1 绪论
1.1 研究背景与意义
1.1.1 研究背景
全球气候变化是21世纪人类生存发展面临的*大、*复杂的生态环境问题。科学研究和观测数据表明，近百年来全球气候正在发生以变暖为主要特征的变化(Houghton，2001；IPCC，2014)。IPCC第五次评估报告指出，过去三个十年的地表已连续偏暖于1850年以来其他任何一个十年，全球平均气温在1880～2012年期间升高了0.85℃，1951～2012年气温上升的速率几乎是1880年以来的2倍(IPCC，2014；秦大河和Thomas Stocker，2014)。
以气候变暖为特征的全球气候变化对自然生态系统和社会经济系统均产生深刻影响，包括海平面上升、海洋酸化、冰冻圈退缩、水循环紊乱、极端事件频发、生物多样性受损、食物安全受到威胁、人体健康受到损害及灾害加剧等(秦大河，2014)。气候要素既为作物生长提供物质、能量，又是农业技术有效实施的重要限制因素(刘彦随等，2010；Lobell et al.，2011)。因此，农业系统是对气候变化敏感性*强的系统之一(Gay et al.，2006；赵俊芳等，2010)。全球气候变化已经引起与粮食生产有关的农业气候资源在数量、质量上的时间和空间变化，各种农业气候资源的数量及其匹配变化又使农业气候生产潜力、农业生产布局、种植制度等发生改变，*终对全球粮食生产安全带来严重影响(Schmidhuber and Tubiello，2007；徐新良等，2007；Piao et al.，2010)。气候变化对农业生产、粮食安全、农村社会经济和农民收入的影响，已经成为全球气候变化研究的一个重点(唐国平等，2000；Howden et al.，2007；Tao et al.，2008；周义等，2011)。世界各国政府也正在寻求合作和积极应对，规避或减缓气候变暖对农业生产和粮食安全带来的不利影响。
我国人口众多，人均资源禀赋较差，气候条件复杂，生态环境脆弱，是易受气候变化不利影响的国家。且诸多研究表明，近50年来我国年平均气温增温幅度约为1.1℃，增温速率接近0.22℃/10a，比全球同期平均增温速率明显偏高；在增温的同时，我国降水变化区域差异明显，东北北部、长江中下游的东南部地区和西部广大地区降水增加，而华北地区及东北东南部和西北东部降水明显减少(丁一汇等，2007；葛全胜等，2014；丁一汇和王会军，2016；吴绍洪等，2016)。温湿度的变化对中国农业生产和粮食安全产生了深远影响(秦大河等，2005；江志红等，2008)。为此，我国需要积极采取强有力的政策行动，制定长远战略使农业生产与气候变化相适应，以增强我国农业发展自觉适应气候变化的能力，准确把握未来可持续农业发展方向与区域战略(刘彦随等，2010)。然而，我国幅员辽阔，地域差异大，农作物品种及种植制度多样，气候变化的影响具有明显的区域差异性，即对不同地区(如传统农区、农牧交错区、生态脆弱区等)的影响程度不同，亟须针对不同农业地域类型、不同农业生产方式实施有效应对措施和调控策略(刘彦随等，2010；陈长青等，2011；张晓峰等，2014；钟章奇等，2015)。其中，生态脆弱地区自然环境条件较差，贫困问题集中，农业生产与农户生计对气候变化尤为敏感，是应对气候变化的关键地区(潘根兴等，2011)。
1.1.2 研究目的及意义
本书拟选择两个不同的生态环境脆弱、农户生计贫困的生态脆弱区为研究对象，分析不同区域内气候变化趋势及其对粮食生产潜力的影响，辨识影响粮食生产潜力的主要气候要素，并通过问卷调查和深度访谈，评价不同区域农户对气候变化的认知度和农业生产适应策略的差异，探讨制约农户认知和适应气候变化的主要因素。
在气候变化的背景下，研究不同区域粮食生产潜力的变化趋势和影响因素，不仅可以直接反映粮食生产潜力水平与光、温、水资源配合协调的程度及差异，还可以分析出不同要素对生产潜力影响的大小，从而找出一个地区粮食生产中的主导限制因素。这对于合理利用气候资源，充分发挥粮食生产潜力，寻找提高粮食生产力的途径，具有重要的理论和现实意义。农户作为生态脆弱区*主要的经济活动主体及自然资源利用的*直接单元，开展基于农户层面的微观实证分析，探讨不同生态脆弱区农户对气候变化的认知水平和农业生产适应策略的差异，构建模型辨识影响农户气候变化响应的主要因素，不但能够丰富和发展气候变化适应理论，而且可为政府部门制定相关政策以提高农业生产能力提供决策依据。
1.2 研究现状及发展动态分析
1.2.1 气候变化对粮食生产潜力的影响研究进展及展望
