河套灌區(qū)農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害風(fēng)險評估及防范對策研究

0 引言

河套灌區(qū)位于我國北方農(nóng)牧交錯帶，是黃河流域重要的糧食生產(chǎn)基地和生態(tài)屏障，承擔(dān)著保障國家糧食安全、維系區(qū)域生態(tài)平衡的雙重使命。傳統(tǒng)防災(zāi)模式已難以應(yīng)對復(fù)合型、連鎖性災(zāi)害風(fēng)險，亟須通過科學(xué)評估災(zāi)害風(fēng)險，構(gòu)建系統(tǒng)性防范體系。

1研究背景與研究現(xiàn)狀

1.1 研究背景

河套灌區(qū)是我國最大的引黃灌區(qū)，也是我國重要的商品糧生產(chǎn)基地，對保障國家糧食安全具有重要戰(zhàn)略意義。然而，該地區(qū)位于我國北方農(nóng)牧交錯帶，氣候干旱、降水稀少，生態(tài)環(huán)境脆弱性顯著，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)長期受到多種氣象災(zāi)害的嚴(yán)重威脅。隨著全球氣候變化加劇，極端氣象事件頻發(fā)，河套灌區(qū)農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害的發(fā)生頻率和強(qiáng)度呈現(xiàn)增加趨勢，給當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。因此，系統(tǒng)研究河套灌區(qū)農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害風(fēng)險特征，建立科學(xué)的風(fēng)險評估體系，提出有針對性的防范對策，對提高區(qū)域農(nóng)業(yè)抗災(zāi)減災(zāi)能力、保障糧食安全和促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要的理論和實(shí)踐意義[1]。

1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

國外關(guān)于農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害風(fēng)險評估研究，經(jīng)歷了從定性到定量、從單一災(zāi)種到多災(zāi)種綜合評估的發(fā)展過程。目前，聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會（IPCC）提出的風(fēng)險評估框架被廣泛應(yīng)用，該框架將風(fēng)險視為災(zāi)害危險性、暴露度和脆弱性三者的函數(shù)。美國、歐盟等發(fā)達(dá)國家和地區(qū)已建立較為完善的農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害風(fēng)險評估體系和防災(zāi)減災(zāi)機(jī)制，包括綜合監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)、預(yù)警系統(tǒng)和保險體系等。國內(nèi)對農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害的研究起步較晚，但發(fā)展迅速，已在干旱、洪澇、低溫冷害等單一災(zāi)種風(fēng)險評估方面取得了顯著進(jìn)展，并開始重視多災(zāi)種綜合風(fēng)險研究[2]。然而，針對河套灌區(qū)這一特殊區(qū)域的農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害風(fēng)險評估和防范對策研究仍顯不足，特別是缺乏基于長期觀測數(shù)據(jù)的系統(tǒng)性研究和區(qū)域性差異分析。

2研究區(qū)概況與研究方法

2.1 河套灌區(qū)概況

河套灌區(qū)位于內(nèi)蒙古自治區(qū)西部的河套平原，總面積約 ，灌溉面積達(dá) 。該地區(qū)氣候特點(diǎn)為冬季寒冷漫長，夏季炎熱短促，春秋兩季溫差大，四季分明。年平均氣溫 ，年降水量僅 ，年蒸發(fā)量達(dá) 。農(nóng)作物以小麥、玉米、向日葵為主，是我國重要的商品糧生產(chǎn)基地。

2.2 數(shù)據(jù)來源

研究收集了河套灌區(qū)內(nèi)氣象站1960—2020年的逐日氣象觀測數(shù)據(jù)、1980—2020年農(nóng)作物種植和產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，以及歷年農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害記錄。數(shù)據(jù)來源于氣象和農(nóng)業(yè)相關(guān)部門的統(tǒng)計(jì)資料及歷史文獻(xiàn)記載。

2.3 研究方法

研究采用IPCC風(fēng)險評估框架，將農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害風(fēng)險視為災(zāi)害危險性、暴露度和脆弱性三者的函數(shù)。采用層次分析法確定指標(biāo)權(quán)重，利用GIS技術(shù)進(jìn)行風(fēng)險空間分析和區(qū)劃。采用統(tǒng)計(jì)分析方法分析主要作物脆弱性，并建立氣象因子與作物產(chǎn)量的關(guān)系模型[3]。

