气候变暖对西北雨养农业及农业生态影响研究进展

　　摘 要：以全球年平均地表气温升髙为主要特征的全球气候变暖给农业、农业生态和区域 粮食安全带来严峻挑战。气候变暖对农业发展、农业生态的影响已成为社会各界关注的热 点。气候变暖对作物生育期、形态特征、植物生理、产量形成和品质的影响及其机理的研 究，是认识气候变暖对农业影响，制定应对气候变化策略的科学基础。本文在给出西北区 域气候变化基本特征的基础上，综述了气候变暖对西北旱作区主要粮食作物、经济作物和 特色林果生长发育、生理生态、产量和品质影响研究的进展，以及气候变暖对农田生态环 境、农业气象灾害及病虫害影响的主要进展。提出了以往研究中存在的问题，展望了未来 西北地区应对全球变暖的农业研究重点，即: 充分利用模拟、试验、观测手段，揭示气候变化 多因子对主要农作物的综合影响; 探索气候变暖对主要作物生理生态的影响; 开展农业气 象灾害对气候变暖的响应特征研究，开展农业气象灾害风险评估与应对技术研究; 进行精 细化动态农业种植区划、农业结构布局及种植制度方面应对气候变暖的技术策略研究。

　　关键词：气候变暖; 农业; 农业生态; 西北

　　全球气候变暖已成为不争的事实，1880—2012 年，全球地表平均温度增高 0． 85 ℃ ( 升温速率为 0．065 ℃·10 a－1 ) ( IPCC，2013) 。并且 20 世纪中叶 以来，升温速率呈现加速提高的趋势。1951—2012 年，全球平均地表温度的升温速率 0．12 ℃ ·10 a－1 ， 20 世纪中叶以来的增温速率几乎是 1880 年以来增 温速率的两倍; 1983—2012 年的 3 个 10 a 段是 1850 年以来最暖的 3 个 10 a 段( IPCC，2013) 。值得高度 关注 是，气候变暖的许多影响可能是不可逆的 ( IPCC，2014) ，尤其对农、林、牧业生产、水资源与水 循环、生态与自然环境等造成重大影响，对人类生存 与可持续发展构成严峻挑战。

　　1 西北地区气候变化的基本事实

　　1. 1 气温变化

　　西北区域气温趋势变化呈现出显著上升的特 征。1961—2012 年气温变化曲线线性拟合倾向率 为 0．312 ℃·10 a－1 ( R2 = 0．60，P＜0．001) 。其中，冬 季升温更为显著，其倾向率达 0．50 ℃ ·10 a－1 ; 秋季 气温上升速率仅次于冬季，倾向率为 0．34 ℃ ·10 a－1 ; 春季、夏季气温也呈持续上升趋势，倾向率分别 为 0．27 ℃·10 a－1 、0．25 ℃ ·10 a－1 ; 该区域年均或 季节的增温幅度，均显著高于中国地表增温的平均 值( 张秀云等，2017) 。

　　1. 2 降水量变化

　　西北区域年降水量呈表现为波动振荡特征，20 世纪 70 年代、20 世纪 90 年代两个时段是降水量相 对偏少期，20 世纪 60 年代、20 世纪 80 年代和 21 世 纪初 10 a 的 3 个时段是降水量相对偏多期，反映出 西北降水量 20 a 左右的周期性振荡特征。年代际 变化特征显著，趋势变化特征不显著。 西北区域西部与中部降水量呈增多趋势，东部 降水量呈减少趋势; 降水量线性拟合倾向率趋势变 化的区域性差异显著。以黄河沿线为界，降水量线 性拟合倾向率黄河以西区域增加，黄河以东区域减 少，就倾向率变幅而言，其递减的速率明显大于递增 的速率; 其中，青海省中部、甘肃省河西中部年降水 量倾向率≥10 mm·10 a－1 ，其最大值位于青海省德 令哈，降水量线性拟合倾向率≥25．1 mm·10 a－1 ; 而 黄河以东区域降水量倾向率≤－10 mm·10 a－1 ，陕 南降水量线性拟合倾向率≤－40 mm·10 a－1 ，降水 量倾向率负中心位于陕西南部的宁强，其值为－53．6 mm·10 a－1 ( 张秀云等，2017) 。

　　2 气候变暖对作物生理过程的影响

　　气温升高会降低作物叶片光合酶的活性，从而 破坏叶片叶绿体结构，引起气孔关闭，进而影响光合 作用( Peng et al．，2004) 。高温导致农作物呼吸强度 增强，消耗明显增多，而使净光合积累减少。气候变 暖使植物蒸腾增加，对西北半干旱区春小麦、豌豆等 夏粮作物生产造成不利影响。增温使春小麦穗分化 和形成受到抑制，孕穗期同化作用及干物质的累积 受到抑制，穗粒数、千粒重、产量减小，增温越高，减 小越明显。增温 1．0～2．5 ℃，春小麦穗粒数减少 1 ～ 5 粒，千粒重降低 1．3～8．8 g; 增温 2．0 ～ 2．5 ℃，春小 麦穗粒数减少 5 粒，千粒重降低 6．5 ～ 8．8 g( 肖国举 等，2011a) 。 增温使春小麦最大光能转换效率( Fv /Fm ) 下 降，但不同时期表现不一样，孕穗期较迟钝，开花期 和灌浆期比较敏感，特别在增温 3 ℃时，极显著低于 对照。在孕穗期、开花期、灌浆期，实际光化学效率 ( ΦPS Ⅱ) 随着温度的升高而降低，高温限制了春小麦 的光化学效率。春小麦超氧化物歧化酶( SOD) 、过 氧化氢酶( CAT) 、过氧化物酶( POD) 和抗坏血酸过 氧化物酶( APX) 随温度升高而提高，增温使春小麦 抗氧化能力有一定的提高( 王鹤龄，2013) 。 CO2 浓度增加有利于作物株高和叶面积指数增 加。当大气中 CO2 浓度增加 250 μL·L－1 后，春小 麦株高和叶面积指数( LAI) 在拔节期 FACE 处理与 对照区虽有差异，但没有达到显著水平( P ＞0．05) ; 从抽 穗 期 以 后，株 高 显 著 增 高，LAI 显 著 增 大 ( P≤0．05) 。CO2 浓度增加有利于半干旱区春小麦 植株长高和 LAI 增大( 张凯，2016) 。

　　3 气候变暖对作物生育期的影响

　　增温使西北春小麦生育期缩短。增温 0．5 ～ 2．5 ℃，宁夏引黄灌区春小麦全生长期缩短 1 ～ 22 d; 增 温 2．0～2．5 ℃，全生育期缩短 18～22 d。CO2 浓度升 高春小麦的生殖生长阶段延长。当前浓度下春小麦 从播种 ～ 成熟的全生育期为 143 d，CO2 浓度升高 250 μL·L－1 后，生育期天数平均延长了 5 d，共 148 d，其中主要是灌浆-乳熟期延长了 4 d，为变化极明 显的一 个 生 育 时 期 ( 肖 国 举 等，2011a; 张 凯 等， 2014) 。 气温增高使冬小麦越冬停止生长时段缩短，返 青后营养生长期加快，全生育期缩短。近 30 多年 来，随着气候变暖，西北冬小麦播种期推迟 2 ～ 3 d· 10 a－1 ; 返青期提前 4～5 d·10 a－1 ，开花期和成熟期 提前 5～6 d·10 a－1 。冬小麦越冬期缩短 5～6 d·10 a－1 、全生育期缩短 7～8 d·10 a－1 ( 姚玉璧，2012) 。

　　参考文献

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