定。很多此類不確定性的根源，在于我們對全球氣候系統的動態機制缺乏詳細的認識。但氣候本質上就是不確定的，所以這不能成為阻止分析氣候變化(或不確定性)對經濟和其他方面影響的理由。必須承認氣候的波動性和不確定性，不管它是否“變化”，這是分析氣候對社會經濟負面影響的前提。

2氣候變化對農業的影響

對當前的氣候波動和未來的氣候變化，農業是最敏感的部門。全球氣候變化很可能加大世界農業系統的壓力，農業產量可能下降，而這正好發生在農產品需求急劇上升的時候。據Crosson分析，在CO:倍增導致氣候變化的期間，世界食品和纖維的需求將上升2一2.5倍[8〕。

2.1對農業地理限制的影響

全球變暖可望使溫度帶向極地移動，在目前農業潛力受熱量限制的地區，作物生長季會延長。年平均溫度每增加1‘C，北半球中緯度的作物帶將在水平方向北移150一ZO0km，垂直方向上移150一200m川。由此可知，未來50一70年間全球1.5一4.5℃的增溫可使世界主要糧食帶向北擴展230一gO0km。然而，作物布局不僅取決于溫度條件，也受土壤、水分和社會經濟等條件的制約。由于水分條件惡化，由于較高溫度還會促使作物徒長和縮短灌漿期，中緯度主要糧食產區很可能減產〔，。〕。在低緯度，增溫改變農時的影響不可忽視，尤其是一年多熟的地區。例如，南亞和東南亞地區若變暖1℃，已適應當前氣候條件的農時將需要作重大的重新安排[l‘〕。全球變暖對水分條件移動的影響尚難以估計。最近的GMCs研究了大氣CO:倍增對土壤水分的影響[7，‘。〕后認為，在東北非、南非、阿拉伯半島西部、東南亞、澳大利亞東部、美國南部和阿根廷，12月到來年2月的土壤水分會減少;在北非、西非、部分東歐、華北和華中、部分前蘇聯、中亞、西北利亞、澳大利亞西部、美國南部、中美洲和巴西東部，6一8月的土壤水分會減少。

全球變暖對農業的若干重要影響中，知之最少的是極端氣候的可能變化，如干旱、暴風雨、干熱風、凍害等的強度和頻率變化。冷和熱對作物的限制并非與冷、熱的強度本身成正比例關系，作物產量對冷、熱限制常常表現出一種非線性的響應。總蒸發率加速的一個顯著結果是，熱帶和亞熱帶某些地區的旱災頻率會比現在高[l0〕。干旱強度和危害程度的變化是對農業的最嚴重威脅，無論是在全球或區域尺度，尤其是現在已潛伏著干旱的地區。增暖還可能使作物和牲畜病蟲害的地理范圍擴大[l2〕，目前限于熱帶的牲畜病蟲害會擴散到中緯度地區，病蟲害不嚴重的寒溫帶將深受其害，緯度較高的地區危害最大。此外，氣候變化還會嚴重影響害蟲及其捕食者和寄生者之間的物種相互作用。全球變暖導致的海平面上升將會淹沒沿海重要的糧食生產基地。例如，對尼羅河三角洲的初步研究表明，海平面若上升loocm會淹沒目前埃及15%人口的住房和大約同樣比例的糧食產地[l3〕。

2.2對作物產t的影響

可分兩種情況來分析，即大氣中化學組成變化對植物生長的直接影響和溫室效應導致的農業氣候條件變化對作物產量的影響。大氣中CO:濃度的增加提高了光合作用率和水分利用率，有助于植物生長，尤其對包括小麥、水稻、大麥、豆類和根系作物在內的C3植物。實驗表明，若其它與作物生長有關的因素不變，CO。濃度增加使C3作物的產量顯著增加[l‘〕。對包括玉米、高粱、小米和甘蔗在內的C4作物，尚無直接助長效果的可比證據。顯然，即使對于C3植物，大氣化學組成變化的影響也是很復雜的。植物呼吸作用、水分要求和可得性、固氮作用、植物生長階段、作物質量、其它氣體組成等方面變化的影響很可能壓倒CO:增加的助長作用。一般研究更重視作物產量對氣候變化的響應。低緯濕潤地區的水稻產量受溫度變化的影響很顯著，北緯6一31度內眾多農田實驗表明，結實期溫度上升1一ZC會使產量下降10%一20%;緯度越高，受影響越嚴重[l5〕。調整農時有助于消除此類影響，但這在農時必須與季風降雨期相適應的地方很難做到。在熱帶半干旱地區，若降雨量不丈，那么增溫加速蒸發從而使土壤水分惡化，作物產量將下降。例如在印度北部，在雨量不增的情況下，均溫哪怕增加1℃也會使小麥產量減少10%〔，6〕。