3河套灌區(qū)主要農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害特征分析

3.1干旱災(zāi)害特征

干旱是河套灌區(qū)最主要的農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害，干旱年均發(fā)生頻率達(dá) 65% 。季節(jié)分布上，春季干旱發(fā)生頻率最高，占比達(dá) 78% ；空間分布上，河套灌區(qū)西部和北部地區(qū)干旱程度相對較重。近60a河套灌區(qū)干旱程度呈現(xiàn)增加趨勢，特別是春季，干旱加重趨勢明顯。

3.2 低溫冷害特征

低溫冷害主要包括春季晚霜凍、夏季低溫和秋季早霜凍。春季晚霜凍常發(fā)生于每年4月中下旬，秋季早霜凍常發(fā)生于9月下旬?？臻g分布上，河套灌區(qū)北部和西北部地區(qū)低溫冷害發(fā)生頻率和強(qiáng)度均高于其他地區(qū)[4]。

3.3強(qiáng)風(fēng)沙塵災(zāi)害特征

強(qiáng)風(fēng)沙塵災(zāi)害主要發(fā)生在春季，占全年的 70% 以上。時間分布上，每年4月是高發(fā)期，平均發(fā)生天數(shù)為 5.8d 空間分布上，河套灌區(qū)西部和北部邊緣地區(qū)強(qiáng)風(fēng)沙災(zāi)害更為頻繁和嚴(yán)重。近年來，隨著防護(hù)林體系的建設(shè)，強(qiáng)風(fēng)沙塵天氣發(fā)生頻率呈下降趨勢。

3.4冰雹災(zāi)害特征

河套灌區(qū)年均冰雹發(fā)生次數(shù)為2.5次，主要集中在每年5一8月，其中6一7月是高發(fā)期。冰雹災(zāi)害具有局地性強(qiáng)、突發(fā)性強(qiáng)、破壞力大的特點(diǎn)，單次事件影響范圍通常在 。

3.5主要?dú)庀鬄?zāi)害時空分布規(guī)律

河套灌區(qū)農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害具有明顯的時空分布規(guī)律。時間上，春季以干旱和強(qiáng)風(fēng)沙塵災(zāi)害為主，夏季以干旱和冰雹災(zāi)害為主，秋季以早霜凍為主?？臻g上，河套灌區(qū)可劃分為三個災(zāi)害特征區(qū)：西北部為干旱、強(qiáng)風(fēng)沙塵和低溫冷害高發(fā)區(qū)；中部為干旱和冰雹災(zāi)害多發(fā)區(qū)；東南部為干旱和強(qiáng)風(fēng)沙塵災(zāi)害相對較輕區(qū)。

4河套灌區(qū)農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害風(fēng)險評估

4.1農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害風(fēng)險評估指標(biāo)體系

基于IPCC風(fēng)險評估框架，研究構(gòu)建了河套灌區(qū)主要農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害風(fēng)險評估指標(biāo)體系（見表1）。在干旱災(zāi)害評估中，選取干旱頻率、干旱強(qiáng)度等作為危險性指標(biāo)，其中干旱頻率權(quán)重最大（0.15）；耕地面積、作物結(jié)構(gòu)等作為暴露度指標(biāo)；灌溉保證率、水資源配置能力等作為脆弱性指標(biāo)。在低溫冷害評估中，霜凍發(fā)生頻率和生育期低溫天數(shù)是關(guān)鍵指標(biāo)，均為0.15權(quán)重。在強(qiáng)風(fēng)沙塵災(zāi)害評估中，沙塵暴日數(shù)（0.16）權(quán)重最高。在冰雹災(zāi)害風(fēng)險評估中，冰雹發(fā)生頻率（0.25）是最重要指標(biāo)。這四種災(zāi)害的危險性、暴露度和脆弱性權(quán)重分配各有側(cè)重，反映了不同災(zāi)害特點(diǎn)及其影響機(jī)制[5]。

4.2農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害風(fēng)險區(qū)劃結(jié)果

基于構(gòu)建的風(fēng)險評估指標(biāo)體系，對河套灌區(qū)農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害進(jìn)行了風(fēng)險區(qū)劃（見表2）。干旱高風(fēng)險區(qū)和較高風(fēng)險區(qū)共占干旱總面積的 60% ，主要分布在河套灌區(qū)西部和北部；低溫冷害中等風(fēng)險區(qū)面積最大，占低溫冷害總面積的 40% ，表現(xiàn)出自北向南風(fēng)險遞減的特點(diǎn)；強(qiáng)風(fēng)沙塵高風(fēng)險區(qū)主要位于靠近荒漠的區(qū)域，占強(qiáng)風(fēng)沙塵總面積的 20% ；冰雹中等風(fēng)險區(qū)面積最大，占冰雹總面積的 42% ，分布較為分散。綜合風(fēng)險評估結(jié)果表明，河套灌區(qū)農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害風(fēng)險總體呈現(xiàn)“西北高、東南低\"的空間分布格局，高風(fēng)險區(qū)和較高風(fēng)險區(qū)共占總面積的 57% ，主要集中在河套灌區(qū)西北部，這為區(qū)域農(nóng)業(yè)生產(chǎn)布局和防災(zāi)減災(zāi)提供了科學(xué)依據(jù)。

