劉曉靜，陳 鵬，劉家福

(吉林師范大學(xué)旅游與地理科學(xué)學(xué)院，四平 136000)

0 引言

自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)是避免或減少自然災(zāi)害損失的有效途徑[1-2]，而自然災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)是自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的前提。區(qū)域某一災(zāi)害危險(xiǎn)性的高低直接影響該區(qū)域在抵抗、防御該種災(zāi)害時(shí)的資源配置情況。遼寧省是我國13個(gè)糧食主產(chǎn)區(qū)之一，其中約50%的糧食耕種分布于遼寧省的西北地區(qū)。而干旱是影響遼西北地區(qū)作物生長的主要?dú)庀鬄?zāi)害[3]，對(duì)當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)業(yè)生產(chǎn)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展造成了極大的危害。因此，對(duì)遼西北地區(qū)進(jìn)行農(nóng)業(yè)干旱危險(xiǎn)性的研究可以為該區(qū)域的觀測(cè)部門及田間管理者提供防災(zāi)減災(zāi)決策依據(jù)，保障糧食安全，在實(shí)際生產(chǎn)中具有更重要的現(xiàn)實(shí)意義。

根據(jù)聯(lián)合國國際減災(zāi)戰(zhàn)略署(International Strategy for Disaster Reduction，UNISDR或ISDR)的定義，農(nóng)業(yè)干旱危險(xiǎn)性是指造成作物發(fā)生干旱的自然變異因素及其程度，主要包括作物干旱的致災(zāi)因子和孕災(zāi)環(huán)境[4]。近年來，國內(nèi)外對(duì)農(nóng)業(yè)干旱災(zāi)害的研究頗多，但都集中在分析、構(gòu)建致災(zāi)因子指標(biāo)評(píng)價(jià)區(qū)域的危險(xiǎn)性，如Yamoah，C.F.(2000)采用標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù)SPI分析了降雨量對(duì)干旱風(fēng)險(xiǎn)的影響[5]； 李阿龍[6](2016)認(rèn)為農(nóng)業(yè)干旱危險(xiǎn)性僅由致災(zāi)因子構(gòu)成，并利用SPI指數(shù)構(gòu)建了河南省農(nóng)業(yè)干旱危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)模型； 王杰[7](2013)等利用降水距平資料探討了四川省夏季農(nóng)業(yè)干旱危險(xiǎn)性的空間分布特征； Liu Sun和Scott W.Mitchell[8](2011)等人采用降雨數(shù)據(jù)和主成分分析法對(duì)春小麥各生育期內(nèi)的SPI、PDSI、Z-index進(jìn)行了最佳組合，以多個(gè)干旱指數(shù)為指標(biāo)評(píng)估了農(nóng)業(yè)干旱的程度； 陳曉藝[9](2008)等利用安徽省78個(gè)氣象臺(tái)站1971—2006年逐日氣象要素觀測(cè)資料，以累積濕潤指數(shù)為干旱指標(biāo)分析了各地冬小麥發(fā)育期內(nèi)干旱發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)度。這些研究都忽略了孕災(zāi)環(huán)境如土壤本身的持水能力等因素在農(nóng)業(yè)干旱形成中的作用，且孕災(zāi)環(huán)境對(duì)作物受災(zāi)程度也具有不可忽視的影響。以遼西北地區(qū)為研究區(qū)，通過分析、選取導(dǎo)致研究區(qū)作物發(fā)生干旱的因子，利用層次分析法確定各因子的權(quán)重，進(jìn)而建立研究區(qū)農(nóng)業(yè)干旱危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)模型，完成遼西北地區(qū)農(nóng)業(yè)干旱危險(xiǎn)性分區(qū)。