肯尼亞的一個案例研究還考慮了雨量減少的影響，結論是玉米產量會減少30一70%〔‘，習。對世界糧食供給的一個最嚴重威脅是，中緯度“谷物帶”變暖及伴隨的作物水分虧缺將使糧食生產潛力降低。美國所有主要的非灌溉作物將減產，高粱、玉米和水稻減產最嚴重[l2〕;加拿大草原地帶的平均產量將減少10%一30%[l8口;在澳大利亞，若增暖3℃且夏雨增加、冬雨減少，則小麥產量可望增加[l5〕。上述主要谷物出口地區的產量變化將顯著影響全球食品貿易。在諸如北美大草原北部、斯堪低納維亞半島、俄羅斯的歐洲部分北部、新西蘭南部、阿根廷和智利南部這樣的高緯度地區，溫室氣體增暖的幅度將最大，目前農業受到的熱量限制會減緩。但這些地區不受土壤和地形限制的面積有限，所增加的產量不足以補償中緯地區的減產川。總之，全球變暖對作物產量的影響在不同作物、不同地區、不同農業系統上有不同的表現。一般說來，中緯地區將受損，高緯地區將受益，但益不敷損。

2.3對農業系統的可能影響

氣候變化與波動導致的農業生產空間分布和作物產量變化，會影響到農業系統的很多方面，如區域比較優勢、農業結構、糧食供給、區域產業結構、農產品的價格和貿易、就業等等，甚至會影響到區域經濟和國民經濟。模擬分析顯示，美國國內的農業比較優勢將會明顯東移，其它中、高緯度國家內也會發生類似的移動[8j。全球農業結構很可能變化，加拿大和俄羅斯的谷物部門將處于更有利的地位，美國的糧食出口將減少，9口。區域尺度上的食品保障將受到嚴重威脅，尤其在熱帶的欠發達國家。中緯度主要糧食出口國的減產將使糧價上升(若減產10%則糧價上升7%)，這會嚴重影響食品短缺國家進口糧食的能力，或擠占非農業部門發展所急需的外匯川。對付氣候變化的負面影響迫切需要調整農業技術，但欠發達國家調整技術的能力有限，因此全球變暖對這些國家的威脅尤其嚴重，特別在目前農業已很脆弱的地區。

3中國農業對氣候變化與波動的脆弱性

3.1過去與未來的氣候變化

中國歷史上已經歷了無數次的氣候變化或波動。有證據表明，約距今8000一5000年是一個相對于今的高溫高濕氣候適宜期，年平均氣溫和降水量分別比現在高2一4C和100一200mm，夏季風一直深人到西北[20〕。12世紀中國開始經歷了小冰期的嚴寒，年均溫比現在低1一ZOC。此期的降水時空差異較大，東部和青藏高原較干旱，西北則比現在濕潤[20〕。近百年來中國氣候與北半球的一般情況一致，呈現出干暖化的發展趨勢。氣溫在20年代較高，50年代較低，70一80年代較高，北方增溫更為顯著，南方則不太明顯。東部和西北自1910年來趨于干旱即〕，東部干旱指數波動上升，近百年來增加了約1.7倍[20〕。用有關時間序列中主要周期外推的方法，估計未來氣候趨勢是呻〕:①大部分地區在90年代偏暖，201。一2030年將出現一個偏冷期，204。年后又回暖。②溫室氣體增暖可能強化上述暖期，故下世紀中國總趨勢是增暖，最暖時期比現在升溫ZC左右;但增暖過程中會出現時間尺度為10一20年、變幅。.5一1.0℃的波動。③降水量將在東部減少、西部增加。與國際上的情況一樣，關于未來的中國氣候也存在很多不確定性和爭論。一般都承認變暖趨勢，但關于溫室效應的看法不盡一致，區域的氣候變化亦不確定。對農業而言，需特別注意極端氣候和水分條件的變化。降水頻率和分布的變化較難預料，但升溫結合旱澇變動肯定將構成對農業的嚴重威脅。例如，由于海陸增溫的差異，亞洲季風很可能增強，降雨強度會加大，因而洪水和侵蝕會加劇。較高的地溫和氣溫將強化蒸發，干旱、半干旱區的荒漠化和灌溉區的鹽堿化也將加劇。

