第四节 应对气候变化敏感性评价
一、北部引黄灌区现代农业应对气候变化敏感性评价
评价宁夏不同区域农业生产类型与农业开发项目对气候变化的敏感性，需要了解认识区域的气候变化背景，以便更好地分析农业生产的敏感性与脆弱性特征。
陈晓光等研究表明：40多年来宁夏的年平均气温在波动中持续上升，增温幅度高于全国平均值。以1961～1990年为参考气候年，宁夏中北部引黄灌区年均气温，20世纪90年代平均升高0.9℃，2001～2005年平均升高1.4℃。积温是衡量一个地区农业热量资源的重要指标，与1961～1990年相比，北部引黄灌区≥0℃积温增幅全区最大，90年代和2001～2005年分别增加165.1℃·d和322.1℃·d。无霜期1991～2005年比1961～1990年平均延长8.1d，其中吴忠延长了15.8d。宁夏各区域作物生长期平均降水量均呈减少的趋势，引黄灌区平均降水量最少（166.5mm），气候倾向率为-3.5mm/10a，但减幅相对最小。由于较发达的灌溉生产条件，降水变化对北部平原区的农业生产影响有限。
（一）大田作物（水稻、小麦、玉米）对气候变化的敏感性分析
1.小麦对气候变化的敏感性
近年，宁夏全区春小麦种植面积约10万hm2，平均产量约4500kg/hm2。引黄灌区是宁夏小麦主产区。由于春小麦生长期短，后期高温逼熟、干热风或多雨天气的干扰，小麦青干、早衰、穗发芽的问题时有发生，造成小麦产量和品质的起伏波动较大。
引黄灌区春小麦3月上旬至7月上旬的生长期内气候明显变暖，气温有所升高，但都没有超出春小麦生长发育的适宜温度范围。温度上升将加快春小麦的生理发育速度，发育历期缩短，进而影响干物质的积累。随着春季气温的明显升高，春小麦小穗分化、幼穗分化时间缩短，对穗粒结构产生较大影响。春小麦温度敏感系数在3月中旬至4月上旬及5月上旬至6月上旬为正值，这两个时段的气候变暖有利于春小麦生产。6月中旬至7月上旬及4月中下旬温度敏感系数为负值，这两个时段的气候变暖不利于春小麦生产。同时初夏季节气温升高或偏高，增加小麦的干物质呼吸消耗，植株光合器官逐渐衰退，干热风发生概率增大，影响春小麦灌浆成熟从而降低产量。据试验观测（刘玉兰等，2008），当6月下旬至7月上旬的旬平均气温每增加1℃时，引黄灌区春小麦的气象产量将减少40kg/hm2以上。
随着气候变暖，宁夏引黄灌区干热风发生日数和发生区域均呈增加趋势。对于春小麦水分利用率来讲，与现状水分利用效率1.35kg/m3比较，未来各气候模式下的水分利用效率呈降低趋势，这主要是由于气温升高,蒸散量增加而产量降低所致。总体而言，春小麦单产的变化是由品种、技术的改进和气候变暖共同作用的结果。就宁夏引黄灌区来讲，气候变暖对春小麦单产的贡献率为-2.6%，表现为一种减产效应。随着气候的进一步变化，未来宁夏春小麦产量还将进一步降低。
自20世纪90年代中期，随着气候变化的影响，宁夏引黄灌区启动耕作改制与种植结构调整的研究工作。到目前，宁夏冬小麦北移和耕作改制获得成功，试验结果表明（袁汉民等，2011），冬小麦可比春小麦提早成熟15～20天，增产10%～30%。引黄灌区水热条件优越，冬小麦单产产量一般为每亩600kg，高产田达每亩700kg以上。另外，试验研究表明引黄灌区冬小麦垄作节水高产栽培技术，可以比传统平作节水38%，垄作小麦灌水量一般为每亩200m3，可比平作小麦减少1～2次灌水。
2.水稻对气候变化的敏感性
水稻是对气温要求比较高、对气温变化比较敏感的作物。引黄灌区水稻的温度敏感系数在5月为正值，有利于秧苗生长及移栽、返青，说明该阶段温度越高对水稻生长和增产越有利；6月份水稻处于分蘖期，相对的低温可延长水稻的营养生长期，使光合产物增加，干物质积累增加。但这个时段气温升高幅度最大，温度敏感系数为负值，说明此阶段温度升高不利于水稻生产会导致减产。7～8月，引黄灌区水稻处于拔节—乳熟的生育阶段，此期的温度高低对水稻生长发育和产量形成有决定性的作用，水稻生产中主要的气象灾害低温冷害也就发生在这个时段，由于温度敏感系数为正值，7月下旬～8月中旬，旬均气温每增减1℃，水稻的气象产量将增减100kg/hm2以上，因此此阶段气温升高对水稻生产极为有利；9月中下旬水稻处于成熟期，植株光合器官已衰退，气温偏低有利于减少作物的干物质消耗，促进高产。总体来看，气候变暖以来宁夏引黄灌区的气温没有超过适宜温度的范围。
