高原农业气候脆弱性初探
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1高原农业生产
黄土高原曾是我国文化的发源地之一,秦、汉、唐等兴盛的朝代都建都在黄土高原,但是由于气候干旱,降水变率大,植被破坏,水土流失严重,土地贫瘠化和土壤荒漠化问题日趋突出,气象灾害尤其是旱灾频繁,加之长期不合理开发,区内各地农业生产差别很大,对气候变化反应敏感。在西部大开发过程中,政府和农业部门在进行农业发展规划时需要了解当地农业生产对气候变化可能带来的有利和不利影响及其可能的响应程度,以便有的放矢,合理安排开发资金,防患于未然;同时也可为当地农业种植结构调整、中低产田改造、推广生态农业和精准农业以及实施退耕还林还草等生态再建设工程提供科学的参考。根据IPCC和FAO有关脆弱性的定义[1,2]及已有研究成果[3~7],本文认为农业生产的气候脆弱性问题,即农业生产对气候变化可能响应问题,主要关心的是农业生产过程对各种气候因素变化反应的敏感性以及当地社会经济、环境和农业生产条件对气候变化的适应程度。也就是说,农业生产的气候脆弱性是指某地区农业生产过程对各敏感气候因素变化的可能反应,以及当地社会经济、生产、生态环境要素对气候变化可能适应的综合响应程度。
2农业生产的气候脆弱性评估方案
本评估方案首先确定了敏感性和适应性评估指标,采用AHP层次分析法分配指标权重,其次根据有关研究成果确定单指标评估标准和敏感性、适应性计算方案,最后给出了脆弱性计算方案和等级划分标准。
2•1脆弱性评估指标体系及其权重
本文农业生产气候脆弱性研究指标体系的确定,是在参考已有生态脆弱性研究和有关气候变化对农业影响研究成果及考察调研的基础上,充分考虑研究区域内的实际生产状况,选取和农业生产条件密切相关的气候、生态和持续发展能力的因子,采用数学分析和专家推荐相结合的办法,分别选取敏感性指标和适应性指标组合,根据专家打分结果,利用AHP层次分析法确定指标权重[8]。
2•2敏感性指标分级及计算方案
敏感性各指标的评判标准主要参考了有关文献和前期科研成果[9~11],各指标值具体分级及相应敏感性程度等级划分。
2•3适应性指标分级方案及计算方法
根据各地农业经济发展状况、各种可持续发展指标体系和有关科研成果[12~14],可确定适应性各指标判别标准及适应性程度等级划分方案。
2•4农业生产气候脆弱性分级及计算方案
综合考虑上述两方面的影响,农业生产的气候脆弱性Vp可由式(3)计算得出,并由式(4)作归一化处理,具体等级划分方案。
3农业生产的气候脆弱性现状评估
本文选取的研究区域为黄土高原地区陕西、甘肃、宁夏3省区内130个县市。鉴于收集到的1990年和1997年资料最全,故本文以这两年作为现状研究个例年。根据前文介绍的评估方案和收集到的初始资料,可以估算出每一个县市相应的敏感性Vp1、适应性Vp2和脆弱性Vp,从而确定研究区内农业生产的气候脆弱性分布现状。
3•11990年农业生产的气候脆弱性分析
1990年各县市农业生产对气候变化的敏感性、适应性和农业生产的气候脆弱性估算结果。研究区内1990年农业生产对气候变化反应最为敏感的区域主要分布在陕北东部、关中东南部、陇东北部和宁南地区。适应性较好的地区主要是在陕西关中地区渭河流域,兰州市附近和宁夏引黄灌区等工农业比较发达的地区,较差的地区主要集中陕北大部、陇东北部和宁夏南部。综合两个方面的结果可知气候脆弱性程度最高的地区主要分布于黄土高原中部黄土丘陵区和东部水土流失严重区。
3•21997年农业生产的气候脆弱性分析
同上可以得到1997年研究区内130个县市敏感性、适应性和脆弱性等级分布情况。从图2来看,研究区内1997年农业生产对气候变化响应最为敏感的区域主要分布在陕西关中东部、陕北大部、陇东和陇中西部、宁南地区等。农业生产对气候变化影响响应的敏感性较高的县市增加,说明1997年的气候条件更不利于农业生产。适应性较好的地区仍主要分布在陕西关中地区渭河流域和兰州附近一带,宁夏引黄灌区适应性有所下降,榆林市及附近有所增加;适应能力较差的地区主要集中陕北部分、陇东、陇中大部和宁夏南部。综合两个方面的结果可以发现气候脆弱性较高的地区主要分布在陕北中部、陇东、宁夏南部和陇中南部一带。
