孤立綠洲傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對(duì)自然災(zāi)害的響應(yīng)研究
——以新疆和田地區(qū)為例

王萬茹，何秉宇

（新疆大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，烏魯木齊 830046）

傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)是指在歷史上形成的且又系統(tǒng)流傳下來、影響至今的一種農(nóng)業(yè)文化［1］。鄭林［2］提出傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)是以用蓄力牽引或人工操作的金屬農(nóng)具為標(biāo)志，鐵犁牛耕為其典型形態(tài)，生產(chǎn)技術(shù)建立在直觀經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上；楊世基等［3］指出傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)是動(dòng)態(tài)和發(fā)展的，處于不斷變化的過程中，不可能被輕易過渡?；谝陨涎芯浚Y(jié)合中國生產(chǎn)力發(fā)展?fàn)顩r，本研究認(rèn)為傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)既是對(duì)古代農(nóng)業(yè)的傳承，又包含了現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的關(guān)系與影響，可以把傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)看作是含有傳統(tǒng)因素的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，生產(chǎn)過程以生產(chǎn)者直觀經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，借助人力畜力，使用簡單農(nóng)用工具，施加有機(jī)肥料或秸稈還田以保持土壤肥力，對(duì)自然環(huán)境的依賴性較大，但并不杜絕化肥與農(nóng)用機(jī)械的使用，這種農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)仍存在于中國很多地區(qū)。

自然災(zāi)害是由自然事件或力量為主因造成的生命傷亡和人類社會(huì)財(cái)產(chǎn)損失的事件［4］。農(nóng)業(yè)自然災(zāi)害包含于自然災(zāi)害之中，在五千年的農(nóng)耕文化史中農(nóng)業(yè)生產(chǎn)曾遭受了各種各樣自然災(zāi)害的侵襲，幾乎囊括了世界所有自然災(zāi)害的類型。主要有洪澇、干旱、臺(tái)風(fēng)、風(fēng)暴潮、雷暴、冰雹、雪暴、低溫凍害、高溫?zé)崂?、龍卷風(fēng)、泥石流、荒漠化、鹽漬化、水土流失、地震、農(nóng)作物病蟲害、鼠害等，中國農(nóng)作物頻繁受災(zāi)主要是由以下幾種災(zāi)害造成的，其中旱災(zāi)占比57%，水災(zāi)占比30%，風(fēng)雹災(zāi)占比8%，霜凍災(zāi)占比5%。

近年來，一些專家和學(xué)者從不同角度分析了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與自然災(zāi)害之間的關(guān)系。龍方等［5］指出中國稻谷總產(chǎn)量年際變化主要由播種面積變化和單產(chǎn)變化決定，其中，單產(chǎn)變化影響程度接近60%，并且自然因素對(duì)單產(chǎn)變化影響程度占48%～56%。程國棟等［6］指出受干旱氣候和水文變化趨勢的影響，黃河流域和內(nèi)陸流域干旱災(zāi)害不斷加劇，西北5 ?。▍^(qū)）平均年減產(chǎn)遞增率為4%。王曉麗等［7］認(rèn)為從時(shí)間變化上來看，旱災(zāi)的絕收面積隨時(shí)間變化劇烈，水災(zāi)次之，冰雹災(zāi)略次之，霜凍災(zāi)絕收面積隨時(shí)間變化相對(duì)平穩(wěn)些。王秀芬等［8］指出從長時(shí)段來看，全國糧食生產(chǎn)和自然災(zāi)害之間表現(xiàn)為擴(kuò)張耦合關(guān)系。胡金明等［9］指出中國兩個(gè)沙塵暴分布區(qū)之一就是以和田為中心，王景琦［10］在此基礎(chǔ)上分析了沙塵暴對(duì)中國北方農(nóng)業(yè)的影響方式。

綜上所述，自然災(zāi)害對(duì)農(nóng)業(yè)影響的研究已較深入，但針對(duì)孤立綠洲的研究尚少。綠洲是干旱荒漠區(qū)生態(tài)景觀之一，是灌溉的產(chǎn)物，水制約著綠洲的分布位置及規(guī)模大小，凡是能引導(dǎo)水的地區(qū)就能形成綠洲，來水量小的地區(qū)綠洲面積較小，來水量大的地區(qū)綠洲面積較大。孤立綠洲深居內(nèi)陸，氣候干旱，綠洲農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)被大片沙漠戈壁包圍，受風(fēng)沙、干旱、鹽堿等不利因素影響較大，系統(tǒng)內(nèi)農(nóng)業(yè)生物種類單調(diào)貧乏，農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)脆弱，穩(wěn)定性差［11］。脆弱敏感的生態(tài)環(huán)境是孤立綠洲發(fā)展農(nóng)業(yè)的先天不足因素。因此，如何在惡劣的自然環(huán)境下發(fā)展傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)，成為孤立綠洲農(nóng)業(yè)生產(chǎn)所面臨的主要問題。

