气候变化对中国农业气象灾害与病虫害的影响

　　摘要：在前人研究的基础上结合中国统计局《中国农业统计年鉴》1978－2007年主要农业气象灾害成灾面积、经济损失等资料与全国气象站点气象要素资料，总结了气候变化对我国农业气象灾害发生发展的影响，各类农业病虫害由于气候变暖特别是暖冬出现的新的变化发展趋势。结果表明，在已有气候变暖的影响下，绝大部分农业气象灾害危害加重、发生频繁，特别是极端气候事件发生频率加大，极大的威胁着中国粮食生产的安全。气候变化对农业病虫害的影响也是如此，气候变暖造成病虫害发生世代数增加，危害范围扩大，为害程度加重，给农业病虫害的综合防治带来困难。未来农业气象灾害、病虫害会更加频繁，使农业生产的不稳定性加大，应予以积极应对。

　　关键词：气候变化，农业，气象，农业气象灾害，农业病虫害

　　0、引言

　　气候变化及其影响是多尺度、全方位、多层次的，且正面和负面影响并存。气候变化使中国部分地区的粮食生产得到了发展，但综合而言，气候变化，尤其是极端天气对粮食生产的冲击强度加大。如，北方干旱受灾面积扩大，南方洪涝加重，局部高温干旱危害加重，南方雨雪冰冻灾害、春季霜冻的危害等因气候变暖后作物发育期提前、抗寒性减弱而加大，致使农业生产的不稳定性增加[1]。气候变化对中国国民经济的影响可能以负面为主，将使中国未来农业生产面临农业生产的不稳定性增加，产量波动大，农业生产条件改变，农业成本和投资大幅度增加。气候变暖将导致地表径流、旱涝灾害频率和一些地区的水质等发生变化，特别是水资源供需矛盾将更为突出。近50年来中国主要极端天气气候事件的频率和强度出现了明显变化。华北和东北地区干旱趋重，长江中下游流域和东南地区洪涝加重。1990年以来，多数年份全国年降水量均高于常年，出现南涝北旱的雨型。

　　据2006年中国发布的《气候变化国家评估报告》，气候变化对中国的影响主要集中在农业、水资源、自然生态系统等方面，可能导致农业生产不稳定性增加、南方区洪涝灾害加重、北方地区水资源供需矛盾加剧、森林和草原等生态系统退化、生物灾害频发、生物多样性锐减。农业气象灾害是造成中国农业大幅度减产和粮食产量波动的重要因素。据统计，中国每年由于农业气象灾害造成的农业直接经济损失高达1000多亿元，约占国民生产总值的3%～6%，其中影响最大的是旱灾，其次是洪涝和风雹灾害。中国农业生产的另一大威胁来自农业病虫害，据统计，中国农业产值因病虫害造成的损失约为农业总产值的20%～25%，危害十分严重。对某一地区而言，地理环境、作物品种和施肥措施的年际变化相对较小，气象条件已成为病虫害年际间波动的主要控制因子。实际也表明，各种病虫害的发生或流行与气候条件有着密切的关系，甚至一些病虫的发生与否主要取决于气候条件。另外，气候变化还可能使新的病虫害类型出现，农业因病虫害造成的损失将更为严重。因而，总结气候变化以来农业气象灾害与农业病虫害的发展变化趋势是有十分重大的现实意义。

　　1、农业气象灾害与气候变化

　　1.1干旱

　　气候变暖，干旱区频繁发生大面积干旱，土壤水分蒸发加剧，水分亏缺增加，抑制了热量资源增加所发挥的作用。据1950－2001年的旱灾资料，中国年均受旱面积2000多万hm2，其中成灾930万hm2，全国每年因旱灾损失粮食1400多万t，占同期全国粮食产量的4.7%。中国的干旱灾害主要集中分布在北方的黄淮海平原、河套平原与南方的江南丘陵、西南云贵高原。受气候变化的影响，自20世纪80年代以来，中国降水呈现南方偏多、北方偏少分布不均的态势。特别是20世纪90264农业工程学报2010年年代后期以来，大致以长江、淮河为界，北方各流域降水量均不同程度减少，尤其是35～40°N的长江以北至黄河流域一带为旱灾严重发生的主要地区。其中，黄河流域降水量减少最明显，减少了15%以上。这种降水南多北少的形势，加重了北方干旱缺水、南方洪涝灾害频繁的局面。黄河从20世纪70年代开始频繁断流，最严重的1997年，受大旱影响其下游的利津水文站全年断流时间长达226d，最长断流河段超过700km。黄河断流，对该流域的农业生产及生态环境造成严重影响。

