气候变化对我国古代农业发展的影响

气候变化对我国古代农业发展的影响

气候变化对人类社会的影响作为人类关系研究的重要组成部分，长期以来为国内外科学家所关注。大量研究表明:许多重大历史事件(如农业丰欠、文明兴衰、战乱爆发、王朝更替、人口增减、民族迁移等)的发生的确与气候变化密切相关,有些甚至就是气候变化的产物。农业作为经济再生产与自然再生产共同作用的产物,深受气候条件的制约,对此我国学者已进行了大量研究,从不同角度(如农区变迁、耕作制度变化、粮食亩产量增减等)论述了历史气候变化与我国古代农业发展的关系。如倪根金通过对我国历史气候变化与北方农业经济盛衰关系的分析,认为气候转冷是北方农业经济衰落的重要原因之一;方修琦对北方农牧交错带农业兴衰的研究表明,农牧交错带农业兴衰与气候冷暖、干湿波动有较好的对应关系,暖湿时期农业文化相对兴盛、农业北界向北扩展,冷干时期牧业文化相对兴盛、牧业南界向南扩展;张养才通过对历史上水稻熟制及种植区域“北进南退”的研究,明确指出“气候冷暖明显反映对水稻栽培区域和熟制改革的影响”;邹逸麟也认为:气候转冷转干是黄河流域水稻种植渐趋萎缩的根本性原因;等等。就总体而言,大部分研究成果都趋同于“历史时期气候变暖有助于农业生产条件改善”这一基本观点。然而,从当前以气候变暖为主要特征的全球变化及其影响的研究情况看,气候变暖可能给人类社会带来的影响是极为不利的,这似乎已成为国际社会和学术界的主流观点。就对农业的影响而言,IPCC报告中即指出:气候变暖将给人类农业生产和粮食安全带来严重的“负面”影响;但我国学者对中国区域的研究却表明:“利”与“不利”并存,不确定性依然存在。那么,历史上的情景又是怎样的呢?本文试图在前人研究成果的基础上,通过对我国秦汉以来气候变化与农业发展对应关系的梳理,从百年尺度上阐明气候变化对我国古代农业生产的影响,为现今人们深入认识气候变化的影响提供历史借鉴。1我国历史上气候变化的总体趋势与采暖波动自竺可桢先生“中国近五千年来气候变迁的初步研究”一文发表以来,经过几代学者的不懈努力,历史气候变化研究得以不断深化,尤其是在过去2000年温度变化序列重建方面,在多种代用资料(历史文献、树轮、湖泊沉积、冰芯、石笋等)及日趋完善的研究方法的支持下,取得了重要进展。虽然这些成果在一些具体问题上还存在分歧,但是廓清了我国过去2000年气候变化的总体趋势与冷暖波动的基本特征。其中,葛全胜等利用历史文献记载资料重建的中国东部冬半年平均温度变化曲线显示,在百年尺度的冷暖波动上,我国秦汉以来共经历了4个暖期和3个冷期:即秦汉暖期(暖期Ⅰ,0’s~200’s),冬半年均气温较今高0.3℃;魏晋南北朝冷期(冷期Ⅰ,210’s~560’s),冬半年均气温较今低0.47℃;隋唐暖期(暖期Ⅱ,570’s~770’s),较今高0.23℃;唐后期至五代冷期(冷期Ⅱ,780’s~920’s),较今低0.5℃;宋元暖期(暖期Ⅲ,930’s~1310’s),较今高0.18℃;明清冷期(冷期Ⅲ,1320’s~1910’s),较今低0.39℃;20世纪暖期(暖期Ⅳ,1920’s以后),较今高0.2℃;同时,在每个冷、暖期中还存在着次一级的冷暖振动(图1)。2气候变化的影响农业是人类社会赖以生存的基本生活资料来源,其发展深受自然条件的制约,气候变化对传统农业社会的影响也是通过农业生产来实现的。