方修琦，盛静芬

（北京师范大学 资源与环境科学系，北京 100875）

提　要　1951 年以来，黑龙江省呈明显的变暖趋势，1980 年代以来增温尤其明显，是全国变暖最显著的地区。对比发现，全省水稻种植面积增减的阶段性变化与温度变化阶段之间存在着良好的对应关系，但水稻种植面积变化略滞后于温度变化。1980 年代中期以来全省水稻种植面积的显著增加，特别是北部地区种植面积的显著增加，是对 1980 年代以来显著增温的响应。

关键词　温度变化；响应滞后；黑龙江省；水稻种植面积

中图分类号　P461⁺.8

文献标识码　A

文章编号　1000－3037(2000)03－0213－05

　　过去 100 多年中，全球平均气温升高了 0.3～0.6℃，变暖对人类可能造成的影响更是引起人们的普遍关注，气候变化和全球变暖已提到了目前的政治议程^[1]。对农业生产而言，气候变化意味着资源与自然灾害状况的变化，势必产生有利或不利的影响，致使人类采取相应的应对措施。目前有关变暖的影响研究大多假设气候情景下的模拟，对变暖影响的区域实证研究较少，特别缺少有关人类对气候变化适应过程的研究。

　　我国经历与全球相似的变暖过程，自 1980 年代以来呈现明显的变暖趋势，其中，位于我国最北端的黑龙江省变暖趋势尤其显著，是全国变暖最显著的地区
之一^[2]。从农业生产的角度来看，1980 年代以来黑龙江省气候呈现的显著变暖为产量和种植北界均显著地受温度条件限制的水稻种植提供了条件。本文试图通过对黑龙江省 1951 年以来水稻种植面积变化与温度变化关系、特别是 1980 年以来气候变暖与水稻种植面积增加之间的关系的分析，为认识气候变化对农业生产的影响及人类的响应提供一个实证。

1 黑龙江省水稻种植面积的时空变化

1.1 50年来全省水稻种植面积的变化

　　东北地区水稻种植史可追溯到 19 世纪中叶，朝鲜农民进入奉天（现辽宁）东南边区，他们在移居的各河流谷地修堰引水，进行水稻栽培并传播技术和经验，使该地区水稻种植面积迅速增加，在现属黑龙江省的五常、阿城及黑龙江省的呼兰、瑷珲等地也开始零星地栽培水稻，清末民初，黑龙江巴彦、汤原等地也相继种植
水稻^[3、4]，近 50 年黑龙江省的水稻种植得到了迅速发展。根据黑龙江省农业年鉴和经济统计年鉴资料^[5～7]，1949 年黑龙江省的水稻种植面积为 11.2万hm²，至 1956 年增加至 29.4万hm²，直到 1960 年一直保持此种植面积水平；在 1961～1963 年急剧减少至 12.3万hm² 之后，水稻种植面积直到 1974 年一直未超过 165万hm²；1975 年以后水稻种植面积恢复到 20万hm² 以上的水平；1984 年面积达 27.8万hm²，此后稳步增加，至 1992 年增至 77.8万hm²；在经 1993 年的略有回落之后，1994～1997 年种植面积进一步加速增长，至 1997 年达 139.7万hm²（图 1）。

图 1 1951～1997 年哈尔滨站年平均温度、黑龙江省水稻单产和种植
面积的逐年变化及趋势拟合（三次多项式）
Fig.1 Changes of the anneal mean temperature, the total paddy planting
area and the unit area production of rice in Heilongjiang Province

1.2 1980年代中期以来水稻种植面积变化的空间差异

　　黑龙江省的水稻种植面积在 1980 年代中期以后迅速增长，1985～1992 年是增长的第一个阶段，1992 年全省的播种面积达 1985 年的 2 倍，大多数县、市的水稻种植面积在 1992 年达到此阶段的最大值，1993 年的水稻种植面积略有回落，达 73.6万hm²。在水稻种植面积增大的同时，种植的空间范围也发生变化，根据 1985～1993 年分辨率到县、市一级的水稻种植面积记录可以看出水稻种植面积变化的空间分布特征。

