及粮食安全的影响
1. 引言
IPCC第四次评估报告提出，气候变暖已成为不争的事实。过去100年(1906至2005年)全球平均气温增加为0.74[0.56至0.92℃]。自20世纪70年代以来，在更大范围地区，尤其是在热带和副热带，观测到了强度更强、持续更长的干旱（IPCC,2007a）。利用6种SRES情景，与1980—1999年相比预计21世纪末全球平均地表气温可能升高1.1—6.4℃。高纬地区的降水量很可能增多，而多数副热带大陆地区的降水量可能减少。全球平均海平面上升幅度预估范围是0.18—0.59米（IPCC，2007a）
在全球变暖的大背景下，中国近百年的气候也发生了明显变化。一是近百年来，中国年平均气温升高了0.5～0.8℃。从中国的气候1986年到2005年，中国连续出现了20 个全国性暖冬。二是近百年来，中国年均降水量变化趋势不显著，但区域降水变化波动较大。中国年平均降水量在20世纪50年代以后开始逐渐减少，平均每10年减少2.9mm，但1991年到2000年略有增加。从地域分
布看，华北大部分地区、西北东部和东北地区降水量明显减少，平均每10年减少20～40mm，其中华北地区最为明显；华南与西南地区降水明显增加，平均每10年增加20～60mm。三是近50 年来，中国主要极端天气与气候事件的频率和强度出现了明显变化。华北和东北地区干旱趋重，长江中下游地区和东南地区洪涝加重。1990年以来，多数年份全国年降水量高于常年，出现南涝北旱的雨型，干旱和洪水灾害频繁发生。四是近50 年来，中国沿海海平面年平均上升速率为2.5mm，略高于全球平均水平。五是中国山地冰川快速退缩，并有加速趋势。中国未来的气候变暖趋势将进一步加剧。一是与2000 年相比，2020 年中国年平均气温将升高1.3～2.1℃，2050 年将升高2.3～3.3℃。二是未来50年中国年平均降水量将呈增加趋势，预计到2020年，全国年平均降水量将增加2%～3%，到2050 年可能增加5%～7%。其中东南沿海增幅最大。三是未来100年中国境内的极端天气与气候事件发生的频率可能性增大，将对经济社会发展和人们的生活产生很大影响。四是中国干旱区范围可能扩大、荒漠化可能性加重。五是中国沿海海平面仍将继续上升。六是青藏高原和天山冰川将加速退缩，一些小型冰川将消失（NDRC，2007）。
气候变化特别是温度升高已经对许多自然系统产生了影响。过去30a的人为增暖可能已对许多自然和生物系统产生了可辨别的影响。农业是对气候变化最敏感的领域之一，在未来气候
变化条件下，如果中高纬地区平均温度增加1～3℃，粮食产量预计会有少量增加；若升温超过这一范围，农作物产量则会降低。而在低纬地区，特别是干季热带地区，即使局地温度有少量增加(1～2℃)，也会导致农作物产量降低。从全球角度看，若局地平均温度增加范围在1～3℃，粮食生产潜力预计会随温度升高而增加，若超过这一范围，则会降低（IPCC，2007b）。气候变化将在一下方面对我国农业生产造成不利影响：1）气候变化造成大多数主要作物水分亏缺、生育期缩短，产量下降；2）改变我国现行的农业种植制度；3）未来农业气象灾害会更加频繁，农业生产的不稳定性加大，农业在气候变化条件下变得更加脆弱。
2. 气候变化对我国粮食安全的影响
2.1 气候变化背景下农业水资源的更加匮乏
水利部水利信息中心（2005）模拟分析了不同气候情景下多年平均径流深较基准情景年（1961～1990年）变化情况，在未来50~100年，多年平均径流深在北方部分省（吉林、黑龙江东部、陕甘宁地区）减少明显，减幅达7～12％，而部分省份局部地区（新疆局部、辽东半岛、天津东部、山东半岛）有所增加；同时，多年平均径流深在南方大部分省份（福建、浙江、江西、湖南、云南、贵州、广西、西藏）增加明显，增幅达20~25％，而部分省
份（海南、四川盆地、重庆）有所减少。水利部水利信息中心（1996）根据四个GCMs模型的气候情景值模拟了不同地区2030年完全由气候变化引起的缺水量，得出气候变化将大大加剧海滦河流域、京津唐地区、黄河流域及淮河流域的缺水量并对社会经济产生严重影响。