3•3农业生产的气候脆弱性变化分析
研究区内1997年农业生产对气候变化最为脆弱的县市有9个,与1990年持平;最不脆弱的县市有22个,比1990年增加4个,说明有所减轻。综合两年的估算结果可以发现,农业生产气候脆弱性较高的地区主要分布在陕北中部、陇东、宁夏南部和陇中南部一带,主要是由于当地农业生产对气候变化影响的反应比较敏感,而当地社会经济和生态环境状况也不利于减轻气候变化的不利影响,这与当地农业生产现状基本一致。应该指出的是,影响农业生产气候敏感性和适应性因素很多,相互关系也十分复杂,限于资料和种种原因,本评估方案仅选取了若干主要的因素,设计了一个比较简单的评估方法,与实际相比是不够完整的,还存在着许多科学上的不确定性。但上述分析可以反映出黄土高原农业生产气候脆弱性现状的一个大致轮廓,以供进一步研究借鉴和参考。
4未来农业生产气候脆弱性的可能演变
4•1我国西北地区未来气候变化情景
为了了解未来气候变化情景下,农业生产的气候脆弱性可能变化,本文采用国家气候中心提供IPCC推荐的5个最新GCM模式(CGCM、CSRIO、DKRZ、GFDL和HADLEY)模拟结果[15]来确定未来气候变化情景。根据5个模式平均的模拟结果,我国西北地区在未来50年内温度和降水均有增加的趋势,其中温度增加的幅度比全国平均大,降水增加的幅度与全国平均持平。表5给出了西北地区未来50年温度和降水的季节变化。可以看出,温度和降水在春、冬季增加的幅度比夏、秋季大,可以认为我国未来气候变化对西北地区作物越冬和春季生长有利。
4•2基于1997年适应性情景的未来气候脆弱性可能变化
采用上述气候脆弱性现状评估方法,在上列未来气候变化情景基础上,估算了有关敏感性指标的未来可能变化(图略),结果表明未来敏感性将呈波动型变化:2010~2020年增加,随后减小,2040~2050年又稍微增加。为了解未来气候变化对农业生产的气候脆弱性影响,首先假定以1997年社会经济发展和环境治理的适应性情景为基础,分析脆弱性的可能变化,结果如图3。从图3可以看出,在只考虑气候变化因素影响下,研究区内农业生产的气候脆弱性一直较高的地区集中在研究区中部,呈东北-西南向一线,其中2010~2020年脆弱性程度有微弱的增加趋势,其他年份变化不是很明显。显然,这与未来气候变化引起的敏感性波动趋势有关。
4•3基于未来社会经济发展情景的气候脆弱性可能变化
为了检测环境治理和未来社会经济发展对脆弱性的影响,本文首先根据现行国家有关可持续发展战略规划[16]、五年计划发展纲要等[17,18]、西部大开发政策[19]和近期生态环境治理、退耕还林还草的实施情况,初步设定有关环境治理指标变化如下:水土流失面积以1%a-1递减,森林覆盖率以0•2%a-1增加,需退耕还林还草的≥25°陡坡耕地比例按5%a-1递减,土壤侵蚀模数按1%a-1递减;进而设定了一个简单的社会经济发展情景(表6),用上述同样评估方法模拟研究区内农业生产对气候变化的敏感性、适应性及其脆弱性的未来可能变化。脆弱性变化总的分布趋势为:2010~2020年有增加趋势,随后逐渐下降,高脆弱性的区域逐渐从研究区中部向中西部转移并呈减少趋势,脆弱性较高的区域逐渐缩小。2010~2020年有增加趋势,与同期农业生产对气候变化的敏感性较高相一致,同时相应的环境治理、社会经济发展还不足以抵御较高敏感性的影响。综合以上结果可以发现,最为脆弱的县市主要集中在六盘山西部会宁—武山一带以及陕北中部、宁南和陇东部分县市。
4•4未来气候脆弱性的可能变化分析
综合以上两种方案,我们可以得出以下结果:在不考虑社会经济发展和环境治理情景下,农业生产的气候脆弱性主要受气候要素变化影响,2010~2020年有增强趋势;在一定的社会经济发展和环境治理措施下,未来脆弱性的变化在2010~2020年虽有增强趋势,但总体上脆弱性的变化逐渐减弱,高脆弱区向研究区西部转移。这说明东部水土流失区和中部黄土丘陵区农业生产的气候脆弱性在社会经济发展和实施一定的环境治理情景下比西部地区更快地减轻,因而在这些区域增加投资,加大水土流失和环境治理力度,推广农业综合开发的潜力比西部大。研究区内西部地区由于自然环境恶劣,经济发展缓慢,加之受到西北部沙漠化和荒漠化的影响,近期内农业生产的气候脆弱性还会维持较高水平,很难降低,在以后的规划中应综合考虑有关对策,增强适应能力,抵御气候变化的可能不利影响。但是由于本评估方案与GCM模式本身存在科学不确定性,上述模拟结果也只是一种初步的探讨,仅给出了黄土高原农业生产气候脆弱性未来变化的可能趋向和概貌,供讨论。
