氣候變暖對西北雨養(yǎng)農業(yè)及農業(yè)生態(tài)影響研究進展

　　摘 要：以全球年平均地表氣溫升髙為主要特征的全球氣候變暖給農業(yè)、農業(yè)生態(tài)和區(qū)域 糧食安全帶來嚴峻挑戰(zhàn)。氣候變暖對農業(yè)發(fā)展、農業(yè)生態(tài)的影響已成為社會各界關注的熱 點。氣候變暖對作物生育期、形態(tài)特征、植物生理、產量形成和品質的影響及其機理的研 究，是認識氣候變暖對農業(yè)影響，制定應對氣候變化策略的科學基礎。本文在給出西北區(qū) 域氣候變化基本特征的基礎上，綜述了氣候變暖對西北旱作區(qū)主要糧食作物、經濟作物和 特色林果生長發(fā)育、生理生態(tài)、產量和品質影響研究的進展，以及氣候變暖對農田生態(tài)環(huán) 境、農業(yè)氣象災害及病蟲害影響的主要進展。提出了以往研究中存在的問題，展望了未來 西北地區(qū)應對全球變暖的農業(yè)研究重點，即: 充分利用模擬、試驗、觀測手段，揭示氣候變化 多因子對主要農作物的綜合影響; 探索氣候變暖對主要作物生理生態(tài)的影響; 開展農業(yè)氣 象災害對氣候變暖的響應特征研究，開展農業(yè)氣象災害風險評估與應對技術研究; 進行精 細化動態(tài)農業(yè)種植區(qū)劃、農業(yè)結構布局及種植制度方面應對氣候變暖的技術策略研究。

　　關鍵詞：氣候變暖; 農業(yè); 農業(yè)生態(tài); 西北

　　全球氣候變暖已成為不爭的事實，1880—2012 年，全球地表平均溫度增高 0． 85 ℃ ( 升溫速率為 0．065 ℃·10 a－1 ) ( IPCC，2013) 。并且 20 世紀中葉 以來，升溫速率呈現(xiàn)加速提高的趨勢。1951—2012 年，全球平均地表溫度的升溫速率 0．12 ℃ ·10 a－1 ， 20 世紀中葉以來的增溫速率幾乎是 1880 年以來增 溫速率的兩倍; 1983—2012 年的 3 個 10 a 段是 1850 年以來最暖的 3 個 10 a 段( IPCC，2013) 。值得高度 關注 是，氣候變暖的許多影響可能是不可逆的 ( IPCC，2014) ，尤其對農、林、牧業(yè)生產、水資源與水 循環(huán)、生態(tài)與自然環(huán)境等造成重大影響，對人類生存 與可持續(xù)發(fā)展構成嚴峻挑戰(zhàn)。

　　1 西北地區(qū)氣候變化的基本事實

　　1. 1 氣溫變化

　　西北區(qū)域氣溫趨勢變化呈現(xiàn)出顯著上升的特 征。1961—2012 年氣溫變化曲線線性擬合傾向率 為 0．312 ℃·10 a－1 ( R2 = 0．60，P＜0．001) 。其中，冬 季升溫更為顯著，其傾向率達 0．50 ℃ ·10 a－1 ; 秋季 氣溫上升速率僅次于冬季，傾向率為 0．34 ℃ ·10 a－1 ; 春季、夏季氣溫也呈持續(xù)上升趨勢，傾向率分別 為 0．27 ℃·10 a－1 、0．25 ℃ ·10 a－1 ; 該區(qū)域年均或 季節(jié)的增溫幅度，均顯著高于中國地表增溫的平均 值( 張秀云等，2017) 。

　　1. 2 降水量變化

　　西北區(qū)域年降水量呈表現(xiàn)為波動振蕩特征，20 世紀 70 年代、20 世紀 90 年代兩個時段是降水量相 對偏少期，20 世紀 60 年代、20 世紀 80 年代和 21 世 紀初 10 a 的 3 個時段是降水量相對偏多期，反映出 西北降水量 20 a 左右的周期性振蕩特征。年代際 變化特征顯著，趨勢變化特征不顯著。 西北區(qū)域西部與中部降水量呈增多趨勢，東部 降水量呈減少趨勢; 降水量線性擬合傾向率趨勢變 化的區(qū)域性差異顯著。以黃河沿線為界，降水量線 性擬合傾向率黃河以西區(qū)域增加，黃河以東區(qū)域減 少，就傾向率變幅而言，其遞減的速率明顯大于遞增 的速率; 其中，青海省中部、甘肅省河西中部年降水 量傾向率≥10 mm·10 a－1 ，其最大值位于青海省德 令哈，降水量線性擬合傾向率≥25．1 mm·10 a－1 ; 而 黃河以東區(qū)域降水量傾向率≤－10 mm·10 a－1 ，陜 南降水量線性擬合傾向率≤－40 mm·10 a－1 ，降水 量傾向率負中心位于陜西南部的寧強，其值為－53．6 mm·10 a－1 ( 張秀云等，2017) 。

