氣候變化對(duì)西北地區(qū)糧食生產(chǎn)的影響及應(yīng)對(duì)策略

文章源自《中國(guó)科學(xué)院院刊》2026年第4期，專(zhuān)題：氣候變化與糧食安全

全球氣候變化令人類(lèi)可持續(xù)發(fā)展面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，其對(duì)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的影響尤為深遠(yuǎn)。農(nóng)業(yè)是對(duì)光、溫、水等氣候資源高度依賴(lài)的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，其生產(chǎn)格局、資源效率和系統(tǒng)穩(wěn)定性正經(jīng)歷著氣候變暖的深刻重塑。中國(guó)西北地區(qū)地理環(huán)境獨(dú)特、生態(tài)脆弱性突出而又肩負(fù)著重要的糧食生產(chǎn)和生態(tài)安全功能，對(duì)氣候變化尤為敏感和脆弱。因此，系統(tǒng)探究氣候變化對(duì)西北地區(qū)糧食生產(chǎn)的影響機(jī)制，科學(xué)構(gòu)建適應(yīng)性與減緩性并重的應(yīng)對(duì)策略體系，不僅是區(qū)域農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的迫切需求，更是保障國(guó)家糧食安全、實(shí)現(xiàn)人與自然和諧共生的重大戰(zhàn)略課題。

西北地區(qū)地處干旱半干旱地帶，生態(tài)環(huán)境脆弱，水資源短缺是其農(nóng)業(yè)發(fā)展的根本性約束。該區(qū)域承載著全國(guó)12.6%的耕地面積，生產(chǎn)了全國(guó)約6.5%的糧食，是國(guó)家重要的糧食生產(chǎn)功能區(qū)?！芭瘽窕睔夂蛟跒槲鞅钡貐^(qū)農(nóng)業(yè)發(fā)展帶來(lái)更多機(jī)遇的同時(shí)，也加劇了極端水文氣候事件頻發(fā)、病蟲(chóng)害滋生等一系列風(fēng)險(xiǎn)，使得西北地區(qū)糧食生產(chǎn)安全面臨前所未有的考驗(yàn)。西北地區(qū)糧食生產(chǎn)系統(tǒng)的脆弱性不僅源于嚴(yán)酷的自然條件，也受特定的社會(huì)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)及農(nóng)業(yè)管理實(shí)踐的多重影響。若缺乏前瞻性的系統(tǒng)應(yīng)對(duì)，氣候變化可能進(jìn)一步拉大區(qū)域內(nèi)部發(fā)展差距，侵蝕來(lái)之不易的扶貧成果，甚至引發(fā)連鎖性的經(jīng)濟(jì)社會(huì)與生態(tài)環(huán)境問(wèn)題。

因此，系統(tǒng)闡明氣候變化對(duì)西北地區(qū)糧食作物生產(chǎn)潛力、種植制度及災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的深層影響機(jī)制，并據(jù)此構(gòu)建科學(xué)、協(xié)同、高效的適應(yīng)性策略體系，已成為一項(xiàng)關(guān)乎區(qū)域農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展和國(guó)家糧食安全大局的關(guān)鍵課題。本研究結(jié)果可為提升區(qū)域糧食作物氣候適應(yīng)能力、推動(dòng)區(qū)域農(nóng)業(yè)綠色高質(zhì)量發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)和決策參考。

1 西北地區(qū)糧食生產(chǎn)現(xiàn)狀與制約因素

1.1 西北地區(qū)區(qū)域概況

西北地區(qū)國(guó)土面積占比高，但氣候條件時(shí)空異質(zhì)性強(qiáng)。

該地區(qū)包括陜西、甘肅、寧夏、青海、新疆等，總面積約3.04×10^6 km^2，約占國(guó)土總面積的32%，人口總數(shù)約1.04億。西北地區(qū)屬于典型溫帶大陸性干旱半干旱氣候，年均降水量25—500 mm，降水量季節(jié)分配極不均勻，夏季集中、冬季稀缺；蒸發(fā)強(qiáng)烈，潛在蒸發(fā)量600—3000 mm/a；氣溫日較差可達(dá)25℃，年較差高達(dá)40℃以上。

西北地區(qū)光熱資源豐富，但水資源分布不均。

該區(qū)域日照時(shí)間長(zhǎng)，太陽(yáng)輻射強(qiáng)度大，耕地面積約1.70×10^7 hm^2，占全國(guó)耕地總面積13.2%；后備耕地資源豐富，集中于新疆、河西走廊、河套平原等綠洲農(nóng)業(yè)區(qū)。西北地區(qū)是我國(guó)糧食增產(chǎn)潛力最大的區(qū)域，但面臨水土流失、嚴(yán)重干旱及水資源分布不均的挑戰(zhàn)。同時(shí)，受氣候變暖、降水波動(dòng)及極端天氣事件影響，該地區(qū)水分虧缺加劇，持續(xù)制約著糧食生產(chǎn)過(guò)程。