温度升高，降水变率增加一般会导致灌溉用水增加，农业灌溉用水量增加6～10％。在IPCC SRES A2和B2情景下，模式预估到2020年中国对灌溉净需求将增加2%～15%(Döll, 2002)。张建云和王国庆（2007）研究提出在2050年中国农业灌溉面积将比2000年增加8％～19％，农业需水量将比2000年增加12％。但由于气候变化造成主要流域的径流量减少，势必会对农业生产产生重大影响。
2.2 气候变化背景下农业气象灾害日趋严重
气候变化特别是由于气候变化导致的极端气候事件发生频率和强度的增加使我国农业生产面临产量波动增大、布局与结构调整、成本与投资增加等问题。20世纪90年代以来，我国平均每年因各种气象灾害造成的农作物受灾面积4800多万公顷，粮食损失约2000万吨；每年因气象灾害造成的农业直接经济损失达1000多亿元，约占国民生产总值的3-6%(刘玲等,2003)，仅2008年年初的南方冰冻雪灾供造成作物受灾面积近1100万公顷，受灾人口达1
亿多人。2008/2009冬春连旱造成麦区受旱1.57亿亩，其中严重受旱6482万亩。未来气候变暖将造成我国北方地区水资源短缺加剧，特别是在北方干旱和半干旱区情况更为严重，沙漠化趋势进一步恶化，在长江中下游等地区，强降水事件频率将有所增加，洪涝灾害加重，将造成农业生产的不稳定性增加。
2.3 气候变化背景下病虫害发生的频率增加、危害程度加剧
N以南地区的稻飞虱均比当前多繁殖一个世代。N～25N以南地区的黏虫、23N；分布在33N～24N推向23气候变暖对农作物害虫的繁殖、越冬、迁飞等习性也产生明显影响，使作物和家畜病虫害的地理范围扩大，尤其是目前受热量限制的病虫害会向较高纬度地区扩散，使中高纬度地区的病虫害加重(蔡运龙等，1996)。气候变暖有利于作物害虫的越冬幼虫安全越冬；有利于害虫的生长发育和繁殖，种增长率加快，发生世代数可能增加；将使害虫北迁时间提前、南迁时间推迟；气候变暖后各种病虫出现的范围也可能扩大向高纬地区延伸，目前发生在热带的病原和寄生组织将会蔓延到亚热带甚至温带地区。如气候变化条件下粘虫的越冬北界北移1个纬度，稻飞虱的安全越冬北界由当前的22
2.4 气候变化对农业土壤生产力的影响
气候变暖后，土壤有机质分解加快，化肥释放周期缩短，气温增加2℃或4℃，氮素每次施用量需增加8%或16%左右（气候变化国家评估报告编写委员会，2007）。另有研究表明，在15℃~25℃条件下，温度每升高1℃，速效氮释放量将增加约4%。温度增加1℃，释放期将缩短3.6天。施肥量的增加不仅使农民投入增加，其挥发、分解、淋溶流失的增加对土壤和环境十分有害。
2.5 气候变化导致农业生产布局和结构出现变化
气候变化也可能带来有利的影响。一是复种指数增加，中高纬度地区，温度的升高可以延长作物生长季、减少作物冷害，使作物向更高纬度扩展，农业种植面积扩大，如果年平均温度增加１℃时，大于等于10℃积温持续日数全国平均可延长15天左右，全国作物种植区将北移。据计算，到2050年，气候变暖将使大部分目前两熟制地区被不同组合的三熟制取代，三熟制的北界将北移500千米之多，从长江流域移至黄河流域；而两熟制地区将北移至目前一熟制地区的中部，一熟制地区的面积将减少23%。二是气候变暖使低温冷害有所减轻，与低温有关的灾害发生的频率和强度降低，冬季出生的家畜死亡率降低。
气候变暖后，我国主要作物品种的布局也将发生变化。华北目前推广的冬小麦品种(强冬性)
因冬季无法经历足够的寒冷期而不能满足春化作用对低温的要求，将不得不被其它类型的冬小麦品种(如半冬性)所取代。比较耐高温的水稻品种将在南方占主导地位，而且将逐渐向北方稻区发展。东北地区玉米的早熟品种逐渐被中、晚熟品种取代。
温度升高蒸发相应加大，如果降水量不明显增加，将会使我国农牧交错带南扩，东北与内蒙古相接地区农牧交错带的界限将南移70公里左右，华北北部农牧交错带的界限将南移150公里左右，西北部农牧交错带界线将南移20公里左右。北方草原区的气候将会变得更加干暖，农牧过渡带的南移虽然可增加草原的面积，但由于农牧过渡带是潜在的沙漠化地区，草地潜在荒漠化趋势增大。
