氣候變化對中國歷史上蝗災爆發影響研究*

于 革 沈華東

（中國科學院南京地理與湖泊研究所 南京 210008）

全球變暖導致了環境變化、災害頻發，而近來很多研究發現，氣候變化在控制生物物種和數量，引發的蟲災頻數和強度等方面具有一定的相關性。由于人類的定量觀測數據局限在近代100－200年以內，長期的資料數據就顯得至關重要了。中國悠久的歷史提供了豐盛的歷史記錄，其中也涵蓋了大量的氣候與物種、環境與蟲災的珍貴記錄。這使得研究人員轉而研究蝗災爆發的歷史記錄，追蹤長期氣候和環境變化的印跡[1]。

蝗蟲是對中國主要食物來源如谷類、小麥和玉米等禾本科植物危害最大的害蟲之一。歷史上蝗災爆發往往會降低糧食產量，甚至造成饑荒。這些災害在我國繁浩的歷史資料上有著詳細的記錄。最早的記錄可見于《詩經》(公元前770—476年)，介紹了農田中使用篝火吸引蝗蟲并將蝗蟲及蝗蟲卵燒死的方法。據《資治通鑒》（公元1019—1086年）記載，公元382年蝗蟲爆發，前秦皇帝苻堅（公元338—385年）派了數千名士兵前往黃河地區協助清除蝗蟲。由于蝗災爆發造成了嚴重的糧食短缺，并威脅到政權的穩定。據《漢書》（公元25—220年）記載，蝗蟲爆發造成了持續的農民起義而且加快了西漢王朝和王莽政權的加速滅亡。北宋時中央政府出臺了兩個治蝗的法律條文，第一個是在公元1075年制定的，第二個是在1182年制定的。唐宋明清不乏專門介紹控制蝗災的書籍，如公元1193出版的《治蝗法》和1857出版的《治蝗全書》。根據歷史記錄公元前707年到公元1935年期間，記錄在冊的蝗災達796次，每2—3年就有1次小型蝗災爆發，每7—8年就有1次規模較大的蝗災爆發。

蝗蟲大多生長在洪泛區、湖泊漫灘、沼澤和東部的沿海低地。這些地方在水位較低、降雨較少的時候是干涸的陸地，而在水位較高、降水較多的時候則被水淹沒。據《農政全書》（公元1562—1633年）記載：“湖泊的干涸有助于蝗蟲繁殖和蝗災爆發”；《治蝗全書》也提到“池塘、湖泊和河流水位變低會加速蝗蟲的生長”。《宋史》中記錄到春季和夏季的暴雨可能導致蝗蟲死亡。這些記錄揭示了與氣候關系，蝗蟲卵在潮濕土地的環境下成倍增加，但完全被水淹沒的地方則不利其生長，因為，蝗蟲遷移和擴散需要干燥的環境，而降雨阻礙其展翅飛行。現代生物生態學研究已經證明，土壤含水量在10%—20%之間最有利于蝗蟲產卵，其中蝗蟲卵的含量可達至20萬—40萬個/m2[2]。由于蝗蟲卵需要5—10天的生長，連續15天淹沒則可使水中蝗蟲卵100%致死。因此，從生物生態學上看，水位線以上的湖泊/河流/沿岸區的陸地最有利于蝗蟲的發展，而春季和夏季干燥的環境容易導致蝗災爆發。

我國已經開展了許多關于蝗災的爆發與氣候變化相關的研究。許多研究表明，根據過去50年的氣候記錄，暖冬年（1月平均氣溫較高的年份）、炎夏年（4—9月平均氣溫較高的年份）和干夏年（4—8月平均降水量較低的年份），通常都會導致中國東部蝗災的爆發[3]，更詳細的情況參見文獻中的綜述[4]。這些研究表明，蝗蟲爆發與過去氣候變化關系明顯，而我國在過去50年的蝗災的爆發與氣候的溫暖和干旱有關。