1.2 主要糧食作物生產(chǎn)概況

西北地區(qū)糧食作物種植結(jié)構(gòu)在時(shí)空尺度上具有顯著異質(zhì)性。

小麥、玉米和馬鈴薯作為西北地區(qū)最主要的糧食作物，在保障區(qū)域糧食安全、支撐畜牧業(yè)發(fā)展和穩(wěn)定農(nóng)民收入等方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。小麥長(zhǎng)期以來(lái)是該區(qū)域的優(yōu)勢(shì)糧食作物，在區(qū)域糧食生產(chǎn)中占據(jù)主導(dǎo)地位。陜西和甘肅依托關(guān)中平原與河西走廊等相對(duì)集中的耕作區(qū)，形成了以冬小麥為主的穩(wěn)定種植格局，是西北地區(qū)傳統(tǒng)的小麥生產(chǎn)核心區(qū)。新疆及甘肅河西走廊作為典型的綠洲農(nóng)業(yè)區(qū)，通過(guò)引蓄天山、昆侖山和祁連山的冰雪融水，在干旱荒漠上構(gòu)建了高度集約的綠洲灌溉體系。新疆憑借優(yōu)越的光熱資源和日益完善的灌溉基礎(chǔ)設(shè)施，使小麥單產(chǎn)長(zhǎng)期處于較高水平，成為區(qū)域口糧供給的核心支柱。寧夏和青海受限于耕地資源規(guī)模和自然條件約束，糧食作物種植比例總體較低。隨著畜牧業(yè)發(fā)展和飼料需求增長(zhǎng)，玉米逐漸由補(bǔ)充性作物轉(zhuǎn)變?yōu)橹匾募Z食和飼料兼用作物。與小麥相比，玉米在西北地區(qū)的種植面積和比例增速明顯。新疆、甘肅及陜西部分地區(qū)玉米種植面積和比例持續(xù)增加，區(qū)域農(nóng)業(yè)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)由“口糧優(yōu)先”向“糧經(jīng)飼協(xié)調(diào)發(fā)展”轉(zhuǎn)變。馬鈴薯在西北地區(qū)同樣具有重要地位，尤其在高寒旱區(qū)表現(xiàn)出顯著優(yōu)勢(shì)——在青海、甘肅中東部及寧夏南部等海拔較高、降水較少地區(qū)種植較多。其中，甘肅定西被譽(yù)為“中國(guó)馬鈴薯之鄉(xiāng)”，已形成完整的種薯繁育、商品薯生產(chǎn)和加工產(chǎn)業(yè)鏈，不僅為當(dāng)?shù)靥峁┓€(wěn)定的口糧來(lái)源，還通過(guò)鮮薯外銷(xiāo)和深加工顯著增加農(nóng)民收入，并常與小麥、玉米形成輪作或間作模式，從而提升土地利用效率。

西北地區(qū)糧食作物產(chǎn)量在時(shí)間尺度上呈現(xiàn)波動(dòng)上升趨勢(shì)。

20世紀(jì)80年代至今，西北地區(qū)小麥、玉米和馬鈴薯的單產(chǎn)在時(shí)間尺度上表現(xiàn)出穩(wěn)增趨勢(shì)。在播種面積與單產(chǎn)雙增的背景下，西北地區(qū)糧食總產(chǎn)量整體呈現(xiàn)波動(dòng)上升態(tài)勢(shì)，但不同省份的增產(chǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)制存在一定差異（圖1）。其中，陜西和甘肅的糧食增產(chǎn)更多依賴(lài)于播種面積維持與單產(chǎn)穩(wěn)步提升的協(xié)同作用；新疆糧食總產(chǎn)增長(zhǎng)則以單產(chǎn)提高和高效灌溉農(nóng)業(yè)發(fā)展為主要驅(qū)動(dòng)因素；寧夏和青海糧食總產(chǎn)規(guī)模相對(duì)有限，但在區(qū)域糧食安全和生態(tài)脆弱區(qū)農(nóng)業(yè)穩(wěn)定方面仍具有不可替代的作用。

圖1 西北五省份小麥、玉米和馬鈴薯產(chǎn)量水平省際差異

西北地區(qū)糧食作物種植區(qū)域在空間格局演變上呈現(xiàn)一定的集聚趨勢(shì)。

小麥主要集中分布于關(guān)中平原、河西走廊及新疆天山南北麓灌區(qū)；玉米則在灌溉條件較好、熱量資源相對(duì)充足區(qū)域加快擴(kuò)張；而馬鈴薯憑借耐旱耐瘠薄、適應(yīng)寒冷與旱作環(huán)境、產(chǎn)出穩(wěn)定等特性，在隴中、隴東、寧南山區(qū)、青海高原及黃土高原北部等山地丘陵與高原過(guò)渡帶形成相對(duì)集中的優(yōu)勢(shì)產(chǎn)區(qū)，并與小麥、玉米在不同水熱梯度與耕作制度下呈現(xiàn)互補(bǔ)分布。這種空間分異特性體現(xiàn)了綠洲農(nóng)業(yè)與雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)在生產(chǎn)邏輯上的本質(zhì)差異。綠洲區(qū)通過(guò)“以水定地”，實(shí)現(xiàn)了農(nóng)田向水資源保障度高的區(qū)域退縮與集約，而黃土高原及周邊地區(qū)則在不同水熱梯度下呈現(xiàn)出馬鈴薯與小麥、玉米的互補(bǔ)分布特征。在水資源剛性約束和氣候變化日益凸顯的背景下，糧食作物種植格局的調(diào)整逐漸由“擴(kuò)面積”向“提效率”轉(zhuǎn)變。

1.3 西北地區(qū)糧食生產(chǎn)的制約因素

西北地區(qū)水資源短缺、農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害頻發(fā)與土壤質(zhì)量低下成為限制該區(qū)域糧食產(chǎn)能提升的三大核心瓶頸。

水資源是西北旱區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的決定性因素。西北地區(qū)水資源總量為9.378×10^10 m^3，其中農(nóng)業(yè)用水量為7.798×10^10 m^3，占總水資源量的83.2%。水資源總量匱乏與時(shí)空分布不均嚴(yán)重制約西北地區(qū)的糧食生產(chǎn)。首先，區(qū)域內(nèi)降水稀少且蒸發(fā)強(qiáng)烈，農(nóng)業(yè)用水長(zhǎng)期處于不平衡的狀態(tài)。近年來(lái)，盡管西北地區(qū)呈現(xiàn)“暖濕化”趨勢(shì)，但氣候因素帶來(lái)的降水增量遠(yuǎn)不足以抵消由耕地?cái)U(kuò)張和作物集約化種植引起的需水增加量，導(dǎo)致農(nóng)業(yè)用水風(fēng)險(xiǎn)加劇。此外，降水與作物物候期的時(shí)間不同步性，迫使農(nóng)業(yè)高度依賴(lài)地下水開(kāi)采，導(dǎo)致部分灌區(qū)地下水位下降。