　　2 氣候變暖對作物生理過程的影響

　　氣溫升高會降低作物葉片光合酶的活性，從而 破壞葉片葉綠體結構，引起氣孔關閉，進而影響光合 作用( Peng et al．，2004) 。高溫導致農作物呼吸強度 增強，消耗明顯增多，而使凈光合積累減少。氣候變 暖使植物蒸騰增加，對西北半干旱區(qū)春小麥、豌豆等 夏糧作物生產造成不利影響。增溫使春小麥穗分化 和形成受到抑制，孕穗期同化作用及干物質的累積 受到抑制，穗粒數(shù)、千粒重、產量減小，增溫越高，減 小越明顯。增溫 1．0～2．5 ℃，春小麥穗粒數(shù)減少 1 ～ 5 粒，千粒重降低 1．3～8．8 g; 增溫 2．0 ～ 2．5 ℃，春小 麥穗粒數(shù)減少 5 粒，千粒重降低 6．5 ～ 8．8 g( 肖國舉 等，2011a) 。 增溫使春小麥最大光能轉換效率( Fv /Fm ) 下 降，但不同時期表現(xiàn)不一樣，孕穗期較遲鈍，開花期 和灌漿期比較敏感，特別在增溫 3 ℃時，極顯著低于 對照。在孕穗期、開花期、灌漿期，實際光化學效率 ( ΦPS Ⅱ) 隨著溫度的升高而降低，高溫限制了春小麥 的光化學效率。春小麥超氧化物歧化酶( SOD) 、過 氧化氫酶( CAT) 、過氧化物酶( POD) 和抗壞血酸過 氧化物酶( APX) 隨溫度升高而提高，增溫使春小麥 抗氧化能力有一定的提高( 王鶴齡，2013) 。 CO2 濃度增加有利于作物株高和葉面積指數(shù)增 加。當大氣中 CO2 濃度增加 250 μL·L－1 后，春小 麥株高和葉面積指數(shù)( LAI) 在拔節(jié)期 FACE 處理與 對照區(qū)雖有差異，但沒有達到顯著水平( P ＞0．05) ; 從抽 穗 期 以 后，株 高 顯 著 增 高，LAI 顯 著 增 大 ( P≤0．05) 。CO2 濃度增加有利于半干旱區(qū)春小麥 植株長高和 LAI 增大( 張凱，2016) 。

　　3 氣候變暖對作物生育期的影響

　　增溫使西北春小麥生育期縮短。增溫 0．5 ～ 2．5 ℃，寧夏引黃灌區(qū)春小麥全生長期縮短 1 ～ 22 d; 增 溫 2．0～2．5 ℃，全生育期縮短 18～22 d。CO2 濃度升 高春小麥的生殖生長階段延長。當前濃度下春小麥 從播種 ～ 成熟的全生育期為 143 d，CO2 濃度升高 250 μL·L－1 后，生育期天數(shù)平均延長了 5 d，共 148 d，其中主要是灌漿-乳熟期延長了 4 d，為變化極明 顯的一 個 生 育 時 期 ( 肖 國 舉 等，2011a; 張 凱 等， 2014) 。 氣溫增高使冬小麥越冬停止生長時段縮短，返 青后營養(yǎng)生長期加快，全生育期縮短。近 30 多年 來，隨著氣候變暖，西北冬小麥播種期推遲 2 ～ 3 d· 10 a－1 ; 返青期提前 4～5 d·10 a－1 ，開花期和成熟期 提前 5～6 d·10 a－1 。冬小麥越冬期縮短 5～6 d·10 a－1 、全生育期縮短 7～8 d·10 a－1 ( 姚玉璧，2012) 。

　　參考文獻

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