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专家访谈
 

专家访谈

全球气候变暖为何低温灾害频发

[日期:2009-11-26]

  【中国气象报记者】颜昕

 

  【嘉宾】国家减灾委员会专家、中国农业科学院研究员、中国农学会农业气象分会秘书长孙忠富博士

 

  农业低温灾害随着全球气候变暖和农业结构的不断调整等,出现了新特征和新问题。我国幅员辽阔,气候类型复杂,低温灾害类型不同,受低温灾害影响的作物种类很多,受灾对象从粮食作物、经济作物,到果树蔬菜、甚至对畜禽业和水产业等也都有不同程度的影响。同是由低温现象引发的各种胁迫或灾害,但在致灾机理、防御技术、采用对策等方面也不尽相同,甚至在不同区域或不同季节发生的灾害其称谓也明显不同。

 

  由于我国的特殊情况,在减灾防灾过程中,不同学科领域,不同地区对低温灾害的称谓大相径庭,容易造成混乱,甚至陷于误区,对科学认识低温灾害,甚至对防灾减灾事业的发展产生不利影响。

 

  记者就这些问题采访了国家减灾委员会专家、中国农业科学院研究员、中国农学会农业气象分会秘书长孙忠富博士。

 

 

国家减灾委员会专家、中国农业科学院研究员、中国农学会农业气象分会秘书长孙忠富博士

 

温度是影响农作物最重要的农业气象因子

 

  颜昕:11月以来,我国发生了大范围雨雪天气严重威胁农作物安全。什么是农业低温冷冻灾害?对农作物影响至关重要的农业气象因素有哪些?

 

  孙忠富:农作物在各生长发育阶段对温度环境的要求和适应范围是不同的,通常将作物对温度的敏感程度用五个温度指标衡量。大多数作物在开花繁殖期,对低温敏感,而在苗期则相对不敏感,而且苗期受害,往往通过后期温度条件的改善,或认为管理技术的优化得以补偿。当温度下降到作物生长适宜温度下限时,首先对作物造成生理胁迫,表现为延迟或停止生长、甚至造成不同程度的伤害;如果温度持续下降并维持一定时间,可能对作物产生物理和形态上的损伤,直至死亡。通常农业气象上把这类现象统称为“低温灾害”。例如东北夏季的“低温冷害”,长江中下游的“倒春寒”,华南热带地区的“寒露风”,黄淮海的“霜冻害”等等,均是我国典型的低温灾害。

 

  对农作物影响至关重要的农业气象因子有很多,其中温度是最重要的因子之一。例如,作物品种熟制的安排、作物北界的设定通常以某界限温度和大于界限温度的积温作为重要的参考指标。温度直接影响作物的发育速度,从而影响作物全生育期的长短与各发育期出现的早晚。温度还能影响作物生长发育过程中的病虫害的发生与发展。

 

  低温灾害实际上就是温度下降到某种程度时,对作物产生的胁迫影响或危害,造成一定经济损失时就成为灾害。作物对低温响应的敏感程度通常用两个指标来衡量:一是最低受害与致死温度:当温度降低到该温度时,导致作物受害甚至死亡。对于大多数喜温作物,如玉米、水稻等,温度下降到零度后会产生一定程度的冻害,严重时则致死,这就是霜冻;对于有些作物,尽管没有遇到零度以下低温,但仍可对作物产生严重的危害,如果玉米正处于开花期,温度低于18℃时,玉米授粉不良,导致严重减产,东北夏季玉米低温冷害就是如此。二是最低温度:当温度降低到该温度时,作物停止生长,但仍能维持生命,该温度也称为生物学零度。表现为光合作用停止、干物质积累下降、作物长势变弱,容易产生病虫害等。

 

 

 

近期雨雪不会带来较大零下低温灾害

 

  颜昕:今年11月以来,我国南北方均出现了大范围的雨雪天气,农作物零下低温型灾害是否可能发生?

 

  孙忠富:近期的大范围雨雪天气补充了土壤水分,对缓和旱情较为有利,发生零下低温型灾害的可能性,以及对不同作物影响和严重程度不能一概而论,要具体情况具体分析。例如对于南方的越冬作物,冬小麦或油菜等,如果与往年相比幼苗还没有做好越冬前的锻炼,苗情较差,发生霜冻灾害是可能的,另外还要看低温持续时间的长度,如果时间短暂问题不会很大。但有关部门要密切关注,尤其要通过现场调查做出综合判断,不能麻痹大意、掉以轻心。

 