1 研究材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

農(nóng)業(yè)干旱危險(xiǎn)性是由作物干旱致災(zāi)因子和孕災(zāi)環(huán)境共同決定的。致災(zāi)因子主要指降雨量，對(duì)于以雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)為主的遼西北地區(qū)來說，降雨是作物獲得水分的主要來源。因此，降雨量的多少是決定玉米干旱發(fā)生及其造成災(zāi)害的嚴(yán)重程度的主要因子。對(duì)于研究區(qū)來說，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)類型、耕種地的地形和土壤類型是重要的孕災(zāi)環(huán)境。因此，研究收集了研究區(qū)23個(gè)氣象站點(diǎn)1985—2009年4—9月的降雨數(shù)據(jù)、空間分辨率90m的數(shù)字高程DEM數(shù)據(jù)、土壤類型數(shù)據(jù)(空間分辨率1km)以及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)類型數(shù)據(jù)(空間分辨率300m)。數(shù)據(jù)主要來源于國家氣象信息中心資料室、國際科學(xué)數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)、國家自然科學(xué)基金委員會(huì)中國西部環(huán)境與生態(tài)科學(xué)數(shù)據(jù)中心以及歐洲太空總署GlobCover數(shù)據(jù)庫。為了便于后期計(jì)算，利用GIS技術(shù)將上述數(shù)據(jù)重采樣為1km的柵格數(shù)據(jù)。

1.2 研究區(qū)農(nóng)業(yè)干旱危險(xiǎn)性分析及其指標(biāo)的建立

遼西北地區(qū)主要是指遼寧省西北6市——沈陽、朝陽、鐵嶺、葫蘆島、阜新、錦州，是遼寧省旱災(zāi)最為頻發(fā)、最為嚴(yán)重的地區(qū)。研究以遼西北為研究區(qū)，分析了導(dǎo)致其作物發(fā)生干旱的致災(zāi)因子和影響其受災(zāi)程度的孕災(zāi)環(huán)境因子，并構(gòu)建了相關(guān)指標(biāo)。

1.2.1 致災(zāi)因子分析及其指標(biāo)的構(gòu)建

作物生長依靠根系從土壤中不斷地吸收水分，而對(duì)于旱作地區(qū)來說，土壤中的水分主要來源于自然降水。遼西北地區(qū)光照充足，熱量較好，但水分不足，氣候干旱少雨。因此，氣象干旱是農(nóng)業(yè)干旱災(zāi)害發(fā)生的必要條件，而降雨量多少是決定氣象干旱發(fā)生與否的根本指標(biāo)。為了實(shí)現(xiàn)不同區(qū)域間干旱情況的對(duì)比，通常采用氣象干旱指數(shù)衡量干旱程度。降水距平百分率是指某一時(shí)段的降水與多年該時(shí)段的降水平均值的偏離程度，是最常用的干旱表征指標(biāo)之一[10]。因此，研究采用降水距平百分率作為研究區(qū)致災(zāi)因子指標(biāo)，計(jì)算公式如下：

(1)

1.2.2 孕災(zāi)環(huán)境分析及其指標(biāo)的構(gòu)建

區(qū)域作物干旱的發(fā)生不僅與該地區(qū)氣象要素直接相關(guān)，還與該地區(qū)的地貌特征、土壤類型等有關(guān)。

(1)坡度

遼西北地區(qū)地處遼西丘陵山地，地貌類型多樣，包括山地、丘陵和平原，面積比例大體為27： 49： 24。坡度越大，地勢(shì)越陡，地表徑流越大，單位面積上的降雨量就越少，導(dǎo)致土壤有效水分流失越多。因此，同一降雨量，山地丘陵區(qū)域的土壤可獲得并儲(chǔ)存的水分少于平原區(qū)。對(duì)于擁有超過70%山地丘陵區(qū)域面積的遼西北地區(qū)來說，作物干旱發(fā)生的可能性就更高。

利用遼西北地區(qū)的DEM數(shù)據(jù)提取坡度因子。分析研究區(qū)的坡度可知，遼西北地區(qū)的坡度為0°～52°，根據(jù)國家級(jí)坡度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合研究區(qū)實(shí)際情況，將研究區(qū)坡度分為6類，即0°～5°的平緩坡， 5°～8°中等坡， 8°～15°斜坡， 15°～25°陡坡， 25°～35°急坡和坡度>35°的急陡坡。對(duì)難于量化的坡度等級(jí)采用分級(jí)賦值法進(jìn)行處理，參考不同坡度對(duì)干旱發(fā)生的影響，即坡度越大，水分越不易停留在地表，越容易發(fā)生干旱； 反之，坡度越小，則該區(qū)域干旱越不易發(fā)生。具體賦值如表1所示。