4.3主要作物氣象災(zāi)害脆弱性分析

針對河套灌區(qū)主要作物（玉米、小麥和向日葵），研究對其不同生育期對四種主要?dú)庀鬄?zāi)害的敏感性進(jìn)行了評價，為制訂針對性的防災(zāi)減災(zāi)措施提供了科學(xué)依據(jù)。

玉米對氣象災(zāi)害的敏感性分析結(jié)果表明，出苗一三葉期對低溫冷害和強(qiáng)風(fēng)沙塵敏感性高，對干旱敏感性中等，對冰雹敏感性低；拔節(jié)一大喇叭口期對各類災(zāi)害敏感性均為中等；抽穗一吐絲期對干旱、低溫冷害和冰雹敏感性高，對強(qiáng)風(fēng)沙塵敏感性中等；灌漿期對干旱和冰雹敏感性高，對低溫冷害和強(qiáng)風(fēng)沙塵敏感性中等；成熟期對強(qiáng)風(fēng)沙塵敏感性高，對冰雹敏感性中等，對干旱和低溫冷害敏感性低?？傮w而言，玉米在抽穗一吐絲期和灌漿期對氣象災(zāi)害的綜合敏感性最高。

小麥對氣象災(zāi)害的敏感性分析結(jié)果表明，出苗一分藥期對低溫冷害和強(qiáng)風(fēng)沙塵敏感性高，對干旱敏感性中等，對冰雹敏感性低；拔節(jié)一抽穗期對干旱敏感性高，對低溫冷害和強(qiáng)風(fēng)沙塵敏感性中等，對冰雹敏感性中等；抽穗一開花期對低溫冷害和冰雹敏感性高，對干旱和強(qiáng)風(fēng)沙塵敏感性中等；灌漿期對干旱和冰雹敏感性高，對強(qiáng)風(fēng)沙塵敏感性中等，對低溫冷害敏感性低；成熟期對強(qiáng)風(fēng)沙塵敏感性高，對冰雹敏感性中等，對干旱和低溫冷害敏感性低?？傮w而言，小麥在拔節(jié)一抽穗期、抽穗一開花期和灌漿期對氣象災(zāi)害的綜合敏感性較高。

向日葵對氣象災(zāi)害的敏感性分析結(jié)果表明，出苗一四葉期對低溫冷害和強(qiáng)風(fēng)沙塵敏感性高，對干旱敏感性低，對冰雹敏感性低；蕾期對各類災(zāi)害敏感性均為中等；開花期對干旱、低溫冷害和冰雹敏感性高，對強(qiáng)風(fēng)沙塵敏感性中等；籽粒灌漿期對干旱、強(qiáng)風(fēng)沙塵和冰雹敏感性高，對低溫冷害敏感性低；成熟期對強(qiáng)風(fēng)沙塵敏感性高，對冰雹敏感性中等，對干旱和低溫冷害敏感性低。總體而言，向日葵在開花期和籽粒灌漿期對氣象災(zāi)害的綜合敏感性最高。

綜合分析表明，河套灌區(qū)主要作物對氣象災(zāi)害的敏感性存在明顯的生育期差異?？傮w表現(xiàn)為生殖生長階段（開花、授粉、灌漿等）對氣象災(zāi)害的敏感性顯著高于營養(yǎng)生長階段。針對干旱災(zāi)害，小麥在拔節(jié)一抽穗期、玉米在抽穗一吐絲期、向日葵在開花期敏感性最高；針對低溫冷害，小麥在抽穗一開花期、玉米在幼苗期和抽穗期、向日葵在幼苗期和開花期敏感性最高；針對強(qiáng)風(fēng)沙塵災(zāi)害，三種作物均在幼苗期和成熟期敏感性較高；針對冰雹災(zāi)害，所有作物在開花后至成熟前的敏感性均最高。

