基于氣候變化的內(nèi)蒙古自治區(qū)春玉米主要農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評估

摘 要 受氣候變化影響，我國北方地區(qū)農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害頻發(fā)。對1991—2020年內(nèi)蒙古自治區(qū)氣候變化背景下春玉米的主要農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評估，結(jié)果表明，高干旱風(fēng)險(xiǎn)區(qū)主要分布在研究區(qū)中西部地區(qū)和東北部地區(qū)，高洪澇風(fēng)險(xiǎn)區(qū)和高冷害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)主要分布在研究區(qū)東部；從整體上看，烏海市為Ⅴ級(jí)危害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)；內(nèi)蒙古自治區(qū)春玉米暴露性整體上呈東部高于西部高于中部的特征；內(nèi)蒙古自治區(qū)的春玉米脆弱性分布缺少規(guī)律性，其中烏蘭察布市、烏海市和興安盟為Ⅴ級(jí)脆弱風(fēng)險(xiǎn)區(qū)；內(nèi)蒙古自治區(qū)大部分地區(qū)的春玉米防護(hù)性相對較弱。

關(guān)鍵詞 氣候變化；春玉米；農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害；風(fēng)險(xiǎn)評估；內(nèi)蒙古自治區(qū)

中圖分類號(hào)：S42；S513 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2023.22.006

春玉米是我國主要經(jīng)濟(jì)作物之一，可用于食品生產(chǎn)、飼料生產(chǎn)等領(lǐng)域。北方地區(qū)是我國重要的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)基地，是春玉米的主要種植區(qū)[1]。內(nèi)蒙古自治區(qū)是我國經(jīng)度跨越最大的省份，其東部和西部地區(qū)氣候差異極大，具備我國北方絕大部分的氣候類型[2-3]。干旱、洪澇和冷害等農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害是內(nèi)蒙古自治區(qū)春玉米生產(chǎn)中經(jīng)常面臨的主要災(zāi)害[4]。近年來農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害頻發(fā)，造成了嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，氣候變化給內(nèi)蒙古自治區(qū)春玉米生產(chǎn)帶來了巨大的挑戰(zhàn)[5]。因此，開展內(nèi)蒙古自治區(qū)春玉米主要農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評估研究，對于提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效益和保障糧食安全具有重要意義。

本文以內(nèi)蒙古自治區(qū)為研究對象，根據(jù)1991—2020年的氣象數(shù)據(jù)、春玉米產(chǎn)量數(shù)據(jù)等評估了氣候變化背景下該地區(qū)春玉米的主要農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)，旨在為我國北方地區(qū)春玉米的生產(chǎn)工作提供理論參考。

1 研究區(qū)概況

內(nèi)蒙古自治區(qū)位于我國北部，橫跨東北、華北、西北3個(gè)地區(qū)，地理坐標(biāo)97°12′～126°04′E、37°24′～53°23′N，地勢平坦，平均海拔在1 000 m以上。該地區(qū)屬溫帶大陸性氣候，年均氣溫0 ℃左右，年降水量在50～450 mm，各地日照時(shí)間在2 559.2～3225.6 h。土壤類型主要包括黑土、黃土和砂土等。

2 材料與方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

研究時(shí)段為1991—2020年；氣象數(shù)據(jù)來源于國家氣象科學(xué)數(shù)據(jù)中心（http：//data.cma.cn/），行政區(qū)劃數(shù)據(jù)和土壤類型數(shù)據(jù)來源于資源環(huán)境科學(xué)與數(shù)據(jù)中心（https：//www.resdc.cn/）；春玉米產(chǎn)量數(shù)據(jù)來源于《內(nèi)蒙古統(tǒng)計(jì)年鑒》和《內(nèi)蒙古經(jīng)濟(jì)社會(huì)調(diào)查年鑒》；海拔數(shù)據(jù)來源于地理空間數(shù)據(jù)云（https：//www.gscloud.cn/）的GDEMV2數(shù)字高程數(shù)據(jù)集，經(jīng)地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System，GIS）海拔分析獲?。粍趧?dòng)力、農(nóng)膜施用量等社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)來源于《內(nèi)蒙古統(tǒng)計(jì)年鑒》。

2.2 評估指標(biāo)

2.2.1 危險(xiǎn)性指標(biāo)

危險(xiǎn)性指標(biāo)包括干旱危險(xiǎn)性指標(biāo)、洪澇危險(xiǎn)性指標(biāo)和冷害危險(xiǎn)性指標(biāo)3部分。其中，干旱危險(xiǎn)性指標(biāo)包括降水負(fù)距平百分率、累積蒸發(fā)量、累積有效降雨量和土壤類型4種；洪澇危險(xiǎn)性指標(biāo)包括暴雨天數(shù)、暴雨累積量、降水負(fù)距平百分率、累計(jì)有效降雨量和土壤類型5種；冷害危險(xiǎn)性指標(biāo)包括海拔、緯度、日照時(shí)數(shù)＜3 h累計(jì)天數(shù)和5—9月有效積溫4種。

