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。

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