3.2農業環境的脆弱性和變動性

時空差異極大是中國氣候的顯著特征。東部季風區、西北干旱區、青藏高原區的氣候迥然不同，前者又包含著從熱帶到寒溫帶各種類型。中國大部分地區受季風影響，降水年際變率在東部季風區為30%以上，西部干旱區甚至更大;平均溫度年際變率常在1℃以上。氣候波動還在更大時間尺度上發生，如整個60年代華北降水顯著減少就是一個典型例子。氣候變異常使農業生產不穩定，有些地區作物產量的波動幅度可達30%以上[z0j。中國農業環境的一個嚴重問題是土壤侵蝕和土地荒漠化，這也與氣候有關。中國土壤侵蝕面積已達150又10‘km，[，習;土地荒漠化面積17.6\zo4kmZ，其中32%是過去100年來形成的;此外還有15.8只10‘km，正面臨荒漠化的危險咖〕。若按聯合國環境署的標準，土地生產力下降25%即為荒漠化的臨界值，那么中國非灌溉耕地中有69%屬于荒漠化土地哪〕。顯然，溫度和降水的變化對大多數非灌溉耕地都有嚴重影響。對灌溉的依賴也造成農業的危機。最近幾十年來中國北方的地表水顯著減少，例如青海湖水位在1956一1984年間下降了3.35m，松花江流域的年徑流量從50年代后期的70omm減少到70年代后期的Zoomm。地下水超量開采，供給也日趨減少。淡水資源短缺已很嚴重[20〕。與氣候相關的自然災害在中國是很頻繁的。據不完全統計，自公元前206年到1949年，有文字記載的嚴重旱災是1056次，嚴重洪災1029次。泥石流、滑坡、臺風、塵暴、病蟲害等亦很常見。近年來各種自然災害所造成的直接經濟損失每年高達500億元嘟〕，農業損失尤甚。

3.3農業系統的脆弱性

中國農業本身的脆弱性使氣候變化的影響更顯嚴重。首先是農業資源的人均占有量少，特別是土地資源和水資源。由于城市化、荒漠化、土壤侵蝕等的擴展，耕地面積還會進一步減少。再加上人口增長的因素，人均耕地面積將會由目前的。.115ha減少到下世紀初期的0.o94ha和下世紀中期的。.o63ha卿口。水資源短缺一直是中國很多地區農業發展的主要限制因素。例如華北平原，其耕地占全國總量的42%，但水資源卻只占6%。全國最大的這部分耕地潛力大受水資源短缺的限制，而氣候變化很可能使水分條件進一步惡化。另一方面，人口還將增加，生活水平也需進一步提高，這就使對農產品的需求不可避免地上升，中國農業系統將更不堪重壓。中國現在已面臨人口承載力接近極限的危險，氣候變化會使農業生產能力與農產品需求之間的沖突更加尖銳。增加投資和發展技術是適應氣候變化的重要途徑，但中國農業在這方面的前景不樂觀。作為發展中國家，財力有限，而其他經濟部門的投資需求被放在較優先的地位，農業上的投資大受限制。事實上，近年來國家對農業的投資比例已經下降，其不良后果已經顯現[28〕。中國農民科學文化水平較低，農業科技人員相對稀少，農業技術裝備不足，所有這些都使適應氣候變化的技術實力有限。

3.4氣候變化對中國農業的潛在影響

國際學術界已出現了一些有關氣候變化對中國農業影響的研究，結論大相徑庭。美國國防大學的一份報告估計，中國糧食產量將增加，中國將從糧食進口國變為糧食出口國[l’〕。然而悲觀的結論更多，如Kellogg認為，中國主要農業區很可能將變干旱，對糧食生產有嚴重影響[29〕。Parry和swaminathan也指出，全球升溫將使中國北方和華中的土壤水分減少，農業將減產[15〕。中國科學家對個問題也作了研究。黃秉維認為，全球變暖將使中國的溫度帶北移，其直接作用對作物生長是有利的。例如，邊緣熱帶的橡膠、咖啡等作物再也不會遭受現在偶有出現的冷害;在中、北亞熱帶，目前的一年兩熟制可望變為三熟制;在暖溫帶，升溫不僅會增加作物產量，也將有利于水果生產。但是全球變暖的間接作用(諸如病蟲害增加)卻對作物生長有害，更重要的是未來降水的不確定性將嚴重影響中國的農業生產咖〕。趙名茶的研究表明，全球變暖將使中國的寒潮之害減輕，有利于農業生產。特別是在中國的干旱區，由于降水將增加，土壤水分條件將得到改善，干旱頻率將減少，灌溉面積將擴大，農業生產潛力將提高，作物產量也會較穩定[sl〕。