2.2.2 暴露性指標(biāo)

暴露性指標(biāo)為玉米種植面積與耕地面積之比，該比值越大，暴露在氣象災(zāi)害范圍內(nèi)的承災(zāi)體也就越多。本研究以盟市為計(jì)算單元，分別計(jì)算不同盟市的暴露性。

2.2.3 脆弱性指標(biāo)

脆弱性指標(biāo)為玉米減產(chǎn)率，根據(jù)較前年減少的產(chǎn)量與總產(chǎn)量計(jì)算不同盟市的玉米減產(chǎn)量作為脆弱性指標(biāo)。

2.2.4 防護(hù)性指標(biāo)

防護(hù)性指標(biāo)包括勞動(dòng)力、水澆地面積、人均純收入、農(nóng)機(jī)總動(dòng)力、農(nóng)膜用量、農(nóng)用化肥施用量和農(nóng)村用電量7種，上述指標(biāo)均可在一定程度上代表不同盟市的防災(zāi)減災(zāi)投入。

2.3 綜合風(fēng)險(xiǎn)評估

2.3.1 權(quán)重賦值

使用SPSS Pro的熵權(quán)法對不同指標(biāo)進(jìn)行權(quán)重賦值。熵權(quán)法中對正向指標(biāo)和負(fù)向指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化方法不同，因此需設(shè)置指標(biāo)正、負(fù)向性。本研究中，累計(jì)有效降水量和土壤類型對于干旱危險(xiǎn)性而言是負(fù)向指標(biāo)，5—9月有效積溫對冷害而言是負(fù)向指標(biāo)，其他指標(biāo)均為正向指標(biāo)。指標(biāo)體系中包括多種類型指標(biāo)的危險(xiǎn)性指標(biāo)和防護(hù)性指標(biāo)各層級(jí)的權(quán)重值見表1。

2.3.2 綜合風(fēng)險(xiǎn)評估

根據(jù)公式（1）～（3）計(jì)算不同盟市春玉米農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評估指數(shù)，對該地區(qū)的春玉米農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評估。

R危險(xiǎn)性=0.534 1RD+0.286 4RF+0.179 5RC（2）

式中，RD、RF和RC分別為干旱危險(xiǎn)性指數(shù)、洪澇危險(xiǎn)性指數(shù)和冷害風(fēng)險(xiǎn)性指數(shù)，Ri為第i個(gè)干旱性指標(biāo)值，Wi為相應(yīng)的權(quán)重。R綜合、R危險(xiǎn)性、R暴露性、R脆弱性和D防護(hù)性分別為綜合風(fēng)險(xiǎn)評估指數(shù)、危險(xiǎn)性指數(shù)、暴露性指數(shù)、脆弱性指數(shù)和防護(hù)性指數(shù)，公式中數(shù)字為相應(yīng)的權(quán)重。洪澇危險(xiǎn)性指數(shù)、冷害風(fēng)險(xiǎn)性指數(shù)、暴露性指數(shù)、脆弱性指數(shù)和防護(hù)性指數(shù)的計(jì)算方法與干旱性危險(xiǎn)性指數(shù)相同，不再贅述。

使用ArcGIS Pro通過自然斷點(diǎn)法將不同盟市按風(fēng)險(xiǎn)從低到高劃分為I級(jí)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)、Ⅱ級(jí)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)、Ⅲ級(jí)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)、Ⅳ級(jí)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)和Ⅴ級(jí)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)。

3 結(jié)果與分析

3.1 春玉米危險(xiǎn)性評估分析

3.1.1 春玉米干旱、洪澇及冷害危險(xiǎn)性評估風(fēng)險(xiǎn)區(qū)分布

春玉米干旱、洪澇及冷害危險(xiǎn)性評估結(jié)果如表2所示。1）內(nèi)蒙古自治區(qū)西部地區(qū)的春玉米干旱危險(xiǎn)性較高，其中阿拉善盟是Ⅴ級(jí)干旱風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，烏海市是Ⅳ級(jí)干旱風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，呼倫貝爾市、巴彥淖爾市、鄂爾多斯市和包頭市是Ⅲ級(jí)干旱風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，中部地區(qū)的錫林郭勒盟、呼和浩特市等地的干旱危險(xiǎn)性相對較小。2）洪澇危險(xiǎn)性呈自西部向東部逐漸升高的趨勢，其中阿拉善盟是I級(jí)洪澇風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，鄂爾多斯市是Ⅲ級(jí)洪澇風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，興安盟和呼倫貝爾市是Ⅴ級(jí)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)。這與內(nèi)蒙古自治區(qū)特殊的氣候、地理?xiàng)l件有關(guān)，即西部地區(qū)降水少，沙漠偏多，洪澇風(fēng)險(xiǎn)較低；而東部地區(qū)為大興安嶺林區(qū)和草原，降水偏多，洪澇風(fēng)險(xiǎn)較高。3）冷害危險(xiǎn)性自西向東整體呈逐漸升高的趨勢，但東南部地區(qū)的冷害危險(xiǎn)性低于東北部。其中，阿拉善盟是I級(jí)冷害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，巴彥淖爾市、鄂爾多斯市和包頭市、通遼市等地為Ⅱ級(jí)冷害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)；赤峰市和興安盟為Ⅳ級(jí)冷害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，錫林郭勒盟和呼倫貝爾市為Ⅴ級(jí)冷害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)。