這些脆弱性分析結(jié)果對于優(yōu)化河套灌區(qū)作物布局、調(diào)整栽培制度、制訂針對性防災(zāi)技術(shù)措施具有重要指導(dǎo)意義。例如，可以針對高敏感性生育期加強(qiáng)監(jiān)測預(yù)警和防災(zāi)措施；通過調(diào)整播種期，使作物關(guān)鍵生育期錯開災(zāi)害高發(fā)期；選擇適宜的抗災(zāi)品種，以提高作物的綜合抗災(zāi)能力。

5河套灌區(qū)農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害防范對策

5.1工程防災(zāi)措施

5.1.1 優(yōu)化灌溉系統(tǒng)

針對干旱是河套灌區(qū)主要農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害的特點(diǎn)，應(yīng)重點(diǎn)優(yōu)化灌溉系統(tǒng)。建議對現(xiàn)有渠道系統(tǒng)進(jìn)行全面維護(hù)和更新改造，提高輸水效率；發(fā)展噴灌、滴灌等節(jié)水灌溉技術(shù)，根據(jù)不同區(qū)域十旱風(fēng)險等級，優(yōu)先在高風(fēng)險區(qū)推廣應(yīng)用；建設(shè)田間蓄水設(shè)施和應(yīng)急水源，提高抗旱能力；推進(jìn)智能灌溉技術(shù)應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)灌溉[6-7]。同時，加強(qiáng)水資源統(tǒng)一調(diào)配和管理，建立水資源優(yōu)化配置機(jī)制，保障作物關(guān)鍵生育期的灌溉需求。

5.1.2完善農(nóng)田防護(hù)林體系

針對強(qiáng)風(fēng)沙塵災(zāi)害，應(yīng)加強(qiáng)農(nóng)田防護(hù)林體系建設(shè)。建議在河套灌區(qū)西部和北部高風(fēng)險區(qū)域，增加防護(hù)林帶密度，構(gòu)建多層次、多功能的林網(wǎng)結(jié)構(gòu)；選擇適合當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)條件的鄉(xiāng)土樹種，提高成活率和生態(tài)效益；優(yōu)化林帶布局，使之與主導(dǎo)風(fēng)向垂直，最大限度發(fā)揮防風(fēng)固沙作用；在農(nóng)田周邊建設(shè)圍欄防護(hù)，以減少農(nóng)田侵蝕；推進(jìn)農(nóng)田林網(wǎng)與區(qū)域生態(tài)林網(wǎng)的有機(jī)結(jié)合，構(gòu)建完整的生態(tài)屏障系統(tǒng)。防護(hù)林體系的完善不僅可減輕強(qiáng)風(fēng)沙塵災(zāi)害，還能改善局地小氣候條件，對防范干旱和低溫冷害也有積極作用。

5.2 農(nóng)業(yè)防災(zāi)技術(shù)措施

5.2.1 選育推廣抗災(zāi)品種

加強(qiáng)抗旱、抗寒、抗風(fēng)沙品種的選育和推廣是提高作物抗災(zāi)能力的重要措施。建議根據(jù)河套灌區(qū)不同風(fēng)險區(qū)劃特點(diǎn)，選擇相應(yīng)的抗災(zāi)品種：在干旱高風(fēng)險區(qū)，推廣耐旱性強(qiáng)、水分利用效率高的作物品種；在低溫冷害高風(fēng)險區(qū)，選擇抗寒性強(qiáng)、生育期適宜的品種8；在強(qiáng)風(fēng)沙塵高風(fēng)險區(qū)，推廣抗倒伏、莖稈堅(jiān)韌的品種。同時，加強(qiáng)本地抗災(zāi)品種資源收集、保存和創(chuàng)新利用，開展抗多種災(zāi)害的復(fù)合抗性育種，進(jìn)一步提升品種綜合抗災(zāi)能力[9-10]。此外，結(jié)合農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣體系，建立示范基地，加快優(yōu)良抗災(zāi)品種的推廣與應(yīng)用。

5.2.2優(yōu)化栽培管理制度

針對河套灌區(qū)農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害特點(diǎn)，調(diào)整優(yōu)化作物栽培管理制度。在種植結(jié)構(gòu)上，建議根據(jù)不同區(qū)域的災(zāi)害風(fēng)險特點(diǎn)，適當(dāng)調(diào)整作物布局，在高風(fēng)險區(qū)增加抗性強(qiáng)的作物比例；在種植時間上，根據(jù)災(zāi)害發(fā)生規(guī)律，適當(dāng)調(diào)整播種期和收獲期，避免關(guān)鍵生育期與災(zāi)害高發(fā)期重合；在種植方式上，推廣保護(hù)性耕作、覆蓋栽培、間作套種等技術(shù)，增強(qiáng)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和抗災(zāi)能力\"；在田間管理上，加強(qiáng)中耕培土、化學(xué)調(diào)控等措施，增強(qiáng)作物莖稈強(qiáng)度，提高抗倒伏能力；在水肥管理上，實(shí)施科學(xué)平衡施肥和水肥一體化技術(shù)，提高植株健壯度和抗逆性[12]

