中國(guó)農(nóng)業(yè)干旱災(zāi)害特征及成因分析

倪深海，王亨力，劉靜楠，顧 穎

（1水文水資源與水利工程科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南京 210029；2南京水利科學(xué)研究院，南京 210029；3河海大學(xué)水文水資源學(xué)院，南京 210029）

0 引言

干旱災(zāi)害是全球發(fā)生頻率最高、持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)、影響面積最廣的自然災(zāi)害之一[1]。在全球氣候變暖和人類(lèi)活動(dòng)的影響下，全球最為嚴(yán)峻的災(zāi)害問(wèn)題之一是干旱頻繁發(fā)生[2]。中國(guó)位于亞洲季風(fēng)氣候區(qū)，東部瀕臨太平洋、西部深入亞歐大陸內(nèi)部的海陸分布，呈西高東低、三級(jí)階梯分布的地勢(shì)格局，本質(zhì)上決定了中國(guó)是世界上干旱災(zāi)害損失最嚴(yán)重的國(guó)家之一。

歷史文獻(xiàn)記載著干旱災(zāi)害發(fā)生的時(shí)間、持續(xù)季節(jié)、影響范圍及嚴(yán)重程度等，是人們認(rèn)識(shí)歷史干旱災(zāi)害特征的主要途徑。Libanda[3]研究了非洲贊比亞的干旱時(shí)空格局，Zhang[4]分析了美國(guó)2012年農(nóng)業(yè)干旱嚴(yán)重程度，Carlos等[5]在考慮氣候變化的條件下研究了氣象、農(nóng)業(yè)干旱特征。國(guó)內(nèi)已有研究成果從氣象記錄或歷史記錄中，提取干旱次數(shù)或劃分干旱等級(jí)等信息[6]，計(jì)算不同時(shí)間尺度干旱災(zāi)害指標(biāo)，分析不同區(qū)域干旱特征及農(nóng)業(yè)干旱災(zāi)害時(shí)空格局[7-10]。以上研究多數(shù)是采用氣象數(shù)據(jù)開(kāi)展干旱監(jiān)測(cè)評(píng)估及演變規(guī)律研究，而采用完備的農(nóng)業(yè)旱情旱災(zāi)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)研究農(nóng)業(yè)干旱災(zāi)害特征卻鮮見(jiàn)。

氣候變暖及人類(lèi)活動(dòng)對(duì)農(nóng)業(yè)干旱災(zāi)害發(fā)生頻率、強(qiáng)度、范圍和持續(xù)時(shí)間等產(chǎn)生影響，糧食生產(chǎn)對(duì)干旱的敏感性增強(qiáng)，國(guó)內(nèi)干旱災(zāi)害的防災(zāi)減災(zāi)國(guó)家戰(zhàn)略形勢(shì)越發(fā)嚴(yán)峻。筆者以1949—2109年全國(guó)31個(gè)省級(jí)行政區(qū)（不含港、澳、臺(tái)）具有完備的農(nóng)業(yè)旱情旱災(zāi)系列統(tǒng)計(jì)資料，研究中國(guó)農(nóng)業(yè)干旱災(zāi)害特征及演變規(guī)律，旨在為政府部門(mén)制定農(nóng)業(yè)旱災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)防控戰(zhàn)略提供科學(xué)依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 資料來(lái)源

收集整理1949—2019年中國(guó)的受災(zāi)面積、成災(zāi)面積、糧食產(chǎn)量和播種面積等系列數(shù)據(jù)，其中，1949—1990年旱情旱災(zāi)資料來(lái)源于《中國(guó)水旱災(zāi)害》[11]，1991—2007年旱情旱災(zāi)數(shù)據(jù)來(lái)源于《全國(guó)抗旱規(guī)劃》[12]，2008—2018年數(shù)據(jù)來(lái)源于《中國(guó)水旱災(zāi)害公報(bào)》[13]，2019年數(shù)據(jù)來(lái)源于《中國(guó)水旱災(zāi)害防御公報(bào)》[14]，歷年播種面積來(lái)源于《中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒(2020)》[15]。

1.2 分析方法

受災(zāi)率是指因旱導(dǎo)致作物正常生長(zhǎng)受到影響的受災(zāi)面積與播種面積的比值，成災(zāi)率是指在受災(zāi)面積中作物產(chǎn)量比正常年產(chǎn)量減產(chǎn)3成及以上的面積與播種面積的比值，因旱糧食損失率是指因旱導(dǎo)致糧食損失量與糧食正常年產(chǎn)量的比值。