　　对比 1985 年和 1993 年水稻种植面积的变化可以看出，各县、市均有不同程度的增长，总体上北部增长的比例大于南部，增长比例最大的地区位于小兴安岭东、西两侧和三江平原的平原地区（图 2）。1985 年的水稻集中种植区在 47°N 以南地区，在水稻区划中属最适宜区和适宜区^[8]，种植面积大于 0.6万hm² 的县、市均集中在此线以南；此线以北县、市的种植面积大多不足 0.1万hm²，在水稻区划中属次适宜区和不适宜区^[8]，其中北部的嫩江、逊克、孙吴、嘉荫等县的种植面积不足
40hm²，且直到 1988 年后才开始有连续的水稻种植。至 1993 年，47°N 线以南绝大多数县、市的水稻种植面积增至 1985 年的 1.1～2.5 倍，除东南部的东宁、穆陵和西部的杜蒙等县外，水稻种植面积均达 0.4万hm² 以上，且绝大多数达到 1万hm² 以上；47°N 线以北县、市的水稻种植面积增至 1985 年的 2.5 倍以上，绝大多数县、市的水稻种植面积达 0.2万hm² 以上，最少的也达 0.1万hm²。其中，北部的嘉荫、萝北、克山、讷河、依安、嫩江等县 1993 年的种植面积是 1985 年的 10 倍以上，富裕、望奎、孙吴、兰西、克东、抚远、友谊等县是 1985 年的 5～10 倍，成为增长比例最大的地区，它们分别位于松嫩平原东北部的高平原区和大、小兴安岭山麓平原、低山谷地区，以及三江平原地区，北界已达 50°N 附近。

图 2 黑龙江省各县、市 1993 年与 1985 年水稻种植面积比率的空间分布
Fig.2 Spatial distribution of the ratio of the paddy planting area between 1993 and 1985
in Heilongjiang Province

2 黑龙江省 1951～1998 年的温度变化

　　以哈尔滨站为例，1951～1955 年偏暖，年平均温度为 4℃；1956～1969 年偏冷，降至 3.47℃；1970～1980 年温度增至 3.60℃，与 1951～1980 年的平均温度相当；进入 1980 年代特别是 1985 年以后增温明显，1981～1991 年平均温度达 4.16℃，1992 年以来达 4.94℃（图 1）。从各季的平均温度变化看，春季和冬季平均温度增高明显，对年平均温度升高贡献较大，夏季和秋季平均温度增幅相对较小；1970 年代中期后，冬季平均温度增加幅度加大，1980 年代中期后各季平均温度变化均呈升温趋势。4～10 月的月平均温度变化显示，4、5、6 月平均温度呈逐渐升高的趋势，7、8、10 月平均温度 1980 年代后呈增高趋势，其中 4、10 月平均温度在 1980 年代以后的增加趋势最为明显。

　　黑龙江省内各气象站点 1951 年以来的温度变化过程与哈尔滨站基本一致，且呈与全国及北半球一致的变暖趋势，是全国变暖幅度最大的地区^[2]。全省 1980 年代的年平均温度比 1951～1980 年平均增高 0.3～0.9℃，1990 年代的年平均温度较 1951～1980 年平均增高 1.4～1.7℃，北部呼玛、嫩江、海伦等站的增温幅度大于南部的佳木斯、哈尔滨等站（表 1）。

表 1　黑龙江省各站点相对于 1951～1980 年的年平均温度变化与≥10℃积温变化
Table 1 Changes of the annual mean temperature and the≥10℃accumulative temperature
relevant to the mean of 1951～1980 in Heilongjiang Province