　　从近50a来中国北方干旱范围的变化来看，中国北方主要农业区的干旱趋势逐步加重、干旱范围逐步扩大。其中，华北、华东北部的干旱面积扩大迅速，形势严峻；东北、华中北部干旱面积扩大速度相对较小；西北东部的干旱面积扩大趋势不明显，这与中国降水变化的总体趋势是一致的。事实上，中国华北、东北地区在降水量减少的同时，降水日数也显著减少，最大连续不降水的时段增加，气温也显著升高，使得干旱形势更趋严重。因而，随着气候变化的进一步加剧，中国的干旱灾害发展具有面积增大和频率加快的趋势。1950年以来，旱灾成灾面积呈现增长趋势，且年际间波动很大。上世纪50－90年代之间全国平均受旱面积依次为11620、18729、25349、24141、26330×103hm2，受旱成灾面积分别为3741、885、7359、11931、13293×103hm2。20世纪80年代早期旱灾成灾面积占播种面积的比例较80年代晚期和90年代早期均小，全国平均为10.9%。90年代的干旱发生较频繁，夏季降水量明显减少，干旱灾情严重，主要表现为河北、山西、山东和西北地区东部降水量持续偏少，干旱连年发生。进入21世纪，干旱灾害更为严重，2000－2002年中国北方连续3a发生了严重干旱，灾情最重是2000年，其次是2001年，均为全国性的大旱年，全国农作物受灾面积达40540×103hm2，其中成灾26780×103hm2、绝收8000×103hm2，因旱灾损失粮食近600亿kg、经济作物损失510亿元，其影响超过了1959－1961年3a自然灾害时期[8]。另外，旱灾成灾率也呈阶段性上升趋势，1950－1979年30a间，成灾率超过40%的年份有11a，同期全国性的大旱年为5a；而1980－2000年21a间，除1996年和1998年低于40%外，其他年份旱灾成灾率均超过了40%，这表明随着气候变化和社会经济的发展，旱灾对中国社会各方面的影响变得越来越严重，中国气候的干旱化趋势也愈加明显。

　　1.2涝渍

　　涝渍按季节划分主要有春季渍涝、初夏涝、夏涝、秋季渍涝等，其中以夏涝出现几率最大，危害最重。按水分过多的程度，可分为洪水、涝害和渍害。洪水，大雨、暴雨引起山洪暴发，河水泛滥，淹没农田园林，毁坏农舍和农业设施等；涝害，雨量过大或过于集中，造成农田积水，旱田作物受到损害。水不深，不会淹没作物，所以对旱地作物影响较大，而对水田作物影响较小；渍害，连阴雨时间过长，雨水过多，低温寡照，或洪、涝害之后，因地势低洼，排水不良，使土壤水分长期处于饱和状态，土壤中空气和水分比例失调，造成作物根系或土壤耕作层缺氧，烂根死苗，或使花果霉烂，籽粒发霉、发芽，导致减产。

　　涝渍灾害主要分布在中国东南部，在长江和黄淮河流域地区尤其集中，西北部受灾、成灾面积很小。由于全球变暖，海温升高，台风增加对中国东南部地区的作用，本世纪南方涝渍灾害加剧的可能性是可以肯定的。特别是1990年以来，长江、珠江、松花江、淮河、太湖、黄河均连续发生多次大洪水，洪灾损失日趋严重。

　　1994年南方为主北方为次和1998年长江领域、松花江流域的特大洪涝灾害，表明了气候转暖期间波动性的洪涝灾害有加剧发展的趋势。1981－2006年26a间，涝渍灾害成灾率＞55%的年份1981－1990年10年中有2a，1991－2000年10年中有7a，2001－2006年6年中就有5a，成灾率呈现明显的逐年上升趋势，表明涝渍灾害的危害程度正在加剧，尤其是极端事件发生频率加大。