因查閱全國(guó)1949—2019年統(tǒng)計(jì)資料時(shí)出現(xiàn)不同?。▍^(qū)、市）之間因旱糧食損失率數(shù)據(jù)精度不一及協(xié)調(diào)的困難，根據(jù)誤差相對(duì)較小的全國(guó)歷年受災(zāi)率、成災(zāi)率與因旱糧食損失率數(shù)據(jù)，通過(guò)建立全國(guó)因旱糧食損失率與受災(zāi)率、成災(zāi)率的回歸方程，形成農(nóng)業(yè)干旱災(zāi)害綜合指標(biāo)，見(jiàn)式(1)。農(nóng)業(yè)干旱災(zāi)害綜合指標(biāo)是一項(xiàng)反映因旱糧食損失率的當(dāng)量指標(biāo)，應(yīng)用干旱災(zāi)害綜合指標(biāo)進(jìn)行各?。▍^(qū)、市）干旱年分析。

式中，L為干旱災(zāi)害綜合指標(biāo)值，%；Rdr為受災(zāi)率，%；Rdd為成災(zāi)率，%；a、b為系數(shù)。根據(jù)1949—2019年全國(guó)因旱糧食損失率、受災(zāi)率、成災(zāi)率資料，經(jīng)回歸計(jì)算，a=0.037，b=0.645，如式(2)。說(shuō)明成災(zāi)率對(duì)因旱糧食損失率影響大，受災(zāi)率對(duì)因旱糧食損失率影響小。

首先根據(jù)全國(guó)及各?。▍^(qū)、市）農(nóng)業(yè)干旱災(zāi)害綜合指標(biāo)系列，推求農(nóng)業(yè)干旱災(zāi)害綜合指標(biāo)的經(jīng)驗(yàn)概率分布，然后分別推得概率P為10%、25%、50%和75%相應(yīng)的干旱災(zāi)害綜合指標(biāo)值L作為不同等級(jí)干旱災(zāi)害的劃分標(biāo)準(zhǔn)，如表1，并通過(guò)典型年的實(shí)際旱情進(jìn)行驗(yàn)證。依據(jù)此劃分標(biāo)準(zhǔn)和干旱災(zāi)害系列資料可以得到1949—2019年全國(guó)及各省發(fā)生的農(nóng)業(yè)干旱災(zāi)害年等級(jí)系列，分析全國(guó)農(nóng)業(yè)干旱災(zāi)害發(fā)生時(shí)空特征。

表1 農(nóng)業(yè)干旱災(zāi)害等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)

2 農(nóng)業(yè)干旱災(zāi)害時(shí)空演變特征

2.1 農(nóng)業(yè)干旱災(zāi)害時(shí)間演變過(guò)程

2.1.1 農(nóng)業(yè)干旱災(zāi)害演變總趨勢(shì) 從圖1中可以看出，1949—2000年全國(guó)農(nóng)業(yè)干旱的受災(zāi)率、成災(zāi)率和因旱糧食損失率都呈現(xiàn)出增加趨勢(shì)，其中，受災(zāi)率的增加速率為1.72%/10 a，成災(zāi)率的增加速率為1.26%/10 a，因旱糧食損失率的增加速率為0.61%/10 a。2000年以后，全國(guó)農(nóng)業(yè)干旱的受災(zāi)率、成災(zāi)率和因旱糧食損失率都呈現(xiàn)出下降趨勢(shì)。

圖1 1949—2019年中國(guó)農(nóng)業(yè)干旱災(zāi)害歷史演變過(guò)程

2.1.2 代際間變化趨勢(shì) 從中國(guó)農(nóng)業(yè)干旱受災(zāi)率、成災(zāi)率代際間變化（圖2）可知，20世紀(jì)50年代平均受災(zāi)率、成災(zāi)率和因旱糧食損失率分別為7.4%、2.4%和2.3%，到21世紀(jì)00年代平均受災(zāi)率、成災(zāi)率和因旱糧食損失率分別達(dá)到16.1%、9.3%和6.8%，分別是原來(lái)的2.2倍、3.9倍和近3倍，反映出中國(guó)農(nóng)業(yè)干旱災(zāi)害從1949—2010年呈越來(lái)越嚴(yán)重趨勢(shì)，干旱災(zāi)害已威脅中國(guó)糧食安全。

圖2 中國(guó)農(nóng)業(yè)干旱災(zāi)害年代特征

2.1.3 農(nóng)業(yè)干旱災(zāi)害前10位的年份 前10位的干旱年中，包括1959—1961年影響全國(guó)的重旱年和特旱年（表2），1997年華北和西北地區(qū)的特旱年，2000—2001年北方地區(qū)和華東、華中地區(qū)的特旱年，相應(yīng)的因旱糧食損失率分別達(dá)到11.5%和10.8%，排序分別為第1位和第2位。