水稻单产的变化是技术变革和气候变暖共同作用的结果。气候变暖后，技术进步在提高了水稻单位面积产量的同时，也降低了水稻对温度变化的敏感性,表现在相同温度变幅的情况下气候产量占总产量的比例减小。气候变暖为高产品种的引进创造了条件，水稻单产变率减小，保证了水稻的高产稳产。就宁夏引黄灌区而言,气候变暖对水稻单产的贡献为2.51%。
水稻冷害是影响宁夏水稻产量的最主要的农业气象灾害之一。由于气候变暖带来热量条件的改善，出现水稻低温冷害的概率在逐步减小，水稻等农作物种植风险也随之降低，稳产、高产能力进一步增加。但随着大面积晚熟水稻品种的推广种植，低温冷害的发生强度并不一定会减少，在同等低温冷害年景下，减产损失在加大，因此水稻品种的变化必须与气候变化相适应,才能减少水稻冷害造成的减产损失。
3.玉米对气候变化的敏感性
灌区种植玉米对气候变化的敏感性高于雨养区种植玉米，宁夏引黄灌区常年玉米种植面积约12万hm2，平均单产为470kg。根据统计，宁夏引黄灌区1981～2004年玉米生长发育各阶段的气温都有所升高。1994～2004年平均气温与1981～1993年的平均气温相比，幼苗期、拔节期、孕穗期、抽雄期、开花期和吐丝期均升高0.8℃，灌浆期和成熟期升高了0.9℃；1994～2004年平均最高气温与1981～1993年的平均最高气温相比，幼苗期升高了0.6℃，拔节孕穗期升高了0.9℃，抽雄开花吐丝期升高了0.5℃，灌浆成熟期升高了0.6℃。气候变暖以来宁夏引黄灌区的气温没有超过适宜温度的范围。根据宁夏引黄灌区气温突变前后的平均气温距平,再利用相应时段的实际平均单产计算出两个时段的气候产量分别为141.02和260.94kg，计算出气候变暖对玉米单产的贡献率为4.5%。
（二）气候变化对设施农业的敏感性分析
设施农业是相对于其他农业生产而言，受自然气候环境条件影响相对较小的一种生产方式。随着全球气候变化导致的气象灾害发生频率增加、强度增大，设施农业生产的脆弱性和敏感性也相应增加，尤其在中高纬度地区，设施农业生产仍面临持续低温、连阴天、大风、积雪、季节性冻土、冻雨等灾害威胁。同时在设施农业建设过程中，由于缺乏统一的完型设计以及为了降低成本等原因，很多温室和大棚的结构不合理，生产效率低，抗风能力和抗雪灾能力差。从而也造成设施农业对气候环境变化的脆弱性增加。
宁夏引黄灌区发展设施农业的条件相对于本区其他地方较为优越，水资源供给较充裕。对设施生产带来较大影响的主要气候因素是冬、春季的低温、春季大风以及积雪等。张广平等分析了石嘴山市大风日数对设施农业的影响，指出1960～2007年,石嘴山市的年大风日数以每年0.32d的趋势速度在减少。其中20世纪60年代、90年代是石嘴山市大风日数明显偏多期，70年代、80年代则为明显偏少期，21世纪截至2007年大风日数仍为偏少期。总体来说对当地发展设施农业是一个较为有利的因素。但由于我区设施农业整体上仍处于大规模发展的起步阶段，对气候变化的适应性以及设施农业本身的脆弱性研究还较少，所取得的认识成果还很有限，今后需要更多的投入来进行相关研究。
二、中部旱作节水农业区应对气候变化的敏感性评价
宁夏中部干旱带近年气候变化比较明显地区，年平均气温差值较大，年平均和各季节的气温均呈明显上升趋势。根据有关研究，由温度所确定的（盐池）草地温度生产力的多年平均值为13729.0kg·hm-2·a-1，由降水所确定的降水生产力的多年平均值为4808.8kg·hm-2·a-1，草地气候生产力的多年平均值为5899.2kg·hm-2·a-1。基于未来气候情境下，在气温增加1℃，降水量增（减）10%时，草地气候生产力则分别增（减）10.0%和4.16%，说明“暖湿型”的气候变化情景对草地的干物质生产最有利。