極端天氣事件頻率和強(qiáng)度增加顯著擾動(dòng)了區(qū)域糧食生產(chǎn)的穩(wěn)定性。

西北地區(qū)的氣象災(zāi)害呈現(xiàn)“種類(lèi)多、范圍廣、突發(fā)性強(qiáng)”的特點(diǎn)。干旱、干熱風(fēng)、旱澇急轉(zhuǎn)、早晚霜凍、花期熱害、冰雹、風(fēng)害與沙塵天氣共同構(gòu)成影響西北地區(qū)糧食穩(wěn)產(chǎn)的主要?dú)庀箫L(fēng)險(xiǎn)鏈條。干旱是影響面最廣的災(zāi)害類(lèi)型之一，雖然降水總量在部分區(qū)域有所增加，但降水變率的增大導(dǎo)致了頻繁的季節(jié)性干旱。氣溫升高引發(fā)的潛在蒸散發(fā)量增加，使得作物生育關(guān)鍵期的水分虧缺風(fēng)險(xiǎn)依然嚴(yán)峻，尤其是春旱和伏旱直接威脅小麥與玉米的產(chǎn)量。除干旱外，早晚霜凍脅迫不容忽視，倒春寒易導(dǎo)致冬小麥遭受凍害；夏季干熱風(fēng)則會(huì)加速作物蒸騰失水，縮短灌漿期，從而影響糧食產(chǎn)量。這種氣候波動(dòng)性導(dǎo)致糧食生產(chǎn)面臨極大的不確定性。

土壤質(zhì)量低下是制約西北地區(qū)糧食生產(chǎn)潛力的關(guān)鍵內(nèi)因。

西北地區(qū)耕地土壤有機(jī)質(zhì)含量低，發(fā)育程度低，沙漠化與風(fēng)蝕導(dǎo)致表土細(xì)顆粒流失，有機(jī)質(zhì)及氮磷積累不足，保水保肥能力弱。同時(shí)，土壤結(jié)構(gòu)疏松、團(tuán)聚體穩(wěn)定性差、孔隙分布不合理，導(dǎo)致土壤抗侵蝕能力與持水能力進(jìn)一步下降。土壤微生物數(shù)量與酶活性偏低，養(yǎng)分礦化與供給過(guò)程緩慢，肥料利用率不高，易出現(xiàn)“施而不效”的低效投入等問(wèn)題。

2 西北地區(qū)氣候變化時(shí)空復(fù)雜性與農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)加劇

2.1 西北地區(qū)氣候變化的時(shí)空復(fù)雜性增強(qiáng)

西北地區(qū)氣候由“暖干”逐步轉(zhuǎn)向“暖濕化”。

20世紀(jì)90年代中后期以來(lái)，西北地區(qū)氣候“暖濕化”趨勢(shì)尤為明顯。降水量增加是推動(dòng)“暖濕化”加速的主要因素。20世紀(jì)60年代以來(lái)，氣溫以0.34℃/10 a速率上升是“暖濕化”的重要推手。自1987年以來(lái)，濕化趨勢(shì)尤為顯著，降水量持續(xù)增加，部分區(qū)域增幅約7.7 mm/10 a。尤其進(jìn)入21世紀(jì)后，西北地區(qū)主要通過(guò)極端降水和短時(shí)對(duì)流降水增加降水量，其主要發(fā)生在新疆、青海和甘肅大部分高海拔地區(qū)。而降水極端化帶來(lái)的氣候變率增大問(wèn)題導(dǎo)致極端高溫、干旱與強(qiáng)降水災(zāi)害頻發(fā)，對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)穩(wěn)定性構(gòu)成威脅。

西北地區(qū)橫跨干旱、半干旱、高寒等多個(gè)氣候類(lèi)型，區(qū)域氣候差異顯著。

降水量整體上由東南向西北顯著遞減。陜西降雨量為西北地區(qū)最多，平均700 mm，而新疆則不足200 mm?？諝鉁囟纫躁兾髯罡?，多年平均在11℃—12℃，青海的空氣溫度約2℃。太陽(yáng)輻射強(qiáng)度以青海為中心向四周遞減，新疆和寧夏地表風(fēng)速較高，陜西相對(duì)較低。西北地區(qū)的降水量與平均溫度在時(shí)間尺度上呈波動(dòng)上升態(tài)勢(shì)，其中新疆和青海趨勢(shì)更明顯，而太陽(yáng)輻射與風(fēng)速則持續(xù)下降。20世紀(jì)60年代以來(lái)，糧食作物生育期內(nèi)的氣溫升高和降水量增加明顯且普遍高于全年水平，但太陽(yáng)輻射和風(fēng)速同步下降，可能影響作物光合產(chǎn)物積累。

2.2 農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害發(fā)生頻率和強(qiáng)度增加

氣候變化背景下，西北地區(qū)農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害正向著極端化與復(fù)合化轉(zhuǎn)變。干旱事件“東增西減”且極端化增強(qiáng)。

2016年夏季極端干旱中，僅陜西、甘肅、寧夏3省份的農(nóng)作物受災(zāi)面積就超過(guò)6.4×10^5 hm^2。干旱發(fā)生頻率整體表現(xiàn)為夏季>春季>秋季；近50年來(lái)，西北地區(qū)西部干旱強(qiáng)度有所減弱，而東部地區(qū)干旱強(qiáng)度與發(fā)生頻率同步上升?！疤睾怠卑l(fā)生范圍廣、頻率高，重旱高值區(qū)主要集中在北疆和西北地區(qū)的東北部。夏秋季節(jié)易發(fā)旱澇急轉(zhuǎn)，強(qiáng)度隨“暖濕化”而增強(qiáng)。新疆和黃土高原旱澇急轉(zhuǎn)強(qiáng)度明顯增大，長(zhǎng)期干旱向突發(fā)洪澇轉(zhuǎn)變加快。

干熱風(fēng)與高溫?zé)岷ο蚋吆０螀^(qū)域擴(kuò)張，嚴(yán)重影響西北主產(chǎn)區(qū)作物產(chǎn)量，“干枯逼熟”現(xiàn)象頻發(fā)。

