農環格格有話說：
4月17日周一（農歷三月二十一），大家早安！！
近百年來，全球正經歷一次以變暖為主要特征的氣候變化，隨著氣候變化及其所帶來的影響日益顯著，目前適應氣候變化越來越成為全球關注的熱點問題。
作者指出：我國已有的農業種植結構調整適應氣候變化實踐非常豐富，但諸多研究者并未進行過系統的梳理，對已有實踐的適應氣候變化內涵沒有清晰地認識。為了更好的應對未來氣候變化，文章從種植制度、作物布局、品種布局三個方面闡述了氣候變化對中國農業種植結構調整的影響...
文章來自：《中國農業科技導報》2017年第1期。
▎全文共 9714字，閱讀大概需要15分鐘。
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文
李 闊, 許吟隆
中國農業科學院農業環境與可持續發展研究所,北京 100081
氣候變化與農業生產關系緊密
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近幾十年來,人們越來越認識到氣候變化是人類共同面臨的巨大挑戰。IPCC( Intergovernmental Panel on Climate Change) 第五次評估報告指出,1880-2012 年全球平均地面氣溫升高了 0.85°C ; 相對于 1850-1900 年,預測不同典型濃度路徑( RCP4.5、RCP6.0、RCP8.5) 情景下21 世紀末全球平均地面溫度均可能升高超過1.5°C。
為了應對這一嚴峻挑戰,2015 年底《聯合國氣候變化框架公約》近200個締約方一致同意通過了《 巴黎協定 》,涵蓋目標 、減緩 、適應 、損失損害 、資金 、技術 、能力建設 、透明度 、全球盤點等內容,其中指出各方將努力把全球平均氣溫升高控制在 2°C 之內,并爭取把升溫進一步控制在1.5°C之內。
氣候變化與農業生產關系緊密，農業( 種植結構、產量、品質等) 對氣候變化敏感性區域特征明顯，氣候變化影響下不同地區種植結構調整的方向差異顯著，因此系統總結中國適應氣候變化的種植結構調整技術措施，將為未來中國糧食安全提供堅實保障。
種植結構是指一個地區或生產單位作物種植的品種、布局、配置、熟制的總體,包含作物種植的時空分布、種類、比例、一個地區或田間內的安排、一年中種植的次數和先后順序。根據農作物種植的分布特征,種植結構可以分為三個方面,包含種植制度、作物布局與品種布局; 這三個方面既相互交叉,又互有區別 ,種植熟制發生變化 ,作物布局肯定發生變化,若作物布局發生變化,則種植熟制與品種布局也可能發生變化; 按照通常的觀點來看,三者側重點不同,種植熟制往往針對不同的積溫帶而言,作物布局主要針對大范圍作物種植區域,品種布局針對小范圍作物種植區域。
氣候條件在很大程度上決定著作物生長發育進程和產量形成，區域種植結構是人類長期適應當地氣候與生態條件及社會經濟條件的結果。氣候變化對作物的影響日益凸顯，種植制度、作物布局與品種布局也必須進行相應的調整。
在中國農業種植歷史中,農作物種植實踐一直與氣候變化緊密結合在一起,農民往往根據實際發生的氣候變化狀況自發調整種植結構; 但過去的研究往往關注于農業氣候資源( 光、熱、水、氣) 的變化,對于氣候變化并未有整體的認識; 隨著近年來全球變化研究的增多,氣候變化對農業種植結構的影響日益受到關注,但已有的農業種植結構調整適應氣候變化實踐非常豐富,諸多研究者并未進行系統的梳理,對于已有實踐沒有清晰地認識。