  通常零下低温型包括冻害与霜冻两种。冻害主要指多年生果树与林木、越冬作物等在越冬期间,遭受0℃度以下低温的危害,通常是由于剧烈降温造成的灾害。中国受冻害影响最大的是北方冬小麦区,主要有准噶尔盆地南缘的北疆冻害区,甘肃东部、陕西北部和山西中部的黄土高原冻害区,山西北部、燕山山区和辽宁南部一带的冻害区以及北京、天津、河北和山东北部的华北平原冻害区。在长江流域和华南地区,冻害发生的次数虽少,但丘陵山地对南下冷空气的阻滞作用,常使冷空气堆积,导致较长时间气温偏低,并伴有降雪、冻雨天气,使麦类、油菜、蚕豆、豌豆和柑橘等受严重冻害。冻害的最大威胁是那些有大面积越冬作物的地区,通常因冬季积雪少,土壤干燥、冷空气活动频繁,造成温度较低,甚至达到-15℃以下低温,会对越冬小麦造成严重冻害。越冬作物发生冻害的程度不单纯与低温强度有关,也与作物越冬前自身状况和抗寒性锻炼有关。此外其它气候条件也对冻害发生有影响,例如土壤干旱使越冬小麦根系长期裸露,冻害就容易发生。

 

  霜冻是由于环境温度骤降到0°C以下,使植物原生质受到破坏,导致植株受害。当出现霜冻时可能见到白色的凝结物,称之为“白霜”,但有时近地面层的气温虽然降到0℃以下,但因湿度很小空气干燥,并没有凝结物出现,但其低温的程度足以对植物产生了伤害,这种霜冻俗称为“黑霜”。通常黑霜对作物的危害往往更严重。其原因是,黑霜不易被直观迅速察觉,有可能采取的措施不当、或错过补救时机;白霜出现时因有水汽凝结而释放出部分凝华热,可减缓作物周围温度的进一步降低,而黑霜则不然。正确认识理解霜冻是进行防霜减灾研究的重要理论依据。

 

 

 

20℃以上也可能发生零上低温灾害

 

  颜昕:低温灾害产生的原因和种类是很多的,如低温连阴雨、低温寡照、寒潮等,有的低温灾害是否在零上甚至更高的温度也可能发生?

 

  孙忠富:我国气候类型多样、农作物品种与种植制度丰富,绝大多数农业种植区季节明显,根据低温现象发生的时空变化和对作物影响特点,通常把低温灾害划分为冷害、寒害、霜冻、冻害等。同时可以将低温灾害划分为两大类型:零上低温型和零下低温型。零上低温型包括冷害与寒害。零下低温型包括霜冻和冻害。

 

  冷害是指农作物在正常生育期内、在主要发育阶段由于异常低温,导致作物生育期延迟、或使生殖器官的生理机能受到损害,造成农作物减产的一种农业气象灾害。冷害发生时的温度在0℃以上,甚至在20℃以上也能引发冷害。由于我国不同地区在不同季节的农时活动区别很大,所以冷害的发生有明显的地域性,并且有不同名称。秋季长江流域双季晚稻抽穗扬花期发生的低温冷害称为秋季低温冷害,或称“寒露风”;在东北地区6~8月主要生长季,由于出现连续的低温天气导致的作物受害现象,称为东北低温冷害,或称夏季低温冷害。由于冷害发生时其温度是在0℃以上,对作物的影响和危害是潜在和缓慢的过程,因此不易察觉。在未对冷害充分认识之前,人们只有到了秋季出现减产时才知道受了灾害。农民朋友通常将冷害俗称为“哑巴灾”,可见其危害的隐蔽性和严重性。

 

  寒害特指为是发生在热带或亚热带地区的低温现象,其主要危害对象是热带和亚热带作物。例如广东、海南岛等热带地区冬季不明显,但在寒冷季节温度仍会有一定程度的下降,当有强冷空气南下,而且温度降低到作物受害温度时,就发生所谓的“寒害”。在我国热带和亚热带地区,经常遭受寒害的主要作物有橡胶、可可、咖啡和椰子等。寒害是0℃以上的低温灾害,在极端年份出现特强寒潮时,也会出现零下低温。对某些作物如腰果、可可等,即使在十几℃以上时仍然会造成一定的危害。

 

 

 

气候变暖与种植边界北移增加潜在危险

 

  颜昕:农作物低温灾害是怎样形成的?在全球气候变化的背景下,农作物低温灾害发生了什么变化?

 

  孙忠富:我国大陆南北横跨温热两大气候带,大部分地区东亚季风气候特征显著,大陆性特点非常明显。通常低温灾害主要发生在冷暖季节交替,或冷空气活动剧烈的时期,但从根本上说是由大气环流的调整导致冷暖空气活动加剧,引起天气发生变化,导致了各种不同表现形式的低温现象,其在时间上可以发生在不同的季节,在分布上几乎涵盖了全国各地。我国大面积低温灾害通常由寒潮引发,寒潮通常指由于冷空气迅速南下,所经过的地区均造成大幅度降温,并伴有大风、雨雪、冻害等现象,这类天气过程称为寒潮或强冷空气。

 

  近年来由于气候变化、生态环境的恶化,致使农业气象灾害在突发性、不确定性以及灾害的强度等方面表现出很多的异常现象。全球气候变暖趋势明显,暖冬连续出现,暖冬往往导致越冬作物提前萌发,如小麦提前返青徒长、果树提前开花发芽,晚霜冻的潜在威胁不断增加;暖冬加快了土壤蒸发,春季干旱频繁发生,暖冬提升了越冬害虫和病菌的存活,使得病虫害发病率得以提升等。另一方面,气候变暖往往导致管理部门或种植者对低温灾害意识淡薄和麻痹,随意对种植边界北移西扩、盲目引种晚熟品种等,都有可能使潜在危险增加。所以一定要以当地多年气候资料为依据,结合品种特性进行综合分析,进行科学的引种和种植布局。

 

 

 

市场经济与农业结构调整产生的新问题

 

  颜昕:经济利益是决定种植品种的重要因素之一,短期的经济利益驱动是否会给低温灾害防范带来新的挑战?