時(shí)間上，干熱風(fēng)呈階段性特征。其中，河西地區(qū)的干熱風(fēng)在1995年前總體減少，之后干熱風(fēng)穩(wěn)定在6月上旬。進(jìn)入21世紀(jì)后，干熱風(fēng)日數(shù)出現(xiàn)“爆發(fā)性增長(zhǎng)”，加劇“高溫逼熟”風(fēng)險(xiǎn)?？臻g上，干熱風(fēng)由傳統(tǒng)低海拔盆地向高海拔區(qū)域擴(kuò)張，中部地區(qū)（如鼎新、民勤等）最為突出。早晚霜凍也是西北地區(qū)典型的氣象災(zāi)害，春季“物候錯(cuò)配”與秋季“初霜不穩(wěn)”并存。春季因物候變化提前使作物易受晚霜凍害。秋季初霜凍日期整體呈推遲趨勢(shì)，2009年以前，初霜凍日期以平均1.8 d/10 a的速率推遲。初霜凍時(shí)間年際間差異大，增加了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的“避霜”難度。此外，冰雹和風(fēng)害多發(fā)，具有“高海拔—滯后性”特征，導(dǎo)致甘肅、陜西、青海等省份的大面積作物倒伏與設(shè)施農(nóng)業(yè)損毀。這2類(lèi)災(zāi)害在作物生長(zhǎng)旺季（每年6—8月）疊加出現(xiàn)，風(fēng)險(xiǎn)突出。

沙塵天氣不僅造成土壤風(fēng)蝕退化，還直接導(dǎo)致農(nóng)作物損傷，是西北地區(qū)典型氣象災(zāi)害之一。

單次特強(qiáng)沙塵暴即可導(dǎo)致近1.7×10^5 hm^2農(nóng)田受災(zāi)，造成的直接經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)9.37億元。西北地區(qū)沙塵日數(shù)總體呈減少趨勢(shì)，然而沙塵活動(dòng)極端性并未減弱。塔里木盆地作為極端沙塵事件的高發(fā)區(qū)，高濃度（> 75 μg/m^3）極端沙塵事件的強(qiáng)度卻常被低估。

3 氣候變化對(duì)西北地區(qū)糧食生產(chǎn)的影響與挑戰(zhàn)

3.1 氣候變化加劇糧食作物產(chǎn)量的時(shí)空差異性

氣候因子之間存在強(qiáng)烈的協(xié)同或拮抗效應(yīng)，綜合調(diào)控著作物光合效率、水分利用和生殖發(fā)育過(guò)程。在氣候“暖濕化”趨勢(shì)下，西北地區(qū)的光、熱、水資源有所改善，農(nóng)業(yè)適宜種植區(qū)域和糧食總產(chǎn)量呈增加態(tài)勢(shì)。然而，不同區(qū)域的糧食作物對(duì)氣候變化的響應(yīng)呈現(xiàn)明顯的時(shí)空差異性。

氣候變化下小麥產(chǎn)量的響應(yīng)特征出現(xiàn)了區(qū)域分化。

西北地區(qū)小麥生產(chǎn)主要集中在陜西和新疆，其分別貢獻(xiàn)了區(qū)域小麥總產(chǎn)量的44.2%和30.3%。以往研究認(rèn)為，氣候變化在一定階段內(nèi)促進(jìn)了區(qū)域小麥增產(chǎn)，但近年來(lái)小麥產(chǎn)量對(duì)氣候變化的響應(yīng)已出現(xiàn)區(qū)域分化特征。例如，1999—2018年新疆的春小麥和冬小麥產(chǎn)量年均分別增加55.3和32.1 kg/hm^2，但氣候因素的直接貢獻(xiàn)有限。1960—2019年陜西冬小麥種植區(qū)的日照以4.2 h/a左右的速率下降，這導(dǎo)致氣候產(chǎn)量下降約237 kg/hm2，更關(guān)鍵的是降水異常與氣溫日較差變化共同加劇了作物減產(chǎn)趨勢(shì)。未來(lái)氣候條件可能整體利于冬小麥生產(chǎn)，但不確定性仍較大。

氣候變化對(duì)玉米產(chǎn)量的影響呈現(xiàn)區(qū)域差異性和生育期依賴(lài)性。

1981－2009年，陜西玉米生育期內(nèi)日照時(shí)數(shù)下降，減產(chǎn)約7%；新疆、甘肅春玉米因降水與日照增加的正負(fù)效應(yīng)基本抵消，但夏玉米因氣溫與日照增加，導(dǎo)致一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)氣象單位下產(chǎn)量增加約15.0%。未來(lái)氣候情景下，2061—2100年的新疆玉米平均產(chǎn)量相對(duì)1981—2020年的平均產(chǎn)量可能減產(chǎn)16.2%。1984－2022年，河西走廊春玉米生育期呈現(xiàn)先延長(zhǎng)后縮短趨勢(shì)，氣象產(chǎn)量與生育期降水量呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系。當(dāng)溫度為18.9℃—19.7℃時(shí)春玉米產(chǎn)量波動(dòng)明顯，超過(guò)閾值后氣溫每升高1℃，氣候產(chǎn)量減少1592 kg/hm^2。

降水是影響雨養(yǎng)區(qū)馬鈴薯產(chǎn)量的主要?dú)夂蛞蛩?，而高溫是限制可灌溉區(qū)馬鈴薯產(chǎn)量的關(guān)鍵氣候因素。

西北地區(qū)是我國(guó)馬鈴薯的主產(chǎn)區(qū)，甘肅定西為三大主產(chǎn)核心區(qū)之一。日最高氣溫每升高1℃，甘肅、陜西、寧夏和新疆的馬鈴薯產(chǎn)量分別減少127、289、199和339 kg/hm^2；降水量每增加100 mm，甘肅、青海和寧夏的馬鈴薯產(chǎn)量分別提高250、375和182 kg/hm^2。氣候變化與耕作措施對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量變異的協(xié)同貢獻(xiàn)率約49.7%，未來(lái)將成為影響馬鈴薯產(chǎn)能的重要制約因素。

