中国气候与生态环境演变:2021(第二卷下 区域影响、脆弱性与适应)

第11章 东北地区 主要作者协调人：赵春雨、宋长春 编审：王江山 主要作者：米娜、孙丽、周晓宇、崔妍、梁爱珍 执行摘要 本章重点评估了气候变化对东北地区农业、湿地、水资源和冰雪气候资源领域的影响和脆弱性、风险，并提出了针对性的适应对策。气候变化引起作物适宜生长期期间热量资源增加，1961～2015年≥10℃积温增幅为5～120（℃ d）/10a；极端低温冷害事件强度和频率降低；农业病虫害损失加重；玉米和水稻种植期延长2～9天；春玉米的可能种植北界向北移动了158.3～285.8km，可种植面积增加了3.84×104km2；水稻以北移为主，逐渐向东移、向高海拔地区扩展，种植面积增加了近250万hm2（高信度）。湿地植被退化较为明显，多年冻土呈现出区域性退化趋势（中等信度）。松辽流域呈干旱化趋势，径流量和水资源量均减少（低信度）。未来东北地区单季稻区发生高温热害的概率逐渐增加，不同熟性春玉米种植界限继续北移东扩，可种植玉米区域扩大明显（高信度）。沼泽湿地面积减少、冻土面积缩小和南界北移、冻土脆弱性增加。松辽流域发生连续性的旱涝和旱涝互转的可能性增加，需水量整体增加，辽河流域面临极度脆弱性（低信度）。因此，应加强农田基本建设、作物抗逆品种选育、作物病虫害防治、作物应变耕作栽培、农业种植结构调整、极端天气事件农业保险等作为农业适应气候变化的关键技术；加强湿地保护法制建设、提高东北湿地研究的科技支撑力度、加强湿地保护宣传教育、开展湿地生态监测与评估；加强水资源合理配置及干旱监测；科学发挥冰雪气候优势。 11.1 引言 东北地区包括黑龙江、辽宁、吉林和内蒙古东部呼伦贝尔、兴安盟、通辽和赤峰，总面积为145万km2。东、北、西三面为低山、中山环绕，中部为广阔的大平原，全区平原统称为东北大平原，包括三江平原、松嫩平原和辽河平原，是我国*大的平原之一。本书的东北地区仅指由辽宁、吉林、黑龙江三省构成的区域，面积为80.84×104km2。东北地区南面是黄、渤二海，东面和北面有鸭绿江、图们江、乌苏里江和黑龙江环绕，仅西面为陆界。受纬度、海陆位置、地势等因素的影响，东北地区属大陆性季风气候，地域广阔，气候类型多样，自南而北跨暖温带、中温带与寒温带，四季分明，夏季温热多雨，冬季寒冷干燥。东北地区森林覆盖率高，可拉长冰雪消融时间，且森林储雪有助于发展农业及林业。 东北地区既是典型的老工业基地，又是重要的粮食主产区，其农作物以一年一熟为主，2017年东北地区粮食产量占全国粮食产量的19.2%，粮食商品量占全国的1/3，这对保证全国粮食安全具有举足轻重的作用。东北地区是气候变化敏感区，随着气候变暖，东北地区的农业生产发生了重大变化，喜温高产作物水稻、玉米面积扩大，生育期较长的高产品种比重增加，播种期提前，从而促进了粮食产量的大幅度增加。同时，干旱、暴雨等极端天气气候事件对东北地区粮食生产的冲击强度加大，使农业生产波动性加剧。未来气候变化势必将影响到东北地区农业结构的调整和种植布局的规划，气候变化影响下东北地区农业生产波动将直接影响中国粮食安全问题。 东北地区也是世界仅存的“四大黑土带”之一的东北黑土区分布所在地，经过数万年的变迁，草原、草甸茂盛的植被凋落物与残体经微生物分解转化为腐殖质，形成一层厚厚的黑土层，为东北地区农业发展和粮食生产提供肥沃的土壤。东北黑土区主要分布在呼伦贝尔草原，大、小兴安岭，三江平原，松嫩平原和长白山地区，涉及黑龙江和吉林全部，辽宁东北部及内蒙古东部（全国水土保持规划编制工作领导小组办公室和水利部水利水电规划设计总院，2016）。全球气候变化，如温度上升、降水量下降以及极端天气频发等（Gong et al.，2013），将导致东北黑土区有机质分解加快和土壤肥力下降。东北地区湿地景观类型多、分布广泛，是中国平原区沼泽分布*大的区域之一。