本研究采用系統(tǒng)分析的思路，在構(gòu)建傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對(duì)自然災(zāi)害響應(yīng)的指標(biāo)體系基礎(chǔ)上，采用灰色關(guān)聯(lián)分析方法，根據(jù)和田地區(qū)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及其自然災(zāi)害的概況，從時(shí)空角度揭示和田地區(qū)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對(duì)自然災(zāi)害響應(yīng)特征及耦合演變特點(diǎn)，對(duì)改善孤立綠洲傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的種植方式、種植結(jié)構(gòu)及減災(zāi)措施提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

和田地區(qū)位于新疆維吾爾自治區(qū)最南端，處于喀喇昆侖山與塔克拉瑪干大沙漠之間，屬暖溫帶極端干旱荒漠氣候區(qū)，四季分明，夏季炎熱，冬季冷而不寒，春季升溫快但不穩(wěn)定，常有倒春寒現(xiàn)象發(fā)生，秋季降溫快，晝夜溫差大；全年降水少且蒸發(fā)量大，年均降水量約35 mm，年均蒸發(fā)量約2 480 mm；該地區(qū)光照充足，熱量豐富，年日照時(shí)數(shù)2 470～3 000 h，年平均日照百分率在58%～60%，最高可達(dá)84%；因地處塔里木盆地西北和東南兩股風(fēng)向交叉影響地帶，風(fēng)沙活動(dòng)頻繁，年均風(fēng)沙日數(shù)高達(dá)200 d 以上，其中濃浮塵（沙塵暴）天氣在60 d 左右。

1.2 數(shù)據(jù)來源

所用數(shù)據(jù)來源于《新疆年鑒》《新疆統(tǒng)計(jì)年鑒》《和田統(tǒng)計(jì)年鑒》《中國氣象災(zāi)害年鑒》及中國氣象數(shù)據(jù)共享服務(wù)網(wǎng)（http：//data.cma.cn），時(shí)間序列為2010—2017 年。

依據(jù)和田地區(qū)4 個(gè)國家基準(zhǔn)氣象監(jiān)測站2010—2017 年的氣象數(shù)據(jù)資料，對(duì)自然因子及災(zāi)害因子進(jìn)行分析和處理，并利用統(tǒng)計(jì)年鑒資料及國家規(guī)范文件研究和田地區(qū)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及自然災(zāi)害現(xiàn)狀。

1.3 研究方法

由于傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與自然災(zāi)害之間的交錯(cuò)性與復(fù)雜性，同時(shí)考慮兩個(gè)子系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)性和時(shí)序性，研究采用了能較全面分析系統(tǒng)多因素相互作用的灰色關(guān)聯(lián)度模型與耦合度模型，以便對(duì)和田地區(qū)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與自然災(zāi)害的響應(yīng)特征及耦合關(guān)系進(jìn)行定量評(píng)價(jià)。

1.3.1 確定參考系列和比較序列 以和田地區(qū)2010—2017 年各主要農(nóng)作物單產(chǎn)作為參考序列，表述為X1、X2、X3、X4、X5；以和田地區(qū)2010—2017 年5 個(gè)自然因子與7 個(gè)災(zāi)害因子的數(shù)據(jù)作為比較序列，表述為X6，X7，X8，…，X17。

1.3.2 數(shù)據(jù)矩陣的無綱量化 因數(shù)據(jù)綱量不同且數(shù)據(jù)差異性大，需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行無綱量化處理。經(jīng)過計(jì)算，為更好突出差異，本研究采用極差法對(duì)自然因子數(shù)據(jù)進(jìn)行無量綱化處理，計(jì)算見式（1）［12］，對(duì)災(zāi)害因子數(shù)據(jù)采用初值法進(jìn)行無量綱化處理，計(jì)算見式（2）。

式中，z為無鋼量化矩陣，xij為原始數(shù)據(jù)，n為年份，m為被列入?yún)⒖紝?duì)象的個(gè)數(shù)。

1.3.3 對(duì)無綱量化矩陣進(jìn)一步處理 計(jì)算差異序列矩陣Δ，并在差異序列矩陣Δ中求出其最大值Δmax及最小值Δmin。

式中，zij為無鋼量化數(shù)據(jù)，Δ為差異序列矩陣。

1.3.4 相關(guān)系數(shù)lij及關(guān)聯(lián)度r的計(jì)算

式中，l為相關(guān)系數(shù)；Δmax 與 Δmin 分別為差異序列矩陣中的最大值與最小值；r為關(guān)聯(lián)度；n為年份；ρ為分辨系數(shù)，其值ρ∈（0，1），值越小，則關(guān)聯(lián)系數(shù)間差異越大，區(qū)分能力越強(qiáng)，通常ρ取值0.5。