3.2 氣候變化明顯改變糧食作物的種植制度和種植區(qū)域

西北地區(qū)糧食種植制度由早期的“一年一熟”為主轉(zhuǎn)變?yōu)椤耙荒暌皇炫c多熟制并存”的農(nóng)作制度新格局。

關(guān)中平原區(qū)以冬小麥—夏玉米“一年兩熟”輪作為主，黃河灌區(qū)也形成了相對(duì)穩(wěn)定的稻麥輪作體系，河西走廊灌區(qū)為高效集約的小麥—玉米帶狀間作與套作制度。新疆綠洲灌區(qū)形成了以糧飼型輪作（如小麥—青貯玉米），南疆則形成了棉花—小麥—棉花“兩年三熟”體系、小麥復(fù)種綠肥或蔬菜等接力復(fù)種多熟組合。甘肅隴西和新疆南疆還分別形成“蘋(píng)果‖馬鈴薯”“棗樹(shù)‖小麥”間作的果糧復(fù)合制度。未來(lái)，西北地區(qū)持續(xù)增溫，可為單季作物向較長(zhǎng)生育期品種過(guò)渡及由“一年一熟”向“一年兩熟”轉(zhuǎn)變提供充足的熱量條件。

氣候變化顯著拓展了糧食作物的適宜種植區(qū)域。

20世紀(jì)80年代以來(lái)，西北地區(qū)冬季低溫約束趨于減弱，冬小麥在關(guān)中平原、黃河灌區(qū)和甘肅河?xùn)|等地的分布穩(wěn)定性增強(qiáng)，呈現(xiàn)向北、向西調(diào)整的趨勢(shì)，而春小麥分布進(jìn)一步向高海拔與冷涼區(qū)擴(kuò)張。在第六次國(guó)際耦合模式比較計(jì)劃（CMIP6）氣候情景（SSP2-4.5和SSP5-8.5）下的研究表明，冬小麥與夏玉米適宜區(qū)范圍擴(kuò)大，現(xiàn)有布局也將持續(xù)優(yōu)化，潛在分布區(qū)域總體表現(xiàn)為北移與西移。20世紀(jì)80年代以來(lái)，玉米在河西走廊東段、天山北麓和伊犁河谷等區(qū)域分布，并呈現(xiàn)向更高緯度與更高海拔邊緣擴(kuò)展的趨勢(shì)。未來(lái)氣候變化情景下（SSP2-4.5和SSP5-8.5），冬小麥與夏玉米種植適宜區(qū)范圍擴(kuò)大，現(xiàn)有布局也將持續(xù)優(yōu)化，潛在分布區(qū)域總體表現(xiàn)為北移和西移，玉米種植熱量適宜區(qū)仍可能繼續(xù)向高緯度、高海拔邊緣擴(kuò)展。馬鈴薯主要分布于青海高原、甘肅中部和寧夏南部等冷涼或半干旱地區(qū)。在綠洲灌區(qū)或河谷暖區(qū)，馬鈴薯多為局部配置作物，種植區(qū)分布受高溫風(fēng)險(xiǎn)與水分管理?xiàng)l件共同限制。20世紀(jì)80年代以來(lái)，氣候變暖使部分高寒區(qū)馬鈴薯生產(chǎn)穩(wěn)定性增強(qiáng)，但低海拔河谷結(jié)薯期的高溫風(fēng)險(xiǎn)趨于上升。未來(lái)氣候變化情景下（SSP2-4.5和SSP5-8.5）馬鈴薯種植適宜區(qū)整體向更冷涼的高海拔或高緯度區(qū)域集聚，現(xiàn)有暖區(qū)種植適宜性可能下降。

3.3 農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害頻發(fā)加劇糧食穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)

干旱和旱澇急轉(zhuǎn)事件頻發(fā)，直接威脅糧食穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)。

旱災(zāi)一般可造成作物出苗不齊、籽粒或塊莖在發(fā)育過(guò)程中受到脅迫，最終減產(chǎn)。例如，新疆干旱導(dǎo)致東疆小麥年均減產(chǎn)20%—30%；河西綠洲干旱導(dǎo)致玉米授粉效果不佳，降低種子質(zhì)量。旱澇急轉(zhuǎn)會(huì)引起坡耕地和風(fēng)沙區(qū)徑流侵蝕及養(yǎng)分淋失等問(wèn)題，降低作物產(chǎn)量。而小麥在灌漿—成熟期、玉米在吐絲—成熟期、馬鈴薯在塊莖形成與膨大期遭遇旱澇急轉(zhuǎn)現(xiàn)象時(shí)均易降低產(chǎn)量。

霜凍和冰雹破壞作物生長(zhǎng)發(fā)育能力、加劇糧食作物穩(wěn)產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)。

冬小麥在拔節(jié)—抽穗階段遭遇霜凍和冰雹容易減產(chǎn)。例如，2018年4月陜西部分地區(qū)氣溫驟降至0℃以下，當(dāng)?shù)匦←湝p產(chǎn)30%以上。新疆冰雹多發(fā)于每年4—10月，尤其春夏季之交概率最高，恰與小麥生長(zhǎng)中后期重疊，易導(dǎo)致產(chǎn)量與品質(zhì)顯著下降，嚴(yán)重時(shí)可絕產(chǎn)。玉米播種—七葉期和馬鈴薯莖葉期之前遭遇霜凍，容易導(dǎo)致單產(chǎn)下降、總產(chǎn)不穩(wěn)。例如，甘肅慶陽(yáng)及平?jīng)鰱|部黃土塬區(qū)夏播馬鈴薯從播種至莖葉期（6月中旬—8月上旬）強(qiáng)對(duì)流天氣高發(fā)，冰雹會(huì)造成莖葉損傷，導(dǎo)致減產(chǎn)。

