从黑龙江省水稻种植面积的时空变化看人类对气候变化影响的适应.doc

从黑龙江省水稻种植面积的时空变化看人类对气候变化影响的适应2006-12-14 12:19:06 作者：佚名 来源：不详摘要:提要1951年以来，黑龙江省呈明显的变暖趋势，1980年代以来增温尤其明显，是全国变暖最显著的地区。对比发现，全省水稻种植面积增减的阶段性变化与温度变化阶段之间存在着良好的对应关系，但水稻种提要1951 年以来，黑龙江省呈明显的变暖趋势，1980 年代以来增温尤其明显，是全国变暖最显著的地区。对比发现，全省水稻种植面积增减的阶段性变化与温度变化阶段之间存在着良好的对应关系，但水稻种植面积变化略滞后于温度变化。1980 年代中期以来全省水稻种植面积的显著增加，特别是北部地区种植面积的显著增加，是对 1980 年代以来显著增温的响应。关键词温度变化；响应滞后；黑龙江省；水稻种植面积中图分类号P461+.8文献标识码A文章编号10003037(2000)03021305过去 100 多年中，全球平均气温升高了 0.30.6，变暖对人类可能造成的影响更是引起人们的普遍关注，气候变化和全球变暖已提到了目前的政治议程1。对农业生产而言，气候变化意味着资源与自然灾害状况的变化，势必产生有利或不利的影响，致使人类采取相应的应对措施。目前有关变暖的影响研究大多假设气候情景下的模拟，对变暖影响的区域实证研究较少，特别缺少有关人类对气候变化适应过程的研究。我国经历与全球相似的变暖过程，自 1980 年代以来呈现明显的变暖趋势，其中，位于我国最北端的黑龙江省变暖趋势尤其显著，是全国变暖最显著的地区之一2。从农业生产的角度来看，1980 年代以来黑龙江省气候呈现的显著变暖为产量和种植北界均显著地受温度条件限制的水稻种植提供了条件。本文试图通过对黑龙江省 1951 年以来水稻种植面积变化与温度变化关系、特别是 1980 年以来气候变暖与水稻种植面积增加之间的关系的分析，为认识气候变化对农业生产的影响及人类的响应提供一个实证。1 黑龙江省水稻种植面积的时空变化1.1 50年来全省水稻种植面积的变化东北地区水稻种植史可追溯到 19 世纪中叶，朝鲜农民进入奉天（现辽宁）东南边区，他们在移居的各河流谷地修堰引水，进行水稻栽培并传播技术和经验，使该地区水稻种植面积迅速增加，在现属黑龙江省的五常、阿城及黑龙江省的呼兰、瑷珲等地也开始零星地栽培水稻，清末民初，黑龙江巴彦、汤原等地也相继种植水稻3、4，近 50 年黑龙江省的水稻种植得到了迅速发展。根据黑龙江省农业年鉴和经济统计年鉴资料57，1949 年黑龙江省的水稻种植面积为 11.2万hm2，至 1956 年增加至 29.4万hm2，直到 1960 年一直保持此种植面积水平；在 19611963 年急剧减少至 12.3万hm2 之后，水稻种植面积直到 1974 年一直未超过 165万hm2；1975 年以后水稻种植面积恢复到 20万hm2 以上的水平；1984 年面积达 27.8万hm2，此后稳步增加，至 1992 年增至 77.8万hm2；在经 1993 年的略有回落之后，19941997 年种植面积进一步加速增长，至 1997 年达 139.7万hm2（图 1）。图 1 19511997 年哈尔滨站年平均温度、黑龙江省水稻单产和种植面积的逐年变化及趋势拟合（三次多项式）Fig.1 Changes of the anneal mean temperature, the total paddy planting area and the unit area production of rice in Heilongjiang Province1.2 1980年代中期以来水稻种植面积变化的空间差异黑龙江省的水稻种植面积在 1980 年代中期以后迅速增长，19851992 年是增长的第一个阶段，1992 年全省的播种面积达 1985 年的 2 倍，大多数县、市的水稻种植面积在 1992 年达到此阶段的最大值，1993 年的水稻种植面积略有回落，达 73.6万hm2。在水稻种植面积增大的同时，种植的空间范围也发生变化，根据 19851993 年分辨率到县、市一级的水稻种植面积记录可以看出水稻种植面积变化的空间分布特征。对比 1985 年和 1993 年水稻种植面积的变化可以看出，各县、市均有不同程度的增长，总体上北部增长的比例大于南部，增长比例最大的地区位于小兴安岭东、西两侧和三江平原的平原地区（图 2）。1985 年的水稻集中种植区在 47N 以南地区，在水稻区划中属最适宜区和适宜区8，种植面积大于 0.6万hm2 的县、市均集中在此线以南；此线以北县、市的种植面积大多不足 0.1万hm2，在水稻区划中属次适宜区和不适宜区8，其中北部的嫩江、逊克、孙吴、嘉荫等县的种植面积不足 40hm2，且直到 1988 年后才开始有连续的水稻种植。