根據(jù)式（5）計(jì)算可得到關(guān)聯(lián)度矩陣（6），反映了自然因子與災(zāi)害因子對(duì)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的關(guān)聯(lián)程度。通過比較各個(gè)關(guān)聯(lián)度ri的大小，可以分析出自然因子與災(zāi)害因子中哪些因素與和田地區(qū)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)關(guān)系密切，哪些因素對(duì)和田地區(qū)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)作用較小。ri∈［0，1］，若ri為最大值 1，則說明指標(biāo)間關(guān)聯(lián)性大，變化規(guī)律完全相同。若0＜ri＜1，則說明指標(biāo)間有關(guān)聯(lián)，ri值越大，關(guān)聯(lián)性越大，反之亦然。

在關(guān)聯(lián)度矩陣（6）基礎(chǔ)上分別按列求其平均值，計(jì)算見式（7）與式（8），根據(jù)其大小及對(duì)應(yīng)的值域范圍可以遴選出和田地區(qū)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對(duì)哪種自然因子、災(zāi)害因子響應(yīng)最為敏感，以及自然因子、災(zāi)害因子對(duì)何種農(nóng)作物更易做出響應(yīng)。

式中，n代表和田地區(qū)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)主要農(nóng)作物數(shù)，l1為自然因子指標(biāo)數(shù)，l2為災(zāi)害因子指標(biāo)數(shù)，di為和田地區(qū)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與自然因子關(guān)聯(lián)度矩陣，dj為和田地區(qū)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與災(zāi)害因子關(guān)聯(lián)度矩陣。

1.3.5 構(gòu)造耦合度模型 為了從整體上判別孤立綠洲傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與自然因子、災(zāi)害因子兩個(gè)系統(tǒng)耦合強(qiáng)度大小，在式（4）的基礎(chǔ)上進(jìn)一步構(gòu)造孤立綠洲主要農(nóng)作物單產(chǎn)與自然因子、災(zāi)害因子相互關(guān)聯(lián)的耦合度模型（9），通過該模型可以定量評(píng)判孤立綠洲傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與自然災(zāi)害耦合程度［13］。其計(jì)算公式如下。

式中，m為傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)指標(biāo)數(shù)，l1為自然因子指標(biāo)數(shù)，l2為災(zāi)害因子指標(biāo)數(shù)，C（t）為耦合度。

2 研究區(qū)概況與指標(biāo)體系構(gòu)建

2.1 和田地區(qū)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)發(fā)展概況

和田地區(qū)屬于典型的綠洲經(jīng)濟(jì)區(qū)，在綠洲內(nèi)部，實(shí)行以農(nóng)為主、農(nóng)牧結(jié)合的發(fā)展模式。該地區(qū)總面積 247 800 km2，綠 洲 面 積 9 730 km2，耕 地 面 積1 901.07 km2，占綠洲面積的19.54%，人均耕地753.33 m2。該區(qū)主要農(nóng)作物耕地面積占總耕地面積情況如圖1，小麥占34.34%，玉米占29.66%，棉花占11.35%，苜蓿占9.14%，蔬菜5.29%，水稻占3.25%，瓜果1.90%，油料占1.70%，其他作物占3.37%。

圖1 和田地區(qū)農(nóng)作物耕地面積占比

和田地區(qū)屬于極端干旱地區(qū)，水資源非常短缺，作物生長發(fā)育主要依賴灌溉用水。據(jù)統(tǒng)計(jì)，和田地區(qū)的水澆地面積占總耕地面積的92%～97%，且農(nóng)業(yè)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)以高耗水型生產(chǎn)為主，主要有小麥、玉米、棉花等，故在保障生態(tài)環(huán)境不受影響的情況下，大力發(fā)展農(nóng)田水利設(shè)施，保障灌溉水源尤為重要。

和田地區(qū)屬典型的內(nèi)陸干旱區(qū)，河流大都是內(nèi)陸河，有大小河流36 條，引用灌溉和人畜飲水的有30 條，全地區(qū)年均地表水徑流量為73.35 億m3，由于地表徑流補(bǔ)給主要依靠冰川積雪融化及部分高山降水，所以河流徑流量的年際變化很大，并且，3—5 月地表徑流僅占全年的9.3%，為枯水期，6—8 月的地表徑流量則占到全年的75%，為洪水期。不同年份地表徑流量相差也很大，年平均徑流量在20%～40%。全地區(qū)冰川面積11 447 km2，占全疆冰川面積的43.9%，冰川水資源儲(chǔ)量11 400 億m3，年補(bǔ)給地表水約14 億m3，占年徑流量的20%，南部高山區(qū)冰川是塔里木盆地南部內(nèi)陸河流的源頭，也是和田地區(qū)主要河流的重要補(bǔ)給來源之一。除此之外，全區(qū)地下水溢出徑流量約11.92 億m（3為可重復(fù)利用的泉水），在補(bǔ)充河流徑流量的同時(shí)還可以提取地下水滿足農(nóng)作物的用水需求，保證基本農(nóng)田不受旱。