文章重點
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文章從種植制度、作物布局、品種布局三個方面闡述了氣候變化對中國農業種植結構調整的影響,結合東北水稻玉米擴種、冬麥北移、華北“兩晚”技術、長江中下游雙季稻改制、南方冬季農業開發等典型適應氣候變化案例 ,探討復種指 數 、間作套種模式 、作物配置 、種植界限 、種植比例 、抗旱品種 、抗病蟲害品種等農業種植結構調整的不同方面適應氣候變化的內涵,提出了種植結構調整中適應氣候變化工作面臨的關鍵問題,倡導進一步加強氣候變化各要素對種植熟制的綜合影響研究,深入開展農業精細區劃與作物布局優化配置研究以及適應氣候變化的育種多目標優化決策研究。
以下為文章主體內容
1
適應氣候變化的種植結構調整層次
種植結構是一個復雜體系，包括種植制度、作物布局與品種布局三個主要方面。
種植結構的調整受自然因素和社會經濟因素兩個方面的共同影響，其中社會經濟變化是種植結構調整的主要驅動因素，而氣候變化則是種植結構調整的重要制約因素。
隨著全球變暖,氣候變化對種植結構的影響越來越顯著，既給農業生產帶來負面影響，也帶來了有利因素。適應氣候變化的核心是要趨利避害，適應氣候變化的種植結構調整都是圍繞這一核心開展。
本研究從氣候變化角度,重新審視過去 60 多年來中國種植結構調整的諸多案例,包括成功的經驗與失敗的教訓。
從種植結構調整的出發點來看,大部分措施是受社會經濟因素驅動,為了穩產高產等經濟目標,與氣候變化沒有必然關系,因此不能稱之為適應氣候變化措施; 但有些措施主要是為了規避氣候變化所引起的農業災害,有些措施主觀上是為了保障或提高經濟效益,但客觀上充分利用了氣候變化所帶來的水、熱、光等農業氣候資源變化,有些措施兩者兼顧,這些則是適應氣候變化的典型措施。研究通過對中國種植結構調整典型成功案例的分析,對比適應措施實施前后的差異梳理其適應效果,總結出適應氣候變化的種植結構調整特征。
1.1
種植制度調整
種植制度是一個地區或生產單位農作物的種植熟制、間套輪作及休閑的總稱,其中熟制是指一年中作物種植的次數和先后順序,間作是指同一田地上同一生長期內分行或分帶相間種植兩種或兩種以上作物的種植方式,套種是指在前季作物生長后期的株行間播種或移栽后季作物的種植方式,輪作是指在同一田地上有順序的在季節間或年間輪換種植不同作物的種植方式。
從氣候變化來看,我國種植制度調整包括復種指數變化、間作套種輪作模式變化、作物配置變化三個方面,其中較典型的適應氣候變化種植制度調整主要包括以下一些整體趨勢。
受全球溫度升高影響,不同熟制的種植界線總體北移; 全國復種指數呈上升趨勢,其中熟制過渡地帶和高原、山地以及丘陵地區,復種指數增幅較大; 少數地區由于降水減少、缺乏灌溉條件,復種指數有所下降。氣候變暖還促進了熟制過渡地區各種間作套種模式的推廣。
在一些干旱缺水地區,通常采取耗水高產作物與旱作節水作物的輪作方式。
1.2
作物布局調整
作物布局是指不同作物種植的比例( 如糧-經-飼比例) 與空間分布; 從已有研究來看,作物布局調整包括作物種植邊界變化、區域內部作物種植比例變化、作物種植區域整體移動三個方面,其中我國典型的適應氣候變化的作物布局調整呈現出以下趨勢。