气候环境变化对农业的影响可归结为以下三个主要方面:即对农区分布、耕作制度和作物产量的影响。2.1北北方候变化历史上北方农牧交错带是农业文化与牧业文化多次交替的地区,对气候变化极为敏感,是我国北方农区分布变化最频繁的地区,也是学者研究的热点地区。研究表明:秦汉以来,随着我国气候暖湿、冷干的交替变化,农耕区分布北界也相应地出现了多次明显的北进和南退。(1)农业变迁主要集中于农业领域,仅向河湖地区乡村经营区内农业、农业等域农业区、针对前3年前4年如前所述,秦汉是一个气候相对温暖的时期,虽然其间也出现了多次年代尺度的冷暖波动,但冬半年均气温较今约高0.3℃,最暖30年出现在西汉初年(前210~前180年),冬半年平均气温较现代高1.2℃左右。与之相应,秦汉时期农业得到迅速发展,农业种植北界向北推进至河套以北地区。如秦嬴政三十六年(前211年),迁北河、榆中三万家,至河套地区开垦农耕1;西汉武帝元狩四年(前119年),从关东地区征发70余万口,至陇西、北地、西河、上郡等地垦种2,并在东起朔方西至令居(今甘肃永登县)的地区内,设立田官,督率戍卒屯田,将草场变为农田。谭其骧根据现今内蒙古境内长城之外的市县数少于汉时的变化事实,认为:“那个时候适宜农业耕种的地方要比现在多,农业区比现在广阔”;倪根金根据秦、明长城位置的变化,认为:长城作为一条农业分界线,长城位置的变迁也反映了我国古代农区的盈缩,从秦长城的分布位置看,大多数地方比明长城偏北200~400km,即使在现今的居延海附近、乌兰布和等沙漠里也遍布着汉代的农垦遗址。王子今认为,这种农耕区分布界线的移动是气候变化的“突出表现之一”。(2)冷期农区的变迁继秦汉暖期之后,中国气候进入了一个长达近400年的寒冷时期,即魏晋南北朝冷期。当时我国东中部地区冬半年平均气温较今低0.4℃以上,其中,最冷30年出现在南北朝中期(481~510年),冬半年平均气温较现代低1.2℃。在这个寒冷期中,匈奴、鲜卑、羯、氐和羌等游牧民族纷纷内迁,割据中原,北方农区因此大幅度向南退缩,牧业甚至进到华北平原。文学家束皙在给晋武帝的奏疏中写道:“州司十郡土狭人繁,三魏尤甚,而猪、牛、马,牧布其境内。”3北魏孝文帝即位后,“复以河阳为牧场,恆置戎马十万匹,以拟京师军警之备”4;此时,由于“平城(今山西大同)地寒”,农业衰退,孝文帝不得不于太和十七年(493年)弃平城而迁都洛阳;迁洛后,“敕福检行牧马之所,福规石济(今河南延津县东)以西,河内(今河南安阳一带)以东,拒黄河南北千里为牧地”5。可见,当时大片农区已转变为牧区,其农牧分界线自碣石至上谷居庸关,折向西南常山关,沿太行山东麓直达黄河。虽然这条界线并非完全是气候的产物,但是与气候寒冷导致游牧民族大规模南迁密切相关。(3)古代农业人口的增加隋唐(特别是唐代中前期)气候总体温暖,我国东中部地区冬半年平均气温较今高0.2℃以上,其中,最暖30年(691~720年)较今高0.5℃。在温暖气候背景下,农业又得到快速发展,中原王朝相继出现了如“开皇之治”、“贞观之治”和“开元盛世”等繁盛时期,突厥、回纥等游牧民族如秦汉时的匈奴一样,遁居塞外,温暖湿润的气候使唐代农牧业界线北移,农耕区扩大。