3 温度变化与水稻种植面积变化的关系

3.1 温度变化对水稻生产的意义

　　黑龙江省的水稻种植属半湿润一熟单季早粳稻稻作区，一季早粳稻生长季天数为 110～160d，早、中、晚 3 个熟级分布北界的≥10℃的积温值分别为 2000℃、
2200℃和 2400℃^[8]。黑龙江省稻区的生育期在 120～140d，≥10℃积温变化范围为 2000～2700℃（80% 的保证率）^[5]，但积温的年际变化一般可达 300℃左右，少数可达 400℃左右^[9]，积温较常年平均少 200～300℃就会发生 3～5 年一遇的延迟型冷害^[8]。因此，黑龙江省水稻生产的热量条件能基本满足一年一熟的需要，但不稳定，易受热量条件变化的影响。低温是限制水稻生长的一个最重要因素，1969、1972 和 1976 年 3 次延迟型冷害使全省产量平均减少 43.5%^[8]，北部高寒不适宜稻作区的水稻生产更易遭受低温冷害的影响，1985 年以前的稳产度仅为 52.5%^[8]。

　　增温意味着农业热量资源的增加，从延长生长季和增加有效积温两个方面对水稻生产产生有利影响。东北地区平均温度每变化 1℃，≥10℃的日数变化 6～7d，积温变化 150～200℃左右^[10]，相当于水稻早、中、晚 3 个熟级之间的积温差，所以，在其它条件允许的情况下，年平均温度变化 1℃，水稻种植熟级可变化一个熟级。据此计算，1980 年代黑龙江省各站点的积温较 1951～1980 年平均值增加
45～200℃，1990 年代积温较 1951～1980 年平均增加 210～360℃，嫩江 1990 年代的热量条件可以达到海伦 1951～1980 年平均的热量条件（表 1）。从生长季变化看，1980 年代以来，随着春秋季的变暖，全省初霜日期推后，大部分地区终霜日期提前，无霜期延长。与 1970 年代相比，全省 1980 年代的无霜期延长 4d，1990 年代的无霜期延长 7d，北部地区较南部地区无霜期延长的幅度更大^[11]。上述变化大约可以使水稻种植提高 1～2 个熟级，并使原水稻种植的次适宜区变为适宜区、原不适宜区部分地变为适宜区。在降水条件匹配适宜的情况下，水稻种植条件因此得到大范围改善，不仅有利于原水稻种植区内种植面积的增加，而且有利于水稻种植向原热量条件不足的北部地区的推移、扩展。在原属水稻种植次适宜和不适宜地区的 47°N 以北地区，水稻种植面积的相对增长的比例最大，1993 年的水稻种植面积达 1985 年的 2.5 倍以上，最大达百倍以上。

3.2 水稻种植面积变化对温度变化的响应

　　人们随温度的升降而增加或减少水稻种植面积的行为可以看作是对气候变化的响应，这种驱动与响应的过程是人类感知气候影响并采取相应的适应措施的过程，这一过程主要是通过水稻单产的变化联结起来的，单产的高低为人们提供了一个感知气候变化影响的客观标尺，人们更多地是根据前期水稻单产决定种植面积的增加或减少。1952 年以来黑龙江省水稻单产的波动与温度变化基本同步，温暖年份高产，低温年份减产，上一年或几年水稻单产的增减使人们更直观地感受到气候变化影响的经济意义，因而随之调整水稻种植面积的大小。由于种植面积的改变以前期单产的增减而为参照，加之增加或减少水稻种植面积的农田改造需要一定的时间过程，所以种植面积变化往往滞后于气候变化。

　　从短期变化看，在严重低温减产年之后的年份，水稻的种植面积也相应地减少，1960 年的低温使水稻单产降为 1184kg/hm²，只有 1955 年的 37.2%，相应地 1961 年种植面积显著减少到 1960 年的 56.8%；1972 年低温年的水稻单产为
1258kg/hm²，较 1971 年减少 52.1%，相应地 1973 年种植面积降为 1972 年的 73.7%。水稻种植面积的扩大也是以前期稳产、增产为依据，1952～1955 年偏暖阶段的水稻单产较高，到 1956 年种植面积增加出现；1973～1975 年单产大幅度增加，1975 年达 3893kg/hm²，较 1973 年高 33%，相应地 1974～1976 年的种植面积增加了 1.53 倍；1984 年、1994 年以后水稻种植面积的两次迅速增加，均与前期因气候条件的显著改善而出现的稳定高产有关（其中包括技术因素的影响）。