东北地区湿地面积753.57万hm2，占中国陆地湿地面积的14.1%，其中自然湿地面积689.44万hm2，已建成湿地类型自然保护区130多处，其中***33处。截至2016年，有辽宁铁岭莲花湖、吉林磨盘湖等国家湿地公园99个。湿地是陆地表层重要的生态系统，是生态功能独特且不可替代的自然综合体。天然湿地包括沼泽、泥炭地、湿草甸等多种形态，其不仅为地球上20%的生物提供了生境，也为人类提供了很高的生态系统服务和价值，特别是在供给淡水、补充地下水、拦蓄洪水、降解有毒物质、提供动植物产品、保护生物多样性等方面有着重要的功能，因而被称为“地球之肾”、“天然水库”和“天然物种库”。湿地与气候之间存在着密切的联系。与其他陆地生态系统相比，湿地生态系统对气候变化异常敏感和脆弱。保护湿地、恢复湿地是缓解全球气候变暖和应对全球气候变化的重要手段。 东北地区境内的松花江流域、辽河流域均属于我国七大江河。辽河发源于河北七老图山脉的光头山，流经河北、内蒙古、吉林和辽宁，在辽宁盘锦注入渤海，河长1345km。辽河干流呈弓形，分为上、中、下游三段。上游段称老哈河，即源头至西拉木伦河入口，中游段称西辽河，即西拉木伦河汇入口至东辽河汇入口，下游段始称辽河，即铁岭昌图的福德店辽河汇入口至盘锦入海口（《中国河湖大典》编纂委员会，2014）。辽河流域属于资源型缺水地区。目前，全流域水资源开发利用程度已达77%，水资源开发利用已接近或超过水资源承载能力。随着振兴东北老工业基地、保证国家粮食安全战略及辽宁省沿海经济带发展战略的实施，经济社会发展将对水资源提出更高要求，水资源供需矛盾将更加突出①1。松花江流域包含嫩江、西流松花江、松花江干流等主要河流，松花江流经内蒙古、黑龙江、吉林，于黑龙江同江注入黑龙江，河长2309km，松花江源头至三岔河段称嫩江，三岔河以下称松花江（《中国河湖大典》编纂委员会，2014）。 冰雪资源是指人类可利用的地球表面积雪和积冰。东北地区由于经纬度位置高，冬季严寒时间长，降雪丰富，且东北地区冬季平均温度低，降雪后不易融化，拥有得天独厚的雪资源。其不仅在气候上具有先天的优势，而且在地理环境条件上也具备其他各省市不能比较的优势，长白山脉体系、大兴安岭山脉、小兴安岭山脉形成了天然的保护屏障并为其提供了丰富的资源。冰雪是重要的淡水资源，也是干旱区水资源的重要来源，被称为“固体水库”。陆地上每年从降雪获得的淡水补给量约为6×1012m3，约占陆地淡水年补给量的5%。中国年平均降雪补给量为3.4518×1011m3，冰雪资源的一半集中在西部和北部高山地区，黑龙江流域、大兴安岭和长白山地区冰雪融水补给占重要地位。此外，冰雪融水径流具有调节河川流量的作用，其使水量不至于过分集中于下雨季节。冰雪资源在调节水资源、冷藏、冰雪考古、开展冰雪运动和冰雪旅游等方面都有重要意义。长期积冰和积雪的变化还是气候变化的指示物。 本章选取东北地区农业、湿地、水资源和冰雪气候资源作为评估对象，评估气候变化对农业、湿地、水资源以及冰雪气候资源的影响和脆弱性、风险以及适应对策，以期提升东北地区气候变化适应能力。 11.2 影响和脆弱性 11.2.1 农业 1.对农业气候资源的影响 1）光照资源1961～2015年东北地区≥10℃作物适宜生长期期间日照时数整体呈减少趋势，平均减幅为8h/10a（高信度）。其中，64%的气象站点日照时数呈减少趋势，减幅为1～59h/10a，平均减幅为21h/10a；34%的气象站点日照时数呈增加趋势，增幅为1～57h/10a，平均增幅为14h/10a；2%的气象站点日照时数无明显增减变化。日照时数减幅较大的地区主要分布在辽宁西部、中部和辽南，增幅较大的地区主要分布在黑龙江东部（张丽敏等，2018）。 1961～2012年，年太阳辐射随年代变化呈递减趋势，年太阳辐射总量减少340.4 MJ/m2，变化幅度为–1.1%/10 a（高信度）。