河南省大豆干旱風(fēng)險區(qū)劃研究

李聰 孫菀 劉佳 李彤霄

摘要：利用1981-2014年河南省118個觀測站氣象觀測資料，4個農(nóng)業(yè)氣象觀測站大豆生育期作物觀測資料以及2000-2010年118個縣大豆、豆類種植面積、耕地面積、灌溉面積資料，利用干旱等級指標和自然災(zāi)害風(fēng)險指數(shù)等方法，對河南省大豆干旱風(fēng)險進行了區(qū)劃。結(jié)果表明，河南省大豆干旱的高危險區(qū)域主要分布在河南省大豆主要種植區(qū)域周口大部、商丘東部及新鄉(xiāng)和濮陽西部地區(qū);河南省大豆干旱暴露性最高主要分布在商丘永城，其次為豫西西部、豫東南部、豫西南東部及長垣;河南省大豆干旱抗災(zāi)能力較強的區(qū)域主要分布在河南省的北部、東部及豫南部分地區(qū)，豫西、豫西南山區(qū)及新密、方城抗災(zāi)能力較差。河南省大豆干旱綜合風(fēng)險分布規(guī)律為西部高于東部，南部高于北部?？偟膩碚f，除西部山區(qū)外大豆主要種植區(qū)周口大部、商丘東部、南陽東部、新鄉(xiāng)長垣、濮陽范縣局部的干旱風(fēng)險較高，豫北、豫南大部和開封、漯河、駐馬店、商丘局部地區(qū)的大豆干旱風(fēng)險等級較低。大豆干旱綜合風(fēng)險較高的地區(qū)在大豆生產(chǎn)過程中應(yīng)加強科技研發(fā)，切實做好大豆干旱防災(zāi)減災(zāi)工作。

關(guān)鍵詞：大豆;干旱;災(zāi)害風(fēng)險;區(qū)劃

中圖分類號：S565.1;S423

文獻標識碼：A

文章編號：0439-8114（ 2020）12-0051-05

DOI：10.1408 8/j .cnki.issn043 9- 8114.2020.12.010

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標識碼（OSID）：

干旱是中國常見的農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害之一，對農(nóng)作物生長的影響較為嚴重。近年來，在全球氣候變暖的新形勢下，中國干旱天氣呈現(xiàn)頻率更高、范圍更廣的趨勢…。大豆是世界五大經(jīng)濟作物之一，在中國廣泛種植。但由于大豆需水量多，根系不發(fā)達，從萌發(fā)到成熟都需要較多的水分，因此大豆對缺水最為敏感[2，3]。國內(nèi)外專家學(xué)者分別從生理生化[4-7]、農(nóng)藝特征L8-10]、產(chǎn)量[11-14]、品質(zhì)[15，l6]、時空分布[17]等方面對大豆干旱進行了研究，獲得了不少研究成果。但目前對大豆干旱風(fēng)險區(qū)劃的研究相對較少，對大豆生產(chǎn)服務(wù)和干旱災(zāi)害防御較為不利。

河南省位于黃淮海夏大豆產(chǎn)區(qū)的腹地，大豆面積和產(chǎn)量常年位于全國前列，由于黃淮地區(qū)降水分布不均，干旱災(zāi)害頻發(fā)[1.18]，經(jīng)常給大豆生產(chǎn)造成一定的經(jīng)濟損失[19，20]。因此，有必要對河南省大豆干旱風(fēng)險進行區(qū)劃。本研究通過建立大豆干旱等級指標，利用自然災(zāi)害風(fēng)險指數(shù)等方法，分析了影響大豆干旱風(fēng)險的主要因子，以期得到河南省大豆干旱風(fēng)險分布情況，以此為大豆安全生產(chǎn)和干旱防御提供重要的理論依據(jù)。

1 資料及來源

1.1 氣象資料

河南省118個氣象觀測站1981-2014年大豆主要生育期的逐日基本地面氣象資料，主要包括日降水量、最高溫度、最低溫度、日照時數(shù)、10 m風(fēng)速數(shù)據(jù)，由河南省氣候中心提供，站點分布見圖1。

1.2 作物資料及基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)