強(qiáng)風(fēng)和沙塵災(zāi)害嚴(yán)重破壞作物生長(zhǎng)、顯著降低作物產(chǎn)量。

強(qiáng)風(fēng)破壞土壤結(jié)構(gòu)與地表保水層，形成“風(fēng)-旱”耦合脅迫，導(dǎo)致作物倒伏。沙塵災(zāi)害覆蓋作物葉片、削弱光合作用、加劇土壤風(fēng)蝕與水分虧缺，顯著降低作物產(chǎn)量。遭遇沙塵暴可使冬小麥平均減產(chǎn)約14.8%，沙塵暴持續(xù)時(shí)間每增加1 h，作物產(chǎn)量將下降1.4%左右；容易誘發(fā)玉米倒伏，造成禿尖和籽粒重量下降；損傷馬鈴薯地上部、削弱塊莖積累，擴(kuò)大產(chǎn)量與品質(zhì)的不穩(wěn)定風(fēng)險(xiǎn)。

3.4 氣候變化加劇西北地區(qū)作物病蟲(chóng)害，增加糧食減產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)

氣候變化打破了病蟲(chóng)害與環(huán)境、天敵的動(dòng)態(tài)平衡關(guān)系，成為病蟲(chóng)害暴發(fā)的核心誘因。

20世紀(jì)70年代以來(lái)，我國(guó)農(nóng)作物病蟲(chóng)害發(fā)生率從53%上升至100%以上，氣候變化貢獻(xiàn)率約占20%，推動(dòng)發(fā)生率年均約3%，整體持續(xù)加重。西北地區(qū)深居內(nèi)陸，病蟲(chóng)害對(duì)氣候變化更敏感，多重異常交替疊加會(huì)進(jìn)一步增大病蟲(chóng)害的防控難度。

暖濕化顯著促進(jìn)了西北地區(qū)小麥喜濕性病害的發(fā)生、發(fā)展。

甘肅隴南小麥紅蜘蛛的適宜發(fā)生溫度為8℃—15℃，20℃以上的高溫環(huán)境易導(dǎo)致其死亡。隨著氣溫升高，該地區(qū)作物成災(zāi)面積從20世紀(jì)90年代的6.7×10^4 hm^2縮減至21世紀(jì)10年代的4.0×10^4 hm^2左右。而小麥條銹菌偏好陰涼濕潤(rùn)環(huán)境、懼怕干旱高溫，冬季氣溫升高有利于其安全越冬。當(dāng)前，小麥條銹病的發(fā)生海拔已提升100—300 m，危害范圍明顯擴(kuò)大。氣候變暖疊加小麥種植密度增加，推動(dòng)隴南地區(qū)的小麥白粉病快速蔓延，其發(fā)生面積從20世紀(jì)80年代的2.0×10^4 hm^2左右擴(kuò)展至21世紀(jì)10年代的6.7×10^4 hm^2以上。

暖濕化導(dǎo)致病蟲(chóng)害擴(kuò)展轉(zhuǎn)移，加劇西北地區(qū)玉米和馬鈴薯病蟲(chóng)害發(fā)生。

氣候變暖導(dǎo)致玉米螟在新疆南疆、北疆玉米主產(chǎn)區(qū)呈整體上升態(tài)勢(shì)。玉米尾孢菌引發(fā)的灰斑病已從云南向西北擴(kuò)散，2017—2018年蔓延至陜西及甘肅南部地區(qū)，成為西北地區(qū)玉米生產(chǎn)的新威脅。2001—2015年寧夏的玉米大斑病發(fā)生面積占寧夏玉米病害總發(fā)生面積的60.2%。2019—2023年陜西延安馬鈴薯幼苗期遭金針蟲(chóng)、蚜蟲(chóng)、瓢蟲(chóng)等蛀食的比例達(dá)25%，蟲(chóng)害隨氣溫升高明顯加重。

3.5 西北地區(qū)糧食生產(chǎn)應(yīng)對(duì)氣候變化面臨的問(wèn)題和挑戰(zhàn)

西北地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系在適應(yīng)氣候變化、防控復(fù)合災(zāi)害及破解資源環(huán)境約束方面仍存在系統(tǒng)性短板，突出表現(xiàn)為結(jié)構(gòu)失配、風(fēng)險(xiǎn)累積和制度滯后三重矛盾。

（1）氣候變化驅(qū)動(dòng)的作物適生區(qū)擴(kuò)展與種植制度的重構(gòu)需求，尚未與既有農(nóng)業(yè)生產(chǎn)布局和技術(shù)體系形成有效銜接。

暖濕化促使冬小麥種植區(qū)北移西擴(kuò)、玉米向高緯度/高海拔拓展、馬鈴薯向冷涼區(qū)集聚，多熟制與輪作優(yōu)化需求增強(qiáng)。但現(xiàn)實(shí)中農(nóng)業(yè)布局調(diào)整滯后，“以水定產(chǎn)”約束落實(shí)不足，部分缺水區(qū)仍維持高耗水作物種植；旱作節(jié)水、覆蓋保墑及抗逆品種等關(guān)鍵技術(shù)推廣不均，小農(nóng)戶(hù)受制于信息與資本約束，技術(shù)采納能力有限。這導(dǎo)致生產(chǎn)體系既難以釋放氣候變化帶來(lái)的潛在增益，也難有效對(duì)沖產(chǎn)量波動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)。

（2）極端氣象事件呈現(xiàn)高頻化、復(fù)合化與鏈?zhǔn)窖葑冓厔?shì)，而災(zāi)害防控體系整體響應(yīng)能力不足。

從20世紀(jì)60年代以來(lái)，西北地區(qū)干旱、旱澇急轉(zhuǎn)及低溫霜凍等多類(lèi)災(zāi)害疊加發(fā)生，且通過(guò)時(shí)序耦合與空間擴(kuò)散放大影響，同時(shí)病蟲(chóng)害空間格局發(fā)生變化，綜合沖擊糧食作物產(chǎn)能及其穩(wěn)定性。然而，現(xiàn)有監(jiān)測(cè)預(yù)警體系仍以分散化為主，“天-空-地一體化”觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)尚未完善，多源數(shù)據(jù)融合與精細(xì)化預(yù)報(bào)能力不足，面向復(fù)合災(zāi)害的全鏈條防控機(jī)制尚未形成，部門(mén)間協(xié)同與數(shù)據(jù)共享不暢，基層主體對(duì)預(yù)警信息的轉(zhuǎn)化應(yīng)用能力偏弱，使極端事件易引發(fā)減產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)。