随着汉民的北上西进,上郡、北地、安定、陇西、天水、金城等郡,“其人勤于稼穑”6;河西走廊绿洲农业得到前所未有的发展;宁夏北部引黄灌区再次得到大规模开发,甘肃宁县、庆阳一带甚至出现小麦丰收,“无处可卖”7的景象;鄂尔多斯高原农业人口急剧增加,增设了许多新的县治,如在黄河岸边置丰州,东部准格尔旗置胜州,南部无定河畔置夏州,鄂托克旗置宥州等。这个时期农区北界向北推至今靖远、盐池、白城子、呼和浩特南至张家口、燕山南麓一线。(4)游牧民族分布唐中叶“安史之乱”后,我国气候再次转冷,并持续至五代时期。当时东部地区冬半年平均气温较今约低0.5℃,虽然其间也有短暂回暖(如850年前后),但幅度不大,气温仍较今约低0.1℃。在此期间,中国再次进入“五代十国”的分裂动乱时期,北方游牧民族(如沙陀、吐蕃、契丹、党项等)伺机南扩东进,畜牧业由此得以再次发展。据文献记载,公元9世纪初后,陕甘宁黄土高原地区的部分汉人内迁,陇东至陕北为东进与南下的吐蕃和党项族所占据,成为新的畜牧区8,宁夏固原至天水一线以西也为吐蕃占领,而在今山西应县、河北阳原、蔚县一带成为内迁的吐谷浑、党项、沙陀等游牧民族的居住地9。其时农业种植北界已南撤至今天水南、华亭南、庆阳、延安至离石、代县、蔚县一带。(5)农区向北扩展的布局北宋至元中叶为气候温暖期,这与欧洲及大西洋周边地区出现的“中世纪暖期”相一致。这一时期我国东部地区冬半年平均气温较今约高0.2℃,最温暖阶段出现在1201~1290年,较今约高0.6℃,但温暖气候并不持续稳定,其中也有相对寒冷的阶段,如两宋之际。这种温暖的气候条件在北方农业上的反映,即农区向北扩展。据邹逸麟研究,元前期在上都(今内蒙古多伦诺尔西北闪电河北岸)及更北的口温脑儿的黄土山(今查干诺儿南)和应昌府(今克什克腾旗西)都有屯田,至元二十年(1283年)、二十二年(1285年)政府曾出钞在上都、应昌府和籴粮食;至元二十五、二十六年(1288~1289年)还疏浚怯烈河灌溉黄土山一带的民田。可见,这一温暖时期的农业种植北界可达今宁夏同心以北、内蒙口温脑儿一带。(6)明初农业经济的难维续明清时期气候以寒冷为特征,这与欧洲及大西洋周边地区曾经出现的“小冰期”状况一致,我国东部地区冬半年平均气温较今约低0.4℃,其中最冷时段出现在清后期(1861~1890年),冬半年平均气温较今约低0.7℃。在这种寒冷的气候环境下,位于长城一线以北的农耕经济已很难维续,迫使明初洪武年间在今内蒙古东南部设置的开平卫、全宁卫、大宁卫等卫所先后迁至长城以内。然而,明末以降,由于农业技术的改进以及耐寒、耐旱农作物品种(如玉米、马铃薯等)的引进与推广,极大地影响了农耕区的分布,使这一时期的农业种植北界并没有因为气候寒冷而南移,反而向北推移,越过明长城,在今呼盟的那伦春自治旗东南部经札兰屯、索伦、乌兰哈达、扎鲁特旗、阿仓科尔沁旗、巴林左旗、林西县、克什克腾旗、白旗一带形成农业种植北界,其以北及以西为牧区,以南以东为农区。2.2南北方农业生产规模与气候条件对粮食种类的影响。在农业气候变化对农业生产影响的另一个表现即对作物兴废与耕作制度的影响。水稻作为我国南北方均有种植的主要粮食作物之一,其种植规模与耕作制度深受气候条件的影响;北方受制于水源条件(或降水状况),表现出种植规模的盈缩,而南方受制于温度条件,表现出耕作制度的多样性。由于我国气候变化具有明显雨热同期的特点,尤其是北方地区,因此随着气候冷暖波动,我国古代水稻的种植也相应发生变化。(1)水稻种植的恢复黄河流域种植水稻的历史可追溯到新石器晚期(距今约4000年)。