隨著氣候變暖,作物布局也呈現出北移趨勢,如冬小麥種植北界北移西擴,東北地區水稻種植北界擴展至北緯 52°地區,平原地區的玉米種植向北擴展了約 4°; 華南的熱帶、亞熱帶作物分布也明顯北擴。氣候變化影響到農業氣候資源的時空分布,從而改變不同地區的作物種植比例,如東北地區高產水稻和玉米的種植面積大幅增加,大豆和春小麥種植面積減少; 在氣候明顯暖干化和水資源嚴重匱乏的華北地區,水稻種植面積大幅度下降,小麥種植面積也有所壓縮。氣候變化還使農業氣候資源的優勢區域發生轉移,如由于氣候變暖導致東部棉區棉鈴蟲等病蟲害加重,棉花主產區從 20 世紀 90 年代中期開始轉移至新疆; 由于環渤海太陽輻射減弱和降水顯著減少,蘋果主產區在 20 世紀 80 年代以后轉移至海拔相對較高的黃土高原南部。
1.3
品種布局調整
品種布局是指不同品種的作物在時間和空間上的分布; 從氣候變化角度來看,品種布局調整包括中晚熟品種擴種、耐旱品種擴種、冬性弱品種替代冬性強品種、災后特早熟品種搶種、抗病蟲害品種擴種等方面; 由于不同區域的氣候、生態、環境差異較大,因此以上品種布局調整措施往往是在某一特定區域行之有效的氣候變化適應方法,不能一概而論。
其中典型的適應氣候變化品種布局調整有以下變化趨勢: 隨著熱量條件改善,各地普遍改用生育期更長的品種以挖掘增產潛力; 由于冬季變暖,越冬作物普遍改用冬性有所降低的品種,提前進入生殖生長階段,有利于增加籽粒數;氣候暖干化地區由于水分條件的限制,加強了耐旱節水品種的選育和推廣; 極端天氣氣候事件多發,增加了特早熟救災作物的種質儲備和災后搶種; 針對氣候變化使病蟲害加劇,加強了抗病蟲品種的選育和推廣,如抗蟲棉、脫毒種薯、脫毒苗( 蔬菜、果樹) 等。
2
種植制度調整實踐
過去20多年來,氣候變暖使農作物春季物候期提前,生長期延長,生長期內熱量充足,進而對中國種植制度產生顯著影響。受氣候變化影響,種植制度調整成為農業適應氣候變化的一項重要措施。
種植制度通過改變復種指數、間作套種模式以及作物配置三個方面來適應氣候變化。
2.1
復種指數的調整
隨著氣候變化，溫度升高和積溫增加，作物種植熟制發生顯著變化，復種指數不斷提高。研究表明，1981-2007 年間中國一年兩熟制、一年三熟制的種植北界都較 1950-1980 年有不同程度北移，北移地區的復種指數明顯提高。如，黃淮海地區水澆地、旱地一年兩熟區的南界向北移動；江淮平原麥稻一年兩熟區整體向北推移；長江中下游平原一年三熟、一年兩熟區，北界向北移動，南界無明顯變化，西界向西推進; 華南一年三熟、一年兩熟區,其北界向北移動。
與此同時,種植熟制的改變在大部分地區有利于單位面積周年作物產量的提高。如長江中下游平原由雙季稻改為稻-麥( 稻-油) 種植,可以有效規避氣候波動加劇導致的氣象災害和病蟲害,實現高產穩產,客觀上也減少了甲烷的排放; 華北中北部地區冬小麥-夏玉米套改平,可以高效利用氣候變暖增加的熱量資源,從而提高冬小麥-夏玉米的總產。
有學者研究結果認為,由于熱量資源的增加,全國的復種指數由1985 年的143% 增加到 2001年的163.8% ,其中青藏高原、西北、西南、華東和華南地區丘陵山地的復種指數增加幅度較大; 這些區域大多分布在不同系統的邊緣地帶,如農牧交錯帶地區,其對氣候變化更為敏感,也更為脆弱,因此,在復種指數增加的情況下不同地區宜因地制宜地調整種植結構。同時水分狀況的改變也是熟制調整的一個重要原因,如在華北的一些丘陵山區,雖然熱量條件已能滿足冬小麥-夏玉米一年兩熟的要求,但由于降水減少和缺乏灌溉條件,仍以一年一熟的春玉米為主。