（3）水資源剛性約束持續(xù)收緊與農(nóng)業(yè)用水效率偏低的結(jié)構(gòu)性矛盾疊加，成為制約區(qū)域農(nóng)業(yè)適應(yīng)能力的根本瓶頸。

西北地區(qū)水資源稟賦先天不足，農(nóng)業(yè)用水占比長(zhǎng)期處于高位，暖濕化帶來(lái)的降水增量難以抵消種植規(guī)模擴(kuò)張與集約化生產(chǎn)引起的需水增長(zhǎng)。同時(shí)，農(nóng)業(yè)用水方式仍偏粗放，高效節(jié)水灌溉技術(shù)覆蓋有限，灌區(qū)工程體系與輸配水效率提升滯后，以“四水四定”為核心的制度約束尚未全面落實(shí)，水權(quán)配置與流轉(zhuǎn)機(jī)制不健全，分級(jí)總量控制與智能監(jiān)管體系仍待完善，放大了氣候變化背景下的用水不確定性，制約糧食生產(chǎn)系統(tǒng)的長(zhǎng)期穩(wěn)定與可持續(xù)發(fā)展。

4 西北地區(qū)糧食生產(chǎn)適應(yīng)氣候變化的策略建議

西北地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)正面臨“水資源剛性約束趨緊、極端災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)攀升、生態(tài)系統(tǒng)脆弱性加劇”的多重壓力。應(yīng)對(duì)上述挑戰(zhàn)，須立足區(qū)域資源稟賦與氣候演變規(guī)律，緊扣氣候變化對(duì)糧食生產(chǎn)的核心影響，構(gòu)建“韌性提升-風(fēng)險(xiǎn)防控-資源保障”三位一體的應(yīng)對(duì)體系，推動(dòng)西北地區(qū)糧食生產(chǎn)高質(zhì)量可持續(xù)發(fā)展。

4.1 優(yōu)化生產(chǎn)布局與技術(shù)體系，增強(qiáng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)韌性

（1）以動(dòng)態(tài)氣候區(qū)劃為指導(dǎo)優(yōu)化作物布局與種植制度。

動(dòng)態(tài)更新氣候適宜性區(qū)劃圖，優(yōu)化調(diào)整區(qū)域種植格局。在水資源匱乏的河西走廊、新疆，嚴(yán)格實(shí)行“適水定產(chǎn)”，壓縮高耗水作物種植規(guī)模，持續(xù)擴(kuò)大耐旱作物比例，并推廣玉米與豆科作物的“一年一熟”輪作制。在灌溉保障程度較高的關(guān)中平原、黃河灌區(qū)、新疆綠洲灌區(qū)，穩(wěn)定發(fā)展冬小麥—夏玉米“一年兩熟”制，并利用播期優(yōu)化、品種更新等手段充分挖掘光熱生產(chǎn)潛力。將種植制度調(diào)整與智慧農(nóng)業(yè)技術(shù)深度融合，利用遙感監(jiān)測(cè)、物聯(lián)網(wǎng)傳感器與動(dòng)態(tài)模型實(shí)時(shí)研判農(nóng)田水熱條件，形成“適宜區(qū)-適宜作物-適宜模式”的精準(zhǔn)匹配，使作物布局從靜態(tài)分區(qū)走向動(dòng)態(tài)調(diào)優(yōu)。

（2）規(guī)?；茝V旱作節(jié)水與覆蓋保墑關(guān)鍵技術(shù)。

系統(tǒng)推廣“覆蓋抑蒸、集雨增滲、調(diào)虧灌溉”技術(shù)體系，繼續(xù)擴(kuò)大“壟上覆膜、溝內(nèi)種植”等成熟模式。針對(duì)黃土高原風(fēng)蝕區(qū)和坡耕地，全面推行留茬覆蓋與秸稈粉碎還田技術(shù)，結(jié)合秋季深松、少免耕等措施，構(gòu)建地表保護(hù)層。以智能灌溉系統(tǒng)為載體，結(jié)合作物需水模型與實(shí)時(shí)墑情監(jiān)測(cè)，構(gòu)建“多樣種植-耕作創(chuàng)新-智能灌溉”三位一體的旱區(qū)農(nóng)田協(xié)同管理新模式，實(shí)現(xiàn)“按需精準(zhǔn)灌溉”。

4.2 強(qiáng)化監(jiān)測(cè)預(yù)警與應(yīng)急響應(yīng)，提升災(zāi)害防控能力

（1）構(gòu)建支撐“天-空-地一體化”的立體化監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)。

針對(duì)農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害極端化、復(fù)合化和鏈?zhǔn)絺鲗?dǎo)趨勢(shì)，重點(diǎn)開(kāi)展風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別、監(jiān)測(cè)預(yù)警和應(yīng)急處置，貫通“預(yù)報(bào)、預(yù)警、預(yù)演、預(yù)案”。圍繞干旱、旱澇急轉(zhuǎn)、霜凍、沙塵和病蟲(chóng)害等災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)，統(tǒng)籌衛(wèi)星遙感、地面氣象站、農(nóng)田墑情監(jiān)測(cè)、病蟲(chóng)害監(jiān)測(cè)、無(wú)人機(jī)巡測(cè)和基層農(nóng)情調(diào)查，構(gòu)建覆蓋主要糧食產(chǎn)區(qū)的“天-空-地一體化”監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，形成“天氣—土壤—作物—災(zāi)情”全鏈條監(jiān)測(cè)體系，提升對(duì)高溫、低溫、強(qiáng)降水、土壤墑情和作物長(zhǎng)勢(shì)的連續(xù)監(jiān)測(cè)能力。當(dāng)預(yù)報(bào)信息觸發(fā)預(yù)設(shè)閾值時(shí)，預(yù)警系統(tǒng)自動(dòng)生成并發(fā)布分區(qū)域、分作物、分災(zāi)種的精細(xì)化預(yù)警信息，并同步推送與預(yù)警等級(jí)匹配的防災(zāi)減災(zāi)技術(shù)預(yù)案。通過(guò)“閾值觸發(fā)—預(yù)案捆綁—精準(zhǔn)推送”的自動(dòng)化鏈條，縮短農(nóng)戶(hù)從“知曉風(fēng)險(xiǎn)”到“采取行動(dòng)”的響應(yīng)時(shí)間。