2.2 和田地區(qū)主要自然災(zāi)害概況

根據(jù)《和田統(tǒng)計(jì)年鑒》，該地區(qū)的主要自然災(zāi)害有干旱、高溫?zé)崂恕⒌蜏亍⒈┯旰闈?、大風(fēng)、沙塵暴及地震等。

2.2.1 干旱災(zāi)害 目前，對(duì)于農(nóng)業(yè)干旱沒有明確的定義。本研究根據(jù)楊蓉［14］、裴?。?5］及 2015 年國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)發(fā)布的《農(nóng)業(yè)干旱標(biāo)準(zhǔn)等級(jí)》將農(nóng)業(yè)干旱定義為由于農(nóng)作物在正常生長的過程中所需要的水量不能得到滿足，從而對(duì)農(nóng)作物的生長發(fā)育造成威脅的現(xiàn)象。并且認(rèn)為農(nóng)業(yè)干旱與農(nóng)作物生理因素有關(guān)，即不同農(nóng)作物在同等自然條件下受災(zāi)情況有所差異。和田地區(qū)屬于極端干旱區(qū)，降水稀少，農(nóng)作物生長發(fā)育主要依賴灌溉用水，但在3—5 月和田地區(qū)的地表徑流僅占全年的9.3%，為枯水期，因此農(nóng)作物易受春旱影響。

2.2.2 高溫?zé)崂藶?zāi)害 高溫?zé)崂耸且活悋?yán)重威脅人類健康和自然系統(tǒng)的極端氣候（或氣象災(zāi)害）事件，往往會(huì)造成大量的經(jīng)濟(jì)損失以及對(duì)生態(tài)系統(tǒng)不可逆轉(zhuǎn)的破壞。在中國，當(dāng)日最高氣溫達(dá)到或超過35 ℃時(shí)稱為一個(gè)高溫日，并規(guī)定將“日最高氣溫大于等于35 ℃，且連續(xù)3 d 以上”作為一次高溫?zé)崂耸录幕九袆e標(biāo)準(zhǔn)，各?。ㄊ小^(qū)）可以根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂蛱卣饕?guī)定界限溫度值［16］。根據(jù)和田地區(qū)氣候特征（日最高氣溫較高，日最低氣溫較低，晝夜溫差大，太陽輻射強(qiáng)，相對(duì)濕度?。捎帽? 的等級(jí)判別標(biāo)準(zhǔn)粗選高溫?zé)崂藶?zāi)害因子指標(biāo)［16，17］。

表1 高溫?zé)崂说燃?jí)的判別標(biāo)準(zhǔn)

2.2.3 低溫災(zāi)害 低溫災(zāi)害是指由于強(qiáng)冷空氣入境，使區(qū)域內(nèi)溫度急劇降低而出現(xiàn)比常年同期溫度偏低的天氣，從而影響和抑制當(dāng)?shù)剞r(nóng)作物生長發(fā)育的危害［14］。和田地區(qū)作物大多于4 月初開始播種，4月中下旬至5 月中旬陸續(xù)開始出苗，期間若出現(xiàn)低溫天氣則會(huì)造成種子不發(fā)芽或幼苗被凍死的情況，不得不重新播種，不但影響作物產(chǎn)量，而且造成資源浪費(fèi)、加大農(nóng)業(yè)成本。夏季低溫則會(huì)使作物在發(fā)育過程中因熱量不足，造成生育期延遲，子粒不能正常成熟，造成減產(chǎn)或降低作物品質(zhì)。若越冬期大于-13 ℃以上，則對(duì)冬小麥越冬有一定影響。

對(duì)低溫災(zāi)害指標(biāo)的確定，不同學(xué)者持有不同意見，但基本都認(rèn)同低溫災(zāi)害的發(fā)生與作物生育期內(nèi)的溫度條件密切相關(guān)。參考西北、東北地區(qū)的研究成果，并根據(jù)和田地區(qū)自然地理環(huán)境因素，粗選低溫災(zāi)害因子指標(biāo)。