河南省4個農(nóng)業(yè)氣象觀測站1981-2014年的大豆發(fā)育期資料由河南省氣象科學(xué)研究所提供。河南省118個縣2000-2010年大豆、豆類種植面積、耕地面積、灌溉面積等統(tǒng)計資料來源于《河南省統(tǒng)計年鑒》。

基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)來自河南省1：250 000基礎(chǔ)地理信息系統(tǒng)。

2 采用的研究指標和方法

2.1 干旱等級指標

根據(jù)干濕指數(shù)（K）原理和大豆實際蓄水量的關(guān)系建立干旱等級指標。干濕指數(shù)計算方法為：

K=R/W

式中，K為干濕指數(shù);R為降水量;W為作物需水量。其中，K越大，說明越濕潤。本研究根據(jù)干濕指數(shù)，建立干旱分級，具體大豆干旱分級如下：適宜，K≥0.9;輕度干旱，0.7≤K< 0.9;中度干旱，0.5≤K<0.7;重度干旱，K< 0.5。

參考《中國主要作物蓄水量與灌溉》，將大豆生育期劃分為播種一出苗期、出苗一開花期、開花一成熟期，進而確定大豆各生育期的需水量，分別為1.4、3.4、4.0 mm.

2.2 自然災(zāi)害風(fēng)險指數(shù)法

根據(jù)自然災(zāi)害風(fēng)險形成機制和自然災(zāi)害風(fēng)險分析基本理論，一定區(qū)域自然災(zāi)害風(fēng)險是由危險性（H）、暴露性（E）和承載體脆弱性（V）3個因素相互綜合作用的結(jié)果，其數(shù)學(xué)表達式為：

自然災(zāi)害風(fēng)險=f（危險性、暴露性、承載體脆弱性）

自然災(zāi)害危險性是指人、財產(chǎn)、系統(tǒng)或功能遭受損壞威脅的頻率和嚴重程度，一般災(zāi)害強度越大，頻次越高，災(zāi)害風(fēng)險越大。暴露性是指可能受到危險因素威脅的所有人和財產(chǎn)，一個地區(qū)暴露越高，災(zāi)害風(fēng)險越大。脆弱性是指在給定危險地區(qū)的財產(chǎn)由于潛在危險因素而造成的傷害或損失程度，脆弱性越高，風(fēng)險越大。

3 河南省大豆干旱風(fēng)險區(qū)劃分析

3.1 河南省大豆干旱危險性

大豆干旱危險性主要指干旱對大豆的危害程度，本研究選取干旱發(fā)生等級和概率作為大豆干旱危險性指標，其表達式為：

3.2 河南省大豆干旱暴露性

由于大豆在田間種植，沒有任何遮擋物，因而大豆是干旱災(zāi)害的直接承載體，其種植比例可以反映承載體的價值密度。承載體的價值密度越高，災(zāi)害發(fā)生時造成的產(chǎn)量損失就越大，災(zāi)害風(fēng)險就越大。大豆干旱災(zāi)害的暴露性由大豆的暴露度指數(shù)表示。暴露度指數(shù)為大豆種植面積與當?shù)馗孛娣e的比值。

3.3 河南省大豆干旱脆弱性

承載體脆弱性由大豆對干旱災(zāi)害的抗災(zāi)能力構(gòu)成，由于在大豆的實際生產(chǎn)過程中，灌溉是解除或緩解干旱災(zāi)害的最有效方法，灌溉面積的比例越高，抵抗干旱的能力就越強。灌溉條件的好壞決定了大豆抗旱能力的強弱。大豆脆弱性表示為：

V= 1-R

式中，R為抗旱能力，根據(jù)河南省生產(chǎn)特點，選取灌溉指數(shù)作為大豆干旱抗災(zāi)能力指標。灌溉指數(shù)定義為有效灌溉面積與當?shù)馗孛娣e的比值，用公式表示為：

F=S'/S

式中，F(xiàn)為灌溉指數(shù);S表示當?shù)囟嗄昶骄N植面積;S為當?shù)囟嗄暧行Ч喔让娣e。

3.4 大豆干旱綜合風(fēng)險評估與區(qū)劃

對于自然災(zāi)害，在受災(zāi)區(qū)域內(nèi)災(zāi)害的危險性越大、承災(zāi)體的暴露性和脆弱性越大，則遭受災(zāi)害的風(fēng)險就越大。因此，危險性、暴露性、脆弱性評價因子是疊加關(guān)系。建立大豆干旱風(fēng)險區(qū)劃模型，其表達式為：

