河南省農(nóng)業(yè)干旱脆弱性分析

李中原，王國(guó)重，楊 丹，盧圓章

（1河南省水文水資源局，鄭州 450003；2黃河水文水資源科學(xué)研究院，鄭州 450004；3河南省周口水文水資源勘測(cè)局，河南 周口 466000）

0 引言

旱災(zāi)是干旱風(fēng)險(xiǎn)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)脆弱性共同作用、相互影響的結(jié)果[10]。干旱的發(fā)生難以避免，但是否會(huì)帶來(lái)災(zāi)害、造成災(zāi)害的大小則在于承災(zāi)體的脆弱性[11]。同等致災(zāi)強(qiáng)度下，承災(zāi)體的脆弱性愈低，造成的災(zāi)害和災(zāi)情的影響也就愈輕[12]。因此，干旱的脆弱性分析就成為人們關(guān)注的熱點(diǎn)。關(guān)于農(nóng)業(yè)干旱脆弱性的研究國(guó)內(nèi)目前主要聚焦于干旱區(qū)域，對(duì)農(nóng)業(yè)大省的河南則關(guān)注甚少。根據(jù)該省2005、2015年統(tǒng)計(jì)與氣象數(shù)據(jù)，應(yīng)用灰色關(guān)聯(lián)分析法，選取10項(xiàng)與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)密切相關(guān)的指標(biāo)，對(duì)其旱災(zāi)脆弱性進(jìn)行剖析，以便科學(xué)應(yīng)對(duì)干旱災(zāi)害。

1 分析指標(biāo)的選取與數(shù)據(jù)處理

1.1 指標(biāo)選取

自然環(huán)境與社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素是影響農(nóng)業(yè)干旱脆弱性的主要因素。在借鑒國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究成果的基礎(chǔ)上[13-16]，結(jié)合科學(xué)性、目標(biāo)性、完整性、可行性、可獲得性原則與河南省的實(shí)際情況，選取與農(nóng)業(yè)干旱密切相關(guān)的10項(xiàng)指標(biāo)來(lái)分析河南省農(nóng)業(yè)旱災(zāi)的脆弱性，包括人口密度、年均氣溫、農(nóng)業(yè)占GDP比例、農(nóng)田灌溉面積、年降水量、復(fù)種指數(shù)、農(nóng)民人均收入、糧食單產(chǎn)、化肥施用量、綠化覆蓋率。其中年降水量、綠化覆蓋率、年均氣溫、化肥施用量屬自然環(huán)境指標(biāo)，年降水量越大農(nóng)作物就有充分的水分灌溉，干旱就越不容易發(fā)生；綠化覆蓋率越高涵養(yǎng)的水源、保持的水土也越多，從而降低旱災(zāi)發(fā)生；年均氣溫愈高地表蒸發(fā)愈強(qiáng)烈，更易發(fā)生干旱；化肥能夠改善土壤養(yǎng)分結(jié)構(gòu)、降低旱災(zāi)的脆弱性。其余指標(biāo)屬于社會(huì)經(jīng)濟(jì)方面，人口密度過(guò)大勢(shì)必造成農(nóng)業(yè)用水量縮減，加大旱災(zāi)的脆弱性；復(fù)種指數(shù)揭示了區(qū)域農(nóng)業(yè)用地的強(qiáng)度和作物需水?dāng)?shù)量，其值越高則旱災(zāi)的脆弱性也越強(qiáng)；農(nóng)村人均收入與減災(zāi)能力的投入與潛力息息相關(guān)，糧食單產(chǎn)越高，區(qū)域農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力水平也越高，越能降低旱災(zāi)的脆弱性；農(nóng)業(yè)占GDP比例反映了區(qū)域?qū)r(nóng)業(yè)的依賴程度，農(nóng)田灌溉面積則是代表區(qū)域的水利化程度，其值愈高則旱災(zāi)的脆弱性就愈低。

分析數(shù)據(jù)主要來(lái)自2005、2015年河南省統(tǒng)計(jì)年鑒、中國(guó)城市統(tǒng)計(jì)年鑒和河南省氣象數(shù)據(jù)。各分析指標(biāo)2005、2015年的原始數(shù)據(jù)，詳見(jiàn)表1～2所示。