2.2
間作套種模式的改變
隨著氣候變暖,間作套種模式也在發生變化。例如,在冬小麥種植北界地帶,氣候變化導致熱量資源增加,但仍然是“一茬有余,兩茬不足”,為了有效地利用增加的熱量資源,不同地區結合降水條件采取了各種間作、套種及輪作模式,其中冬小麥-夏玉米套種是最普遍采取的種植模式。
如在冬小麥種植北界地區小麥與玉米套種,一方面有效地利用了華北地區新增的熱量資源,提高了冬小麥-夏玉米的產量,另一方面便于實施機械化作業,提高耕作效率。在農牧交錯帶及黃土高原等干旱缺水地區,針對氣候波動的加劇,耗水作物與抗旱作物往往采取輪作模式,若上一年度種植耗水作物,下一年度則種植耐旱作物,這樣既能節約水資源,又能有效地適應氣候暖干化導致的更為嚴峻的干旱缺水狀況。
2.3
作物配置的變化
氣候變暖為作物配置變化提供了客觀條件或限制因素,而當地社會經濟狀況的變化往往對作物配置變化起到決定作用。氣候變化對作物配置的影響主要體現在不同作物的搭配上。例如,川中丘陵地區過去以冬水田一季水稻生產為主,由于氣候變化帶來的冬春干旱加重,往往蓄不到足夠的水,從 20 世紀 70 年代末以來,普遍改為小麥-玉米-紅薯的旱三熟制,一方面適應呈現暖干化趨勢的氣候狀況,另一方面取得了顯著的增產效果。
3
作物布局調整實踐
氣候變化導致不同區域的熱量、水分條件以及病蟲害等生物環境的改變,不同作物的適生區域也隨之改變,加上市場需求的變化,調整作物布局勢在必行。
在氣候變化背景下,作物布局調整不但能夠適應氣候變化,而且具有顯著的經濟效益,能夠滿足社會市場需求,同時具有一定的生態效益。
從全國范圍來看,作物布局調整主要存在以下三種模式適應氣候變化: 作物種植界限變化、區域內部作物種植比例變化和作物種植區域的整體轉移。
3.1
作物種植界限的變化
由于不同地區氣候變暖的程度和趨勢不同,對作物布局的影響也不盡相同,其中作物種植界限變化尤為顯著。
理論上來看,氣候變暖使得平均氣溫和積溫升高,單純從熱量資源的角度出發,作物種植界限的變化總體表現為向高緯度和高海拔移動的趨勢。氣候變暖使遼寧省、河北省 、山西省、陜西省、內蒙古自治區、寧夏回族自治區、甘肅省和青海省冬小麥的種植北界不同程度北移西擴。一方面適應氣候變暖條件下小麥越冬期溫度升高和極端低溫出現頻率減少的狀況,充分利用中國北部地區的自然資源,提高土地利用率,增加復種指數; 另一方面有效的改善小麥品質,節約成本,增產增收并優化作物種植結構。
冬小麥與春小麥對比研究發現,冬小麥的蛋白質含量及濕面筋含量比春小麥分別提高了 28% 和39%,同時冬小麥的每公頃播種量比春小麥少50%,產量卻高1500 kg 左右。東北地區水稻播種面積大幅度增加,其種植北界已移至大約北緯52°的呼瑪等地區。在西北地區,其東部冬小麥種植北界已向北擴展了 50 ~ 100 km,向西延伸明顯,種植分布也從海拔1 800 ~ 1 900 m 上升到2 000~ 2 100 m,種植面積擴大了 10% ~20%; 熱帶亞熱帶地區作物也出現北移現象,有效利用氣候變暖帶來的熱量資源增加,提高農民的經濟效益,并滿足了全國市場的需求。