3.1.2 春玉米綜合危險(xiǎn)性評估風(fēng)險(xiǎn)區(qū)分布

如表3所示，從整體上看，內(nèi)蒙古自治區(qū)的大部分地區(qū)都是Ⅲ級(jí)危害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，烏海市為Ⅴ級(jí)危害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，鄂爾多斯市為Ⅳ級(jí)危害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，呼和浩特市為I級(jí)危害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，赤峰市和通遼市為Ⅱ級(jí)危害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)。

3.2 春玉米暴露性評估分析

如表4所示，受春玉米種植規(guī)模的影響，內(nèi)蒙古自治區(qū)春玉米暴露性整體上呈東部高于西部高于中部的特征，其中通遼市和烏海市為Ⅴ級(jí)暴露風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，鄂爾多斯市、興安盟和呼倫貝爾市為Ⅳ級(jí)暴露風(fēng)險(xiǎn)區(qū)；錫林郭勒盟、烏蘭察布市和包頭市為I級(jí)暴露風(fēng)險(xiǎn)區(qū)。

3.3 春玉米脆弱性評估分析

如表5所示，內(nèi)蒙古自治區(qū)的春玉米脆弱性分布缺少規(guī)律性，其中烏蘭察布市、烏海市和興安盟為Ⅴ級(jí)脆弱風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，包頭市和呼倫貝爾市為Ⅳ級(jí)脆弱風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，鄂爾多斯市、錫林郭勒盟和赤峰市為Ⅲ級(jí)脆弱風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，阿拉善盟和通遼市為Ⅱ級(jí)脆弱風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，而巴彥淖爾市和呼和浩特市為I級(jí)脆弱風(fēng)險(xiǎn)區(qū)。

3.4 春玉米防護(hù)性評估分析

如表6所示，內(nèi)蒙古自治區(qū)大部分地區(qū)的春玉米防護(hù)性相對較弱，其中阿拉善盟和烏蘭察布市為弱防護(hù)區(qū)，鄂爾多斯市、呼和浩特市和呼倫貝爾市等地為較弱防護(hù)區(qū)，興安盟和通遼市為中等防護(hù)區(qū)，巴彥淖爾市為較強(qiáng)防護(hù)區(qū)，赤峰市為強(qiáng)防護(hù)區(qū)。

4 結(jié)論與討論

春玉米是內(nèi)蒙古自治區(qū)的主要種植作物之一，本研究評估了1991—2020年氣候變化下內(nèi)蒙古自治區(qū)春玉米的主要農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)。結(jié)果表明，內(nèi)蒙古自治區(qū)中西部地區(qū)和東北部地區(qū)的春玉米干旱危險(xiǎn)性較高，洪澇危險(xiǎn)性和冷害危險(xiǎn)性整體上呈自西向東逐漸升高的趨勢。這與該地區(qū)獨(dú)特的氣候條件有關(guān)：內(nèi)蒙古自治區(qū)東部位于中國的東北地區(qū)，與黑龍江省和吉林省接壤，這使得該地區(qū)受到東北氣候的影響，冬季較為寒冷，夏季短暫而溫涼，為半濕潤地帶；而西部則緊鄰寧夏回族自治區(qū)和甘肅省，受到西北地區(qū)氣候的影響，冬季較溫暖，夏季更長且干燥，為半干旱地帶；從整體上看，烏海市為Ⅴ級(jí)危害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，呼和浩特市為I級(jí)危害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)[6-7]。內(nèi)蒙古自治區(qū)春玉米暴露性整體上呈東部高于西部高于中部的特征，可能與不同盟市春玉米種植規(guī)模不同有關(guān)；內(nèi)蒙古自治區(qū)的春玉米脆弱性分布缺少規(guī)律性，其中烏蘭察布市、烏海市和興安盟為Ⅴ級(jí)脆弱風(fēng)險(xiǎn)區(qū)；內(nèi)蒙古自治區(qū)大部分地區(qū)的春玉米防護(hù)性相對較弱，赤峰市為強(qiáng)防護(hù)區(qū)。

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（責(zé)任編輯：張春雨）