表1 河南省2005年旱災(zāi)脆弱性分析數(shù)據(jù)

續(xù)表1

表2 河南省2015年旱災(zāi)脆弱性分析數(shù)據(jù)

1.2 數(shù)據(jù)處理

各個(gè)指標(biāo)具有不同的變異程度、含義和量綱，需對(duì)這些數(shù)據(jù)做無(wú)量綱化處理，以便分析比較。設(shè)有n個(gè)分析指標(biāo)R1,R2,R3,…,Rn，（自變量請(qǐng)斜體）其中的m個(gè)樣本是S1,S2,S3,…,Sm，tij為樣本Si在指標(biāo)Rj時(shí)的實(shí)測(cè)值，則形成了m個(gè)樣本n個(gè)指標(biāo)的矩陣(tij)m×n。按照式(1)對(duì)各指標(biāo)變量進(jìn)行無(wú)量綱化處理[17]。

式中，tij為第i個(gè)樣本中第j個(gè)指標(biāo)的實(shí)測(cè)值；yij是經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化處理后第i個(gè)樣本中第j個(gè)指標(biāo)的值；Rj為正向指標(biāo)取最大值，是負(fù)向指標(biāo)時(shí)則取最小值。表1中，人口密度、復(fù)種指數(shù)、年均氣溫、農(nóng)業(yè)占GDP比例為正向指標(biāo)，其值愈大旱災(zāi)的脆弱性相應(yīng)也愈大；其余指標(biāo)與旱災(zāi)脆弱性呈負(fù)相關(guān)，屬負(fù)向指標(biāo)。各評(píng)估指標(biāo)初始值經(jīng)無(wú)量綱處理后的值詳見(jiàn)表3～4。

表3 處理后各指標(biāo)2005年的值

表4 處理后各指標(biāo)2015年的值

2 研究方法

2.1 灰色關(guān)聯(lián)分析原理與做法

灰色關(guān)聯(lián)分析(GRA)是基于關(guān)聯(lián)度概念來(lái)研究系統(tǒng)中各因素之間的數(shù)值關(guān)系，分析它們之間的依賴程度、密切關(guān)系。由于計(jì)算量小且對(duì)數(shù)據(jù)要求不高，被廣泛應(yīng)用于金融[18]、企業(yè)生產(chǎn)[19]、礦業(yè)[20]、能源[21]、電力[22]等多個(gè)領(lǐng)域。其原理是依據(jù)分析目的和要求以最優(yōu)（或最劣）樣本數(shù)列作為參照系列，分析對(duì)象其余指標(biāo)值構(gòu)成的系列作為比較系列，與其關(guān)聯(lián)度越大則被分析對(duì)象也越好（差），具體做法是：

（1）選取分析指標(biāo)體系的參照系列并測(cè)算兩級(jí)系列中的最大（?。┎钪?。設(shè)選擇了n個(gè)分析指標(biāo)，各指標(biāo)有m項(xiàng)，無(wú)量綱處理后的矩陣如式(2)所示。

以各指標(biāo)的最劣值為參照系列，即式(3)～(4)所示。

企業(yè)文化是根據(jù)企業(yè)長(zhǎng)久以來(lái)的歷史傳統(tǒng)和文化積淀以及價(jià)值觀念所產(chǎn)生的具有企業(yè)集體特色的一種精神文化。其是由企業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)者發(fā)揮引領(lǐng)作用，積極地提出倡導(dǎo)，督促企業(yè)員工共同遵守并為其努力的一種文化傳統(tǒng)，不斷進(jìn)行改革創(chuàng)新的一套新型管理模式。企業(yè)的文化建設(shè)體現(xiàn)在多個(gè)方面，又滲透于企業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域之中，以下將簡(jiǎn)要地探討企業(yè)的文化建設(shè)所涉及的幾個(gè)領(lǐng)域。