棉花適宜種植區的海拔高度升高了100 m左右; 復種作物適宜種植區的海拔高度升高了約 200 m,相應的種植面積明顯擴大。在西藏地區 ,玉米種植的海拔高度逐漸提高,目前在海拔 3840 m的地方已可種植。然而,由于降水減少的緣故,有些地區的作物種植北界也呈現出南移的趨勢,如雨養冬小麥 - 夏玉米穩產的種植北界大部分區域由于近年來該區降水量減少從而向東南方向移動。氣候暖干化還使得農牧交錯帶的春小麥種植面積縮小,部分地區種植界限南移。
3.2
區域內部作物種植比例的變化
區域內部作物種植比例的變化與作物空間布局緊密結合在一起,兩者相互重疊但又不完全一致。熱量資源的增加使得水稻在黑龍江擴種成功,糧食作物的種植比例因之發生很大變化,總體上已從以小麥和玉米為主變化為以玉米和水稻為主,從而有效利用了氣候變化帶來的東北地區作物生長季的熱量資源增加,提高了糧食產量,滿足了社會需求。
東北水稻種植北界向北擴展,其種植面積較 20 世紀 70 年代增加了 4.5 倍,東北玉米分布向北推移了大約 4 個緯度,其種植面積較 20 世紀 70 年代增加了 1.4 倍。隨著氣候暖干化 ,華北地區大面積壓縮水稻種植比例,河北黑龍港地區減少了需水量較大的小麥、水稻的種植比例,不斷擴大棉花與谷子等抗旱作物的種植,從而適應氣候變化導致的華北地區干旱缺水加劇的狀況; 氣候變暖冬季溫度上升,增加的富裕熱量資源使西南山區擴大了冬季復種馬鈴薯面積,種植面積增長了 68%,單產增長了 37%,總產增長 1.2 倍,在有效利用氣候變化帶來的冬季熱量資源增加基礎上,開發生產更優質的農產品。
在甘肅省中部半干旱地區,由于受氣候變化影響干旱災害頻發,小麥產量低而不穩,耐旱作物糜、谷、馬鈴薯、胡麻、豆類等種植面積迅速擴大,干旱年份尤其突出。
南方冬季農業開發越來越普遍,在利用氣候變暖帶來的南方冬季熱量資源增加的同時,提高了當地農戶的經濟效益,并滿足了市場需求。以廣西為例,大力發展蔬菜、綠肥、馬鈴薯等冬季作物,以及熱帶水果、甘蔗、喜溫花卉、蔭生觀葉植物等,冬季農業產值達到 510 多億元。作物種植比例的變化與作物配置變化本質相同,既受到社會經濟條件的驅動,也受到氣候變化及其影響的制約。
3.3
作物種植區域的大規模轉移
受氣候變化影響,作物種植優勢區域主體遷移。如由于氣候變暖導致華北地區棉鈴蟲等病蟲害加劇,其棉花種植比例大幅減少,并向西部遷移,棉花主產區經歷了從南方地區向北方地區,再向西北的新疆地區遷移的過程,1980 - 2015年,新疆棉花種植面積占全國比重從 7.8%達到了50.1%; 近年來,受變暖及云量增加的影響,優質煙草種植區域越來越向云貴高原轉移。20 世紀 90 年代以來,出現顯著的“北煙南移”,從黃河流域、東北地區向云貴地區與中南地區集中,有效利用溫度升高與降水變化帶來的農業氣候資源的變化,其中云南省和貴州省煙草種植面積占據全國前兩位,分別為 32.6%與 14.6%; 隨著氣候暖干化,降水減少,優質蘋果主產區由環渤海地區向黃土高原地區遷移,種植面積占全國比重從 33%增長到 56%,呈現出明顯的“西移北擴”趨勢,有效利用氣候變暖帶來的局地降水增加、溫度升高的有利條件。
4
品種布局調整實踐
氣候變化導致溫度與降水產生變化,進而對品種布局調整產生影響。由于不同區域氣候變化的程度和趨勢不同,對品種布局的影響也不盡相同。