 

  孙忠富:在市场经济大背景下,种植者对种植品种选择更多受眼前经济利益的驱动,盲目跟风,防灾减灾意识相对单薄,对突发型低温灾害估计不足、甚至束手无策;目前我国很多农区还是一家一户的小农经济,不仅难以及时获得准确的灾害预警预报信息,而且从经济和技术势力上,也难以采取有效的应对措施。另外,在部门的引导或经济利益的驱动影响下,可能片面强调生产的规模化、产业化,结果会造成种植品种的单一化、种植管理的简单化、栽培措施的粗放化,可能导致生物遗传多样性下降、生物抗逆性下降、病虫害流行,等等。从应对低温灾害的角度来看,品种单一化最致命的问题可能是,所有作物处于相同物候期和敏感期,一旦出现严重低温,很容易造成“全军覆灭”的后果。这也是目前在低温灾害防御过程中不可忽视的问题。

 

  长期以来温室园艺生产中的低温灾害一直未引起足够重视,特别是随着设施园艺栽培面积的不断扩大,低温灾害潜在危害有不断扩大的趋势。设施园艺产出效益远远高于传统农业,一般是露地生产的3~5倍,甚至数十倍。我国目前设施农业栽培面积已超过300多万公顷,但绝大部分设备简陋,缺乏调控设备,遭遇异常天气(主要是连续阴天雨雪导致低温寡照)则束手无策,造成严重减产,甚至绝收。北方日光温室绝大部分无加温设备,当出现连续3天以上低温寡照天气时,就会导致光合作用严重受阻,产量下降,甚至停止生长,脱花落果,甚至导致作物发病、死亡。

 

 

 

防御的根本策略:增强作物适应性

 

  颜昕:随着全球气候变化影响的加剧,农业气象灾害也会日益突出,应该如何采取有效的对策?

 

  孙忠富:农业中的低温现象是不可抗拒的自然规律,但对于大面积种植区域的防灾减灾,实事求是的讲目前还缺乏“灵丹妙药”。使作物适应气候条件是最有效的根本性措施,通常采用的通用性措施有以下几个方面,具有普遍意义: 

 

  首先是优化农作物适宜种植区布局。根据地区热量资源特点、低温出现规律、作物生物学特性等因子,确定适宜种植区和栽培品种。要根据多年气候资料,进行相关分析。例如对于霜冻来说,应着重分析计算当地终初霜日多年平均值、无霜期长短,霜冻发生频率、生长季节温度时空变化与分布等;冷害要分析多年发生的频率、发生时段和强度等。作物属性分析包括作物抗低温特点,受低温影响的敏感期、受害指标等。地形和下垫面性质,也影响低温灾害的发生和强度,因此在作物布局时应注意地形、下垫面、海拔高度、平原和山区等因素。另外,根据多年经验和气候资料,确定种植区北界、海拔高度上限。

 

  其次是确定适宜栽培品种。主要是根据品种的抗寒性和不同熟性,确定适宜栽培品种。作物在不同的生长发育阶段对低温的敏感度是相差较大的,选择适宜品种、合理播期、采用适当调控措施,尽量错过低温发生时段,也是非常有效的方法。  应用生物技术和转基因技术,加快耐寒性品种的选育,是抗御低温灾害的重要途径。实践证明,不同品种之间的抗寒性是有很大差异的不仅表现在作物对温度的总体反应不同,如喜温作物和耐寒作物,也表现在作物不同发育时期对低温的敏感性不一样,例如大多数作物在苗期抗寒性强,而在后期则较弱。

 

  为了适应气候变化和灾害日趋明显的特点,尽量适应其变化、趋利避害、主动避灾是非常重要的,能在低温灾害面前随机应变,有备无患。加强农业基础设施建设是提高农业灾害综合防御能力的重要战略举措,也是“人定胜天”的唯一出路。例如,通过加强水利设施建设,在霜冻前夕及时进行灌溉或喷灌,可有效抵御霜冻;通过农业工程配套技术,迅速实现大面积喷施叶面肥、生长制剂、减灾制剂等,有效地促进作物光合作用、生长发育,不仅提高了作物抗低温能力,也可有效减缓其它灾害的发生等等。另外,应用工程设施防灾减灾的典范就是温室大棚,不仅可以抵御一般的低温灾害,而且可以在严寒冬季进行反季节栽培,进行蔬菜瓜果生产,是通过农业工程设施进行防灾减灾的最好证明。

 

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