生长季太阳辐射平均减少了103.5 MJ/m2，气候倾向率为–19.9 MJ/（m2 10a），年代际变幅较小，变化幅度为–0.5%/10a，其经历了“变暗”到“变亮”的过程，20世纪80年代生长季太阳辐射达到*小值。东北地区年太阳能资源的减少主要是由春季和夏季太阳辐射量减少引起的（胡琦等，2016）。 2）热量资源 东北地区农业热量资源地域差异明显，作物适宜生长期期间热量资源增加（高信度）。1961～2015年东北地区≥10℃适宜生长期期间平均气温呈上升趋势，平均增幅为0.14℃/10a，分布趋势由南向北递增；增幅较大的地区分布在黑龙江北部，增幅较小的地区分布在辽南和吉林长白山地区，大部分地区增幅为0.10～0.20℃/10a（张丽敏等，2018）。1981～2006年玉米生育期内东北地区平均温度上升幅度达0.5℃/10a，从全国范围看，其是温度上升幅度较大的区域之一（王柳等，2014）。东北地区≥10℃初日在20世纪90年代、21世纪前10年普遍提前，相比于20世纪80年代，平均提前5～15天；≥10℃终日随着年代的推移逐渐延迟，相比于20世纪60年代，2001～2010年双鸭山地区和吉林西部终日延后1～20天（赵俊芳等，2015）。1961～2015年≥10℃积温整体呈增加趋势，增幅为5～120℃/（d 10a）。增幅较大的区域分布在黑龙江北部和小兴安岭地区，在80℃/（d 10a）以上；增幅较小的地区分布在辽宁大部和吉林东部地区，为1～50℃/（d 10a）（张丽敏等，2018）。 3）降水量 1961～2015年东北地区≥10℃适宜生长期期间降水量整体呈减少趋势，平均减幅为4.7mm/10a（高信度），其中65.0%的站点呈减少趋势，其主要分布在辽宁、吉林大部和黑龙江东部地区，减幅为1～36mm/10a；23.0%的站点呈增加趋势，分布在黑龙江西北部和吉林长白山地区，增幅为1～18mm/10a。各地增减趋势不同，辽宁和吉林地区降水量呈减少的趋势，减幅分别为9.0mm/10a 和4.0mm/10a;黑龙江地区降水量呈略增加的趋势，增幅为2.0mm/10a（张丽敏等，2018）。东北黑土区降水整体呈现减少趋势，存在显著季节性变化趋势，其中春季和冬季降水量呈现增多的趋势，夏季和秋季降水量呈现减少的趋势（贺伟等，2013a）。1961～2016年东北地区夏季降水量呈现较为明显的减少趋势（张雷，2017），其影响因素较多，包括东亚夏季风、冷涡现象（王晓雪和王深义，2016）、前期西太平洋暖池热含量异常（王晓芳等，2013）以及北极偶极子异常（周杰，2015）。Liang 等（2011）认为，东北地区在1961～2008年降水量的下降是东亚夏季风和复杂地形综合作用的结果。Shen 等（2011）证明了东北地区降水量的变异在初夏（5月和6月）受冷涡现象影响、在盛夏（7月和8月）则是东亚夏季风起主导作用。陈海山等（2017）证明了春、夏两季气旋活动均对东北地区同期的降水有影响，特别是在东北东部地区两者呈现正相关关系，但气旋活动强年两个季节造成东北东部地区降水增多的原因不同。在春季，东北东部地区低层存在气旋性环流，其有利于该地区降水增多；在夏季，西风带水汽输送异常使得东北东部地区水汽偏多，从而使降水增多。 4）参考作物蒸散量 参考作物蒸散量与降水量共同决定区域的干湿状况，并且是估算生态需水和农业灌溉的关键因子。1961～2015年东北地区参考作物蒸散量的增减趋势不明显，各省增减趋势有所差异（高信度），其中54.0%的气象站点呈增加趋势，分布在黑龙江大部和吉林东部地区，增幅为1～27mm/10a；41.0%的气象站点呈减少趋势，分布在辽宁大部、吉林西部和黑龙江西南部，减幅为1～27mm/10a。各地参考作物蒸散量的增减趋势也不同，变化幅度较小，黑龙江和吉林参考作物蒸散量呈增加趋势，增幅分别为3.0mm/10a 和1.8mm/10a；辽宁参考作物蒸散量呈减少趋势，减幅为4