適應氣候變化的品種布局調整主要體現在四個方面:
隨著熱量資源增加,生育期延長,部分地區中晚熟品種逐漸替代早熟品種;
受氣候暖干化影響,一些地區呈現干旱缺水趨勢,耐旱品種逐漸替代原有耗水量比較大的品種;
由于溫度升高,部分地區冬性較弱的品種逐漸替代冬性較強的品種;
受氣候變化影響極端氣候事件( 干旱、暴雨)頻發,災后緊急種植適宜救災的作物,替代原有作物,從而實現抗災救災的目標。
4.1
中晚熟品種種植面積擴大
氣候變化引起不同區域作物品種類型發生顯著變化。隨著氣候變暖,為了有效利用氣候變化帶來的冬季熱量資源增加條件,東北北部早熟品種轉換為中早熟品種,中部由中早熟轉換為中熟,南部地區作物品種逐漸由中熟品種轉換為中晚熟品種; 以水稻為例,東北不同地區根據氣候變化調整適宜的水稻品種,使得水稻單產普遍增加,增產率可以達到 10% ~ 20%以上。
針對一些農民盲目改用生育期過長品種,導致冷害與霜凍害造成減產的教訓,東北三省的氣象和農業部門開展農業氣候區劃細化工作,整個東北地區按照每100°C·d 積溫間隔,劃分出若干積溫帶。建議隨著氣候變暖,可以跨越一至兩個積溫帶引種,但不要跨越三個以上的積溫帶。中晚熟品種擴種既要充分利用氣候變化影響下增加的熱量資源,又要考慮避免過度適應,通過理論研究與實踐發現其平衡點。
在華北地區,為適應氣候變化導致的冬季氣候變暖、無霜期延長、積溫增加的狀況,有效利用熱量資源,在當地采用“兩晚”技術為玉米改用中晚熟品種提供了條件,通過 調整玉米品種 ,適當犧牲小麥產量,節約小麥用水,重點挖掘玉米增產潛力,最終提高全年總產; 以河北為例,“兩晚”技術可以每年增產 80 萬 t 玉米,節水 15億 m3 。
4.2
耐旱節水作物品種種植比例
不斷提高隨著華北地區氣候的暖干化,耐旱節水品種種植比例不斷提高,以張家口農科院育成的雜交谷子為例,其具有很強的耐旱性與豐產性。該雜交谷子品種具有高產、節水、優質等特點,在張家口市壩下地區表現出了顯著的增產優勢和增收效果,近幾年推廣面積迅速增加,2010 年張家口市雜交谷子種植面積達到了 5.35 萬 hm2 ,其平均產量比當地糧食平均產量增產 50%。同時,該雜交谷子在埃塞俄比亞等國試種成功,初測單產達4 500 kg/hm2,比當地苔麩、手指谷等主要農作物增產 2 倍以上。
除了利用傳統育種技術發掘耐旱節水作物品種,還要充分利用基因工程技術培育耐旱節水新品種,尤其是傳統技術與新技術的結合,將極大地提高耐旱節水新品種的成功率與有效性。
4.3
越冬作物品種的冬性適度減弱
在氣候變化影響下,黃淮海地區冬季變暖,冬小麥品種開始由冬性較強的品種逐漸替代為冬性較弱的品種。冬小麥品種的冬性與豐產性之間往往存在矛盾,冬性較強的品種由于穗分化開始較晚,通常增產潛力較小; 而冬性較弱的品種,雖然抗寒性較差,但如能安全越冬,增產潛力一般要大于冬性強的品種。
過去幾十年由于黃淮海地區冬季較為寒冷,為了保障冬小麥的生長,往往采用冬性較強的品種; 近年來受氣候變化影響黃淮海地區冬季逐漸變暖,冬性較弱品種可以安全越冬,穗分化提前,增加粒數,冬小麥產量也得到一定幅度提升,因此冬性較弱品種逐漸替代了原有品種。該適應措施一方面有效利用了氣候變化影響下增加的熱量資源,另一方面提高了冬小麥的產量,在黃淮海地區逐漸得到推廣應用。
4.4
災后搶種救災作物