（一）人工草地对气候变化的敏感性分析
中部干旱带草地面积为205万hm2，据统计草地超载68万个羊单位，90%的草地退化。该区域草原畜牧业自然灾害多，生产不稳定。不同的物候期，牧草营养成分差别大。应加快改良天然草地、大力发展人工草地，使草业经营向集约化、机械化、科学化方向发展，这是中部干旱带草地畜牧业发展的必由之路。
施新民等模拟分析了气候变化对宁夏草地生态系统的影响。指出随着气温升高、降水增多，宁夏中部地区牧草干物质积累，草原初级生产能力有所提高。牧草地上部分的干物质产量50g/m2以上的，到2020年面积增加21.59%，到2050年增加30.91%。全区域牧草干物质积累总量2020年和2050年分别较当前提高4.3%和8.3%。
随着气候变暖，宁夏中部草原植被构成中优质牧草所占比例呈下降趋势，特别是豆科牧草所占比例明显减小，植被群落结构有可能发生变化，降水较多的东南部麻黄山禾本科、豆科植物生产能力较高，降水较少的西北部优质牧草生产能力增长较少，草原退化风险加大。中部草场针茅草的生产能力增加，特别是降水增加较多的麻黄山一带，生产能力变化十分明显，其地上干物质积累总量2020年和2050年分别较当前提高4.9%和10.9%。牧草胡枝子的地上干物质积累总量2020年和2050年分别较当前提高4.7%和17.3%，生产能力上升且带状分布特征十分明显。
（二）气候变化对旱作农业的敏感性分析
1.小麦对气候变化的敏感性
气候变化使各种农业气象灾害也发生相应变化，同时作物本身生育期的缩短，也使得中部干旱风沙区小麦各种农业气象灾害发生变化。例如生育期的提前，使小麦生长后期所遇到的干热风灾害相应提前，灾害造成的损失会有所减小。但是小麦生长前期的春季增温虽然可以促进生长发育，但会更易导致干旱加剧，使小麦应对气候变化的脆弱性和敏感性增加。
中部干旱带小麦的生长随着气候变暖，其生育期会有所变短，但产量与各时段平均气温均无明显相关，而与3月、5月、6月降水量相关显著。降水量是该区域小麦产量形成的主要限制因子，因此小麦生长及产量对降水的敏感性较高。降水量的多少对小麦产量形成影响极大。中部干旱带小麦气候产量变化存在着4年左右和8年左右这两个主要的周期振荡，其中以8年左右的周期性振荡最强。
2.玉米对气候变化的敏感性
玉米在本区域种植面积相对较少，但种植比例很高，主要种植于新开垦的扶贫扬黄灌溉农作区。旱作玉米的产量低而且不稳定，该区域降水的年际变化大，玉米等作物生产极易受干旱灾害威胁。随着气候变化和灾害发生频率增加，旱作玉米的敏感性进一步增加，脆弱性也加大。本区域的玉米生产及其敏感性特征，基本类似于中北部引黄灌区的玉米生产。例如生育期会相应变短，灌溉玉米对气候变化的敏感性比雨养玉米更高等。
3.马铃薯对气候变化的敏感性
在目前的品种、种植方式、田间管理不变的情况下，从2020年到2080年宁夏马铃薯单产均降低8.7%～41.3%，中部干旱带减产幅度大于南部山区。造成马铃薯减产的主要原因是，（1）未来宁夏马铃薯主产区马铃薯生育期内降水量减少，而马铃薯需水量显著增加，马铃薯缺水量加大；（2）马铃薯块茎膨大期气温显著升高，不利于块茎养分积累。
（三）灌溉农业区对气候变化的敏感性分析
中部干旱带扬黄新灌区灌溉面积达到66万亩，灌区种植以玉米、葵花、小麦、杂粮等粮食和油料作物为主，仅种植少量经济作物。以2010年为例，灌区种植结构比例为：玉米占总种植面积的46%，油葵占10%，小麦占6%，葡萄占13%，枸杞、牧草等其他作物占25%。
三、南部山区应对气候变化的敏感性评价
