Sự thay đổi trong quy mô và vị trí của các khu vực trồng lúa phù hợp với mẫu hình biến đổi khí hậu ở Trung Quốc từ 1980 đến 2010

Springer Science and Business Media LLC - Tập 15 - Trang 919-929 - 2014
Zhenhuan Liu1, Peng Yang2,3, Huajun Tang2,3, Wenbin Wu2,3, Li Zhang2,3, Qiangyi Yu2,3, Zhengguo Li2,3
1Department of Land Resources and Environment Studies, School of Geography and Planning, Sun Yat-Sen University, Guangzhou, People’s Republic of China
2Key Laboratory of Agri-Informatics, Ministry of Agriculture, Beijing, People’s Republic of China
3Institute of Agricultural Resources and Regional Planning, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing, People’s Republic of China

Tóm tắt

Kiến thức về các khu vực trồng trọt và biến đổi khí hậu là rất quan trọng để hiểu các nguyên nhân và hậu quả của sự thay đổi sử dụng đất toàn cầu, và phản ứng của các khu vực trồng lúa đối với biến đổi khí hậu là một chủ đề nóng đối với an ninh lương thực toàn cầu. Nghiên cứu này điều tra tác động của biến đổi khí hậu đối với những khu vực phù hợp cho việc trồng lúa và cách thức diện tích lúa thực tế đã thay đổi như thế nào để đáp ứng với biến đổi khí hậu trong ba thập kỷ qua. Để hiểu xem liệu sự thay đổi về quy mô và vị trí của các khu vực trồng lúa có phù hợp với mẫu hình biến đổi khí hậu hay không, dữ liệu khí hậu hàng năm từ 726 trạm khí tượng và dữ liệu thống kê lúa từ 2,343 huyện đã được sử dụng để mô phỏng khu vực thích hợp về khí hậu cho lúa bằng cách sử dụng mô hình phân bố loài MaxEnt, cũng như để mô hình hóa phân bố địa lý thực tế của lúa bằng mô hình phân bổ không gian trong mỗi thập kỷ. Kết quả cho thấy khoảng 3.9% tổng diện tích đất Trung Quốc (khoảng 3.7 × 107 ha) đã trở thành khu vực phù hợp cho lúa do biến đổi khí hậu trong ba thập kỷ qua, đại diện cho các khu vực tiềm năng mới cho việc trồng lúa. Trong khi đó, diện tích trồng lúa thực tế đã tăng khoảng 18.2%, cho thấy quy mô và vị trí của sự mở rộng lúa phù hợp với mẫu hình biến đổi khí hậu. Tuy nhiên, một số sự không đồng nhất về không gian đã tồn tại giữa sự mở rộng diện tích lúa thực tế và khu vực thích hợp về khí hậu sau năm 1990. Dù vậy, biến đổi khí hậu là một yếu tố có thể ảnh hưởng đến sự thay đổi địa lý và thời gian của diện tích trồng lúa thực tế ở Trung Quốc.

