全球气候变暖对中国种植制度可能影响__未来气候变化对中国种植制度北界的可能影响

中国农业科学 2011,44(8):1562-1570

Scientia Agricultura Sinica doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2011.08.004

全球气候变暖对中国种植制度可能影响： VI.未来气候变化对中国种植制度北界的可能影响

杨晓光1，刘志娟1，陈 阜2

（1中国农业大学资源与环境学院，北京 100193；2中国农业大学农学与生物技术学院，北京 100193）

摘要：【目的】气候变化已是一个全球性的问题，中国未来气候将继续变暖，这一变化将对中国的农业生产造成一定的影响。本文旨在研究未来气候变化对中国种植制度北界、冬小麦种植北界、雨养冬小麦-夏玉米稳产种

植北界以及热带作物种植北界的影响。【方法】依据全国种植制度气候区划指标、冬小麦种植北界指标、雨养冬小

麦-夏玉米稳产种植北界指标以及热带作物种植北界指标，采用经典的农业气候指标计算方法，分析与1950s—1980

年相比，未来30年（2011—2040年）及本世纪中叶（2041—2050年）全国种植制度界限北界、冬小麦种植北界、

雨养冬小麦-夏玉米稳产的种植北界、以及热带作物的种植北界的变化。【结果】（1）与1950s—1980年相比，2011

—2040年和2041—2050年的一年两熟带和一年三熟带种植北界都不同程度向北移动，其中一年一熟区和一年二

熟区分界线，空间位移最大的省（市）为陕西省和辽宁省，且2041—2050年种植北界北移情况更为明显；一年两

熟区和一年三熟区分界线，空间位移最大的区域在云南省、贵州省、湖北省、安徽省、江苏省和浙江省境内，且

2041—2050年种植北移情况更为明显。在不考虑品种变化、社会经济等方面因素的前提下，这些区域由于气温升

高种植制度由一年一熟变为一年两熟、由一年两熟变为一年三熟，区域内单位面积周年粮食产量可不同程度提高。

（2）与1950s—1980年相比，2011—2040年和2041—2050年的冬小麦的种植北界在辽宁省、甘肃省和宁夏回族

自治区都不同程度向北移动，在青海省冬小麦种植界限为西扩明显。在不考虑其它因素影响的前提下，该区域由

于冬小麦替代春小麦可带来单位面积产量的提高。热带作物安全种植北界在广西省和广东省境内北移情况比较明

显。而未来降水量的增加将使得大部分地区雨养冬小麦-夏玉米稳产种植北界向西北方向移动。【结论】到2011—

2040年和2041—2050年，气候变化将会造成全国种植制度界限不同程度北移、冬小麦种植北界北移西扩、热带

作物种植北界北移。而未来降水量的增加将使得大部分地区雨养冬小麦-夏玉米稳产种植北界向西北方向移动。

关键词：未来气候情景；气候变化；种植制度北界；冬小麦；热带作物

The Possible Effects of Global Warming on Cropping Systems in

China VI.Possible Effects of Future Climate Change on Northern

Limits of Cropping System in China

YANG Xiao-guang1, LIU Zhi-juan1, CHEN Fu2

(1College of Resources and Environmental Sciences, China Agricultural University, Beijing 100193; 2College of Agronomy and

Biotechnology, China Agricultural University, Beijing 100193)

Abstract: 【Objective】Climate change has become a global issue. The future climate will continue warming in China and this

change will affect the national agricultural production to some extent. This paper aims at studying the possible effects of future

climate change on the countrywide northern limits of cropping system, the northern limits of winter wheat, the stable-yield northern

收稿日期：2010-08-19；接受日期：2010-11-25

基金项目：全球变化研究国家重大科学研究计划（“973”计划）（2010CB951502）、公益性行业（农业）科研专项项目（200803028，200903003）