(2)土壤類型

土壤類型與坡度一樣是影響土壤含水量重要的環(huán)境因素。土壤是作物生長的“溫床”，除了光以外，水分、養(yǎng)分絕大部分來自土壤，部分空氣和熱能也是通過土壤獲取[11]。由遼西北地區(qū)土壤類型圖(圖1)可以看出，研究區(qū)的土壤類型主要有棕壤、草甸土、褐土、風(fēng)沙土和黑土。閻莉[12](2012)對(duì)遼西北地區(qū)的土壤類型與因干旱造成的成災(zāi)率分布進(jìn)行了分析，結(jié)果表明，受災(zāi)害影響嚴(yán)重的區(qū)域，沙漠化較為嚴(yán)重，土壤保熵能力弱?？梢?，土壤類型也是影響區(qū)域作物干旱災(zāi)害發(fā)生的較為重要的影響因素之一。

土壤類型決定了土壤的持水能力，不同的持水能力造成不同的土壤濕度。依據(jù)土壤保水、保肥及通透性的差異[13]，將遼西北地區(qū)的土壤類型按干旱災(zāi)害發(fā)生的可能性由高到低進(jìn)行排名：風(fēng)沙土>棕壤>褐土>草甸土>黑土。據(jù)此，對(duì)土壤類型進(jìn)行分級(jí)賦值，如表2所示。

表1 坡度分級(jí)

表2 土壤類型分級(jí)

1.3 研究方法

研究在聯(lián)合國國際減災(zāi)戰(zhàn)略署ISDR對(duì)自然災(zāi)害危險(xiǎn)性定義的基礎(chǔ)上，運(yùn)用GIS技術(shù)，采用層次分析法確定指標(biāo)的權(quán)重，根據(jù)加權(quán)綜合評(píng)價(jià)法、自然間斷點(diǎn)分級(jí)法等方法，建立遼西北地區(qū)農(nóng)業(yè)干旱危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)模型，依據(jù)干旱危險(xiǎn)性指數(shù)進(jìn)行等級(jí)區(qū)劃。

1.4 危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)模型的建立

根據(jù)聯(lián)合國國際減災(zāi)戰(zhàn)略署ISDR對(duì)自然災(zāi)害危險(xiǎn)性的定義，區(qū)域農(nóng)業(yè)干旱危險(xiǎn)性可表達(dá)為：

(2)

(3)

通過對(duì)研究區(qū)農(nóng)業(yè)干旱危險(xiǎn)性分析可知，研究區(qū)農(nóng)業(yè)干旱危險(xiǎn)性指標(biāo)主要由降水距平百分率、土壤類型、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)類型和坡度共同構(gòu)成，其中農(nóng)業(yè)生產(chǎn)類型不參與計(jì)算，主要用于提取雨養(yǎng)型農(nóng)作物。由于降水距平百分率與農(nóng)業(yè)干旱危險(xiǎn)性呈負(fù)相關(guān)，而土壤類型和坡度已被量化為與危險(xiǎn)性呈正相關(guān)的指標(biāo)，因此，采用式(3)對(duì)降水距平百分率進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，即將其標(biāo)準(zhǔn)化為與危險(xiǎn)性呈正相關(guān)的指標(biāo)。

2 研究區(qū)農(nóng)業(yè)干旱危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)與區(qū)劃

以2009年為例，利用遼西北農(nóng)業(yè)干旱危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)模型，計(jì)算研究區(qū)農(nóng)業(yè)干旱危險(xiǎn)性指數(shù)，通過自然間斷點(diǎn)分級(jí)法將危險(xiǎn)性指數(shù)分為4級(jí)，即低危險(xiǎn)、中危險(xiǎn)、高危險(xiǎn)和極高危險(xiǎn)，結(jié)果如表4所示。利用GIS技術(shù)，將遼西北地區(qū)農(nóng)業(yè)干旱危險(xiǎn)性等級(jí)繪制成圖(圖2)。

表4 遼西北農(nóng)業(yè)干旱脆弱性等級(jí)

圖1 遼西北地區(qū)土壤類型 圖2 遼西北地區(qū)農(nóng)業(yè)干旱危險(xiǎn)性等級(jí)

