农业生产在气候变化中的脆弱性分析
——以邯郸市为例

刘红耀，温利华

(1.邯郸市农业科学院，河北 邯郸 056001； 2.邯郸学院，河北 邯郸 056001； 3.华中农业大学资源与环境学院, 武汉 430070)



农业生产在气候变化中的脆弱性分析
——以邯郸市为例

刘红耀1，温利华2,3

(1.邯郸市农业科学院，河北 邯郸 056001； 2.邯郸学院，河北 邯郸 056001； 3.华中农业大学资源与环境学院, 武汉 430070)

摘要：本文选取邯郸主要农作物小麦、玉米、棉花为代表，通过分析三种农作物产量与温度和降水的关系，对农业生产的脆弱性进行了评价，针对全球变暖趋势下小麦、玉米、棉花生产存在的脆弱性问题，提出了合理调整农作物的种植制度和时间，以充分利用热量资源，提高农作物的产量；加强农业基础设施的建设，积极抵御气象灾害；建立完善的应对气象灾害的预警机制；选择适应性强的新的农作物的品种的适应对策，加强农作物对气象灾害的抵御能力，提高农业抵抗自然灾害的能力，稳定农业生产。

关键词：邯郸；农业；脆弱性；气候变化；对策

农业生产在气候变化中的脆弱性研究受到了国内外的重视，关于在气候变暖背景下农业生产的脆弱性研究是从20世纪80年代后期开始的，以研究在气候变化的背景下粮食生产的脆弱性为起点的，主要是通过定性的分析方法确定由于气候变化而造成的饥荒所引起的脆弱性[1～3]。国内的脆弱性研究是从“八五”时期开始的，首先，蔡运龙等人定性的研究了气候变化对农业生产的影响以及农业生产在气候变化过程中的脆弱性，对农业脆弱性进行分析，并在此基础上，为适应这种脆弱性而提出建议和对策[4～6]。王京华和林而达运用的是定量与定性相结合的方法，把我国的农业在气候变化中的脆弱区进行了等级划分，在选取复垦指数、灌溉面积、农业用地比率、农业受灾比率、农民的收入五个指标的基础上，得出我国农业脆弱性分布区图，但是这种研究方法的定量研究还不完善[7～11]。针对定量研究的缺陷，赵跃龙等人采用敏感因子和适应因子，利用它们之间的关系来确定各个因子的权重，然后计算出脆弱度，对我国农业生产脆弱的环境进行定量的评价[12～15]。刘文泉和王馥堂等人把农业气候敏感性和适应能力方面的20多个指标作为研究指标，运用专家打分法和层次分析法相结合的方法确定指标的权重，来确定农业生产在气候变化中的脆弱性，但是这种研究方法的主观性较强，容易受到主观因素的影响[15～21]。

气候波动都会给农业生产及其生产过程带来明显的或潜在性的影响，科学准确地评价农业生产在气候变化中的脆弱性，并制定合理有效的适应对策，为邯郸农作物生产在气候变化中的脆弱性研究和针对本地区气候变化拟定对策提供科学依据，对邯郸农作物生产的稳定性具有重要的作用，为主动适应气候变化、积极地拟定适应措施和保证农业可持续发展具有很大的意义。

1研究区域基本情况

邯郸地区位于晋冀鲁豫四省要冲、京津冀城市群和环渤海经济区腹心，在四省交界区是唯一的特大城市，地势自西向东呈阶梯状下降，西部为中、低山丘陵地貌，东部为华北平原，地貌类型复杂多样，海拔最高1 898.7 m，最低32.7 m，相对高差1 866 m。属典型的暖温带半湿润大陆性季风气候，日照充足，雨热同期，干冷同季，随着四季的明显交替，依次呈现春季干旱少雨，夏季炎热多雨，秋季温和凉爽，冬季寒冷干燥。年平均气温14 ℃，最冷月份(一月)平均气温-2.5 ℃，极端最低气温-20 ℃，最热月份(七月)平均气温27 ℃，极端最高气温42.5 ℃，全年无霜期200 d，年日照2 557 h。2012年末，邯郸市总人口达到963.1万人，邯郸栽培植物资源主要作物有小麦、玉米、稻谷、棉花、花生等，是中国主要的粮棉生产基地，素有“北方粮仓”“冀南棉海”之称，2013年邯郸在全省乃至全国率先建成粮食生产“吨粮市”。