南部山区为半干旱黄土丘陵区及六盘山阴湿气候区，多年平均降水量在350mm以上，农业生产条件较中部干旱带稍好，粮食产量低，波动较大。与1961～1990年相比，南部山区90年代平均升高了0.6℃，2001～2005年平均升高了1.1℃；≥0℃积温90年代和2001～2005年增加幅度最小，平均增加了112.2℃/天和207.4℃/天，亦即海拔越高≥0℃积温增加的幅度越小。与1961～1990年平均无霜期差值分布看，南部山区平均延长2.4天，西吉—隆德—泾源一带延长了2天，泾源仅延长了1.7天。南部山区作物生长期内平均降水量最多（404.5mm），降水的气候倾向率-19.1mm/10a，说明南部山区降水量减少得最快。
（一）旱作大田作物对气候变化的敏感性分析
1.冬小麦对气候变化的敏感性
气候变暖使宁南山区冬小麦播期推迟，成熟期提前，越冬期天数缩短。通过资料对比分析，冬小麦返青期气温稳定通过0℃，日期从3月18日提前到3月12日前后。随着暖冬的出现，冬小麦越冬前热量条件不足、越冬及返青期后的冻害等制约冬小麦产量的不利因素随之消失，冬小麦种植区域也向北扩展了4000hm2，且每年呈增加趋势，相应春小麦播种面积减少近1000hm2。目前原州区大部乡镇夏粮以冬小麦为主，而春小麦只在北部有灌溉条件的地区种植，且种植面积较小。拔节—孕穗期，正是小麦水分需求的关键时期，小麦穗分化对水分状况十分敏感，因此降水量的多少，对小麦产量的形成影响很大。由于作物生长节律的变化，加之宁南旱农区降水量显著减少、变率增大，冬小麦生产面临的干旱灾害风险进一步加剧，产量波动加剧，对气候变化和农业气象灾害的敏感性和脆弱性进一步增加。
同时，冬季气温偏高也有利于各种病虫害越冬和传播，致使一些农作物病虫害越冬基数增大，造成病虫害加剧蔓延、爆发。此外，暖冬造成农田土壤水分蒸发加快，不利农田土壤保墒，表层土壤失墒严重，加剧了冬春季干旱的严重程度，造成冬小麦返青期土壤水分严重不足，缺墒形成弱苗，甚至枯萎，导致冬小麦分蘖少、根系不发达、起苗迟、苗情差。
2.马铃薯对气候变化的敏感性
宁南山区是宁夏马铃薯的主产区，2008年宁夏马铃薯种植面积已达到20万hm2，比2005年增加41.5%。
宁夏马铃薯主产区气温、降水的变化均对单产的稳定提高不利。特别是马铃薯块茎膨大期的气温（7～8月平均气温）以及全生育期降水量（5～9月降水量）。气候变暖使马铃薯的播期提前,宁夏马铃薯播期大部分年份从5月上旬提前到4月中、下旬，增加光合作用，提高产量。在宁夏大部分地区，对马铃薯产量影响程度的最大负效应阶段一般在7月。7月上、中旬为马铃薯发棵期，各气象因子对马铃薯生产的影响增加，7月上旬的平均气温与产量呈负相关，而此期间马铃薯的主茎开始急剧拔高，主茎叶全部建成，分枝叶扩展，进入孕蕾时期，温度过高，将对花蕾的形成产生不利影响，从而影响马铃薯的产量。气温每下降1℃，产量可增加50kg/hm2左右，之后随着气温的下降，热量条件对马铃薯产量的干扰愈来愈小，由负影响向正影响逐渐过渡。因此可以采取适当的措施（提前或推后播种期）避开高温的影响，从而减少气候变化对马铃薯生产的影响。
3.玉米对气候变化的敏感性
宁南山区玉米种植面积相对较小、产量也较低。在原州区等地势平坦有水源灌溉的地块，通过地膜覆盖等农艺措施，玉米产量较高且产量波动较小。但大部分地区的雨养农业受自然降水的影响非常大，该区域降水年际变化大，加之作物生长季内温度偏低，产量低而且波动较大。随着气候不断变暖，宁南山区地膜玉米等作物播期大部分年份从5月上旬提前到4月中、下旬生产，对温度的敏感性相应增强，增温对其生长比较有利，但需要结合地膜覆盖，进一步提高保温保水效果。气候变化带来降水变率的增大，因此玉米生产面临的干旱缺水风险相应增大，敏感性和脆弱性都进一步增加。
（二）气候变化对经济作物（蔬菜、花卉）的敏感性分析
由于南部山区特殊的地理与气候环境，在作物生长季内，温度偏低、热量资源不足，近几年冷凉蔬菜以及高山花卉发展速度快，但对这些经济作物应对气候变化的敏感性研究认识还很欠缺。
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