整體來看，研究區(qū)作物干旱危險(xiǎn)性呈現(xiàn)由北向南、由東至西升高的趨勢(shì)。低危險(xiǎn)、高危險(xiǎn)和極高危險(xiǎn)區(qū)域面積相等，約各占總面積的24%，中危險(xiǎn)性區(qū)域占總面積的28%。其中，低危險(xiǎn)性主要分布于沈陽市和阜新市，分別占到低危險(xiǎn)性總面積的59%和23%，而朝陽市和葫蘆島市低危險(xiǎn)性區(qū)域面積為0； 除朝陽市外，中危險(xiǎn)性區(qū)域在各市均有分布，鐵嶺市占比最高，達(dá)到了36%，其次是葫蘆島市、錦州市、阜新市和沈陽市，分別占到了中危險(xiǎn)性總面積的24%、19%、14%、7%； 沈陽市和鐵嶺市的高危險(xiǎn)性總面積和僅達(dá)到2%，其余面積均勻分布在阜新、朝陽、錦州和葫蘆島4市； 超過89%的極高危險(xiǎn)性集中分布于朝陽市，而鐵嶺市和沈陽市內(nèi)沒有極高危險(xiǎn)性區(qū)域。由圖2可以看出，除鐵嶺縣和調(diào)兵山市外，鐵嶺市超過80%的作物處于干旱中危險(xiǎn)性區(qū)域； 沈陽市約88%的作物遭受干旱威脅較低； 對(duì)于阜新市來說，低危險(xiǎn)性主要集中在彰武縣，高危險(xiǎn)和極高危險(xiǎn)面積集中分布于阜新蒙古族自治縣的西部，超過了阜新市作物總面積的40%； 葫蘆島市和錦州市的作物主要處于農(nóng)業(yè)干旱高危險(xiǎn)和中危險(xiǎn)區(qū)域，中危險(xiǎn)性主要集中分布在綏中縣、興城市、北寧市以及凌海市南部； 朝陽市的作物約80%處于干旱極高危險(xiǎn)區(qū)，另外20%則屬于干旱高危險(xiǎn)。總的來說， 2009年作物生長期間遭受干旱的威脅由高到低排列為：朝陽市>葫蘆島市>錦州市>阜新市>鐵嶺市>沈陽市。根據(jù)遼西北地區(qū)歷史災(zāi)情資料可知[14]， 2009年該地區(qū)發(fā)生了嚴(yán)重夏旱，建平縣北部、凌源市東南部、北票市西南部和朝陽縣、龍城區(qū)及雙塔區(qū)全部降水量均在100mm以下，為了應(yīng)對(duì)當(dāng)時(shí)各市干旱危險(xiǎn)，朝陽、錦州、阜新等市將抗旱Ⅲ級(jí)響應(yīng)提升至Ⅱ級(jí)，沈陽啟動(dòng)了抗旱Ⅲ級(jí)響應(yīng)，這與研究的干旱危險(xiǎn)等級(jí)區(qū)劃結(jié)果相符。

3 結(jié)論與討論

研究在聯(lián)合國國際減災(zāi)戰(zhàn)略署對(duì)自然災(zāi)害危險(xiǎn)性定義的基礎(chǔ)上，分析了影響研究區(qū)作物干旱危險(xiǎn)性的致災(zāi)因子和孕災(zāi)環(huán)境因子，利用降雨、土壤、地形等資料建立了研究區(qū)農(nóng)業(yè)干旱危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)模型，通過分級(jí)危險(xiǎn)性指數(shù)對(duì)遼西北地區(qū)進(jìn)行了區(qū)劃研究。區(qū)域農(nóng)業(yè)干旱危險(xiǎn)性等級(jí)區(qū)的劃分，能夠幫助政府管理部門為面臨干旱威脅不同的區(qū)域建立適當(dāng)?shù)姆罏?zāi)方法和有效的應(yīng)急預(yù)案。研究是基于柵格尺度對(duì)研究區(qū)農(nóng)業(yè)干旱危險(xiǎn)性進(jìn)行評(píng)價(jià)與區(qū)劃，由于數(shù)據(jù)獲取的限制，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)類型數(shù)據(jù)只獲得了2009年的，因此研究只能以2009年為例評(píng)價(jià)和區(qū)劃研究區(qū)農(nóng)業(yè)干旱危險(xiǎn)性，在研究的時(shí)效性上存在一定缺憾。但對(duì)于某一研究區(qū)域來說，在未發(fā)生大型地質(zhì)災(zāi)害前，其干旱孕災(zāi)環(huán)境基本上是不變的，決定危險(xiǎn)性高低的主要變量是致災(zāi)因子，即降雨數(shù)據(jù)，且該文研究重點(diǎn)是探討遼西北地區(qū)農(nóng)業(yè)干旱危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)模型的構(gòu)建方法，因此研究成果的精度基本不受影響。