Từ khóa

#biến đổi khí hậu #trồng lúa #khu vực trồng lúa #sử dụng đất #an ninh lương thực

Tài liệu tham khảo

Beck J (2013) Predicting climate change effects on agriculture from ecological niche modeling: who profits, who loses? Clim Change 116(2):177–189 Biradar CM, Thenkabail PS, Noojipady P, Li Y, Dheeravath V, Turral H, Velpuri M, Gumma MK, Gangalakunta ORP, Cai XL, Xiao X, Schull MA, Alankara RD, Gunasinghe S, Mohideen S (2009) A global map of rainfed cropland areas (GMRCA) at the end of last millennium using remote sensing. Int J Appl Earth Obs Geoinf 11(2):114–129 Brown ME, Funk CC (2008) Food security under climate change. Science 319(5863):580 Cruz RV, Harasawa H, Lal M, Wu S, Anokhin Y, Punsalmaa B, Honda Y, Jafari M, Li C, Huu Ninh N (2007) Asia. Climate change 2007: impacts, adaptation and vulnerability. In: Parry ML, Canziani OF, Palutikof JP, van der Linden PJ, Hanson CE (eds) Contribution of working group II to the fourth assessment report of the intergovernmental panel on climate change. Cambridge University Press, Cambridge, pp 469–506 Dale VH (1997) The relationship between land-use change and climate change. Ecol Appl 7(3):753–769 Döll P (2002) Impact of climate change and variability on irrigation requirements: a global perspective. Clim Change 54:269–293 Duan JQ, Zhou GS (2011) Potential distribution of rice in china and its climate characteristics. Acta Ecol Sinica 31(22):6659–6668 (in Chinese) Duan JQ, Zhou GS (2013) Dynamics of decadal changes in the distribution of double-cropping rice cultivation in China. Chin Sci Bull 58(16):1955–1963 Elith J (2002) Quantitative methods for modeling species habitat: comparative performance and an application to Australian plants. In: Ferson S, Burgman M (eds) Quantitative methods for conservation biology. Springer, New York, pp 39–58 Elith J, Phillips SJ, Hastie T, Dudík M, Chee YE, Yates CJ (2011) A statistical explanation of MaxEnt for ecologists. Divers Distrib 17(1):43–57 FAO (1996) Agro-ecological Zoning Guidelines. FAO Soils Bulletin 73. Rom. www.fao.org Foley JA, DeFries R, Asner GP, Barford C, Bonan G, Carpenter SR, Chapin FS, Coe MT, Daily GC, Gibbs HK, Helkowski JH, Holloway T, Howard EA, Kucharik CJ, Monfreda C, Patz JA, Prentice C, Ramankutty N, Snyder PK (2005) Global consequences of land use. Science 309(5734):570–574 Gao J, Liu Y (2011) Climate warming and land use change in Heilongjiang Province, Northerast China. Appl Geogr 31:476–482 Holdridge LR (1967) Life zone ecology, Revised edn. Tropical Science Center, San Jose Costa Rica Lin GCS, Ho SPS (2003) China’s land resources and land-use change: insights from the 1996 land survey. Land Use Policy 20(2):87–107 Liu J, Liu M, Tian H, Zhuang D, Zhang Z, Zhang W, Tang X, Deng X (2005) Spatial and temporal patterns of China’s cropland during 1990–2000: an analysis based on Landsat TM data. Remote Sens Environ 98(4):442–456 Liu Z, Li Z, Tang P, Li Z, Wu W, Yang P, You L, Tang H (2013) Change analysis of rice area and production in China during the past three decades. J Geogr Sci 23(6):1005–1018 Lobell DB, Field CB (2007) Global scale climate–crop yield relationships and the impacts of recent warming. Environ Res Lett 2:014002 Lobell DB, Schlenker W, Costa-Roberts J (2011a) Climate trends and global crop production since 1980. Science 333(6042):616–620 Lobell DB, Banziger M, Magorokosho C, Vivek B (2011b) Nonlinear heat effects on African maize as evidenced by historical yield trials. Nat Clim Change 1(1):42–45 Machovina B, Feeley KJ (2013) Climate change driven shifts in the extent and location of areas suitable for export banana production. Ecol Econ 95:83–95 Mendelsohn R, Dinar A (2009) Land use and climate change interactions. Annu Rev Resour Econ 1(1):309–332 MOA (2011). http://zzys.agri.gov.cn Monfreda C, Ramankutty N, Foley JA (2008) Farming the planet: 2. the geographic distribution of crop areas and yields in the year 2000. Global Biogeochem Cycles 22(1):GB1022 Ohta S, Kimura A (2007) Impacts of climate changes on the temperature of paddy waters and suitable land for rice cultivation in Japan. Agric For Meteorol 147:186–198 Olesen JE, Trnka M, Kersebaum KC, Skjelvåg AO, Seguin B, Peltonen-Sainio P, Rossi F, Kozyra J, Micale F (2011) Impacts and adaptation of European crop production systems to climate change. Eur J Agron 34(2):96–112 Olmstead AL, Rhode PW (2011) Adapting North American wheat production to climatic challenges, 1839-2009. PNAS 108:480–485 Ortiz R, Sayrea KD, Govaerts B, Gupta R, Subbarao GV, Ban T, Hodson D, Dixon JM, Ortiz-Monasterio JI, Reynolds M (2008) Climate change: Can wheat beat the heat? Agric Ecosyst Environ 126(1–2):46–58 Peng S, Huang J, Sheehy JE, Laza RC, Visperas RM, Zhong X, Centeno GS, Khush GS, Cassman KG (2004) Rice yields decline with higher night temperature from global warming. PNAS 101:9971–9975 Peng D, Huete AR, Huang J, Wang F, Sun H (2011) Detection and estimation of mixed paddy rice cropping patterns with MODIS data. Int J Appl Earth Obs Geoinf 13(1):13–23 Phillips SJ, Dudik M (2008) Modeling of species distributions with MaxEnt: new extensions and a comprehensive evaluation. Ecography 31(2):161–175 Phillips SJ, Anderson RP, Schapire RE (2006) Maximum entropy modeling