2研究内容及方法

本文采用文献查询的方法，在邯郸市统计年鉴中，查阅近10年的年均温变化、年降水变化、主要农作物亩产量变化的数据来分析在气候变化的背景下，主要农作物会受到怎样的伤害以及如何去适应这种变化。通过研究小麦、玉米、棉花的生产与降水和气温的关系，以及气象灾害对主要农作物的影响，对农业生产在气候变化中的脆弱性进行了分析和评价。采用2001-2010年的邯郸的气象统计数据以及邯郸的农业生产和社会经济等方面的统计数据，通过对主要农作物受气候因子的影响研究分析，确定邯郸主要种植作物生产在气候变化中的脆弱性和适应能力，完成对邯郸农作物生产在气候变化中的脆弱性现状分析。

3邯郸市主要农作物与气候变化相关研究

3.1小麦与气候变化的关系

3.1.1小麦生产与气温的关系

邯郸地区为了增加复垦指数，一般采用的是冬小麦和玉米一年两熟的种植结构。冬小麦一般在9月下旬或10月中下旬开始种植。在气候变暖的趋势下，气温的上升，在一定程度上会导致积温的增加，因此，在一定程度上会增加冬小麦的产量。小麦是一种喜凉的农作物，如果气温过高，小麦的发育加速、生育期短、光合时间少、灌浆不充分，因而导致减产和品质下降，尤其是春季气温的迅速回升，会使小麦产量下降。

小麦每公顷产量每年都在增加，原因有两个：一是全球变暖的结果，二是农业技术的提高。但是增产的幅度与温度因子有重要的关系。气温与小麦公顷产增长率大体呈现正相关，即温度越高，增长率越显著。2003-2004年增产率从2.5%提高到了5%、2005-2007年从0.1%提高到了3.2%，小麦公顷产量增长率随年均温升高而增加；2004-2005年降低到了5%、2008-2010年从3.5%降低到了0.5%，公顷产量增长率随年均温降低而减少，基本上呈现正相关(图1)。

图1　小麦增产率与气温的关系Fig.1　The relationship between wheat yield per hectare rate and air temperature

3.1.2小麦生产与降水的关系

在全球变暖的背景下，降水量有减少的趋势，在一定程度上会对农业造成干旱的现象，导致农作物的减产；另一方面，变暖的趋势下会使降水在时间分布上较集中，容易造成短期洪涝灾害，影响小麦的收割。降水量对小麦产量的影响虽然不及气温、积温、日照时间对小麦产量的影响大，但是降水量的变化会对小麦生产造成或利或弊的影响。另外，降水对小麦生长的影响主要表现在小麦不同生长期内水分的多少，小麦的生育前期降水量的增加有利于小麦产量的提高，产量随降水的减少而降低，降水量越少，产量越低，而后期降水会造成产量的减少。

降水量与小麦增产之间的相关性不大，在一定程度内，降水量越多公顷产量增幅越不明显，尤其是在生育期的后期降水增多会影响小麦收割时间，造成小麦的减产。如：2003年降水量的大幅度增加使小麦每公顷增产率2%，非常有限；而2004年降水量的减少，适量的降水量使小麦增产率提高到4.9%，增产明显；2005年降水量的增加使小麦增产率下降到了0.1%；2006-2010年，降水量年际间变化不大，小麦增产率变化幅度不明显，基本在0.6%～3.2%浮动(见图2)。

图2　小麦增产率与降水量的关系Fig.2　The relationship between wheat yield per hectare and precipitation

3.2玉米与气候变化的关系

3.2.1玉米生产与气温的关系

玉米是喜温的对气温变化比较敏感的作物，但是极端的高温条件，会导致玉米缺失水分，使农作物枯萎，失去活力，那么就需要浇水降温。玉米是短日照作物，喜光，玉米的全生育期都需要强烈的光照条件，在强日照条件下玉米的发育较快，开花早，生育期缩短。在全球变暖的背景下，温室气体的排放过多是造成全球变暖的主要原因。玉米是喜温的农作物，依此推理应该呈现正相关的关系，但是事实上下图玉米亩产增长率与气温之间的相关性并不大，原因是在气候变暖的趋势下，虽然会引起气温的上升，但是邯郸市工业的生产，尤其是钢铁工业排放出了大量的温室气体所导致的。排放的大量的温室气体使邯郸地区的光照时数和太阳辐射量明显减少，满足不了玉米生产对热量的需求，因此，近几年邯郸地区的玉米生产潜力有下降的趋势(见图3)。

图3　玉米增产率与气温的关系Fig.3　The relationship between corn yield per hectare rate and air temperature