5农业可持续发展的对策措施讨论
黄土高原有着特殊的地理地貌,水土流失严重,气象灾害频繁,同时长期以来农业的过度开发给当地生态环境造成很大破坏,不利于农业的可持续发展。如何面对现实,采取积极的适应措施,防御气候变化可能带来的不利影响,防止环境进一步恶化,促进地方经济持续、稳定发展,是决策者需要认真考虑的重大问题。本文仅在此提出能提高当地农业生产对气候变化的适应性,走可持续发展之路的若干对策措施建议,以供各级决策者讨论参考。
(1)防御与治理并重。调整现有农业结构、改变种植制度和耕作方式,采用农业高新科技,主动防御气候变化可能带来的不利影响,趋利避害,以降低当地农业生产系统对气候变化影响的敏感性;同时加强对水土流失、土地退化等生态环境恶化的治理,促进自然生态系统的自我恢复,提高当地农业生产系统和自然生态系统对气候变化影响的适应能力,实现发展农业与保护环境相协调的可持续发展。
(2)合理有效地利用农业自然资源,保障农业生产稳定、持续发展。研究区内人均耕地较我国东部地区多,但区内东部坡耕地多,水土流失严重,西部土壤贫瘠,自然条件差,造成农业生产的后劲不足。在适宜的地方实施退耕还林还草,减少坡耕地,改造中低产田,发展旱作节水农业和生态农业,提高光、热、水资源的综合利用效率和现有耕地的生产力,以降低遭受不利气候变化影响危害的风险,减弱农业生产对气候变化反应的敏感性,促进农业自然资源合理高效的可持续利用。
(3)因地制宜,走综合开发道路。研究区内各地区的自然条件和经济条件差别很大,农业比重也很大,不可能采取统一的农业经济开发模式。节水农业、生态农业、设施农业和小流域综合治理等方式或模式,都可以因地制宜地借鉴采用。尤其是针对研究区内矿产资源和旅游资源比较丰富的特点,应特别注意加强这些资源的有序开发;将矿产、旅游资源开发和环境保护、扶持农业、增加农业投入和转移农业劳动力协调统一起来,推进农业结构调整和农村产业开发;适应市场经济发展需求,走工、农业和农、林、牧、副业综合开发道路,提高各地农业和地方经济适应气候变化的经济实力,为降低其气候脆弱性提供有力的经济基础。
(4)提高农民科技素质,推广农业高新科技。研究区内农业人口比重大,文化水平普遍偏低,对农业高新科技和新品种的推广很不利。应大力推广文化扫盲和科技扫盲,提高农民科学文化水平;同时建立健全农村高新科技推广服务体系,鼓励发展资源节约型和高附加值农产品深加工的乡镇企业,增强农民集体或个体经营农业生产对气候变化的适应能力。
6小结与讨论
本文首先介绍了黄土高原农业生产的气候脆弱性评估方案,并利用1990年和1997年资料完成了农业生产的气候脆弱性的现状分析,脆弱区域和研究区现实状况比较一致;其次利用IPCC推荐的5个最新GCM模式模拟结果,设定了我国西北地区未来气候变化情景,并在不考虑社会经济发展情景(基于1997年适应性现状)和设定一定的社会经济发展和环境治理情景下,估算了脆弱性的未来可能变化。结果表明,如果进行积极的生态环境治理,考虑一定的社会经济发展,研究区内农业生产的气候脆弱性将逐渐减弱,说明环境治理和发展经济有利于减缓气候变化不利影响,为寻求积极主动的适应措施防御气候变化的潜在不利影响提供了一定的参考。由于本研究中农业生产气候脆弱性评估指标的选择和权重分配方案存在着许多不确定性;尤其是在模拟未来气候脆弱性的可能变化时,气候模式本身及其模拟结果的降尺度转换等,还存在着许多局限性和不确定性,加之脆弱性评估模拟方法本身的局限性,包括对未来社会经济发展、环境治理等情景的粗略设计,所有这些均将对气候脆弱性未来可能变化的模拟可信度产生影响。虽然如此,本研究旨在现有资料和模式模拟结果基础上,寻求评估农业生产的气候脆弱性评估方法,并初步取得了一些比较有意义的结果。如果进一步优化评估指标体系,采用更科学的考虑局地影响的降尺度方法以及更为合理地细化和设定未来社会经济发展情景,将有助于农业生产气候脆弱性的进一步研究,以期为各级规划、决策、管理部门提供科学借鉴,促进农业生产和地方经济的可持续发展。