　　1.3风雹

　　除干旱、涝渍灾害以外农业风雹灾害是中国农业自然灾害中处于第三位的农业气象灾害且在全国均有分布、相对比较分散。中国每年平均发生风雹灾害近增刊1李祎君等：气候变化对中国农业气象灾害与病虫害的影响2651000次，最少为400余次（1977年），最多达2150余次（1987年）。由于这种灾害发生范围广、频次高，局部灾情重，所以累积灾害造成的损失比较重，约占中国自然灾害年总损失的10%左右。据2005年4月国家减灾中心最新灾情月报统计，因风雹带来的农业损失就达数亿元。中国有两个多雹日带，青藏高原是中国雹日最多、范围最广的地区，但成雹灾少。从青藏高原雹区往东，可分成南北两个多雹带。南方多雹日带包括四川、重庆、广西、云南、贵州、安徽、江苏、江西、湖南、湖北等地区。南方多雹日带尽管雹日多，但雹粒小，灾害一般不重。北方多雹日带包括内蒙古、黑龙江、辽宁、吉林、山东、河南、河北、山西、陕西等地区。这是中国最宽、最长的一个多雹日带，灾害较重。虽然受灾面积与南方多雹日带相比较小，但成灾占受灾比重较大。

　　风雹灾害对农业的危害主要是3个方面：

　　1）大风的影响。一般情况下，大风会刮倒农作物，造成大面积农作物减产。如，中国北方小麦产区，如果在灌浆期遇到风雹灾害，将造成大片倒伏，而小麦一旦倒伏，就将导致灌浆过程减缓或终止，从而严重降低产量。

　　2）冰雹的影响。冰雹是直接危害严重的灾害，一般会将农作物砸坏、砸死，对农业影响巨大。每年的4－6月是中国北方雹灾发生次数最多的时段，为降雹盛期。

　　这一阶段恰好是北方农业春耕的季节。直径较大的冰雹会给正在开花结果的玉米等农作物造成毁灭性的破坏，造成粮田的颗粒无收，常年使丰收在望的农作物在顷刻之间化为乌有。

　　3）暴雨的影响。风雹灾害的暴雨时间比较短，但暴雨的影响还是比较大的。一般情况下，大雨往往造成农作物被淹、农田积水等。

　　雹灾面积自20世纪60年代以来呈逐年上升的趋势，原因主要是青海省东北部地区在近40a中，由于种植结构调整、种植面积扩大，导致受灾面积增加。1962－2002年间雹灾发生频次也逐渐上升，20世纪80年代出现高峰值，到20世纪90年代后有逐渐减少的趋势。2000年之后，特别是近几年风雹灾害出现明显增加趋势。2009年5月25日，江西省上饶市铅山县、德兴市、三清山发生风雹灾害，农作物受灾面积6454hm2，直接经济损失7102万元。2009年5月29日，鞍山市台安县遭受风雹灾害袭击。截至6月2日7时统计，农作物受灾面积1247.8hm2，绝收387.6hm2，直接经济损失1834.5万元。2009年6月14日发生的风雹灾害肆虐河南与安徽省11市34县，近300万亩小麦倒伏，农作物受灾面积24.3×103hm2，农业因灾直接经济损失达16.2亿元。2009年8月26日以来，湖北宜昌、襄樊等地遭受风雹灾害，农作物受灾24.862×103hm2，其中绝收3118hm2。由此可见，风暴灾害在气候变化之后危害加剧，极端事件频繁发生。

　　1.4热害

　　气候变暖，高温热害、伏旱将更加严重，目前对中国亚热带农业生产的影响已十分突出，暖温带也有不同程度的类似问题。热害高温胁迫已经限制了作物生产，影响玉米、大豆、高粱、谷子等的种植和产量，水稻、棉花的生长发育也受到强烈抑制。

　　高温是灾害性天气，对农业的危害主要是几个方面：

　　在高温的影响下，农作物的呼吸消耗急剧增加，使净光合积累迅速下降，持续高温下作物会很快衰弱；作物的花器官对高温最为敏感，如水稻盛花期遇高温，花粉粒发育畸形率显著增加，花粉管尖端破裂而失去授精能力，形成秕粒；高温还可使作物的蛋白质凝固变性，或积累有毒物质而直接受伤；高温使处于乳熟期的早稻逼熟，降低千粒重而减产。中稻空壳率和秕谷率随着开花期的平均最高气温的上升而增大，千粒重随着开花期的平均最高温度的上升而减小。另外，高温往往和少雨相伴出现，由于高温少雨，造成土壤失墒严重，极易造成干旱，还有利于某些耐热的作物虫害发生等等。