唐中叶以前,黄河流域是我国农业生产最发达的地区,在先进耕作技术的保障下,水稻生产曾有过相对兴盛的时期。但由于气候条件所限,水稻始终没有在北方粮食作物中占主要地位。秦汉时期气候温暖,黄河流域的农业生产取得显著发展,水稻作为重要的粮食作物,无论在种植区域还是种植面积上都比先秦时期有了较大的发展。汉武帝以后,随着一系列人工灌渠的修建(如关中地区的潜渠、龙首渠、六辅渠、白渠、灵轵渠、成国渠等),农业用水充足,水稻种植规模和地域空前扩张。建元三年(前138年),汉武帝游猎于长安周围、渭河南北时,《汉书·东方朔传》中载有:“驰鹜禾稼稻粳之地。”可见,当时水稻种植已相当普遍。东汉末年以后,历魏晋南北朝的寒冷时期,黄河流域在气候趋寒以及长期战乱的双重影响下,水利工程遭到严重破坏,水稻种植业日趋衰落。虽然史籍中也常有重修水利工程、试图恢复水稻生产的记载,如曹魏于青龙元年(233年)时,扩建成国渠,使之“溉舄卤之地三千余顷”10,前秦苻坚重修郑白渠,“以溉冈卤之田”11等,但真正水稻生产得以恢复却是在隋唐时期。此时,中原地区气候温暖,为水稻种植提供了良好的自然条件。伊洛河流域水稻生产常年丰收,高宗永徽五年(654年)时,洛阳附近的粳稻,斗仅十一钱12;唐玄宗开元年间(713~741年),著名诗人张九龄(678~740年)充河南开稻田使,在陈、许、豫、亳、寿等州,置稻田,仅汴州(今开封地区)一地即有水田五百顷13。唐末、五代时期,我国气候再次转冷,黄河流域水稻种植范围明显缩小,黄淮平原原有的稻作农业已然荒废,这从北宋年间极力恢复黄河流域的水稻种植可见一斑。北宋端拱年间(988~989年)朝廷诏令江北诸州:“就水广种粳稻,并免租税。14”;至道年间(995~997年),北宋大臣陈尧叟等“自陈、许、邓、颖,暨蔡、宿、亳至于寿春,”寻访汉唐以来水利旧迹,兴办水田15,在黄河流域局部地区恢复水稻种植。熙宁年间(1068~1077年)王安石变法时,朝廷曾成立“提举沿汴淤田”、“都大提举淤田司”等机构,在豫北、冀南、冀中以及晋西南等地区淤灌治碱,挑选一些水利条件较好的地方辟为水稻田,如陈州、颖州至寿春的颖水沿岸,许州长社(今许昌市)、共城县(今辉县)、开封、陈留、咸平(今通许县)以及沧州等地16,水稻种植范围又有所扩展。随着明清“小冰期”的来临,黄河流域的水稻生产更趋衰落,不仅分布零星,种植面积小,而且产区持续时间短。就京津冀而言,在明前期,除了河间府有一定规模的水稻生产外,其他地区已较少种植。如顺天府仅有宛平、昌平二县种植水稻,保定府唯雄县盛产水稻,赵州“水稻惟隆平有之”,而广平、大名等府均已不产水稻。清早期曾有在北京附近兴办水田的考虑,但因气候干冷而最终放弃。康熙曾云“水田之利,不可骤兴”;雍正年间(1723~1735年),虽于河北境内开辟了官私水田5600余顷,但好景不长,除了少数水源条件较好的地区还保持一定数量的水田外,其余均渐荒废或改为旱田;道光年间(1821~1850年),林则徐又提出在河北平原发展水稻的建议,但也未见成效。(2)双季稻种植及耕作技术条件的影响双季稻是指一年中种植和收获两季水稻的一种稻作制度,在我国有着悠久的种植历史。古籍中常有两熟稻、再熟稻、再生稻、混作稻、间作稻和连作稻等的记载,反映了中国稻作制度的多样性。但由于受气候冷暖波动的影响,单季稻和双季稻的种植地区则有较大的变化。