圖1 研究區域及蝗蟲爆發與氣候變化區域和時間序列

為了證明氣候變暖會加劇蝗災爆發，并將進一步導致全國范圍的農作物欠收，我們研究了歷史上這兩者的統計關系上溯到過去1000年[4]。分別對氣候和蟲災在過去100年、300年和1000年在年際和10年際的時間尺度上，對氣候變化對蝗災爆發的長期影響進行了時間序列和統計特征分析（圖1）。結果表明，在溫暖及干旱的氣候條件下更可能發生蝗災。過去100年的年際時間序列結果表明：最嚴重的蝗蟲爆發幾乎都發生在氣候溫暖的年份：即北部地區 （黃河螄海河地區）經歷溫暖干燥的夏天和溫暖濕潤的冬天或者是南部地區（長江螄淮河地區）經歷溫暖濕潤的春天的那些年份。對這些序列進行小波方差分析表明，10年尺度的溫度與蝗災爆發的同步變化，在過去1000年里的58%—60%的時間里具有2—10年的周期。

全球大氣環流模型對過去1000年的氣候模擬提供了東亞的逐年和季節溫度、降水變化，使我們認識蝗災爆發特征與增溫干旱相關性成為可能。分析結果表明，黃河中下游地區的冬半年偏暖、5—6月暖干及年均溫偏高與蝗災的爆發具有顯著的關系（概率置信度95%），長江中下游地區8—9月和全年的暖干與蝗災的爆發也具有顯著的相關性（90%）。這種10年尺度的溫度與蝗災爆發的同步變化在過去的1000年里達到56%—65%，顯著的頻率峰值在21年、27年以及這兩個周期的回歸年份（圖2）。大量歷史文獻中記錄“旱蝗”具有一定的合理性，因為研究發現，北方春夏季的干旱最容易引發蝗災的區域性爆發。不過在濕潤潮濕的長江地區干旱并不是導致蝗災爆發的敏感因素。雖然暖冬條件是蝗蟲卵生存的關鍵因素，但在溫暖的南部地區它不是蝗蟲生存的限制因素，因為南方難以達到如北方冬季-10℃—-30℃溫度條件。這個結果證實了我國南北區域性和季節性蟲災對氣候變化的不同響應。

回顧過去1000年蝗災爆發的強度和頻率，表1列出了大于第70百分位和第90百分位的蝗蟲爆發指數的變化（表1）。可以看到，在過去的1000年里中國北方地區，蝗災的爆發無論是在頻率還是強度上都具有逐漸上升的趨勢。由此看到，氣候變化實際上加劇了蝗災的頻率和嚴重程度。

圖2 傅立葉譜分析10年尺度的溫度和蟲災指數的周期峰值（a.黃河中下游地區,b.長江中下游地區）

表1 過去1000年各時期蝗蟲爆發強度

分析過去1000年中國蝗災爆發的數據，結果表明，年均溫和10年均溫較高的年份是蝗災爆發的高發年份，這表明氣候變暖將加劇蟲災的嚴重性及蝗災爆發的頻率。該結果給全球變化即將帶來的其他嚴重后果敲響了警鐘，考慮到中國是世界上最大的農業國，出于全球糧食安全考慮，這個發現所揭示的即將帶來的威脅應該引起足夠的重視[5]。

1 Qiu J.Global warming may worsen locust swarms-Ancient records link a hotter climate to more damaging infestations.Nature,2009.doi:10.1038/news.2009，978.

2 Wu F Z.Ma S J,Zhu H F.Encyclopedia of Agriculture in China(Hexapod Book)(in Chinese),Eds.China Agriculture Press,Beijing，1990,73-78.

3 Ma S C.Process dynamics of the Oriental migratory locust(Locustamigratoria manilensis)in China(in Chinese).Acta Entomoogica Sinica，1958，8：1-40.

4 Yu G,Shen H,Liu J.Impacts of climate change on historical locust outbreaks in China.Journal of Geophysics Research,2009,114,D18104(2009).doi:10.1029/2009JD011833.

5 Cheung F.Climate change:Looming locusts Nature 2009,461(7264):573.doi:10.1038/461573a/Research Highlights.