分別計(jì)算各個(gè)分析對(duì)象指標(biāo)系列與參照系列對(duì)應(yīng)元素的絕對(duì)差值，確定兩級(jí)系列中的最大與最小差值，即

（2）關(guān)聯(lián)系數(shù)與關(guān)聯(lián)度的計(jì)算。計(jì)算參照系列與比較系列對(duì)應(yīng)元素的關(guān)聯(lián)系數(shù)與關(guān)聯(lián)度，關(guān)聯(lián)系數(shù)的計(jì)算參見(jiàn)式(5)；關(guān)聯(lián)度反映了分析對(duì)象與參照系列的關(guān)聯(lián)程度，由式(6)計(jì)算。

其中，ξi(k)是比較系列與參照系列對(duì)應(yīng)元素的關(guān)聯(lián)系數(shù)，φk為分析指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)，ri代表各指標(biāo)的關(guān)聯(lián)度。

（3）確定“優(yōu)劣”順序。依據(jù)關(guān)聯(lián)度大小進(jìn)行排序，確定各分析對(duì)象關(guān)于參照系列的“優(yōu)劣”順序。

2.2 確定分析指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)

權(quán)重系數(shù)反映了分析指標(biāo)對(duì)結(jié)果的影響程度，權(quán)重系數(shù)分配的合理與否直接關(guān)系著評(píng)估的科學(xué)性。信息熵確定的各指標(biāo)權(quán)重較為客觀，且易于操作、算法簡(jiǎn)單。對(duì)無(wú)量綱處理后的各指標(biāo)的值再進(jìn)行變換，如式(7)所示。

由信息熵計(jì)算各指標(biāo)權(quán)重的公式詳見(jiàn)文獻(xiàn)[23]，得到各指標(biāo)2005、2015年的權(quán)重系數(shù)如表5所示。

表5 各指標(biāo)2005、2015年的權(quán)重系數(shù)

2.3 結(jié)果分析

由灰色關(guān)聯(lián)分析的具體做法和表3、4中各指標(biāo)的處理結(jié)果，2005年以最劣值Y0=(0.2227,0.8961,0.1264,0.6800,0.5125,0.4767,0.0312,0.5349,0.0037,0.4811)、2015 年以最劣值Y0=(0.2083,0.8580,0.0855,0.5900,0.5143,0.5008,0.0275,0.5623,0.0417,0.5636)為參照樣本，遵照灰色關(guān)聯(lián)分析原理，與其關(guān)聯(lián)度越大則分析對(duì)象的脆弱性越弱。根據(jù)表5中分析指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)與式(6)，可得到河南省各地區(qū)與參照系列的關(guān)聯(lián)度，如表6所示。

表6 各分析對(duì)象的關(guān)聯(lián)度

由表6可知，2005年河南省各地區(qū)干旱脆弱性由弱到強(qiáng)排序?yàn)槟详?yáng)＜新鄉(xiāng)＜駐馬店＜周口＜信陽(yáng)＜鄭州＜商丘＜平頂山＜安陽(yáng)＜濮陽(yáng)＜許昌＜焦作＜洛陽(yáng)＜開(kāi)封＜漯河＜三門峽＜鶴壁＜濟(jì)源，南陽(yáng)的旱災(zāi)脆弱性最弱，濟(jì)源最強(qiáng)；18個(gè)地區(qū)與最劣值的平均關(guān)聯(lián)度是0.896，濟(jì)源、鶴壁、三門峽、漯河的關(guān)聯(lián)度低于平均值，說(shuō)明其干旱脆弱性高于全省均值。

2015年各地區(qū)干旱脆弱性由弱到強(qiáng)為信陽(yáng)＜駐馬店＜商丘＜新鄉(xiāng)＜周口＜南陽(yáng)＜安陽(yáng)＜許昌＜鄭州＜平頂山＜濮陽(yáng)＜焦作＜洛陽(yáng)＜開(kāi)封＜漯河＜鶴壁＜三門峽＜濟(jì)源，濟(jì)源的干旱脆弱性最強(qiáng)、信陽(yáng)最弱；各地區(qū)干旱脆弱性的平均關(guān)聯(lián)度為0.781，濟(jì)源、三門峽、洛陽(yáng)、開(kāi)封、鶴壁、漯河的關(guān)聯(lián)度低于均值，表明其旱災(zāi)脆弱性較強(qiáng)。

