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1高原農業生產

黃土高原曾是我國文化的發源地之一,秦、漢、唐等興盛的朝代都建都在黃土高原,但是由于氣候干旱,降水變率大,植被破壞,水土流失嚴重,土地貧瘠化和土壤荒漠化問題日趨突出,氣象災害尤其是旱災頻繁,加之長期不合理開發,區內各地農業生產差別很大,對氣候變化反應敏感。在西部大開發過程中,政府和農業部門在進行農業發展規劃時需要了解當地農業生產對氣候變化可能帶來的有利和不利影響及其可能的響應程度,以便有的放矢,合理安排開發資金,防患于未然;同時也可為當地農業種植結構調整、中低產田改造、推廣生態農業和精準農業以及實施退耕還林還草等生態再建設工程提供科學的參考。根據IPCC和FAO有關脆弱性的定義[1,2]及已有研究成果[3~7],本文認為農業生產的氣候脆弱性問題,即農業生產對氣候變化可能響應問題,主要關心的是農業生產過程對各種氣候因素變化反應的敏感性以及當地社會經濟、環境和農業生產條件對氣候變化的適應程度。也就是說,農業生產的氣候脆弱性是指某地區農業生產過程對各敏感氣候因素變化的可能反應,以及當地社會經濟、生產、生態環境要素對氣候變化可能適應的綜合響應程度。

2農業生產的氣候脆弱性評估方案

本評估方案首先確定了敏感性和適應性評估指標,采用AHP層次分析法分配指標權重,其次根據有關研究成果確定單指標評估標準和敏感性、適應性計算方案,最后給出了脆弱性計算方案和等級劃分標準。

2•1脆弱性評估指標體系及其權重

本文農業生產氣候脆弱性研究指標體系的確定,是在參考已有生態脆弱性研究和有關氣候變化對農業影響研究成果及考察調研的基礎上,充分考慮研究區域內的實際生產狀況,選取和農業生產條件密切相關的氣候、生態和持續發展能力的因子,采用數學分析和專家推薦相結合的辦法,分別選取敏感性指標和適應性指標組合,根據專家打分結果,利用AHP層次分析法確定指標權重[8]。

2•2敏感性指標分級及計算方案

敏感性各指標的評判標準主要參考了有關文獻和前期科研成果[9~11],各指標值具體分級及相應敏感性程度等級劃分。

2•3適應性指標分級方案及計算方法

根據各地農業經濟發展狀況、各種可持續發展指標體系和有關科研成果[12~14],可確定適應性各指標判別標準及適應性程度等級劃分方案。

2•4農業生產氣候脆弱性分級及計算方案

綜合考慮上述兩方面的影響,農業生產的氣候脆弱性Vp可由式(3)計算得出,并由式(4)作歸一化處理,具體等級劃分方案。

3農業生產的氣候脆弱性現狀評估

本文選取的研究區域為黃土高原地區陜西、甘肅、寧夏3省區內130個縣市。鑒于收集到的1990年和1997年資料最全,故本文以這兩年作為現狀研究個例年。根據前文介紹的評估方案和收集到的初始資料,可以估算出每一個縣市相應的敏感性Vp1、適應性Vp2和脆弱性Vp,從而確定研究區內農業生產的氣候脆弱性分布現狀。

3•11990年農業生產的氣候脆弱性分析

1990年各縣市農業生產對氣候變化的敏感性、適應性和農業生產的氣候脆弱性估算結果。研究區內1990年農業生產對氣候變化反應最為敏感的區域主要分布在陜北東部、關中東南部、隴東北部和寧南地區。適應性較好的地區主要是在陜西關中地區渭河流域,蘭州市附近和寧夏引黃灌區等工農業比較發達的地區,較差的地區主要集中陜北大部、隴東北部和寧夏南部。綜合兩個方面的結果可知氣候脆弱性程度最高的地區主要分布于黃土高原中部黃土丘陵區和東部水土流失嚴重區。

3•21997年農業生產的氣候脆弱性分析

同上可以得到1997年研究區內130個縣市敏感性、適應性和脆弱性等級分布情況。從圖2來看,研究區內1997年農業生產對氣候變化響應最為敏感的區域主要分布在陜西關中東部、陜北大部、隴東和隴中西部、寧南地區等。農業生產對氣候變化影響響應的敏感性較高的縣市增加,說明1997年的氣候條件更不利于農業生產。適應性較好的地區仍主要分布在陜西關中地區渭河流域和蘭州附近一帶,寧夏引黃灌區適應性有所下降,榆林市及附近有所增加;適應能力較差的地區主要集中陜北部分、隴東、隴中大部和寧夏南部。綜合兩個方面的結果可以發現氣候脆弱性較高的地區主要分布在陜北中部、隴東、寧夏南部和隴中南部一帶。