2.2.4 暴雨洪澇災(zāi)害 暴雨洪澇災(zāi)害是由長期暴雨或降水產(chǎn)生的大量積水與徑流淹沒低洼地區(qū)造成人口、經(jīng)濟(jì)財(cái)產(chǎn)損失的自然災(zāi)害［18］。農(nóng)業(yè)最易遭到暴雨洪澇災(zāi)害的破壞，而且其對(duì)暴雨洪澇災(zāi)害的后效性反應(yīng)最為明顯。和田地區(qū)屬于荒漠氣候區(qū)，綠洲外圍植被稀少，群落結(jié)構(gòu)簡單，生態(tài)環(huán)境脆弱，若出現(xiàn)持續(xù)性大范圍降水天氣，在補(bǔ)充土壤水分的同時(shí)，易造成嚴(yán)重水土流失，降低土壤肥力；農(nóng)作物出現(xiàn)大面積倒伏，影響顆粒成熟并造成減產(chǎn)；造成蔬菜產(chǎn)量和品質(zhì)大幅下降等現(xiàn)象。

暴雨災(zāi)害指標(biāo)采用的是降水量日數(shù)據(jù)，據(jù)此粗選暴雨災(zāi)害因子指標(biāo)。根據(jù)《新疆降水量等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》，24 h 內(nèi)降水量達(dá)到18.1 mm，即被視為一次大到暴雨日過程。

2.2.5 大風(fēng)災(zāi)害 根據(jù)國家氣象標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，大風(fēng)達(dá)到6 級(jí)以上時(shí)（極大風(fēng)速≥10.8 m/s）就會(huì)形成風(fēng)災(zāi)，并對(duì)農(nóng)作物產(chǎn)生影響及危害。和田地區(qū)地處塔里木盆地西北和東南兩股風(fēng)向交叉影響地帶，基本每年都會(huì)受到大風(fēng)天氣的影響。據(jù)統(tǒng)計(jì)，和田地區(qū)過去20 余年里共發(fā)生風(fēng)災(zāi) 30 余次，平均每年 1.5～2.0 次，是新疆風(fēng)災(zāi)防范和災(zāi)后救助的次重點(diǎn)地區(qū)［19］。和田地區(qū)大風(fēng)災(zāi)害在作物生長和收獲的季節(jié)危害最大，其中，春季大風(fēng)破壞性很大，拔樹、折苗，尤其是在棉花種植區(qū)，常常造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失；夏季大風(fēng)主要危害高桿作物和成熟的莊稼與果實(shí)，最后，強(qiáng)風(fēng)會(huì)把農(nóng)田的表層土壤卷起吹走，而落下的沙塵會(huì)覆蓋在農(nóng)田上，對(duì)土壤結(jié)構(gòu)造成一定破壞。

大風(fēng)災(zāi)害的指標(biāo)選取主要利用日極大風(fēng)速數(shù)據(jù)資料，所以根據(jù)和田地區(qū)4 個(gè)氣象監(jiān)測站的日極大風(fēng)速數(shù)據(jù)粗選大風(fēng)災(zāi)害因子指標(biāo)。

2.2.6 沙塵暴災(zāi)害 沙塵暴是指強(qiáng)風(fēng)把地面大量沙塵卷入空中，使空氣特別混濁，水平能見度低于1 km 的災(zāi)害性天氣，強(qiáng)烈的沙塵暴可能使地面水平能見度低于 50 m，破壞力極大，俗稱“黑風(fēng)”［20］。和田地區(qū)位于塔克拉瑪干大沙漠南部，該區(qū)綠洲農(nóng)業(yè)區(qū)分散于沙漠戈壁之中，常常受到沙塵天氣的侵害，大片農(nóng)田或受沙埋、或遭風(fēng)蝕刮走沃土、或受降溫而被凍害；小麥、玉米和棉花等葉片被粉塵覆蓋，導(dǎo)致生育期內(nèi)葉片葉綠素含量明顯下降，影響作物產(chǎn)量。和田地區(qū)的沙塵暴天氣有以下幾個(gè)特征：全天都有沙塵暴發(fā)生，大多出現(xiàn)在17：00—22：00；沙塵暴天氣主要出現(xiàn)在3—9 月，高發(fā)期在4—8 月，最活躍的是5—6 月，春夏多、秋冬少；年際變化呈現(xiàn)出波動(dòng)。

2.2.7 地震災(zāi)害 地震對(duì)農(nóng)作物的影響主要表現(xiàn)在一定程度上會(huì)導(dǎo)致農(nóng)田被毀，蔬菜大棚倒塌；地震發(fā)生過程中散發(fā)熱能，使地表溫度升高，對(duì)農(nóng)作物生長有一定影響；或?qū)е碌叵律顚游飮姵龅乇?，直接進(jìn)入土壤，從而破環(huán)土壤環(huán)境等。