　　进入21世纪以来，夏季高温的危害与以往相比出现频率有加剧的趋势。最高气温和最低气温升高均会导致中稻空壳率的增加，而且最低气温升高的影响程度更大，日最低气温升高是限制中稻产量增加的主要因子。在气候变化的背景下，长江流域高温发生日的最高气温与最低气温均呈上升趋势，限制了技术改进带来的产量增加。根据1981－2003年的台站观测数据，安徽、江苏、湖北三省的高温日数均呈现明显增加趋势，其中江苏的高温日数增加46.2%。而江苏、湖北和湖南1991－2003年出现高温日的平均最高气温与平均最低气温与1981－1990年相比上升。从四省平均来看，高温日数、出现高温日的平均最高气温与平均最低气温均成上升趋势。也有研究认为，中国东部的高温日数趋于减少，湖南的高温日数有所减少，减少幅度为8.3%。

　　1.5冷害

　　夏季低温冷害是东北地区农业生产的主要灾害性天气。在近几十年来气温显著上升的背景下，东北地区低温冷害呈明显的减少趋势。总的来看，20世纪50年代前期、60年代后期至70年代前期是近50多年来东北低温冷害出现较为频繁的时段。1969、1972和1976年这3a严重的低温冷害曾造成粮食减产150多亿kg。但自70年代后期以来，低温冷害的出现频次迅速减少，特别是近年几乎没有出现过大范围的严重低温冷害。若原有农作物种植结构和品种不变，气温均值增加，极端低温发生的概率会因气候变暖而减小。而实际情况并非如此。

　　如，20世纪90年代黑龙江省未发生严重低温冷害，但从低温受灾面积占播种面积比例看，与80年代相比，90年代低温受灾面积的比例并未随气候变暖加剧而显著减小，反而略有上升。中国华东地区的大麦、小麦和油菜多数是早熟品种，冬季气候变暖缩短了作物越冬期，使作物提前返青拔节或抽苔，从而减弱植株的抗寒能力，造成作物更易遭受冻害的侵袭。因此，值得注意的是，热量条件改善的同时也使作物稳产的气候风险性增加。

　　这种现象与人们应对气候变化的适应行为有关，人们通常追求最大的经济效益，而不是最小灾害风险。由此，变暖带来热量条件的改善使一些地区改种偏晚熟的品种类型，从而获得更高的单产。如果人们在这些地区适应气候变暖而更换了更高产的品种类型，则这些地区出现低温冷害的概率不一定会减小，甚至可能增加。如，泰来90年以后更换为晚熟品种，冷害发生的频率变为80年前后的2～3倍。又如，河南全省1978－1992年低温冻害面积较小，1993年改换作物品种熟性、提前播种期之后受灾面积明显增加，年平均受灾面积为249×103hm2。受灾面积较大的年份是1993、1995、2003和2005年，受灾面积均在400×103hm2以上，2005年最多，为558×103hm2。

　　1.6其他

　　1）寒害

　　气候变暖并不意味着冬季没有剧烈降温，相反，严重寒害发生前期大多有明显的温暖期，而突发性天气使得作物难以适应短时间的气温剧烈变化，从而更容易遭受危害。例如，1999年冬季的严重霜冻，使广西农作物受害面积约42.64×103hm2，直接经济损失近200亿元人民币，是建国以来同类灾害中损失最为严重的。2004年2月9－10日，受强冷空气南下影响，广西先后有64个县、市出现霜冻、冰冻天气，这是自1978年以来，2月份出现的范围最大的霜冻天气。2008年１月中旬到２月上旬，中国南方地区连续遭受四次低温雨雪冰冻灾害低温雨雪冰冻极端天气过程袭击，农作物受灾面积1446.67万hm2，绝收205.07万hm2，因灾直接经济损失达到1516.5亿。近年来寒害发生频繁的事实说明，气候变暖的同时，仍然有极端气候事件发生，冬季明显变暖的气候，潜伏寒害的可能性更大。