3•3農業生產的氣候脆弱性變化分析

研究區內1997年農業生產對氣候變化最為脆弱的縣市有9個,與1990年持平;最不脆弱的縣市有22個,比1990年增加4個,說明有所減輕。綜合兩年的估算結果可以發現,農業生產氣候脆弱性較高的地區主要分布在陜北中部、隴東、寧夏南部和隴中南部一帶,主要是由于當地農業生產對氣候變化影響的反應比較敏感,而當地社會經濟和生態環境狀況也不利于減輕氣候變化的不利影響,這與當地農業生產現狀基本一致。應該指出的是,影響農業生產氣候敏感性和適應性因素很多,相互關系也十分復雜,限于資料和種種原因,本評估方案僅選取了若干主要的因素,設計了一個比較簡單的評估方法,與實際相比是不夠完整的,還存在著許多科學上的不確定性。但上述分析可以反映出黃土高原農業生產氣候脆弱性現狀的一個大致輪廓,以供進一步研究借鑒和參考。

4未來農業生產氣候脆弱性的可能演變

4•1我國西北地區未來氣候變化情景

為了了解未來氣候變化情景下,農業生產的氣候脆弱性可能變化,本文采用國家氣候中心提供IPCC推薦的5個最新GCM模式(CGCM、CSRIO、DKRZ、GFDL和HADLEY)模擬結果[15]來確定未來氣候變化情景。根據5個模式平均的模擬結果,我國西北地區在未來50年內溫度和降水均有增加的趨勢,其中溫度增加的幅度比全國平均大,降水增加的幅度與全國平均持平。表5給出了西北地區未來50年溫度和降水的季節變化。可以看出,溫度和降水在春、冬季增加的幅度比夏、秋季大,可以認為我國未來氣候變化對西北地區作物越冬和春季生長有利。

4•2基于1997年適應性情景的未來氣候脆弱性可能變化

采用上述氣候脆弱性現狀評估方法,在上列未來氣候變化情景基礎上,估算了有關敏感性指標的未來可能變化(圖略),結果表明未來敏感性將呈波動型變化:2010~2020年增加,隨后減小,2040~2050年又稍微增加。為了解未來氣候變化對農業生產的氣候脆弱性影響,首先假定以1997年社會經濟發展和環境治理的適應性情景為基礎,分析脆弱性的可能變化,結果如圖3。從圖3可以看出,在只考慮氣候變化因素影響下,研究區內農業生產的氣候脆弱性一直較高的地區集中在研究區中部,呈東北-西南向一線,其中2010~2020年脆弱性程度有微弱的增加趨勢,其他年份變化不是很明顯。顯然,這與未來氣候變化引起的敏感性波動趨勢有關。

4•3基于未來社會經濟發展情景的氣候脆弱性可能變化

為了檢測環境治理和未來社會經濟發展對脆弱性的影響,本文首先根據現行國家有關可持續發展戰略規劃[16]、五年計劃發展綱要等[17,18]、西部大開發政策[19]和近期生態環境治理、退耕還林還草的實施情況,初步設定有關環境治理指標變化如下:水土流失面積以1%a-1遞減,森林覆蓋率以0•2%a-1增加,需退耕還林還草的≥25°陡坡耕地比例按5%a-1遞減,土壤侵蝕模數按1%a-1遞減;進而設定了一個簡單的社會經濟發展情景(表6),用上述同樣評估方法模擬研究區內農業生產對氣候變化的敏感性、適應性及其脆弱性的未來可能變化。脆弱性變化總的分布趨勢為:2010~2020年有增加趨勢,隨后逐漸下降,高脆弱性的區域逐漸從研究區中部向中西部轉移并呈減少趨勢,脆弱性較高的區域逐漸縮小。2010~2020年有增加趨勢,與同期農業生產對氣候變化的敏感性較高相一致,同時相應的環境治理、社會經濟發展還不足以抵御較高敏感性的影響。綜合以上結果可以發現,最為脆弱的縣市主要集中在六盤山西部會寧—武山一帶以及陜北中部、寧南和隴東部分縣市。

4•4未來氣候脆弱性的可能變化分析

綜合以上兩種方案,我們可以得出以下結果:在不考慮社會經濟發展和環境治理情景下,農業生產的氣候脆弱性主要受氣候要素變化影響,2010~2020年有增強趨勢;在一定的社會經濟發展和環境治理措施下,未來脆弱性的變化在2010~2020年雖有增強趨勢,但總體上脆弱性的變化逐漸減弱,高脆弱區向研究區西部轉移。這說明東部水土流失區和中部黃土丘陵區農業生產的氣候脆弱性在社會經濟發展和實施一定的環境治理情景下比西部地區更快地減輕,因而在這些區域增加投資,加大水土流失和環境治理力度,推廣農業綜合開發的潛力比西部大。研究區內西部地區由于自然環境惡劣,經濟發展緩慢,加之受到西北部沙漠化和荒漠化的影響,近期內農業生產的氣候脆弱性還會維持較高水平,很難降低,在以后的規劃中應綜合考慮有關對策,增強適應能力,抵御氣候變化的可能不利影響。但是由于本評估方案與GCM模式本身存在科學不確定性,上述模擬結果也只是一種初步的探討,僅給出了黃土高原農業生產氣候脆弱性未來變化的可能趨向和概貌,供討論。