据张养才研究:历史时期气候冷暖的波动,可引起单季稻、双季稻种植地区南北变动约两个纬距。隋唐时期,我国东部地区气候温暖,南方地区出现了轮作复种的一年二熟制。长江下游地区作为双季稻的北界,有可靠历史记载也始于唐代,如《新唐书·玄宗本纪》载:开元十九年(731年),“是岁扬州橹稻生”;《太平御览》引《新唐书》曰:扬州有“橹生稻二百五十顷,再熟稻一千八百顷,其粒与常稻无异。”说明扬州地区当时已种植双季稻。唐后期至北宋初期,由于气候变冷,生长季缩短,除个别地方偶有“稻再熟”的记载外,江南大部分地区已无双季稻耕作。因此,清道光年间江苏按察使李彦章(1794~1836年),在其《江南催耕课稻编》中即认为:“宋时江南,又止一收”。但到了南宋时,我国气候显著转暖,南方地区的耕作制度较北宋之前又有了很大的提高,不仅普及了轮作复种的一年二熟制,而且还产生了轮作复种的一年三熟制。明清时期长江下游地区双季稻种植每况愈下,播种面积也大为减少。道光十三年(1833年),李彦章在苏北地区“亲见早、中、晚稻之种皆备,而竟无两种者。”在苏南地区,延绵100余年的双季稻,虽未绝迹,但也“惜不多耳”17。在江浙一带,由于秋季气温偏低,水稻不能正常成熟,多空壳瘪粒,50kg稻谷只能产25kg大米,而50kg一年一熟的稻谷却可产40kg大米。在广东地区,也因气候寒冷,作物成熟期推迟,给耕作制度带来很大影响,不仅一年三熟制已不复存在,就是一年两熟制的范围也大大缩减;同时,水稻生产在寒冷气候的影响下,生长发育受到抑制,常有烂秧、少穗和较高空枇率的现象发生,导致粮食大幅度减产。从上述长江下游地区稻作制度的演变历史可以看出,双季稻的种植除受技术条件影响外,主要是受制于温度的变化,其兴废演变与我国历史气候寒暖的波动大体一致。2.3气候冷期对我国粮食干部积累的影响现代研究表明:如果其他条件不变,年平均温度升高(降低)1℃或降水量增加(减少)100mm,我国粮食亩产量将分别有10%的增产(减产)。可见,气候环境与农作物产量之间有着密切的关系。就历史上粮食亩产量而言,由于历代反映亩产的资料十分有限,且又涉及古代各地度量衡的变化问题,因此,不同学者的估算结果差别很大。但从总体来看,全国粮食亩产量呈递增趋势。吴慧估算结果显示:战国中晚期,我国粮食亩产量约为216市斤/市亩,汉时增至264市斤/市亩,唐时为334市斤/市亩,两宋时降至309市斤/市亩,元时复增至338市斤/市亩,明清时约为392市斤/市亩。从全国粮食亩产量和北方麦作亩产量的相对变化指数看(表1),除明清外,气候寒冷时期,我国粮食亩产量(包括全国粮食亩产量和北方麦作亩产量)都有所下降,如魏晋冷期的亩产量较两汉暖期下降了1.5%,南北朝冷期的亩产量在魏晋的基础上大幅下降了13.3%;而气候温暖时期,粮食亩产量则呈上升趋势,如两汉暖期的亩产量比前一朝代上升了9.7%,隋唐暖期时的亩产量较北朝提高了10.3%,元朝亩产量比宋时则大幅提高了近40%(吴慧估算的全国粮食亩产量约提高10%)。这种气候冷暖变化与北方粮食亩产量的基本对应关系,说明了历史上气候波动对我国古代北方粮食产量的重要影响。从表1中,可以看出:明清冷期时我国北方粮食亩产量继续上升,这可能与农业生产技术和土地生产率(如精耕细作、农田水利、土壤耕作技术和新品种引进等)的提高有关。不过,王铮等所给出的1