表2 中國(guó)農(nóng)業(yè)干旱災(zāi)害前10位排序表

2.2 農(nóng)業(yè)干旱災(zāi)害空間分布特征

2.2.1 全國(guó)六大區(qū)空間分布 全國(guó)分為東北（遼寧、吉林、黑龍江）、黃淮海（北京、天津、河北、山西、山東、河南）、長(zhǎng)江中下游（上海、江蘇、浙江、安徽、江西、湖北、湖南）、華南（福建、廣東、廣西、海南）、西南（重慶、四川、貴州、云南、西藏）、西北（內(nèi)蒙古、陜西、甘肅、青海、寧夏、新疆）地區(qū)等6區(qū)（不含港、澳、臺(tái)）。由圖3可知，1949—2019年的東北、西北和黃淮海地區(qū)多年平均受災(zāi)率較大，均超過(guò)15%，華南、西南和長(zhǎng)江中下游地區(qū)受災(zāi)率較小，小于10%。由圖4可知，1949—2019年的東北、西北和黃淮海地區(qū)成災(zāi)率較大，超過(guò)10%，華南、西南和長(zhǎng)江中下游地區(qū)成災(zāi)率較小，低于5%。

圖3 全國(guó)六大區(qū)受災(zāi)率

圖4 全國(guó)六大區(qū)成災(zāi)率

2.2.2 ?。▍^(qū)、市）空間分布 由?。▍^(qū)、市）受旱率、成災(zāi)率空間分布圖（圖5）可以看出，遼寧、吉林、內(nèi)蒙古、河北、山西、陜西和甘肅等?。▍^(qū)）受災(zāi)較為嚴(yán)重，多年平均受災(zāi)率20%左右。遼寧、吉林、內(nèi)蒙古、河北、山西、陜西、甘肅和寧夏等?。▍^(qū)）成災(zāi)較為嚴(yán)重，多年平均成災(zāi)率10%左右；其中，山西成災(zāi)最嚴(yán)重，成災(zāi)率達(dá)13.3%；其次為陜西，成災(zāi)率為12.5%。

圖5 中國(guó)多年平均受旱成災(zāi)空間分布圖

2.3 農(nóng)業(yè)干旱災(zāi)害發(fā)生頻率

圖6結(jié)果表明，農(nóng)業(yè)干旱災(zāi)害發(fā)生的頻率在1949—2019年間全國(guó)發(fā)生輕旱以上的年份有55年，發(fā)生頻率為77.5%；其中，發(fā)生重旱以上的年份為26年，發(fā)生頻率為36.6%；發(fā)生特旱的年份有13年，發(fā)生頻率為18.3%。反映出中國(guó)是一個(gè)干旱災(zāi)害頻發(fā)的國(guó)家，平均1.3年就會(huì)有輕旱以上的干旱發(fā)生，平均每2.7年就會(huì)發(fā)生重旱以上干旱，平均每5.5年就會(huì)發(fā)生特旱。

圖6 中國(guó)1949—2019年不同等級(jí)干旱年示意圖

將1949—2019年系列年分為1949—1979年和1980—2019年2段來(lái)進(jìn)行前后期比較。1949—1979年31年期間，全國(guó)發(fā)生重旱以上的有5年，發(fā)生頻率為16.1%；平均約6年出現(xiàn)一次；1980—2019年40年期間，發(fā)生重旱級(jí)以上的有20年，發(fā)生頻率為50%，平均約2年就發(fā)生一次重旱以上的干旱，這一時(shí)期發(fā)生重旱以上的頻率是1979年以前的3倍，說(shuō)明中國(guó)干旱災(zāi)害程度在加重，干旱災(zāi)害發(fā)生頻率呈增加趨勢(shì)。

3 農(nóng)業(yè)干旱災(zāi)害成因

（1）氣候變暖。氣候變暖是影響農(nóng)業(yè)干旱災(zāi)害最直接的要素，尤其以氣溫的變化最為關(guān)鍵。20世紀(jì)以來(lái)，中國(guó)地表年平均氣溫呈顯著上升趨勢(shì)，并伴隨明顯的年代際波動(dòng)。1951—2019年，中國(guó)地表年平均氣溫呈顯著上升趨勢(shì)，增溫速率為0.24℃/10 a[16]。1990—2019年是20世紀(jì)初以來(lái)的最暖時(shí)期，是農(nóng)業(yè)干旱呈現(xiàn)增加趨勢(shì)最主要原因。