联系方式：杨晓光，E-mail：yangxg@

8期杨晓光等：全球气候变暖对中国种植制度可能影响：VI.未来气候变化对中国种植制度北界的可能影响 1563

limits of rainfed winter wheat - summer maize rotation and the northern limits of tropical crops. 【Method】 According to the climatic zoning indices of national cropping system, the northern limits indices of winter wheat, the northern limits indices of stable-yield in rainfed winter wheat-summer maize rotation and of tropical crops, the classical calculation methods of agro-meteorological indicators were adopted to analyze the changes of all northern limits in the coming 30 years (2011-2040) as well

as in the middle of this century (2041-2050) compared with that during 1950s-1980. 【Result】Compared with the situation during 1950s-1980, the northern limits of two-cropping system and three-cropping system during 2011-2040 and 2041-2050 would both move northward in different degree, as to the northern limits of two-cropping system, the maximum spatial displacement would occur in Shaanxi province and Liaoning province, while the northward move during 2041-2050 would be the most obvious; as to the northern limits of the three-cropping system, the maximum spatial displacement would occur in the region including Yunnan province, Guizhou province, Hubei province, Anhui province, Jiangsu province and Zhejiang province, while the northward move during 2041-2050 would be the most obvious, too. Without considering the variety change and socio-economic factors, the regional cropping system would change from one-cropping system to two-cropping system, or from two-cropping system to three-cropping system, which would lead to the increase of annual grain yield per hectare in different degrees. Compared with the situation during 1950s - 1980, the northern limits of winter wheat during 2011-2040 and 2041-2050 in Liaoning Province, Gansu Province, Ningxia

Hui Autonomous Region would move northward in different degrees, while the planting limits of winter wheat in Qinghai Province would expand westward significantly. Without considering the effect of other factors, the increase of regional grain yield per hectare would be expected by planting winter wheat instead of spring wheat. The safety northern limits of tropical crops in Guangxi Zhuang Autonomous Region and Guangdong Province would move northward more significantly. Yet the increase of future precipitation would make the stable-yield northern limits of rainfed winter wheat-summer maize rotation move northwestward in most regions.【Conclusion】By 2011-2040 and 2041-2050, climate change would cause northward move of northern limits of national cropping system in different degrees, northward move together with western expansion of northern limits of winter wheat, and northward move of northern limits of tropical crops. Yet the increase of future precipitation would make the stable-yield northern limits of rainfed winter wheat - summer maize rotation move northwestward in most regions.

Key words: future climate scenarios; climate change; the northern limits of cropping system; winter wheat; tropical crops

0 引言

【研究意义】根据IPCC第四次评估报告，过去100年中全球地表温度上升了0.74℃，气温普遍升高，尤以北半球高纬度地区最为明显[1]。气候条件是限制多熟种植制度最重要的因素之一。全球气候变暖改变了各地的农业气候资源，将会对中国种植制度北界带来怎样的影响，已成为中国农业科研领域和生产管理部门普遍关注的问题。【前人研究进展】已有研究表明，近100年来中国年平均地表气温明显增加，升幅为0.5—0.8℃ [2-6]。同时未来气候情景预测结果，21世纪中国气候将持续变暖，尤以北方冬半年最为明显，降水量也呈增加趋势[7-8]。20世纪80年代，刘巽浩和韩湘玲利用全国各地气象台站20世纪50年代建站以来至1980年的气候资料，建立了种植制度区划指标体系，确定了各指标计算方法，并在20世纪80年代中期完成了中国的种植制度气候区划[9]。目前气候变化对中国种植制度的影响已引起了国内外学者的普遍关注，并取得了有意义的进展[10-16]。本课题组在前人研究的基础上，比较分析了1981—2007年相对于建站至1980年中国种植制度界限的变化，以及界限变化敏感地区因种植制度改变带来单位面积周年粮食产量的变化[17-21]。金之庆等[22-24]评价了未来气候变化及大气CO2浓度增长对东北平原作物布局和品种布局的影响，同时将作物模型与大气环流模型（GCM）藕合，评价了未来气候变化条件下，东北地区冬小麦种植界线可能发生的地理位移，以及品种布局和种植制度的演进趋势等。【本研究切入点】目前，定量比较未来气候变暖对中国种植制度北界的影响，尤其是与20世纪80年代种植制度气候区域研究结果相比未来种植界限可能的变化趋势尚鲜见报道。【拟解决的关键问题】本文依据前人建立的种植界限指标和全国种植制度区划方法[9]，基于A1B气候情景下中国未来30年（2011—2040年）和21世纪中叶（2041—2050年）逐日气象数据，比较未来30年和本世纪中叶相对于1950s—1980年种植制度界限的可能变化，分析和评价未来气候变暖对中国种植制度界限的可能影响，同时分析未来气候变暖对冬小麦和热带作物种植北界以及降水资源的变化对雨养冬小麦-夏玉米稳产种植北界的影响，进而为应对气候变化调整中国种植制度、