根據(jù)中國地震烈度的區(qū)劃，和田大部分地區(qū)處于7 度烈度區(qū)，頻繁發(fā)生地震，小震較多。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2010—2017 年和田地區(qū)共發(fā)生三級(jí)以上地震383次，以于田縣居多。綜合資料考慮，本研究對(duì)地震指標(biāo)的粗選主要考慮發(fā)生頻率及最大震級(jí)。

2.3 指標(biāo)體系構(gòu)建

指標(biāo)體系是為達(dá)到或完成特定目標(biāo)服務(wù)的，一般包括目標(biāo)層、準(zhǔn)則層、指標(biāo)層。

2.3.1 目標(biāo)層及準(zhǔn)則層的確定 研究孤立綠洲傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對(duì)自然災(zāi)害的響應(yīng)特征，以和田地區(qū)為研究區(qū)，構(gòu)建和田地區(qū)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對(duì)自然災(zāi)害的響應(yīng)特征指標(biāo)體系，準(zhǔn)則層則根據(jù)和田地區(qū)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與自然環(huán)境特征進(jìn)行界定，初步確定從和田地區(qū)主要農(nóng)作物單產(chǎn)、自然因子及災(zāi)害因子3 個(gè)方面進(jìn)行分析。

2.3.2 指標(biāo)層指標(biāo)的遴選與確定 在選取指標(biāo)的過程中，需避免主觀判斷對(duì)指標(biāo)的影響，應(yīng)客觀分析各指標(biāo)的代表性、全面性，最后確定指標(biāo)的選取。通過參考《國家綜合防災(zāi)減災(zāi)規(guī)劃（2016—2020 年）》及民政部與國家減災(zāi)辦相關(guān)文件，并采用頻度統(tǒng)計(jì)法與專家咨詢法對(duì)指標(biāo)進(jìn)行設(shè)置和篩選。頻次分析法是指通過大量閱讀文獻(xiàn)，綜合學(xué)者們對(duì)指標(biāo)體系構(gòu)建的基礎(chǔ)，從構(gòu)建好的指標(biāo)體系中對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)出現(xiàn)的次數(shù)進(jìn)行整合統(tǒng)計(jì)，出現(xiàn)頻率高的指標(biāo)則作為選定的指標(biāo)層指標(biāo)。專家咨詢法是指尋求專家反饋，即在提出評(píng)價(jià)指標(biāo)的基礎(chǔ)上，征詢有關(guān)專家的意見，對(duì)指標(biāo)進(jìn)行調(diào)整。

根據(jù)指標(biāo)的代表性以及數(shù)據(jù)的科學(xué)性、合理性和可得性要求，確定了以下指標(biāo)。首先根據(jù)和田地區(qū)農(nóng)作物耕種面積百分比，選取小麥、玉米、棉花、蔬菜、苜蓿為研究對(duì)象；其次，在自然因子方面，選取了年平均降水量、年平均氣溫、≥10 ℃積溫、年平均風(fēng)速、年平均日照時(shí)數(shù)5 個(gè)指標(biāo)；最后，在災(zāi)害因子方面，參考和田地區(qū)的主要自然災(zāi)害逐一選取指標(biāo)，并做出以下解釋：降水距平百分率是指降水量在某研究時(shí)間段內(nèi)相對(duì)該時(shí)期的降水平均狀態(tài)的偏離程度值；高溫?zé)崂舜螖?shù)是指連續(xù)3 d 日最高氣溫 ≥35 ℃的發(fā)生頻數(shù)；春季冷害發(fā)生次數(shù)是指3—5 月連續(xù)3 d 日最高氣溫＜12 ℃發(fā)生頻數(shù)；年暴雨日數(shù)是指全年中日降水量達(dá)到18.1 mm 的總?cè)諗?shù)；年大風(fēng)日數(shù)是指全年內(nèi)日極大風(fēng)速≥10.8 m/s 的總?cè)諗?shù)；沙塵暴總?cè)諗?shù)及全年三級(jí)以上地震總數(shù)則根據(jù)統(tǒng)計(jì)年鑒而得，最終構(gòu)建和田地區(qū)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對(duì)自然災(zāi)害響應(yīng)指標(biāo)體系（表2）。

表2 和田地區(qū)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對(duì)自然災(zāi)害響應(yīng)指標(biāo)體系

3 傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對(duì)自然災(zāi)害響應(yīng)分析

根據(jù)和田地區(qū)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與自然災(zāi)害響應(yīng)指標(biāo)體系，計(jì)算得到和田地區(qū)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與自然因子關(guān)聯(lián)矩陣、災(zāi)害因子關(guān)聯(lián)矩陣及時(shí)序變化耦合度曲線。