大多數中國學者認為，由于中國農業對與氣候有關的多種條件變化已經很敏感，全球氣候變化將會嚴重沖擊中國農業，盡管區域氣候變化的前景尚不確定。增暖導致蒸發、風蝕、干旱的加強和臺風頻率的加大，使農業總產量至少損失5%;某些森林物種將嚴重喪失，部分森林將變為稀樹草原[sz〕;即使是中等程度的海平面上升也會對沿海地區造成嚴重災難。大片耕地和養殖場將被淹沒，而這正是中國沿海的主要食品生產基地。大河三角洲是中國人口最密集、土地最有生產力、基礎設施和工廠城鎮最富集的地區，受海平面上升的威脅也最嚴重。珠江三角洲有35ookm“將被淹沒，長江三角洲和黃河三角洲等較發達地區的大部分也將面臨洪澇災難咖〕。若無降雨量的增加作為補償，則主要糧食作物將減產。溫度每增加1℃，玉米平均產量會減少3%咖〕;小麥也將由于水分條件惡化而減產;晚稻則由于生長期縮短而嚴重減產。于是中國的糧食生產將面臨嚴峻挑戰，而這正好發生在中國人口和生活水平都將明顯上升之時。擴大農業生產的可能性進一步受限，資源利用的余地更小，未來食品自給的保證程度將更無把握，農業系統更趨脆弱。

4對氣候變化的農業適應對策

盡管氣候變化對農業的影響具有不確定性，但“有備無患”，適應對策研究正在蓬勃興起。農業的“適應”問題可從兩方面來看。首先，農民和農村社區在面臨氣候條件的變化時會自覺地調整他們的生產實踐，這是一種“自發”的適應策略，關于氣候變化對農業影響的任何評價都應當考慮到采用此類策略的可能性。其次，在面臨氣候變化可能帶來的減產或者新機會時，政府有關決策機構應促進農業結構的調整，以盡量減少損失和盡量實現潛在的效益。這種“有計劃”的適應策略與減少溫室氣體排放的政策一樣，都是關注氣候變化對人類社會影響的決策響應。當然，農業對溫室氣體的排放也有重要的作用，但這已超出了本文的論題范圍。戰術上的適應措施也受到高度重視。Parry和Swaminathan明確了三類戰術調整:改變土地利用(如農業區和作物類型的調整)，調整管理措施(如增加灌溉和施肥、防治病蟲害、控制水土流失、改造農業基礎設施等)，改變作物和畜牧制度(如調整農時)[l5〕。

技術上的適應亦不可忽視，例如改造地形以減少徑流和促進水分吸收、減少土壤侵蝕;改良灌溉方法以節約用水和提高水的利用效率;開發土壤保墑技術和其它農田管理措施;引進新的作物品種或變種。必須強調社會體制適應的重要性。氣候變化和波動對農業的影響在相當程度上是社會經濟條件的產物，而不僅僅是氣候本身的結果。以食物保障問題為例，諸如人口過剩、技術不足或不當、貧困、政策失誤等因素的作用并不亞于土壤和氣候的生產潛力。所以氣候變化的影響問題與發展中國家更為緊迫的發展問題密不可分。增強應付當前氣候波動的能力將擴大對潛在全球氣候變化響應的選擇范圍和余地。而諸如加強農業系統實力、發展持續農業、提高農村的教育和科技水平這樣的戰略，即使沒有全球變暖問題也是很必要的。全球氣候變化及其農業影響問題是對中國科學界和決策界的嚴峻挑戰。雖然尚存某些重要的不確定性，但對全球氣候變化的前景已有了廣泛的認同。評價氣候變化對農業持續性的意義并制定相應對策，既是對科學研究的要求，也為科學研究提供了機會。改善未來氣候可能變化的科學信息無疑有助于此類研究，尤其是關于氣候的性質(而不僅是溫度)、空間解析水平(而不僅是全球或大區域)和時間解析水平(而不僅是長期平均狀況)。

然而，且不論未來幾十年內所產生的此類信息可靠程度如何，它們對評價氣候的農業影響并不是充分和必要的條件。氣候本質上就是變化的和不確定的，在評價其農業影響時必須認識到這個事實。評價全球氣候變化和波動對中國農業的影響包括很多方面，至少應當有:變動條件下作物產量的持續性;從歷史研究中展望農業系統調整的前景;分析氣候與農業系統中其它變動因素(環境的、經濟的、社會的)的相互作用;風險評價和政府的適應決策;開發和評價為提高應變能力和減少脆弱性所能采取的措施。