　　2）多种灾害协同作用

　　农业气象灾害很多时候并不是单一发生，实际上存在多种灾害并发，造成农作物减产。在气候变化的背景下，异常气候出现的概率大大增加，尤其是极端天气现象的增多，势必导致区域气候灾害加剧。以宁夏为例，宁夏农业生产受到多种气象灾害的影响。干旱、霜冻、低温冷害、大风、沙尘暴、风雹等灾害每年在宁夏都有不同程度的发生，威胁着宁夏的农业生产。2003年冬季到2004年春季，宁夏中部干旱带连续170多天没有有效降水，2004年秋天到2005年夏天，出现了冬、春、夏连旱，是近60年来罕见的特大干旱，严重影响了农业生产，作物无法下种，下种的无法成活，农作物绝收，为当地农民生产生活带来深重的影响。

　　2、农业病虫害的变化

　　农作物病害虫的生长发育、繁殖、越冬及分布等生态学特征与气候，特别是温度条件有密切关系。因此,全球性的气候变暖，将对作物病害虫的发生世代、越冬北界及分布范围产生巨大的影响，为害将呈加重趋势。

　　据统计中国常年病虫害发生面积2.00～2.33亿hm2，是耕地面积的2倍多，每年因病虫害造成的粮食减产幅度占同期粮食生产的9%。气候变暖后，病虫害的危害程度将加重10%～20%，因病虫害造成的粮食减产幅度将进一步增加。

　　2.1分区域农业病虫害变化

　　中国幅员辽阔，地跨亚热带、暖温带、寒温带，各地区气候差异显著，种植的主要农作物也相差很大。尽管50a来，全国大部分地区气温均升高了，但各地区降水量的变化却不同，如，华北、西南地区降水减少，松花江、长江、珠江流域，以及西北地区降水却增加了。

　　因而，分区域探讨气候变化对农业病虫害的影响十分有必要。

　　本研究将全国各地区气象要素与当地主要农作物病虫害发生面积做相关分析，发现中国西南地区农业病虫害主要受日照时数、降水量与冬季最低温度的影响。中国西南部地区，山区丘陵较多，近40a（1961－2000年）西南大部地区降水增加、湿度增大明显，气温升高，日照时数减少，而四川盆地气温则呈下降趋势。此类地区病虫害发生面积与日照时数呈反比，也就是说日照时间越长越不利于农业病虫害的发展。而冬季降水与病虫害发生面积呈正比，夏季则刚好相反。冬季最低温度越低越不利于病虫源越冬。西南地区气候变化的趋势均有利于农业病虫害的发生发展。

　　西北地区不同于西南部，近30a（1961－1990年）升温显著，部分地区降水增加，表现出暖湿化趋势。温度与降水是影响该地区农业病虫害发生面积的主要气象因子。降水多、空气湿度大有利于喜湿性病害如小麦条锈病、小麦赤霉病等的发生发展，但对蚜虫、棉铃虫等虫害的扩展蔓延会产生一定的抑制作用。像小麦条锈菌这类好阴凉喜湿，怕干旱高温的病害，冬季气温高有利于其发展而夏季高温则不利于小麦条锈病的发生发展。

　　同时，该地区降水对农业病虫害的影响小于温度的影响。

　　也就是说该地区气候变暖对农业病虫害的影响将更加显著。

　　长江流域是中国水稻主产区之一，近年来呈现明显的暖干化趋势。温湿度是该地区农业病虫害发生发展的主要影响因子。气候变暖，尤其是冬季增温有利于病虫卵及成虫安全越冬。

　　华北地区是中国主要的粮食产区之一，该地区近50a（1951－2000年）气温升高，冬季变暖尤其明显。降水明显减少，20世纪90年代以来减少最为显著。华北地区农业病虫害发生发展主要受到降水、温度与日照的影响。

　　冬季降水与病虫害发生的面积呈反比，冬季降水增加会抑制病虫害的发生发展。日照时数也与病虫害发生面积呈反比，而温度与其呈正比。由此可见，在当前气候变化背景下，华北地区降水减少、气温升高均有利于病虫害的发生发展，应引起相关部门的关注。

　　东北地区也是中国的主要粮食产区之一，近20a（1981－2000年）升温显著，冬季温度升高十分明显，有暖干化的趋势。冬季升温，使越冬病虫卵（蛹）死亡率降低,病源和虫源有效越冬基数增大，休眠越冬期缩短，病虫的分布区扩大。作物生长季节和害虫生长季节同时加长，一年中害虫繁衍世代数增多，农田多次受害的机率增大。另外，还会出现一些在原来严寒冬季不能生存的新类型病虫害。