　　从长期变化看，黑龙江省水稻种植面积的变化阶段与温度变化阶段同样存在对应关系，但时相上明显落后于温度变化（图 1）。1955～1960 年全省水稻种植面积的突然增长，是以从 1940 年代一直持续到 1950 年代中期的温暖气候为背景的。当然 1950 年代末期黑龙江省的大面积垦荒，1958 年大跃进运动使农业超常规发展也是不可忽视的原因之一。1961～1973 年平均水稻种植面积跌至 15万hm² 以下，与 1956 年开始并持续到 1969 年的低温阶段相对应，但水稻种植面积增减较气候变动滞后约 4～6 年。1974～1983 年的水稻种植面积重新恢复至 1950 年代的水平，平均种植面积在 20万hm² 以上，与 1970～1980 年平均气温略有增加相对应，但时间滞后 3～4 年。1984～1992 年水稻种植面积迅速增加，平均种植面积达 63.4万hm²，是 1974～1983 年平均的 3 倍多，此与 1981～1991 年气温明显上升相对应，但时间滞后 2～3 年。由于温度的明显升高，不仅在水稻适宜区或最适宜区内的种植面积相应增加，而且随着北部地区热量条件的显著改善，水稻种植区向北大范围扩展。与黑龙江省水稻区划图相对比，1985～1993 年原属水稻生长次适宜区和不适宜区的 47°N 以北地区水稻种植面积的相对增长比例最大，1988 年以后原属水稻种植不适宜区的孙吴县、逊克县，嫩江县、嘉荫县等开始连续种植水稻，说明这些地区有了适宜安全生长水稻的气候条件。1994 年后种植面积加速增加，尤其在 1996 年又有突破性的增长，该阶段增长以 1990 年代以来温度明显升高为背景，时间滞后为 2 年左右。

4 结论

　　黑龙江省自 1980 年代以来增温趋势明显，1990 年代增温更为明显，是全国变暖最显著的地区。其中春季和冬季平均温度增幅显著，夏季和秋季增幅较小；1980 年代中期以后各季平均温度均呈升温趋势，4 月和 10 月增温趋势明显。对农业而言，上述变化意味着热量资源条件的改善，使生长期延长，积温增加。

　　温度是制约黑龙江省水稻种植的关键因素，1951～1998 年全省水稻种植面积的变化与温度的变化有良好的对应关系，冷期面积减小，暖期面积增大。

　　从空间变化看，1980 年代以来的显著变暖在使南部热量条件比较充裕地区的水稻种植面积显著增加的同时，也使北部原来种植水稻热量条件不足的次适宜区和不适宜区内的种植面积迅速增加，成为种植面积相对增长比例最大的地区。

　　人类增加或减少水稻种植面积的行为是对气候变化的响应，单产变化是联系气候变化与种植面积对应气候变化的中间环节，人们根据前期水稻单产决定种植面积的增减，继前期的温暖与高产之后种植面积相应增加，而在严重的低温减产之后种植面积相应减少。水稻种植面积的变化滞后于温度的变化，从长期变化看，人类对气候响应的滞后性有缩短的趋势，1950 年代、1960 年代滞后 4～6 年，1970 年代滞后 3～4 年，1980 年代、1990 年代滞后 2～3 年，反映了人类对气候变化影响的认识水平的不断提高。

　　在 1950 年代末 1960 年代初气温转冷的气候条件下，进行大规模的垦荒活动，大幅度扩大水稻种植面积，违背了自然规律，人为地加剧了农业灾害。在气候变暖的情况下，人类响应的滞后无疑是资源的浪费。随着人类对气候变化认识能力的不断提高，响应气候变化周期的缩短，一方面能充分利用有限的气候资源，另一方面也减少了由于不合适农业种植带来的人为灾害性损失。

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第一作者简介

方修琦 (1962－)，男，吉林省人，自然地理学博士，北京师范大学资源与环境科学系副教授，主要从事气候变化与土地利用变化的研究与教学工作。

*	教育部博士点基金项目（96002715）资助。