W=3√H×E×R

將大豆干旱風(fēng)險危險性、承災(zāi)體的暴露性和脆弱性因子指數(shù)分別代人評估模型，得出大豆干旱災(zāi)害綜合風(fēng)險指數(shù)，在Arcgis10技術(shù)支持下，進行區(qū)劃制圖后，可以得出河南省大豆干旱災(zāi)害的綜合風(fēng)險區(qū)劃結(jié)果。

4 結(jié)果與分析

4.1 河南省大豆干旱危險性指數(shù)分布

通過計算全省大豆干旱危險性指標，可以得到河南省大豆干旱危險性分布（圖2）。從圖2可以看出，河南省大豆干旱的高危險區(qū)域主要分布在河南省大豆主要種植區(qū)域周口大部、商丘東部及新鄉(xiāng)和濮陽西部地區(qū)，其中永城、項城、長垣、鹿邑等地大豆干旱危險性指數(shù)較高。豫南大部、豫西南西部、豫西東北部及豫北大部等為大豆干旱低危險區(qū)域，其他大部分地區(qū)為中危險區(qū)域?？梢姼珊禐?zāi)害對河南省黃淮平原大豆種植影響較大。干旱災(zāi)害是河南省大豆主要種植區(qū)面臨的一個重要問題。

4.2河南省大豆干旱易損性指標分布

通過計算全省大豆暴露度指數(shù)，可以得到河南省大豆干旱暴露性分布（圖3）。由圖3可知，河南省大豆干旱暴露性最高區(qū)域主要分布在商丘永城，其次為豫西西部、豫東南部、豫西南東部及長垣，其他地區(qū)暴露度指數(shù)相對較低。這也反映出河南省大豆的種植情況，雖然近年來大豆種植面積占河南省作物總種植面積的比例不高，但總體相對比較集中，主要集中在商丘、周口，其中，永城作為河南省大豆種植面積最大的縣，種植比例相對較高，因此暴露性較高。而暴露性較低的地區(qū)主要是大宗作物種植區(qū)，大豆種植較少，甚至不種植。豫西山區(qū)由于當?shù)馗叵鄬^少的緣故，不適合種植大宗作物，因而大豆種植面積比重較大，導(dǎo)致暴露度也較大。

4.3 河南省大豆抗旱能力分布

大豆干旱災(zāi)害脆弱性是由大豆的抗災(zāi)能力決定的，因此，分析大豆抗旱能力分布情況就可以得到大豆干旱災(zāi)害脆弱性的分布情況。

通過計算全省大豆的抗旱能力指數(shù)，可以得到大豆抗旱能力分布（圖4）。由圖4可以看出，河南省大豆干旱抗災(zāi)能力較強的區(qū)域主要分布在河南省的北部、東部及豫南部分地區(qū)，其中焦作大部、新鄉(xiāng)獲嘉、鶴壁淇縣、濮陽范縣及周口扶溝、商丘虞城、夏邑等地較高，這主要是由黃淮海平原地形平坦、河道豐富、灌溉便利等因素決定的。豫西、豫西南山區(qū)及新密、方城等地抗災(zāi)能力較差，這主要與山區(qū)灌溉條件較差及河道分布較少等因素有關(guān)。

大豆干旱災(zāi)害脆弱性與大豆的抗旱能力指數(shù)分布正好相反，不再進行分析。

4.4 河南省大豆干旱綜合風(fēng)險分布

通過計算大豆干旱綜合風(fēng)險指數(shù)，可以得到河南省大豆干旱綜合風(fēng)險分布（圖5）。由圖5可知，河南省大豆干旱綜合風(fēng)險分布規(guī)律為西部高于東部，南部高于北部。西部山區(qū)干旱風(fēng)險最高;大豆主要種植區(qū)周口大部、商丘東部、南陽東部、新鄉(xiāng)長垣、濮陽范縣局部的干旱風(fēng)險次之，豫北、豫南大部和開封、漯河、駐馬店、商丘局部地區(qū)的大豆干旱風(fēng)險等級最低，屬低風(fēng)險區(qū)域，其他地區(qū)為大豆干旱中等風(fēng)險區(qū)域。