隨著氣候變化,極端氣候事件發生頻繁,災后搶時播種特早熟作物品種是抗災救災的有效措施。南方對于受災絕收的水稻田、旱作田、蔬菜田,在及時排水降漬后,要適時補種、改種玉米、毛豆、綠豆、水生蔬菜、再生稻等; 北方根據災后剩余熱量的多少,搶種特早熟谷子、紅小豆、綠豆、蕎麥等作物或大白菜、蘿卜等秋菜。救災作物能夠最大限度降低災害帶來的損失,保障農民的口糧,并為下一季種植打好基礎。
4.5
推廣抗病蟲害作物品種
針對氣候變化使病蟲害加劇,直接影響作物的生長發育,因此加強抗病蟲品種的選育和推廣,如抗蟲棉、脫毒種薯、脫毒苗( 蔬菜、果樹) 等,一方面降低病蟲害導致的減產、絕產風險,穩定作物產量,另一方面提升作物的品質。
5
存在問題及建議
種植結構調整是農業適應氣候變化的重要舉措，應當推進種植結構調整研究不斷深入。
本文從全國角度出發，對中國諸多研究學者在種植制度調整、作物布局調整和品種布局調整方面的研究以及已經開展的工作經驗進行了總結,包括華北冬小麥 - 夏玉米套改平 、南方雙季稻改制 、東北水稻和玉米擴種、華北地區兩晚技術、冬麥北移、熱帶亞熱帶作物北移、南方冬季農業開發等諸多典型適應氣候變化措施。
通過分析氣候變化條件下中國種植結構調整的科學研究結果和實踐,可以發現目前仍存在很多不足,有待進一步深入研究,對實踐工作不斷改進完善。根據中國種植結構調整適應氣候變化研究及工作中的狀況,概括總結了目前的主要問題。
5.1
過度適應
由于氣候變化的幅度、范圍在不同地區呈現不同的狀況,因此必須依托實際的調查研究,開展種植結構調整工作; 由于對氣候變化影響認識的不清晰,往往導致在實際工作中過度適應。對于過度適應,應在種植結構調整過程中,注意避免作物種植范圍過分北移,避免在過高海拔種植不適宜的作物,避免選育生育期過長的品種,避免種植冬性下降過多的品種,避免作物播種過早或過晚。以東北水稻、玉米為例,隨著氣候變暖,一些地區將種植區域向北擴展或改用生育期過長品種,導致冷害與霜凍害造成減產的教訓頻發。過度適應往往是對氣候變化帶來的熱量、光照、水分等資源增加抱僥幸心理,忽視了氣候變化所帶來的波動加劇、極端事件頻發,導致適應措施不當。
5.2
盲目適應
盲目適應是在對氣候變化及其影響認識不清晰的基礎上采取的適應行動,往往適得其反,導致不必要的損失。不同區域應因地制宜,結合本區域的氣候變化特征,適度調整種植結構。由于對氣候變化以及社會經濟狀況認識的模糊,往往造成跟風式的盲目種植,如 2012 年北京房山地區暴雨災后跟風搶種大白菜和蘿卜,雖然災后搶種救災作物是一項很好的適應措施,但農戶一窩蜂的搶種,反而造成作物市場價格的劇烈波動,并未達到降低損失的目的。從盲目適應角度來看,對于種植結構調整,應當注意避免盲目引種,避免不考慮市場需求和社會經濟因素大面積改種作物,避免不分地形擴種作物。
5.3
氣候變化各要素( 光、熱、水等) 對種植熟制的綜合影響研究不足
現階段氣候變化單要素對種植熟制影響研究比較多,往往以熱量資源作為判斷種植熟制的主要標準; 但光照、水分、風等要素對種植熟制的影響也非常重要,種植熟制往往受到氣候變化的綜合影響,僅從單要素研究尚不能全面揭示其發展變化規律,為了更好地適應氣候變化,應當開展氣候變化各要素( 光、熱、水等) 對種植熟制的綜合影響研究。將氣候變 化各要素 ——— 光 、熱 、水 、風等作為一個整體,綜合分析其對種植熟制所產生的影響。