3 討論

據(jù)表6可以看出：（1）2005—2015年的10年里，豫西地區(qū)的濟(jì)源、三門峽、洛陽(yáng)，豫東的開(kāi)封、漯河與豫北的鶴壁，干旱脆弱性一直很高，在全省較為突出；而豫東南部的商丘、駐馬店、信陽(yáng)，豫北的新鄉(xiāng)、豫西南的南陽(yáng)則脆弱性較弱。（2）2015年全省與最劣值的平均關(guān)聯(lián)度較2005年有所下降，說(shuō)明全省的干旱脆弱性呈增強(qiáng)的趨勢(shì)，2005年低于平均關(guān)聯(lián)度的是4個(gè)地區(qū)，2015年增加到6個(gè)地區(qū)，就很能說(shuō)明問(wèn)題。

旱災(zāi)脆弱性的主要影響因素來(lái)自自然環(huán)境和社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)[24-25]。豫東南地區(qū)位于黃淮海平原，降水量較為充沛，農(nóng)田的灌溉、糧食產(chǎn)量都能得到保證，降低了旱災(zāi)的脆弱性；而豫西部的濟(jì)源、三門峽、洛陽(yáng)和東部的開(kāi)封因降水偏少，能夠灌溉的農(nóng)田、糧食產(chǎn)量都低于全省均值，增強(qiáng)了其干旱脆弱性。人類活動(dòng)影響干旱趨勢(shì)[26]，河南省是人口大省、農(nóng)業(yè)大省，人類活動(dòng)較為頻繁，這可能與10年里河南省干旱脆弱性增強(qiáng)有一定的關(guān)聯(lián)，具體影響機(jī)制還有待深入研究。

4 結(jié)論

根據(jù)2005、2015年河南省統(tǒng)計(jì)資料和氣象數(shù)據(jù)，采用10項(xiàng)指標(biāo)和灰色關(guān)聯(lián)分析法對(duì)該省各地區(qū)農(nóng)業(yè)干旱脆弱性進(jìn)行分析，結(jié)果如下：

2005年各地區(qū)干旱脆弱性從弱到強(qiáng)排序?yàn)槟详?yáng)＜新鄉(xiāng)＜駐馬店＜周口＜信陽(yáng)＜鄭州＜商丘＜平頂山＜安陽(yáng)＜濮陽(yáng)＜許昌＜焦作＜洛陽(yáng)＜開(kāi)封＜漯河＜三門峽＜鶴壁＜濟(jì)源；2015年由弱到強(qiáng)依次為信陽(yáng)＜駐馬店＜商丘＜新鄉(xiāng)＜周口＜南陽(yáng)＜安陽(yáng)＜許昌＜鄭州＜平頂山＜濮陽(yáng)＜焦作＜洛陽(yáng)＜開(kāi)封＜漯河＜鶴壁＜三門峽＜濟(jì)源。

研究表明，豫西地區(qū)的濟(jì)源、三門峽、洛陽(yáng)，豫東的開(kāi)封、漯河與豫北的鶴壁，是河南省干旱脆弱性較強(qiáng)的區(qū)域，而豫東南部的商丘、駐馬店、信陽(yáng)，豫北的新鄉(xiāng)、豫西南的南陽(yáng)脆弱性較弱；2005—2015的10年里，河南省干旱脆弱性呈明顯的增加趨勢(shì)。

總之，作為人口大省、農(nóng)業(yè)大省的河南省，水資源匱乏，想要降低農(nóng)業(yè)干旱的脆弱性，一方面要興修水利、加大農(nóng)業(yè)投入，豫西地區(qū)更要注重水資源的節(jié)約與保護(hù)，另一方面要加大科技創(chuàng)新，大力發(fā)展循環(huán)農(nóng)業(yè)、節(jié)水農(nóng)業(yè)，以減輕干旱的脆弱性。