（2）水土資源不平衡。中國(guó)徑流深分布的總趨勢(shì)是由東南沿海向西北內(nèi)陸遞減，并且與人口數(shù)耕地的分布不相適應(yīng)。北方地區(qū)國(guó)土面積占全國(guó)的64%，人口約占60%，耕地約占50%，而水資源量?jī)H占19%。水土資源時(shí)空分布不均、與耕地分布不適配的基本水情，加劇了北方地區(qū)的農(nóng)業(yè)干旱災(zāi)害。

（3）人類(lèi)活動(dòng)導(dǎo)致下墊面改變。下墊面改變對(duì)農(nóng)業(yè)干旱的影響體現(xiàn)在2個(gè)方面。一是通過(guò)不同土地利用類(lèi)型之間的轉(zhuǎn)換，改變?cè)械漠a(chǎn)匯流規(guī)律以及地表水、地下水和土壤水之間的天然轉(zhuǎn)化方式，或者影響灌溉水量，進(jìn)而影響土壤水分及作物吸水。對(duì)于雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)和以地下水為灌溉水源的灌溉農(nóng)業(yè)可能造成或加劇農(nóng)業(yè)干旱；對(duì)于以地表水為灌溉水源的灌溉農(nóng)業(yè)，由于灌溉供水量增加可能對(duì)農(nóng)業(yè)干旱起緩解作用。二是其他土地利用類(lèi)型與農(nóng)業(yè)用地之間轉(zhuǎn)換或者農(nóng)業(yè)內(nèi)部種植結(jié)構(gòu)改變，改變了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)規(guī)模和結(jié)構(gòu)，可能會(huì)改變作物蒸騰，進(jìn)而影響作物需水，從而在一定程度上使得農(nóng)業(yè)干旱災(zāi)害更加嚴(yán)峻。

4 結(jié)論

（1）1949—2000年，中國(guó)農(nóng)業(yè)受災(zāi)率、成災(zāi)率、因旱糧食損失率增加速率分別為1.72%/10 a，1.26%/10 a、0.61%/10 a，2001—2019年，農(nóng)業(yè)干旱災(zāi)害呈逐步減緩的趨勢(shì)，從代際間的變化過(guò)程來(lái)看，20世紀(jì)50年代的受災(zāi)率、成災(zāi)率和因旱糧食損失率分別為7.4%、2.4%和2.3%，21世紀(jì)00年代分別增加到16.1%、9.3%和6.8%?？臻g分布上，東北、西北和黃淮海地區(qū)受旱成災(zāi)較為嚴(yán)重，受災(zāi)率和成災(zāi)率均超過(guò)15%和10%；華南、西南和長(zhǎng)江中下游地區(qū)受旱成災(zāi)相對(duì)較緩，受災(zāi)率和成災(zāi)率低于10%和5%。其中，山西、陜西、遼寧、吉林、內(nèi)蒙古、河北、甘肅和寧夏等是受旱成災(zāi)較為嚴(yán)重的省區(qū)。

（2）農(nóng)業(yè)干旱災(zāi)害發(fā)生的頻率在1949—2019年間全國(guó)發(fā)生輕旱以上的年份有55年，發(fā)生頻率為77.5%；其中，發(fā)生重旱以上的年份為26年，發(fā)生頻率為36.6%；發(fā)生特旱的年份有13年，發(fā)生頻率為18.3%。反映出中國(guó)是一個(gè)干旱災(zāi)害頻發(fā)的國(guó)家。1980—2019年間發(fā)生重旱級(jí)以上的有20年，是1979年以前的3倍，說(shuō)明中國(guó)干旱災(zāi)害程度在加重，干旱災(zāi)害發(fā)生頻率呈增加趨勢(shì)。

（3）氣候變暖、水土資源不平衡及人類(lèi)活動(dòng)導(dǎo)致下墊面改變是農(nóng)業(yè)干旱災(zāi)害加劇的主要原因。1951—2019年，中國(guó)地表年平均氣溫呈顯著上升趨勢(shì)，增溫速率為0.24℃/10 a。水土資源時(shí)空分布不均，與耕地分布不適配的基本水情，加劇了北方地區(qū)的農(nóng)業(yè)干旱災(zāi)害。人類(lèi)活動(dòng)導(dǎo)致下墊面的改變，對(duì)于雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)和以地下水為灌溉水源的灌溉農(nóng)業(yè)可能造成或加劇農(nóng)業(yè)干旱；對(duì)于以地表水為灌溉水源的灌溉農(nóng)業(yè)干旱起緩解作用，土地利用類(lèi)型與農(nóng)業(yè)用地之間轉(zhuǎn)換或者農(nóng)業(yè)內(nèi)部種植結(jié)構(gòu)改變，可能會(huì)改變作物蒸騰，從而在一定程度上使農(nóng)業(yè)干旱災(zāi)害形勢(shì)更加嚴(yán)峻。