3.2.2玉米生产与降水的关系

玉米生产需要较多的水分，除了苗期应该控制水分外，其后生长都需要满足玉米对水分要求，才能获得高的产量。但是如果田间积水过多时，应该立即排水，以防止玉米所需要的空气不足，缺氧窒息。

图4　玉米增产率与降水量之间的关系Fig.4　The relationship between corn yield per hectare and precipitation

玉米产量与降水量变化显现的相关性，有正有负，但正相关的年份居多，如：2001-2002年，随着降水量的减少，玉米的增长率为-2.6%(见图4)；2003年降水量的大幅增加使使玉米增产比较显著,增产率为8%；2004-2006年，玉米每年增产率有所降低，分别由2004年增产率为7.6%降低为3.6%和-5.5%，是因为2004年和2006年的降水量不能很好地满足玉米的需水量，2005年虽然降水量较多，但是气温偏低，热量因素阻碍了玉米的增产；2007-2010年玉米每年增产都比较明显，每年的增产率均维持在6.5%左右，是因为降水量都能满足玉米的需水量，在一定范围内，降水量越多，产量增产越多。

3.3棉花与气候变化的关系

3.3.1棉花生产与气温的关系

棉花是喜高温、耐干旱、生长期长的一种农作物，其产量品质与气温、积温、光照时间有密切的关系。热量条件是影响棉花产量和种植面积的主要因素，热量不足会导致棉纤维发育不完善以及品质的下降。随着气候变暖的趋势，使邯郸市的平均气温上升，从而导致棉花的生长期延长、积温增加，这是有利影响；但是CO2的升高也会对棉花的通透性造成一定的影响，从而导致棉花减产。2001-2010年的气温高于邯郸市多年平均气温13.3 ℃，使邯郸市的热量资源增加，增加了棉花的产量(见图5)。2001-2004年气温与棉花产量呈现较高的相关性，即随着气温的升高棉花的产量有所升高，随着气温的下降产量有所下降，在2003年表现得尤其明显，2003年比2002年每公顷减少了1 275 kg，2004年比2003年每公顷增加了1 875 kg。2004-2005年，虽然气温有所下降，但是棉花产量上升，公顷产量增加了900 kg，原因有2个：一是气温变化幅度较小，都能满足棉花对热量的需求；二是棉花品种、种植技术的提高对棉花的产量的增加有重要影响。

图5　棉花667 m2产量与气温的关系Fig.5　The relationship between product and temperature

3.3.2棉花生产与降水的关系

全球变暖的背景下，对降水量的影响是使降水量在时间上分布不均，降水时间较集中，容易导致棉花生产过程中的干旱和短期洪涝，使棉花品质下降、产量减少。

图6　棉花667 m2与降水量的关系Fig.6　The relationship between product and precipitation

2003年降水量明显增多为630 mm使棉花出现了排水不畅，导致棉花大量减产，每公顷减产1 200 kg以上。2004-2005年，降水量有所增加，更好的满足对降水的要求，产量增加。2005-2010年棉花产量平稳增加为800多千克以上，得益于邯郸市农业技术的提高以及适宜的气温以及合适的降水量。

4农业生产脆弱性评价结果

小麦的脆弱性评价结果及分析：①小麦虽然是耐旱的农作物，但是邯郸地区是暖温带半湿润性的大陆性季风气候，冬春季降水量少，降水集中于夏季，年内降水不均匀，冬季和春季的降水量远远不能满足小麦对水分的需求，易造成干旱的现象；夏季是小麦的麦收季节，气候变暖的趋势下，使降水量降水时间更加集中，降水又集中在收小麦的时间，影响小麦的产量。②在全球变暖的趋势下，在邯郸地区冬季气温上升尤其明显，热量资源有所增加，为了充分利用热量资源，小麦可以调整种植时间，充分利用气候资源；但是，在气候变暖的大趋势下，小麦耐寒性减弱，对于突然到来的寒潮造成的低温难以抵御，可能会造成对小麦的冻害。③全球气候变暖使病虫害灾害发生的几率增加，需要加强对病虫害灾害的预报工作。

玉米的脆弱性评价结果及分析：①全球气温的上升，使热量资源增加，造成玉米生长期热量的富余，使玉米生长期变短，使玉米的品质下降或造成玉米的减产。②虽然玉米是喜高温的农作物，但是极端的高温气候会对玉米产量造成伤害。③玉米生长的苗期，正值邯郸地区的多雨季节，在玉米苗期需水量不大，容易对幼苗造成伤害。