5.3監(jiān)測預(yù)警體系建設(shè)

建立完善的農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警體系是防災(zāi)減災(zāi)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。建議加密氣象觀測站網(wǎng)，尤其是在高風(fēng)險區(qū)域增設(shè)自動氣象站；建立農(nóng)田小氣候觀測網(wǎng)絡(luò)，實(shí)時監(jiān)測田間環(huán)境變化；整合氣象、水文、農(nóng)業(yè)等多部門數(shù)據(jù)資源，建立災(zāi)害綜合監(jiān)測數(shù)據(jù)庫；開發(fā)基于GIS和遙感技術(shù)的災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)，提高大范圍災(zāi)害監(jiān)測能力；優(yōu)化災(zāi)害預(yù)警指標(biāo)體系，提高預(yù)警精準(zhǔn)度；建立多渠道災(zāi)害信息發(fā)布平臺，確保預(yù)警信息及時送達(dá)農(nóng)戶；加強(qiáng)預(yù)警信息與防災(zāi)技術(shù)措施的對接，提高預(yù)警實(shí)效性。同時，開展農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害風(fēng)險普查和風(fēng)險地圖編制工作，為精準(zhǔn)防災(zāi)減災(zāi)提供科學(xué)依據(jù)。

5.4加強(qiáng)政策支持與完善保險制度

加強(qiáng)政策支持和完善保險制度是提高區(qū)域農(nóng)業(yè)抗災(zāi)能力的重要保障。建議強(qiáng)化農(nóng)業(yè)防災(zāi)減災(zāi)的政策支持力度，將防災(zāi)減災(zāi)設(shè)施建設(shè)納入農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)計(jì)劃；加大對防災(zāi)關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)和推廣的財政支持；建立健全農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害風(fēng)險補(bǔ)償機(jī)制，完善農(nóng)業(yè)保險制度，擴(kuò)大保險覆蓋面[13]，創(chuàng)新保險產(chǎn)品，如開發(fā)基于氣象指數(shù)的農(nóng)業(yè)保險；探索建立區(qū)域性農(nóng)業(yè)災(zāi)害風(fēng)險基金，提高災(zāi)后恢復(fù)能力；建立政府、保險機(jī)構(gòu)、科研單位和農(nóng)戶多方聯(lián)動的防災(zāi)減災(zāi)機(jī)制，形成合力。同時，開展防災(zāi)減災(zāi)宣傳和技能培訓(xùn)，提高農(nóng)戶防災(zāi)減災(zāi)意識和防護(hù)能力。

6結(jié)束語

以河套灌區(qū)為研究對象，研究系統(tǒng)分析了該區(qū)域主要農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害的時空分布特征，構(gòu)建了災(zāi)害風(fēng)險評估指標(biāo)體系和風(fēng)險區(qū)劃，分析了主要作物對氣象災(zāi)害的脆弱性，提出了相應(yīng)的防范對策。研究表明，干旱是河套灌區(qū)最主要的農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害，其次為低溫冷害和強(qiáng)風(fēng)沙塵災(zāi)害；災(zāi)害風(fēng)險總體呈現(xiàn)“西北高、東南低”的空間分布格局；不同作物在不同生育期對氣象災(zāi)害的敏感性存在顯著差異；綜合工程措施、農(nóng)業(yè)技術(shù)措施、監(jiān)測預(yù)警體系建設(shè)及政策支持與保險制度是提高區(qū)域農(nóng)業(yè)抗災(zāi)減災(zāi)能力的有效途徑。未來，研究應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)氣候變化背景下河套灌區(qū)農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害風(fēng)險變化趨勢研究，深化多災(zāi)種耦合作用機(jī)理分析，構(gòu)建完善的氣象災(zāi)害與作物生長的定量關(guān)系模型，開發(fā)更加精準(zhǔn)的災(zāi)害預(yù)測和防控技術(shù)，為區(qū)域農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供更加科學(xué)的決策支持。

參考文獻(xiàn)：

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