3.1 傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與自然災(zāi)害耦合的時(shí)序分析

傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與自然因子、災(zāi)害因子兩個(gè)系統(tǒng)響應(yīng)程度以中等關(guān)聯(lián)和較強(qiáng)關(guān)聯(lián)為主，具體到兩個(gè)系統(tǒng)間的耦合作用則稍有差別。根據(jù)和田地區(qū)2010—2017 年傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與自然災(zāi)害耦合度變化曲線，從時(shí)序角度分別分析傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與自然因子、災(zāi)害因子兩個(gè)系統(tǒng)的耦合度變化，可以更清楚地揭示不同階段的耦合演變特點(diǎn)。

和田地區(qū)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與自然因子耦合度在0.65～0.73，表現(xiàn)出明顯的波動(dòng)性，2010—2012 年呈下降趨勢，2012—2017 年逐年增大，且2012—2015年增長迅速（圖2）。

圖2 和田地區(qū)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與自然因子耦合度變化曲線

和田地區(qū)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與災(zāi)害因子耦合度在0.90～0.99，是高度耦合，但也表現(xiàn)出明顯的波動(dòng)，2010—2015 年間呈逐年增長的趨勢，2015—2017 年呈下降狀態(tài)（圖3）。

圖3 和田地區(qū)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與災(zāi)害因子耦合度變化曲線

3.2 傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對(duì)自然災(zāi)害響應(yīng)的主要因素分析

經(jīng)過計(jì)算得出和田地區(qū)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對(duì)自然災(zāi)害響應(yīng)明顯，關(guān)聯(lián)度都在0.5 以上，表明傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與自然災(zāi)害之間關(guān)聯(lián)緊密。為進(jìn)一步揭示它們之間的響應(yīng)特征及主要驅(qū)動(dòng)力，將關(guān)聯(lián)矩陣簡單平均并進(jìn)行排序，分別得到和田地區(qū)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對(duì)自然因子及災(zāi)害因子響應(yīng)主要因素。

在自然因子系統(tǒng)中，和田地區(qū)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對(duì)自然因子的綜合關(guān)聯(lián)度是0.689 93，為中等關(guān)聯(lián)。根據(jù)表3 運(yùn)用式（7）進(jìn)行計(jì)算，得出以下排序：≥10 ℃積溫（0.816 80）＞年平均日照時(shí)數(shù)（0.758 43）＞年平均降水量（0.628 00）＞年平均氣溫（0.623 56）＞年平均風(fēng)速（0.622 85）。

表3 和田地區(qū)主要農(nóng)作物單產(chǎn)與自然因子的關(guān)聯(lián)度

在災(zāi)害因子系統(tǒng)中，和田地區(qū)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對(duì)災(zāi)害因子的綜合關(guān)聯(lián)度是0.896 48，為高關(guān)聯(lián)度。對(duì)表4 運(yùn)用式（8）進(jìn)行計(jì)算，得出以下排序：年大風(fēng)日數(shù)（0.969 56）＞高溫?zé)崂舜螖?shù)（0.947 99）＞沙塵暴總?cè)諗?shù)（0.935 48）＞春季冷害發(fā)生次數(shù)（0.918 60）＞年暴雨日數(shù)（0.869 93）＞三級(jí)以上地震總數(shù)（0.834 48）＞降水距平百分率（0.799 35）。年大風(fēng)日數(shù)關(guān)聯(lián)度最高，降水距平百分率關(guān)聯(lián)度最低，即對(duì)大風(fēng)災(zāi)害響應(yīng)最明顯，旱災(zāi)響應(yīng)最低。

表4 和田地區(qū)主要農(nóng)作物單產(chǎn)與災(zāi)害因子的關(guān)聯(lián)度

4 討論

在自然因子系統(tǒng)中，小麥和玉米對(duì)自然因子的響應(yīng)存在一定相似性，年平均降水量、年平均氣溫、年平均風(fēng)速關(guān)聯(lián)度較低，都小于0.6；與≥10 ℃積溫的關(guān)聯(lián)度較高，都大于0.9，而2 種作物的種植面積占整個(gè)耕地面積的64%，具有較大的代表性。孤立綠洲深居內(nèi)陸，氣候干旱，其農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)被大片沙漠戈壁包圍，綠洲農(nóng)業(yè)主要依賴系統(tǒng)外的地表或地下水，依靠灌溉解決農(nóng)業(yè)用水，大氣降水對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)貢獻(xiàn)較少，年降水量與降水距平百分率對(duì)和田地區(qū)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)表現(xiàn)出較低關(guān)聯(lián)；孤立綠洲內(nèi)光照時(shí)間長、強(qiáng)度大，加之少云雨日且地面開闊，光熱資源特別豐富，光能利用率高，另外綠洲地區(qū)有沙漠戈壁的增溫效應(yīng)，所以較中國同緯度地區(qū)的熱量豐富，其中≥10 ℃積溫多200～300 ℃，為綠洲農(nóng)業(yè)做出較大貢獻(xiàn)。