5農業可持續發展的對策措施討論

黃土高原有著特殊的地理地貌,水土流失嚴重,氣象災害頻繁,同時長期以來農業的過度開發給當地生態環境造成很大破壞,不利于農業的可持續發展。如何面對現實,采取積極的適應措施,防御氣候變化可能帶來的不利影響,防止環境進一步惡化,促進地方經濟持續、穩定發展,是決策者需要認真考慮的重大問題。本文僅在此提出能提高當地農業生產對氣候變化的適應性,走可持續發展之路的若干對策措施建議,以供各級決策者討論參考。

(1)防御與治理并重。調整現有農業結構、改變種植制度和耕作方式,采用農業高新科技,主動防御氣候變化可能帶來的不利影響,趨利避害,以降低當地農業生產系統對氣候變化影響的敏感性;同時加強對水土流失、土地退化等生態環境惡化的治理,促進自然生態系統的自我恢復,提高當地農業生產系統和自然生態系統對氣候變化影響的適應能力,實現發展農業與保護環境相協調的可持續發展。

(2)合理有效地利用農業自然資源,保障農業生產穩定、持續發展。研究區內人均耕地較我國東部地區多,但區內東部坡耕地多,水土流失嚴重,西部土壤貧瘠,自然條件差,造成農業生產的后勁不足。在適宜的地方實施退耕還林還草,減少坡耕地,改造中低產田,發展旱作節水農業和生態農業,提高光、熱、水資源的綜合利用效率和現有耕地的生產力,以降低遭受不利氣候變化影響危害的風險,減弱農業生產對氣候變化反應的敏感性,促進農業自然資源合理高效的可持續利用。

(3)因地制宜,走綜合開發道路。研究區內各地區的自然條件和經濟條件差別很大,農業比重也很大,不可能采取統一的農業經濟開發模式。節水農業、生態農業、設施農業和小流域綜合治理等方式或模式,都可以因地制宜地借鑒采用。尤其是針對研究區內礦產資源和旅游資源比較豐富的特點,應特別注意加強這些資源的有序開發;將礦產、旅游資源開發和環境保護、扶持農業、增加農業投入和轉移農業勞動力協調統一起來,推進農業結構調整和農村產業開發;適應市場經濟發展需求,走工、農業和農、林、牧、副業綜合開發道路,提高各地農業和地方經濟適應氣候變化的經濟實力,為降低其氣候脆弱性提供有力的經濟基礎。

(4)提高農民科技素質,推廣農業高新科技。研究區內農業人口比重大,文化水平普遍偏低,對農業高新科技和新品種的推廣很不利。應大力推廣文化掃盲和科技掃盲,提高農民科學文化水平;同時建立健全農村高新科技推廣服務體系,鼓勵發展資源節約型和高附加值農產品深加工的鄉鎮企業,增強農民集體或個體經營農業生產對氣候變化的適應能力。

6小結與討論

本文首先介紹了黃土高原農業生產的氣候脆弱性評估方案,并利用1990年和1997年資料完成了農業生產的氣候脆弱性的現狀分析,脆弱區域和研究區現實狀況比較一致;其次利用IPCC推薦的5個最新GCM模式模擬結果,設定了我國西北地區未來氣候變化情景,并在不考慮社會經濟發展情景(基于1997年適應性現狀)和設定一定的社會經濟發展和環境治理情景下,估算了脆弱性的未來可能變化。結果表明,如果進行積極的生態環境治理,考慮一定的社會經濟發展,研究區內農業生產的氣候脆弱性將逐漸減弱,說明環境治理和發展經濟有利于減緩氣候變化不利影響,為尋求積極主動的適應措施防御氣候變化的潛在不利影響提供了一定的參考。由于本研究中農業生產氣候脆弱性評估指標的選擇和權重分配方案存在著許多不確定性;尤其是在模擬未來氣候脆弱性的可能變化時,氣候模式本身及其模擬結果的降尺度轉換等,還存在著許多局限性和不確定性,加之脆弱性評估模擬方法本身的局限性,包括對未來社會經濟發展、環境治理等情景的粗略設計,所有這些均將對氣候脆弱性未來可能變化的模擬可信度產生影響。雖然如此,本研究旨在現有資料和模式模擬結果基礎上,尋求評估農業生產的氣候脆弱性評估方法,并初步取得了一些比較有意義的結果。如果進一步優化評估指標體系,采用更科學的考慮局地影響的降尺度方法以及更為合理地細化和設定未來社會經濟發展情景,將有助于農業生產氣候脆弱性的進一步研究,以期為各級規劃、決策、管理部門提供科學借鑒,促進農業生產和地方經濟的可持續發展。