气候变化通过改变作物生长发育进程中光、热、水的匹配状况，深刻影响其生产潜力，进而影响到全球和地区的粮食安全(Schmidhuber and Tubiello，2007)。目前，比较成熟的粮食生产潜力模拟模型可以概括为3类：①潜力衰减法，即环境因子逐段订正模型，通过对光合生产潜力→光温生产潜力→气候生产潜力→土地生产潜力几个阶段的逐步订正来计算(刘纪远等，2005)；②气候因子综合法，这类模式有农业生态区模型(GAEZ)(Fischer et al.，2005；2006；2007)、迈阿密模型、筑后模型和瓦赫宁根模型(Ittersum et al.，2003)等，主要利用经验公式来计算生产潜力；③作物生长过程模拟方法，此类方法是根据作物光合作用过程、生理生态特性和外界环境因子来计算生产潜力，如CERES模型(Jones and Thornton，2003；Yun，2003)、EPIC 模型(Priya and Shibasaki，2001)、CROPGRO模型(Basso et al.，2001；Batchelor et al.，2002)等。其中GAEZ模型程序规范、所需资料较少、操作简单，且能够相对准确地估算出潜在产量，在世界范围内，特别是在发展中国家得到了广泛应用，并取得了较好效果(Liu et al.，2015)。
诸多学者采用以上相关模型和统计分析方法，从不同的尺度(全球尺度、大陆尺度、国家尺度、区域尺度等)就气候变化对不同地区、不同作物生产潜力的影响开展了大量研究。诸多研究结果表明，气候变化使全球玉米和小麦生产潜力分别降低了3.8%和5.5%(Lobell et al.，2011；Lobell and Gourdji，2012)。在大陆尺度上，欧洲多种作物的生产潜力显著下降(Supit，2010)；新月沃土地区的小麦生产潜力有所增加，而欧洲东地中海沿岸地区的小麦生产潜力下降趋势明显(Constantinidou et al.，2016)；非洲1961～2010年间气温增高、降水及标准化降水蒸发指数下降对玉米产量的消极影响日益增多(Shi and Tao，2014)。在国家尺度上，气候变化导致中国种植制度发生变化，在种植制度北界变动的敏感地带，作物生产潜力显著增加(李克南等，2010)；但气候变化对不同类型耕地的生产潜力的影响具有差异性，中国旱地的土地生产潜力因气候变化而增加，水田则反之(韩荣青等，2014)；由于近50年来的气候变化，中国大豆生产潜力呈现由南向北、由西向东增加的趋势(张晓峰等，2014)。区域尺度上的研究相对较多，如Abraha和Savage(2006)运用作物仿真模型，分析了南非夸祖鲁—纳塔尔省中部地区玉米生产潜力对气候变化的响应；Mishra 等(2013)采用DSSAT模型分析了气候变化对印度恒河高原三个不同地区的水稻和小麦产量的影响及空间变异性。在国内，相关研究主要集中在东北地区(蔺涛等，2008；袁彬等，2012)、华北平原(姜群鸥等，2007；王涛等，2010)和西部地区(杨春艳等，2015)。例如，徐新良等(2007)认为，20世纪90年代东北地区由于气候变暖和降水减少，生产潜力普遍降低了6.45%；吕硕等(2013)的研究也指出，气候变化对东北玉米产量潜力的影响表现出负效应，减产率在22%～26%。
随着全球气候变化趋势加剧，科学预测未来气候变化对粮食生产潜力的影响，探讨应对气候变化的农业发展策略，成为实施全球可持续农业与农村发展的战略需要(刘彦随等，2010；Folberth et al.，2014；Gaa＇l et al.，2014；Uleberg et al.，2014)。相关研究结果表明，未来气候变化导致全球大部分国家和地区(如美国东部、印度、中国东部和非洲)的作物生产力下降(Tan and Shibasaki，2003；Tatsumi et al.，2011)，而目前气候寒冷地区(加拿大、北欧、中国东北)在未来气候条件下将更适宜于作物生产(Tatsumi et al.，2011)；从作物品种方面来看，全球小麦、玉米等作物在未来气候条件下的生产潜力显著减少，而水稻、大豆等作物的生产潜力则有所增加(Farina et al.，2011)。Hess(2012)通过对已有研究结果进行系统性评价和数据元分析，预测到2050年，气候变化将导致非洲和南亚八大作物的生产力下降8%。为此，Chun 等(2016)提出了一种多尺度作物模型以评价未来气候变化对东南亚水稻产量的影响及不同应对策略的结果。Kumar 等(2011)运用InfoCrop模型，结合PRECIS A1b～2030气候变化情景，模拟得出气候变化使印度沿海地区的水稻产量增加了10%，使印度东北地区的水稻产量增加了5%。另外，还有学者运用不同作物仿真模型，结合多模式集合气候预估数据评价了未来气候变化对粮食生产潜力影响的不确定性以及CO2对作物的肥化作用影响(Tanida and Maruyama，2008；Ruizramos，2010；Farina et al.，2011)。未来气候变化对中国粮食生产潜力的影响主要表现为东北地区的土地生产潜力增加(唐国平等，2000)，长江以南以及青海中部地区的粮食生产潜力下降(钟章奇等，2015)。在未来不同气候情景下，中国水稻生产潜力受到的冲击*大，而小麦和玉米则表现为不同程度的增产(熊伟等，2010)。
毋庸置疑，气候变化深刻影响着粮食生产潜力。但由于降水、气温、CO2浓度等因素的变化对粮食生产潜力影响的方向和程度具有不一致性，气候变化是增加还是减少了某一区域的粮食生产潜力并不确定
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