在災(zāi)害因子系統(tǒng)中，不論何種作物，年大風(fēng)日數(shù)、沙塵暴總?cè)諗?shù)、高溫?zé)崂舜螖?shù)與春季冷害次數(shù)關(guān)聯(lián)度都大于0.9，可見風(fēng)災(zāi)、沙塵暴、高溫?zé)崂?、冷害都是和田地區(qū)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)面臨的主要自然災(zāi)害。在荒漠干旱地區(qū)，風(fēng)災(zāi)與沙塵暴往往相伴而生，多重影響綠洲農(nóng)業(yè)發(fā)展，二者也有不同之處，例如，發(fā)生風(fēng)災(zāi)造成作物在生長期內(nèi)出現(xiàn)折苗、倒伏等現(xiàn)象，尤其是高稈作物最易受害（小麥、玉米、棉花）；沙塵暴主要是降低作物光合作用，和田地區(qū)5—6 月是沙塵暴活躍期，也是作物生長的關(guān)鍵時(shí)期。棉花是受沙塵暴影響最明顯的作物，主要出現(xiàn)在棉花的苗期至現(xiàn)蕾開花期；高溫?zé)崂藶?zāi)害也是和田地區(qū)主要的自然災(zāi)害，與蔬菜關(guān)聯(lián)度最高，這與蔬菜不耐旱的生長習(xí)性有關(guān)；關(guān)于低溫冷害，主要研究春季的發(fā)生情況，與棉花的關(guān)聯(lián)性最高，春季低溫冷害是造成棉花大面積缺苗、毀種重播的主要原因之一。

從時(shí)序角度分析耦合度的變化可以更清楚地揭示和田地區(qū)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對(duì)自然災(zāi)害響應(yīng)的階段特性。和田地區(qū)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與災(zāi)害因子的耦合度明顯高于與自然因子的耦合度，這與關(guān)聯(lián)系數(shù)表現(xiàn)一致，表明災(zāi)害因子對(duì)農(nóng)作物的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于自然因子。通過對(duì)比兩個(gè)系統(tǒng)耦合度曲線變化，可以大致分為兩個(gè)階段。①2010—2015 年，總體上傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與自然因子、災(zāi)害因子的耦合度都是上升狀態(tài)，表明傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與自然災(zāi)害交互耦合的緊密性；②2015—2017 年，與自然因子的耦合度仍處于上升狀態(tài)，而災(zāi)害因子的耦合度出現(xiàn)下降趨勢，表明災(zāi)害因子對(duì)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響減弱，這一轉(zhuǎn)變離不開人為因素的影響，例如，完善了防災(zāi)減災(zāi)體系、運(yùn)用了高科技助農(nóng)手段等措施。

5 結(jié)論

在指標(biāo)系統(tǒng)構(gòu)建與灰色關(guān)聯(lián)分析的支持下，以和田地區(qū)為例，分析了孤立綠洲傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對(duì)自然災(zāi)害響應(yīng)的主要因素及耦合的時(shí)序特征，由此得出如下結(jié)論。

1）孤立綠洲傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對(duì)自然災(zāi)害的響應(yīng)特征與其農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式相呼應(yīng)。例如，因綠洲農(nóng)業(yè)主要依靠灌溉用水，且都種植耐旱作物，近年來灌溉設(shè)施有所完善，故對(duì)旱災(zāi)的響應(yīng)反而較小。

2）孤立綠洲散落分布于荒漠之上，農(nóng)業(yè)防護(hù)林系統(tǒng)脆弱，難以阻擋風(fēng)沙天氣的侵害，綠洲農(nóng)業(yè)對(duì)風(fēng)災(zāi)、沙塵暴的響應(yīng)最為強(qiáng)烈，應(yīng)著重加強(qiáng)防護(hù)林建設(shè)，并做好大風(fēng)防御宣傳、警示工作。

3）孤立綠洲系統(tǒng)內(nèi)溫差大，受高溫?zé)崂思按杭镜蜏乩浜τ绊戄^大，應(yīng)做好災(zāi)害預(yù)警工作，抵御災(zāi)害侵襲，避免或減少對(duì)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響。

4）和田地區(qū)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與自然災(zāi)害耦合度的時(shí)序變化出現(xiàn)明顯的波動(dòng)性。依據(jù)其變化特點(diǎn)可知傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與災(zāi)害因子的耦合度出現(xiàn)下降趨勢，故在今后發(fā)展中，需朝良好態(tài)勢繼續(xù)努力。