文档介绍：气候变化对中国农业用水和粮食生产的影响
吴普特1,2,赵西宁1,2,金继明3
(1、西北农林科技大学国家节水灌溉杨凌工程技术研究中心,陕西杨凌 712100;2、中国科学院水利部水土保持研究所,陕西杨凌 712100;3、美国犹他州立大学)
摘要:全球气候变暖作为一个不争的客观事实,不可避免地会对中国农业用水和粮食安全产生影响。本文分别采用Palmer干旱指数(PDSI)、单位灌溉面积用水量(GIQ)、单位面积粮食产量(PHGO)作为气候变化、农业用水和粮食生产具体度量指标,分析了中国1949-2005年PDSI、GIQ、PHGO年际变化特征,建立了GIQ与PDSI以及PHGO与PDSI的关系模型,并对1949-2005年GIQ和PHGO进行了预测。在1949-1990年和1949-1983年,预测值GIQ和PHGO分别与实际值GIQ和PHGO拟合程度较好,表明气候变化在上述阶段对农业用水和粮食生产影响显著,技术进步和政策机制影响相对较小。在1991-2005年和1984-2005年,预测值GIQ和PHGO与实际值GIQ和PHGO拟合程度较差,表明技术进步和政策机制作用在农业用水和粮食生产中已逐渐占据主导地位,对农业用水和粮食增产平均影响程度已达30%左右。通过技术创新和政策机制保障,可在一定程度上缓解气候变化对中国农业用水和粮食生产所带来的负面影响。
关键词:气候变化;农业用水;粮食产量
1、引言
全球气候变化作为一个不争的客观事实,已成为21世纪世界各国普遍关注与重视的热点问题。近1个世纪以来(1906-2005),℃[1,2],1908-℃[3]。尽管中国气候变化趋势与全球气候变化趋势一致,但在某些方面表现更加剧烈,中国出现极端天气,如强暴雨、强雷暴,干旱化等较为频繁。这无疑给中国的农业用水和粮食生产提出了严峻的挑战。和FAO都将农业列为最易遭受气候变化影响、最脆弱的产业之一,特别是发展中国家的农业。气候变化对中国的水土资源供给带来很大影响,从而影响到中国粮食生产[4,5],特别是在干旱和半干旱条件下,气候变化对降水格局变化的影响甚至超过了CO2浓度和温度升高单一因子或两因子共同作用的影响[6,7]。尽管气候变暖在中国部分地区可能导致降水增加,但由于水分蒸发量增大,最终仍将使土壤有效水分减少,导致作物受旱减产[8,9]。根据气候变化模型模拟结果,气候变化在未来50-100年还将进一步加剧,其不可避免地会对中国农业灌溉用水量和粮食安全生产产生影响。因此,从宏观尺度上研究气候变化对中国农业用水和粮食生产影响具有重要意义。
2、数据来源与方法
通过Palmer干旱指数(PDSI)来描述气候年际间的变化特征,并分析气候变化对中国1949-2005年农业用水和粮食生产的影响。干旱指数(PDSI)所需相关气象数据是基于栅格网络,,每个栅格单元气象数据可从其气象观测站点获得[10,11]。根据中国主要耕地面积分布情况,利用耕地分布中心位置经纬度所属栅格单元,进行PDSI计算所需气象数据资料的收集,并根据耕地面积大小的权重进行气象数据的分析,最终计算出一个能综合反应全国气候变化对粮食产量影响的57年序列逐月的干旱指数(PDSI)数值,考虑到5-9月份是主要农作物的生长季节,故将每年5-9月PDSI的平均值作为该年的干旱指数。同理,根据中国主要灌溉面积分布情况,计算出能综合反应全国气候变化对灌溉用水影响的57年序列的干旱指数(PDSI)数值,考虑到灌溉用水与土壤水分关系密切,将每年1-12月份PDSI的平均值作为该年的干旱指数。全国耕地面积、粮食产量、粮食播种面积、灌溉面积和灌溉用水量资料分别来源于中国农业统计资料汇编(1949-2004)和新中国55年统计资料汇编(1949-2004)以及中国水资源公报[12,13,14]。单位灌溉面积农业用水量(GIQ)由全国灌溉用水量与灌溉面积比值获得;单位面积粮食产量(PHGO)由全国粮食总产量与粮食播种面积比值获得。根据单位灌溉面积农业用水量(GIQ)、单位面积粮食产量(PHGO)和干旱指数(PDSI)数据,采用统计学方法来定量分析气候变化对中国不同时期灌溉用水和粮食产量影响,即分析单位灌溉面积农业用水量(GIQ)和干旱指数(PDSI)以及单位面积粮食产量(PHGO)和干旱指数(PDSI)的关系。
3、结果与分析
气候变化特征分析
将以中国主要耕地面积(包括灌溉面积和旱地面积)为对象所得到的1949-2005年5-9月份的干旱指数(PDSI)数据列成图1,用于反映中国粮食生产区域气候变化状况;将以中国主要灌溉面积为对象所得到的1949-2005