大豆干旱綜合風(fēng)險指數(shù)分布受大豆種植分布情況的影響較大。大豆主要種植區(qū)周口大部、商丘東部、新鄉(xiāng)長垣、濮陽范縣等地的干旱風(fēng)險普遍高于河南省大部分地區(qū)。豫西山區(qū)受降水和灌溉條件影響，大豆干旱災(zāi)害的風(fēng)險程度最高，但由于這些地區(qū)大豆種植面積相對較小，對全省大豆產(chǎn)業(yè)影響不大。豫北、豫南大部和開封、漯河、駐馬店、商丘等地灌溉條件較好，因此屬于大豆干旱低風(fēng)險區(qū)域。

5 結(jié)論和建議

根據(jù)大豆干旱等級指標和自然災(zāi)害風(fēng)險指數(shù)方法可以得到河南省大豆干旱災(zāi)害的綜合風(fēng)險區(qū)劃情況，分析后得出如下結(jié)論。

1）河南省大豆干旱的高危險區(qū)域主要分布在河南省大豆主要種植區(qū)域周口大部、商丘東部及新鄉(xiāng)和濮陽西部地區(qū)，豫南大部、豫西南西部、豫西東北部及豫北大部等地為大豆干旱低風(fēng)險區(qū)域，其他大部分地區(qū)為中風(fēng)險區(qū)域。河南省大豆干旱暴露性最高區(qū)域主要分布在商丘永城，其次為豫西西部、豫東南部、豫西南東部及長垣，其他地區(qū)暴露度指數(shù)相對較低。河南省大豆干旱抗災(zāi)能力較強的區(qū)域主要分布在河南省的北部、東部及豫南部分地區(qū)，豫西、豫西南山區(qū)及新密、方城等地抗災(zāi)能力較差。

2）河南省大豆干旱綜合風(fēng)險分布規(guī)律為西部高于東部，南部高于北部，主要是由于西部多為山區(qū)，耕地少，種植面積小，不利于開展大豆種植，北部處于黃河流域，水利設(shè)施便利，有利于大面積灌溉?？偟膩碚f，除西部山區(qū)外大豆主要種植區(qū)周口大部、商丘東部、南陽東部、新鄉(xiāng)長垣、濮陽范縣等局部的干旱風(fēng)險較高，豫北、豫南大部和開封、漯河、駐馬店、商丘局部地區(qū)的大豆干旱風(fēng)險等級較低。

3）河南省大豆干旱整體風(fēng)險較高，各地根據(jù)當?shù)貧夂蛱攸c、合理調(diào)整農(nóng)作物結(jié)構(gòu)布局，選擇、培育和推廣大豆抗旱的優(yōu)良品種。結(jié)合土壤、水肥、熟制等條件，研發(fā)諸如適當調(diào)整播期等有效栽培措施，避開大豆干旱的高發(fā)期，提升大豆抗災(zāi)減災(zāi)能力，同時加強各地農(nóng)業(yè)灌溉改造，采用滴灌等節(jié)水措施，有效提升當?shù)毓喔人?，減少干旱災(zāi)害對大豆的影響。

4）在大豆生產(chǎn)的過程中需切實做好減災(zāi)防災(zāi)工作。在大豆開花期、鼓粒期等關(guān)鍵生育時期，應(yīng)及時加強土壤墑情監(jiān)測和關(guān)注干旱天氣預(yù)報，在大豆干旱來臨前及早采取灌溉、噴施生長調(diào)節(jié)劑等措施，盡可能減輕干旱對大豆的危害。

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基金項目：中國氣象局農(nóng)業(yè)氣象保障與應(yīng)用技術(shù)重點開放實驗室科學(xué)研究基金項目（AMF201704）;河南省氣象局科研計劃項目（K2201816）

作者簡介：李聰（1988-），女，河南磁縣人，助理工程師，碩士，主要從事氣象服務(wù)與應(yīng)用氣象研究，（電話）13676989319（電子信箱）372703476@qq.com;通信作者，李彤霄（1981-），男，高級工程師，碩士，主要從事應(yīng)用氣象研究，（電子信箱）ltx1981011@163.com。