中国农业科学 ›› 2025, Vol. 58 ›› Issue (11): 2118-2144.doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2025.11.005
郭世博1,2,3(), 张镇涛1, 郭尔静1,4, 赵锦1, 刘志娟1, 赵闯1, 杨晓光1(
)
收稿日期:
2024-08-25
接受日期:
2024-11-15
出版日期:
2025-06-01
发布日期:
2025-06-09
通信作者:
联系方式:
郭世博,E-mail:gsb@cau.edu.cn。
基金资助:
GUO ShiBo1,2,3(), ZHANG ZhenTao1, GUO ErJing1,4, ZHAO Jin1, LIU ZhiJuan1, ZHAO Chuang1, YANG XiaoGuang1(
)
Received:
2024-08-25
Accepted:
2024-11-15
Published:
2025-06-01
Online:
2025-06-09
摘要:
【目的】 油料作物是我国食用植物油和饲料蛋白的重要来源,以大豆、油菜和花生三大油料作物为研究对象,利用随机森林模型方法,基于作物气候适宜性和高产稳产性,提出三大油料作物适应未来气候变化的种植布局调整方案和途径,为提高气候变化背景下我国油料总产量、保障粮油安全提供理论依据。【方法】 基于1981—2019年全国地级市三大油料作物统计产量、生长季内气候因子和农业技术进步因子,构建随机森林模型,预测2021—2060年SSP1-2.6和SSP5-8.5情景下油料作物产量;基于各地级市作物的气候适宜性和高产稳产性划分综合适宜区,结合气候变化影响,提出适应未来气候变化的油料作物种植布局调整框架,并以2019年的种植面积为基准进行种植布局调整;最后,量化种植布局调整带来的总产提升程度以及环境效益和经济效益的变化。【结果】 (1)1981—2019年,大豆、油菜和花生分布在气候适宜且高产稳产性高的区域内种植面积占比分别为11.6%、38.3%和46.0%;未来气候变化下,该区域大豆种植面积占比下降、油菜占比增加、花生占比无明显变化。(2)未来气候变化背景下作物种植布局调整后,大豆、油菜和花生面积分别增加1.8×106—2.6×106、3.2×106—3.9×106和0.8×106—1.8×106 hm2。(3)种植布局调整后,大豆、油菜和花生总产分别提高了140%、150%和150%,油料自给率提高7.9—13.0%,气候变化对总产负面影响降低1.0×106—1.8×106 t。总氮肥用量下降1.1×106—1.5×106 t;温室气体排放量下降9.7×106—12.7×106 t CO2-eq;整体经济效益增加0.3×103—0.4×103亿元。【结论】 基于作物气候适宜性和高产稳产性的种植布局调整,可在扩大油料作物种植面积的同时提高作物总产、减缓气候变化对油料作物总产的负面影响、提高经济效益并减少总氮肥用量和温室气体排放。
郭世博, 张镇涛, 郭尔静, 赵锦, 刘志娟, 赵闯, 杨晓光. 全球气候变暖对中国种植制度的可能影响XV.适应未来气候变化的我国油料作物种植布局调整[J]. 中国农业科学, 2025, 58(11): 2118-2144.
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图2
种植布局调整的框架 SH:气候适宜且高产稳产性高 Climate suitable and high-stable yield;UH:气候不适宜但高产稳产性高 Climate unsuitable and high-stable yield;SL:气候适宜但高产稳产性低 Climate suitable and low-unstable yield;UL:气候不适宜且高产稳产性低 Climate unsuitable and low-unstable yield。图中HLJ、SD、HeN、JL、HeB、INM、LN、SC、AH、SnX、SX、YN、HN、HB、JS和OTH分别代表黑龙江、山东、河南、吉林、河北、内蒙古、辽宁、四川、安徽、陕西、山西、云南、河南、河北、江苏和其他省份 HLJ, SD, HeN, JL, HeB, INM, LN, SC, AH, SnX, SX, YN, HN, HB, JS, and OTH represent Heilongjiang, Shandong, Henan, Jilin, Hebei, Inner Mongolia, Liaoning, Sichuan, Anhui, Shaanxi, Shanxi, Yunnan, Henan, Hebei, Jiangsu, and other provinces, respectively。下同 The same as below"
表1
不同油料作物和主粮作物种植布局调整方案"
综合适宜区 Comprehensive suitability | 产量变化 Yield change | 种植布局调整 Adjustment of crop pattern | ||
---|---|---|---|---|
油料作物 Oil crop | 主粮作物 Grain crop | 油料作物 Oil crop | 主粮作物 Grain crop | |
SH/UH | SH/UH | + | + | 不进行面积调整 No adjustment |
SH/UH | SH/UH | + | - | 总面积的75%分配给油料作物 75% of the total area is adjusted to oil crops |
SH/UH | SH/UH | - | + | 总面积的75%分配给主粮作物 75% of the total area is adjusted to grain crops |
SL/UL | SH/UH | + | + | 将该区域内主粮占总种植面积的比例进行排序,将15%分位数为阈值,每个地级市多余的面积分配给油料作物 The proportion of grain crops in the total planting area in the region was ranked, the 15% quantile was used as the threshold, and the excess area of each prefecture-level city is adjusted to oil crops |