以華北一些丘陵山區為例,隨著氣候變暖,熱量條件已能滿足冬小麥-夏玉米一年兩熟的要求,但由于氣候變化導致的降水減少,同時灌溉條件不足,在這些地區仍以一年一熟的春玉米為主。
5.4
作復雜地形的農業精細區劃與作物布局優化配置研究不足
中國地形復雜多變,在相同氣候背景下,由于地形差異,農業生產的作物布局以及品種布局往往不同,為了有效保障糧食生產,挖掘氣候資源潛力,需要開展復雜地形的農業精細區劃與作物布局優化配置研究。
以福建省云霄柑橘種植為例,運用 GIS 技術,綜合考慮氣候、地形、土地利用等要素,以極端最低氣溫為控制因子,輔以年降雨量、年相對濕度、坡度、坡向等影響因子,開展精細區劃,將云霄縣劃分為早熟品種適宜區、中熟品種適宜區、晚熟品種適宜區、不適宜區,實現復雜地形的精細區劃與作物布局的優化配置,提升了當地的柑橘產量與效益。但類似的適應措施還很少見,因此需要進一步針對中國丘陵、山地等不同地形的復雜情況,開展農業精細區劃與作物布局優化配置研究,促進農業生產的因地制宜,使之在適應氣候變化的基礎上,提升糧食產量與經濟效益。
5.5
適應氣候變化的育種多目標優化決策研究不足
育種目標包含高產 、優質 、高效 、抗性四個方面,為了適應氣候變化,育種方向往往僅能兼顧某一個或兩個方面,為了更好應對氣候變化并保障農業生產及生態環境可持續發展,需要開展適應氣候變化的育種多目標優化決策研究。綜合考慮高產、優質 、高效 、抗性四個方面 ,既針 對當前目標,又兼顧中長期目標,開展適應氣候變化的育種多目標優化決策研究。以華北小麥育種為例,一直以豐產性、穩定性、品質及成本作為育種目標,隨著氣候變化的日益加劇,抗旱性、抗病蟲害等抗逆性品種選育顯得日益重要,對抗逆性品種選育的研究越來越多,但如何綜合考慮高產、優質、高效、抗性,開展適應氣候變化的育種多目標優化決策研究,將是未來育種研究的重要方向。
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結 語
從古至今,農業一直在適應氣候的過程中不斷向前發展。工業革命以來,全球變暖日益顯著,我國在農業種植結構調整方面積累了豐富的適應氣候變化實踐,許多學者從種植結構調整角度開展了研究,但從適應氣候變化角度并未進行過系統的梳理,因此對于已有實踐的適應氣候變化內涵沒有清晰地認識。為了指導未來應對氣候變化行動,本文從種植制度、作物布局、品種布局三個方面闡述了氣候變化對中國農業種植結構調整的影響,結合東北水稻玉米擴種、冬麥北移、長江中下游雙季稻改制、南方冬季農業開發等典型適應氣候變化案例,探討復種指數、間作套種模式、作物配置、種植界限、種植比例、抗逆品種等農業種植結構調整不同實踐的適應氣候變化內涵與適應效果。
從我國已有的農業種植結構調整適應氣候變化實踐可以看出,種植結構調整中適應氣候變化工作仍面臨許多問題。近幾十年來大多是被動或自發的適應行動,主動適應相對較少,分散式的適應較多,整體適應規劃較少,同時氣候變化對種植結構調整的影響研究仍較為不足。
針對這些問題：
一方面應從整體角度對種植結構調整進行統一規劃,主動采取相應的適應行動,降低氣候變化所帶來的損失與適應成本,增加適應效益;
另一方面倡導進一步加強氣候變化各要素對種植熟制的綜合影響研究,深入開展農業精細區劃與作物布局優化配置研究以及適應氣候變化的育種多目標優化決策研究,為農業種植結構調整適應氣候變化提供科學支撐。