（2）構(gòu)建支撐“預(yù)報(bào)、預(yù)警、預(yù)演、預(yù)案”功能的數(shù)字化決策支持平臺(tái)。

依托數(shù)字孿生技術(shù)，集成多源監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與作物生長(zhǎng)模型，構(gòu)建能夠動(dòng)態(tài)模擬災(zāi)害演進(jìn)過(guò)程的農(nóng)田虛擬系統(tǒng)。通過(guò)數(shù)字空間預(yù)演不同強(qiáng)度災(zāi)害情景下的土壤水分動(dòng)態(tài)、作物倒伏范圍及產(chǎn)量損失程度等關(guān)鍵指標(biāo)，科學(xué)制定防災(zāi)資源配置方案、優(yōu)化應(yīng)急響應(yīng)流程。結(jié)合衛(wèi)星/無(wú)人機(jī)遙感快速識(shí)別受災(zāi)范圍與程度，為精準(zhǔn)定損、保險(xiǎn)理賠與生產(chǎn)恢復(fù)提供客觀依據(jù)。在此基礎(chǔ)上，建立跨氣象、農(nóng)業(yè)、水利、應(yīng)急管理等部門(mén)的數(shù)據(jù)共享與協(xié)同響應(yīng)機(jī)制。

4.3 落實(shí)“四水四定”與制度保障，推進(jìn)高效節(jié)水農(nóng)業(yè)

（1）以剛性約束強(qiáng)化水資源管理與制度創(chuàng)新。

建立覆蓋省、市、縣三級(jí)的水資源總量控制體系，將農(nóng)業(yè)用水總量指標(biāo)逐級(jí)分解至灌區(qū)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)乃至農(nóng)民用水合作組織。在明確各區(qū)域水權(quán)配置的基礎(chǔ)上，推動(dòng)用水權(quán)與取水權(quán)有序流轉(zhuǎn)，允許農(nóng)戶(hù)通過(guò)節(jié)水獲得可交易的水權(quán)收益，使節(jié)水行為從行政推動(dòng)轉(zhuǎn)向利益驅(qū)動(dòng)。嚴(yán)格取水許可管理，在新增農(nóng)業(yè)取水審批中，強(qiáng)化對(duì)種植結(jié)構(gòu)、灌溉方式、節(jié)水潛力的技術(shù)論證，確保新增用水量不超過(guò)區(qū)域水資源承載能力。同步建設(shè)灌區(qū)智慧水利監(jiān)管平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)取水計(jì)量、用水監(jiān)控、總量預(yù)警的實(shí)時(shí)化與智能化。

（2）全面推進(jìn)深度節(jié)水技術(shù)革命與效能提升。

西北地區(qū)農(nóng)業(yè)節(jié)水必須向“智能感知—精準(zhǔn)調(diào)控—系統(tǒng)優(yōu)化”的深度節(jié)水轉(zhuǎn)型。

• 在智能感知層面，將節(jié)水技術(shù)與智慧農(nóng)業(yè)平臺(tái)對(duì)接，利用物聯(lián)網(wǎng)、農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)與人工智能等手段，構(gòu)建水土資源與作物生長(zhǎng)的全時(shí)感知系統(tǒng)，并推動(dòng)實(shí)時(shí)墑情監(jiān)測(cè)與作物需水模型深度融合。

• 在精準(zhǔn)調(diào)控層面，全面推廣以滴灌、微噴灌等水肥一體化為核心的高效節(jié)水技術(shù)。特別要在新疆天山南北麓灌區(qū)、甘肅河西走廊灌區(qū)等主要灌區(qū)實(shí)現(xiàn)規(guī)?；采w，同時(shí)根據(jù)作物實(shí)時(shí)需水規(guī)律進(jìn)行變量灌溉與施肥。

• 在系統(tǒng)優(yōu)化層面，加快灌區(qū)現(xiàn)代化改造，配套建設(shè)智慧水利調(diào)度與計(jì)量設(shè)施，將灌溉水利用系數(shù)提升至更高水平；并且，整合智能灌溉系統(tǒng)與智慧農(nóng)業(yè)平臺(tái)，構(gòu)建精準(zhǔn)作業(yè)體系，實(shí)現(xiàn)水土資源利用的整體優(yōu)化。

董勤各 西北農(nóng)林科技大學(xué)水土保持科學(xué)與工程學(xué)院（水土保持研究所）水土保持與荒漠化整治全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副研究員、博士生導(dǎo)師。主要研究領(lǐng)域：農(nóng)田水資源高效利用與管理、土壤水鹽調(diào)控與模擬等。

馮浩 西北農(nóng)林科技大學(xué)水土保持科學(xué)與工程學(xué)院（水土保持研究所）水土保持與荒漠化整治全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究員、博士生導(dǎo)師。主要研究領(lǐng)域：水土資源高效利用，作物生境過(guò)程與模擬，旱區(qū)農(nóng)業(yè)宏觀研究等。

文章源自：董勤各、何建強(qiáng)、李毅、姚寧、李想、張浩磊、王勝楠、蔣騰聰、陳柏青、高春瑞、梁超、張桂源、宮蕾、趙金璇、于強(qiáng)、馮浩. 氣候變化對(duì)西北地區(qū)糧食生產(chǎn)的影響及應(yīng)對(duì)策略. 中國(guó)科學(xué)院院刊, 2026, 41(4): 673-685, doi: 10.3724/j.issn.1000-3045.20260211007.

責(zé)任編輯：金杭川 文彥杰