至 1993 年，47N 线以南绝大多数县、市的水稻种植面积增至 1985 年的 1.12.5 倍，除东南部的东宁、穆陵和西部的杜蒙等县外，水稻种植面积均达 0.4万hm2 以上，且绝大多数达到 1万hm2 以上；47N 线以北县、市的水稻种植面积增至 1985 年的 2.5 倍以上，绝大多数县、市的水稻种植面积达 0.2万hm2 以上，最少的也达 0.1万hm2。其中，北部的嘉荫、萝北、克山、讷河、依安、嫩江等县 1993 年的种植面积是 1985 年的 10 倍以上，富裕、望奎、孙吴、兰西、克东、抚远、友谊等县是 1985 年的 510 倍，成为增长比例最大的地区，它们分别位于松嫩平原东北部的高平原区和大、小兴安岭山麓平原、低山谷地区，以及三江平原地区，北界已达 50N 附近。图 2 黑龙江省各县、市 1993 年与 1985 年水稻种植面积比率的空间分布Fig.2 Spatial distribution of the ratio of the paddy planting area between 1993 and 1985 in Heilongjiang Province2 黑龙江省 19511998 年的温度变化以哈尔滨站为例，19511955 年偏暖，年平均温度为 4；19561969 年偏冷，降至 3.47；19701980 年温度增至 3.60，与 19511980 年的平均温度相当；进入 1980 年代特别是 1985 年以后增温明显，19811991 年平均温度达 4.16，1992 年以来达 4.94（图 1）。从各季的平均温度变化看，春季和冬季平均温度增高明显，对年平均温度升高贡献较大，夏季和秋季平均温度增幅相对较小；1970 年代中期后，冬季平均温度增加幅度加大，1980 年代中期后各季平均温度变化均呈升温趋势。410 月的月平均温度变化显示，4、5、6 月平均温度呈逐渐升高的趋势，7、8、10 月平均温度 1980 年代后呈增高趋势，其中 4、10 月平均温度在 1980 年代以后的增加趋势最为明显。黑龙江省内各气象站点 1951 年以来的温度变化过程与哈尔滨站基本一致，且呈与全国及北半球一致的变暖趋势，是全国变暖幅度最大的地区2。全省 1980 年代的年平均温度比 19511980 年平均增高 0.30.9，1990 年代的年平均温度较 19511980 年平均增高 1.41.7，北部呼玛、嫩江、海伦等站的增温幅度大于南部的佳木斯、哈尔滨等站（表 1）。表 1黑龙江省各站点相对于 19511980 年的年平均温度变化与10积温变化Table 1 Changes of the annual mean temperature and the10accumulative temperaturerelevant to the mean of 19511980 in Heilongjiang Province站点呼玛嫩江齐齐哈尔海伦富锦佳木斯鸡西哈尔滨牡丹江纬度51.7N49.2N47.4N47.4N47.2N46.8N45.3N45.7N44.6N经度126.7E126.7E123.9E127E132E130.3E131E126.6E129.6E19511980 年平均-2.0-0.43.11.32.52.93.13.63.519801989 年平均T0.90.60.60.50.60.61.00.30.7T101351809012090120751009012090120150200456010514019901998 年平均T1.71.51.51.81.41.41.41.41.5T10255340225300225300270360210280210280210280210280225300 3 温度变化与水稻种植面积变化的关系3.1 温度变化对水稻生产的意义黑龙江省的水稻种植属半湿润一熟单季早粳稻稻作区，一季早粳稻生长季天数为 110160d，早、中、晚 3 个熟级分布北界的10的积温值分别为 2000、2200和 24008。黑龙江省稻区的生育期在 120140d，10积温变化范围为 20002700（80% 的保证率）5，但积温的年际变化一般可达 300左右，少数可达 400左右9，积温较常年平均少 200300就会发生 35 年一遇的延迟型冷害8。因此，黑龙江省水稻生产的热量条件能基本满足一年一熟的需要，但不稳定，易受热量条件变化的影响。低温是限制水稻生长的一个最重要因素，1969、1972 和 1976 年 3 次延迟型冷害使全省产量平均减少 43.5%8，北部高寒不适宜稻作区的水稻生产更易遭受低温冷害的影响，1985 年以前的稳产度仅为 52.5%8。增温意味着农业热量资源的增加，从延长生长季和增加有效积温两个方面对水稻生产产生有利影响。