2.6 气候变化对我国粮食安全带来的挑战
气候变化对我国粮食安全的影响，一直受到国内外学术界和有关政府部门的广泛关注（Rosenweig GE and Matin, 1994; Yu, 1993; Xiong et al., 2007; 王铮和郑一萍，2001）。研究者对未来我国粮食供应能力作了预测，但研究结果因考虑的因素以及采用模型的不同而存在差异，目前为止还没有达成统一共识。姚玉芳（2007）通过对我国经济、人口、土地利用等多方面的综合分析，预测我国未来（2005-2050）粮食供需问题将日益严峻，粮食需求
迅速扩张，而生产能力却进一步下降，自2010年起，我国粮食供需将出现缺口，缺口量最大发生在2040年左右，约缺口0.68亿t，占粮食需求量的10%左右。但蔡承志等（2008）基于AEZ 模型，计算我国6大主要粮油作物(水稻、小麦、玉米、马铃薯、大豆、油菜) 产量的农作物生产潜力，结合未来我国粮食消费结构变化，认为我国粮食生产能力完全能够确保2030年粮食总需求。熊伟等（2007）研究指出，如果不考虑CO2的肥效作用和适应措施，全国平均温度升高2.5~3℃之前，我国三大主要粮食作物的单产水平有增有减，这意味着未来的粮食总产水平还可以通过种植结构的调整而得以保持稳定，然而当平均温度升高2.5~3℃以后时，我国这三种主要粮食的单产水平的将会持续下降，从而会影响到未来我国的粮食总产。
如果考虑未来较高的CO2浓度对作物生的肥效作用时，未来各种作物的粮食单产水平仍有较大的增产空间，其中小麦的增产空间最大，水稻次之，故目前预估的温室升高幅度(0.9～3. 9℃)不会对我国的粮食总产造成较大的负面影响，对我国的粮食生产不存在温度阈值，将不存在粮食安全问题。
但未来粮食安全问题不仅取决于未来的粮食单产水平，还取决于粮食播种面积、技术贡献程度、人口总量、国际贸易情况等。目前还很少有考虑到气候变化影响后的粮食安全问题的综合研究结果，更缺乏考虑到气候变化适应措施后的粮食安全评估。熊伟等（2007）从人均粮食占有量的角度来探讨了气候变化对未来中国粮食安全的影响（图1），设定人均粮食300kg（社会发展的基础粮食供给）和400kg（社会可持续发展的粮食供给）两个指标评估了气候变化对粮食安全的影响，得出，高排放的A2情景下未来社会发展的基本粮食供给将有可能在2030年前后出现粮食缺口，中低排放的B2情景下未来社会发展的基本粮食供应将不存在问题，而社会可持续发展的粮食需求将可能无法得到满足；但如果考虑CO2的肥效作用，目前预测的气温升高将不会对我国未来粮食生产造成负面影响；A2和B2情景下，未来社会发展的基本粮食安全将可以保障，气候变化对我国的粮食安全均将不会构成威胁，而B2情景下的粮食供给可以满足社会可持续发展的粮食需求。如果考虑其他适应措施（如：农业投入等）及CO2的肥效作用后，蔡承志等（2008）认为2030年作物总产潜力完全能够确保粮食总需求，不会存在粮食安全问题。
尽管目前有关气候变化对粮食安全的影响研究很少，研究也存在较大不确定性，但是研究者得出相似的结论，即如果只考虑温度升高未来我国将存在粮食安全问题，但是如果考虑到C
O2的肥效作用以及未来农业适应措施，主要作物产量变化不大。可见未来我国粮食安全问题，很大程度上取决于适应措施的有效性，如生态农业的推广、农业技术的进步等，然而目前对适应措施的考虑和适应效果的研究考虑还较少，对适应效果的评价还停留在田间水平的农户自发适应，如播种日期的调整、品种的更替等，对部分为解决国家粮食安全而制定和开展的宏观政策的适应措施，如南水北调、基本农田保护等，目前还少有相关研究，特别是适应措施与气候变化的交互作用，目前还鲜有报导，今后还需要进一步加强气候变化对粮食安全影响的研究，尤其是对适应的评估。
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