棉花的脆弱性评价结果及分析：①邯郸地区是半湿润的大陆性季风气候，春季多大风且降水量少，容易造成干旱，对棉花播种不利。②在棉花的收获季节又由于降水量增加容易造成铃桃掉落、铃桃腐烂，使棉花产量受到影响。

5邯郸市农业应对气候变化的适应对策

5.1合理地调整农作物的种植制度和时间，以充分利用热量资源，提高农作物的产量

在全球气候变暖的趋势下，使热量资源增加，就会使农作物的生产期延长，因此要充分利用这一时机，合理地调整农作物的种植时间，来提高农作物的复垦指数，从整体上提高农作物的产量。尤其在冬季，温度的上升有利于提高冬小麦的生产潜力，因此可以改善耕作制度，推行间作套种，用地膜覆盖的方式来争取更多的热量，增加复种指数。针对春温回升较早的特点，适时早播，能使热量资源变为现实生产力，由于农作物生育期内气温的升高，造成农作物生育期的缩短，从而导致农作物品质的下降以及产量的减少。为了适应这种情况，应该采用长的生育期的品种来延长农作物的生育期，从而增加灌浆的时间，增加农作物的产量。

5.2加强农业基础设施的建设，积极抵御气象灾害

气候变暖，干湿变化就会更加明显，就会出现旱涝灾害严重的现象，应充分地利用地下水、发展节水农业，以及旱地保水技术等来应对抵御个别年份出现的洪涝灾害。邯郸的农业水利基础设施建设比较简陋，抵御旱涝灾害的能力较弱，因此需要加强农业基础设施建设，完善灌溉系统，提高邯郸的抗旱排涝的能力，尤其是要加强沟渠的防渗、浅层地下水的开发和相关设施建设，充分利用水资源。

5.3建立完善的应对气象灾害的预警机制

气候变化导致气象灾害频繁发生，总的趋势是极端的天气事件发生的次数增多，灾害发生的强度加大，因此应该建立完善的预警机制。邯郸市农业自然灾害具有灾种较多和危害性大等特点，传统的灾害监测手段往往不能满足现代农业生产的要求，因此亟需改善监测设备的质量，提高自然灾害预报的准确性，对农业自然灾害进行全方位和大面积的动态监测，以最大程度上减少极端气象事件对邯郸的农业生产的影响。

5.4选择适应性强的新的农作物品种，加强种植作物对气象灾害的抵御能力

由于气候变化的一些原因，使原来的一些农作物品种不能很好地适应这一变化，可能会出现减产的情况，选取适应气候变化的新品种就可以提高农作物的产量，选择合适的新品种应该满足：首先能抵抗高温、抗旱以及抵抗病虫害。其次，新品种应有好的光合作用，产量潜力要高，有普遍的适应性，这样就可以提高农作物的产量，保证有优良的品质。

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(编辑：梁文俊)

The vulnerability analysis of agricultural production to climate change Handan city as an example

Liu Hongyao1,Wen Lihua2,3

(1.HandanInstituteofAgriculturalScience,Handan056001,China; 2.Geographyandtourismdepartment,HandanCollege,Handan056001,China; 3.Collegeofresourcesandenvironmentalsciences,HuazhongAgriculturalUniversity,Wuhan430070,China)

Abstract:This paper selected crops of wheat, corn and cotton of Handan as the representative, through the analysis between crop yield and temperature and precipitation, the vulnerability of agricultural production were evaluated. Aiming the problems of wheat, corn and cotton production vulnerability under the trend of the global climate warming, we put forward reasonable adjustment of crop planting system and time, and in order to make full use of heat resources and improve crop yield, to strengthen the construction of agricultural infrastructure, to actively resist meteorological disasters, to establish early warning mechanism to cope with meteorological disasters, to improve the countermeasures, and to adapt new crop varieties, to strengthen the ability to resist the crops of meteorological disasters, to improve the ability of agricultural natural resistance disaster.

Key words:Handan; Agriculture; Vulnerability; Climate change; Countermeasure

中图分类号：P467；S162；X171.1

文献标识码：A

文章编号：1671-8151(2016)04-0283-05

基金项目：河北省计划结转项目(11220135D)；河北省计划结转项目(11220134D)；河北省重大技术创新项目(11227118Z)

作者简介：刘红耀(1979-)，男(汉)，助理研究员，硕士，研究方向：植物营养

收稿日期：2016-01-06修回日期：2016-01-22