of species geographic distributions. Ecol Model 190:231–259 Phillips SJ, Dudík M, Elith J, Graham CH, Lehmann A, Leathwick J, Ferrier S (2009) Sample selection bias and presence-only distribution models: implications for background and pseudo-absence data. Ecol Appl 19(1):181–197 Piao SL, Ciais P, Huang Y, Shen ZH, Peng SS, Li JS, Zhou LP, Liu HY, Ma YC, Ding YH, Friedlingstein P, Liu CZ, Tan K, Yu YQ, Zhang TY, Fang JY (2010) The impacts of climate change on water resources and agriculture in China. Nature 467:43–51 Portmann FT, Siebert S, Döll P (2010) MIRCA2000-Global monthly irrigated and rainfed crop areas around the year 2000: a new high-resolution data set for agricultural and hydrological modeling. Global Biogeochem Cycles 24(1):GB1011 Shi W, Tao F, Liu J, Xu X, Kuang W, Dong J, Shi X (2014) Has climate change driven spatio-temporal changes of cropland in northern China since the 1970s? Clim Change. doi:10.1007/s10584-014-1088-1 Sun FH, Yang XQ, Lu S, Yang SY (2006) The contrast analysis on the average and extreme temperature trend in Northeast China. Sci Meteorol Sin 26:157–163 Tao F, Yokozawa M, Xu Y, Hayashi Y, Zhang Z (2006) Climate changes and trends in phenology and yields of field crops in China, 1981–2000. Agric For Meteorol 138(1):82–92 Tong C, Hall CAS, Wang H (2003) Land use change in rice, wheat and maize production in China (1961–1998). Agric Ecosyst Environ 95:523–536 van Asselen S, Verburg PH (2013) Land cover change or land-use intensification: simulating land system change with a global-scale land change model. Glob Change Biol. doi:10.1111/gcb.12331 Veldkamp A, Lambin EF (2001) Predicting land-use change. Agric Ecosyst Environ 85(1):1–6 Verburg PH, Neumann K, Nol L (2010) Challenges in using land use and land cover data for global change studies. Glob Change Biol. doi:10.1111/j.1365-2486.2010.02307.x Verburg PH, Mertz O, Erb KH, Haberl H, Wu W (2013) Land system change and food security: towards multi-scale land system solutions. Current Opin Environ Sustain 5(5):494–502 Vermeulen SJ, Campbell BM, Ingram JSI (2012) Climate change and food systems. Annu Rev Environ Resour 37:195–222 Wang P, Zhang Z, Song X, Chen Y, Wei X, Shi P, Tao F (2014) Temperature variations and rice yields in China: historical contributions and future trends. Clim Change. doi:10.1007/s10584-014-1136-x Wheeler T, von Braun J (2013) Climate change impact on global food security. Science 341:508 Wu W, Verburg PH, Tang H (2013) Climate change and the food production system: impacts and adaptation in China. Reg Environ Change. doi:10.1007/s10113-013-0528-1 Xiao X, Boles S, Liu J, Zhuang D, Frolking S, Li C, Salas W, Moore B III (2005) Mapping paddy rice agriculture in southern China using multi-temporal MODIS images. Remote Sens Environ 95(4):480–492 Xiao X, Boles S, Frolking S, Li C, Babu JY, Salas W, Moore B (2006) Mapping paddy rice agriculture in South and Southeast Asia using multi-temporal MODIS images. Remote Sens Environ 100(1):95–113 Xiong W, Holman I, You L, Yang J, Wu W (2013) Impacts of observed growing-season warming trends since 1980 on crop yield in China. Reg Environ Change. doi:10.1007/s10113-013-0418-6 Yan D, Schneider UA, Schmid E, Huang HQ, Pan L, Dilly O (2013) Interactions between land use change, regional development, and climate change in the Poyang Lake district from 1985 to 2035. Agric Syst 119:10–21 Yang X, Liu Z, Chen F (2011) The possible effect of climate warming on northern limits of cropping system and crop yield in China. Agric Sci China 10(4):585–594 Ye L, Xiong W, Li Z, Yang P, Wu W, Yang G, Fu Y, Zou J, Chen Z, van Rast E, Tang H (2013) Climate change impact on China food security in 2050. Agron Sustain Dev 33(2):363–374 Yesson C, Culham A (2006) A phyloclimatic study of Cyclamen. BMC Evol Biol 6:72–95 You L, Wood S (2006) An entropy approach to spatial disaggregation of agricultural production. Agric Syst 90(1):329–347 You L, Wood S, Wood-Sichra U (2009) Generating plausible crop distribution maps for Sub-Saharan Africa using a spatially disaggregated data fusion and optimization approach. Agric Syst 99(2):126–140 You L, Wood S, Wood-Sichra U, Wu W (2014) Generating crop distribution maps: from census to grid. Agric Syst 127:53–60 Yu Y, Huang Y, Zhang W (2012) Changes in rice yield in China since 1980 associated with cultivar improvement, climate and crop management. Field Crops Res 136:65–75 Yun Y, Fang X, Wang Y, Tao J, Qiao D (2005) Main grain crops structural change and its climate background in Heilongjiang province during the past two decades. J Nat Resour 20:697–705 (in Chinese with English abstract) Zhang T, Huang Y, Yang X (2013) Climate warming over the past three decades has shortened rice growth duration in China and cultivar shifts have further accelerated the process for late rice. Glob Change Biol 19(2):563–570 Zhang S, Tao F, Zhang Z (2014) Rice reproductive growth duration increased despite of negative impacts of climate warming across China during 1981–2009. Eur J Agron 54:70–83 Zhu XX, Fang XQ, Wang Y (2008) Responses of corn and rice planting area to temperature changes based on RS in the west of Heilongjiang Province. Scientia Geogra Sinica 28(1):66–71 (in Chinese with English abstract)