SL/UL | SH/UH | + | - | 总面积的50%分配给油料作物 50% of the total area is adjusted to oil crops |
SL/UL | SH/UH | - | + | 总面积的100%分配给主粮作物 100% of the total area is adjusted to grain crops |
SH/UH | SL/UL | + | + | 将该区域内主粮作物占总面积的比例进行排序,将35%分位数为阈值,每个地级市多余的面积分配给油料作物 The proportion of grain crops in the total planting area in the region was ranked, the 35% quantile was used as the threshold, and the excess area of each prefecture-level city is adjusted to oil crops |
SH/UH | SL/UL | + | - | 总面积的100%分配给油料作物 100% of the total area is adjusted to oil crops |
SH/UH | SL/UL | - | + | 总面积的50%分配给主粮作物 50% of the total area is adjusted to grain crops |
其余地级市 Other cities | 将主粮作物单产由大到小进行排序,按顺序将总面积的75%分配给主粮作物,直至总产达到2019年的总产 Sort the yield of grain crops from high to low, and allocate 75% of the total area to grain crops in order until the total production reaches the total production of 2019 |
表2
不同作物农业投入的温室气体排放系数"
农业投入 Agricultural input | 系数Coefficient | 单位 Unit | 文献来源Reference source |
---|---|---|---|
氮肥 N fertilizer | 8.30 | kg CO2-eq/kg N | [ |
磷肥 P fertilizer | 0.79 | kg CO2-eq/kg P2O5 | |
钾肥 K fertilizer | 0.55 | kg CO2-eq/kg K2O | |
农药 Pesticides | 19.13 | kg CO2-eq/kg Pesticides | |
柴油 Diesel | 1.43 | kg CO2-eq/L | [ |
劳动力 Labor | 0.86 | kg CO2-eq/(person/day) | [ |
灌溉用电量 Electricity for irrigation | 0.92 | kg CO2-eq/kWh | [ |
大豆种子 Soybean seed | 0.58 | kg CO2-eq/kg | [ |
花生种子 Peanut seed | 0.92 | kg CO2-eq/kg | [ |
油菜种子 Canola seed | 0.83 | kg CO2-eq/kg | [ |
玉米种子 Maize seed | 1.22 | kg CO2-eq/kg | [ |
小麦种子 Wheat seed | 0.40 | kg CO2-eq/kg | [ |
表3
未来种植布局调整前后不同油料作物总产"
布局调整 Patterns adjustment | 作物 Crop | 影响 Impact | SSP1-2.6 | SSP5-8.5 | ||
---|---|---|---|---|---|---|
2030s | 2050s | 2030s | 2050s | |||
调整前 Before adjustment | 大豆 Soybean | 总产 Production (×106 t) | 19.2 | 19.1 | 19.1 | 18.9 |
气候变化对总产的影响 Production change under climate change (×105 t) | -2.9 | -4.5 | -4.1 | -5.7 | ||
油菜 Canola | 总产 Production (×106 t) | 13.4 | 13.1 | 13.2 | 13.0 | |
气候变化对总产的影响 Production change under climate change (×105 t) | -4.2 | -9.0 | -6.2 | -8.0 | ||
花生 Peanut | 总产 Production (×106 t) | 16.6 | 16.4 | 16.6 | 16.3 | |
气候变化对总产的影响 Production change under climate change (×105 t) | -3.0 | -5.2 | -3.2 | -6.3 | ||
调整后 After adjustment | 大豆 Soybean | 总产 Production (×106 t) | 27.5 | 27.3 | 27.1 | 25.7 |
气候变化对总产的影响 Production change under climate change (×105 t) | 1.4 | 0.6 | 1.0 | -0.7 | ||
油菜 Canola | 总产 Production (×106 t) | 20.2 | 19.7 | 20.1 | 19.1 | |
气候变化下总产的变化 Production change under climate change (×105 t) | -0.2 | -0.5 | 0.1 | -0.9 | ||
花生 Peanut | 总产 Production (×106 t) | 27.3 | 25.2 | 26.8 | 22.5 | |
气候变化对总产的影响 Production change under climate change (×105 t) | -0.9 | -1.3 | -1.4 | -1.7 |
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