东北地区平均温度每变化 1，10的日数变化 67d，积温变化 150200左右10，相当于水稻早、中、晚 3 个熟级之间的积温差，所以，在其它条件允许的情况下，年平均温度变化 1，水稻种植熟级可变化一个熟级。据此计算，1980 年代黑龙江省各站点的积温较 19511980 年平均值增加 45200，1990 年代积温较 19511980 年平均增加 210360，嫩江 1990 年代的热量条件可以达到海伦 19511980 年平均的热量条件（表 1）。从生长季变化看，1980 年代以来，随着春秋季的变暖，全省初霜日期推后，大部分地区终霜日期提前，无霜期延长。与 1970 年代相比，全省 1980 年代的无霜期延长 4d，1990 年代的无霜期延长 7d，北部地区较南部地区无霜期延长的幅度更大11。上述变化大约可以使水稻种植提高 12 个熟级，并使原水稻种植的次适宜区变为适宜区、原不适宜区部分地变为适宜区。在降水条件匹配适宜的情况下，水稻种植条件因此得到大范围改善，不仅有利于原水稻种植区内种植面积的增加，而且有利于水稻种植向原热量条件不足的北部地区的推移、扩展。在原属水稻种植次适宜和不适宜地区的 47N 以北地区，水稻种植面积的相对增长的比例最大，1993 年的水稻种植面积达 1985 年的 2.5 倍以上，最大达百倍以上。3.2 水稻种植面积变化对温度变化的响应人们随温度的升降而增加或减少水稻种植面积的行为可以看作是对气候变化的响应，这种驱动与响应的过程是人类感知气候影响并采取相应的适应措施的过程，这一过程主要是通过水稻单产的变化联结起来的，单产的高低为人们提供了一个感知气候变化影响的客观标尺，人们更多地是根据前期水稻单产决定种植面积的增加或减少。1952 年以来黑龙江省水稻单产的波动与温度变化基本同步，温暖年份高产，低温年份减产，上一年或几年水稻单产的增减使人们更直观地感受到气候变化影响的经济意义，因而随之调整水稻种植面积的大小。由于种植面积的改变以前期单产的增减而为参照，加之增加或减少水稻种植面积的农田改造需要一定的时间过程，所以种植面积变化往往滞后于气候变化。从短期变化看，在严重低温减产年之后的年份，水稻的种植面积也相应地减少，1960 年的低温使水稻单产降为 1184kg/hm2，只有 1955 年的 37.2%，相应地 1961 年种植面积显著减少到 1960 年的 56.8%；1972 年低温年的水稻单产为 1258kg/hm2，较 1971 年减少 52.1%，相应地 1973 年种植面积降为 1972 年的 73.7%。水稻种植面积的扩大也是以前期稳产、增产为依据，19521955 年偏暖阶段的水稻单产较高，到 1956 年种植面积增加出现；19731975 年单产大幅度增加，1975 年达 3893kg/hm2，较 1973 年高 33%，相应地 19741976 年的种植面积增加了 1.53 倍；1984 年、1994 年以后水稻种植面积的两次迅速增加，均与前期因气候条件的显著改善而出现的稳定高产有关（其中包括技术因素的影响）。从长期变化看，黑龙江省水稻种植面积的变化阶段与温度变化阶段同样存在对应关系，但时相上明显落后于温度变化（图 1）。19551960 年全省水稻种植面积的突然增长，是以从 1940 年代一直持续到 1950 年代中期的温暖气候为背景的。当然 1950 年代末期黑龙江省的大面积垦荒，1958 年大跃进运动使农业超常规发展也是不可忽视的原因之一。19611973 年平均水稻种植面积跌至 15万hm2 以下，与 1956 年开始并持续到 1969 年的低温阶段相对应，但水稻种植面积增减较气候变动滞后约 46 年。19741983 年的水稻种植面积重新恢复至 1950 年代的水平，平均种植面积在 20万hm2 以上，与 19701980 年平均气温略有增加相对应，但时间滞后 34 年。19841992 年水稻种植面积迅速增加，平均种植面积达 63.4万hm2，是 19741983 年平均的 3 倍多，此与 19811991 年气温明显上升相对应，但时间滞后 23 年。由于温度的明显升高，不仅在水稻适宜区或最适宜区内的种植面积相应增加，而且随着北部地区热量条件的显著改善，水稻种植区向北大范围扩展。与黑龙江省水稻区划图相对比，19851993 年原属水稻生长次适宜区和不适宜区的 47N 以北地区水稻种植面积的相对增长比例最大，1988 年以后原属水稻种植不适宜区的孙吴县、逊克县，嫩江县、嘉荫县等开始连续种植水稻，说明这些地区有了适宜安全生长水稻的气候条件。1994 年后种植面积加速增加，尤其在 1996 年又有突破性的增长，该阶段增长以 1990 年代以来温度明显升高为背景，时间滞后为 2 年左右。4 结论黑龙江省自 1980 年代以来增温趋势明显，1990 年代增温更为明显，是全国变暖最显著的地区。其中春季和冬季平均温度