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河南省大豆干旱风险区划研究

2020-08-28李聪孙菀刘佳李彤霄

湖北农业科学 2020年12期
关键词:干旱区划大豆

李聪 孙菀 刘佳 李彤霄

摘要:利用1981-2014年河南省118个观测站气象观测资料,4个农业气象观测站大豆生育期作物观测资料以及2000-2010年118个县大豆、豆类种植面积、耕地面积、灌溉面积资料,利用干旱等级指标和自然灾害风险指数等方法,对河南省大豆干旱风险进行了区划。结果表明,河南省大豆干旱的高危险区域主要分布在河南省大豆主要种植区域周口大部、商丘东部及新乡和濮阳西部地区;河南省大豆干旱暴露性最高主要分布在商丘永城,其次为豫西西部、豫东南部、豫西南东部及长垣;河南省大豆干旱抗灾能力较强的区域主要分布在河南省的北部、东部及豫南部分地区,豫西、豫西南山区及新密、方城抗灾能力较差。河南省大豆干旱综合风险分布规律为西部高于东部,南部高于北部。总的来说,除西部山区外大豆主要种植区周口大部、商丘东部、南阳东部、新乡长垣、濮陽范县局部的干旱风险较高,豫北、豫南大部和开封、漯河、驻马店、商丘局部地区的大豆干旱风险等级较低。大豆干旱综合风险较高的地区在大豆生产过程中应加强科技研发,切实做好大豆干旱防灾减灾工作。

关键词:大豆;干旱;灾害风险;区划

中图分类号:S565.1;S423

文献标识码:A

文章编号:0439-8114( 2020)12-0051-05

DOI:10.1408 8/j .cnki.issn043 9- 8114.2020.12.010

开放科学(资源服务)标识码(OSID):

干旱是中国常见的农业气象灾害之一,对农作物生长的影响较为严重。近年来,在全球气候变暖的新形势下,中国干旱天气呈现频率更高、范围更广的趋势…。大豆是世界五大经济作物之一,在中国广泛种植。但由于大豆需水量多,根系不发达,从萌发到成熟都需要较多的水分,因此大豆对缺水最为敏感[2,3]。国内外专家学者分别从生理生化[4-7]、农艺特征L8-10]、产量[11-14]、品质[15,l6]、时空分布[17]等方面对大豆干旱进行了研究,获得了不少研究成果。但目前对大豆干旱风险区划的研究相对较少,对大豆生产服务和干旱灾害防御较为不利。

河南省位于黄淮海夏大豆产区的腹地,大豆面积和产量常年位于全国前列,由于黄淮地区降水分布不均,干旱灾害频发[1.18],经常给大豆生产造成一定的经济损失[19,20]。因此,有必要对河南省大豆干旱风险进行区划。本研究通过建立大豆干旱等级指标,利用自然灾害风险指数等方法,分析了影响大豆干旱风险的主要因子,以期得到河南省大豆干旱风险分布情况,以此为大豆安全生产和干旱防御提供重要的理论依据。

1 资料及来源

1.1 气象资料

河南省118个气象观测站1981-2014年大豆主要生育期的逐日基本地面气象资料,主要包括日降水量、最高温度、最低温度、日照时数、10 m风速数据,由河南省气候中心提供,站点分布见图1。

1.2 作物资料及基础地理信息数据

河南省4个农业气象观测站1981-2014年的大豆发育期资料由河南省气象科学研究所提供。河南省118个县2000-2010年大豆、豆类种植面积、耕地面积、灌溉面积等统计资料来源于《河南省统计年鉴》。

基础地理信息数据来自河南省1:250 000基础地理信息系统。

2 采用的研究指标和方法

2.1 干旱等级指标

根据干湿指数(K)原理和大豆实际蓄水量的关系建立干旱等级指标。干湿指数计算方法为:

K=R/W

式中,K为干湿指数;R为降水量;W为作物需水量。其中,K越大,说明越湿润。本研究根据干湿指数,建立干旱分级,具体大豆干旱分级如下:适宜,K≥0.9;轻度干旱,0.7≤K< 0.9;中度干旱,0.5≤K<0.7;重度干旱,K< 0.5。

参考《中国主要作物蓄水量与灌溉》,将大豆生育期划分为播种一出苗期、出苗一开花期、开花一成熟期,进而确定大豆各生育期的需水量,分别为1.4、3.4、4.0 mm.

2.2 自然灾害风险指数法

根据自然灾害风险形成机制和自然灾害风险分析基本理论,一定区域自然灾害风险是由危险性(H)、暴露性(E)和承载体脆弱性(V)3个因素相互综合作用的结果,其数学表达式为:

自然灾害风险=f(危险性、暴露性、承载体脆弱性)

自然灾害危险性是指人、财产、系统或功能遭受损坏威胁的频率和严重程度,一般灾害强度越大,频次越高,灾害风险越大。暴露性是指可能受到危险因素威胁的所有人和财产,一个地区暴露越高,灾害风险越大。脆弱性是指在给定危险地区的财产由于潜在危险因素而造成的伤害或损失程度,脆弱性越高,风险越大。

3 河南省大豆干旱风险区划分析

3.1 河南省大豆干旱危险性

大豆干旱危险性主要指干旱对大豆的危害程度,本研究选取干旱发生等级和概率作为大豆干旱危险性指标,其表达式为:

3.2 河南省大豆干旱暴露性

由于大豆在田间种植,没有任何遮挡物,因而大豆是干旱灾害的直接承载体,其种植比例可以反映承载体的价值密度。承载体的价值密度越高,灾害发生时造成的产量损失就越大,灾害风险就越大。大豆干旱灾害的暴露性由大豆的暴露度指数表示。暴露度指数为大豆种植面积与当地耕地面积的比值。

3.3 河南省大豆干旱脆弱性

承载体脆弱性由大豆对干旱灾害的抗灾能力构成,由于在大豆的实际生产过程中,灌溉是解除或缓解干旱灾害的最有效方法,灌溉面积的比例越高,抵抗干旱的能力就越强。灌溉条件的好坏决定了大豆抗旱能力的强弱。大豆脆弱性表示为:

V= 1-R

式中,R为抗旱能力,根据河南省生产特点,选取灌溉指数作为大豆干旱抗灾能力指标。灌溉指数定义为有效灌溉面积与当地耕地面积的比值,用公式表示为:

F=S'/S

式中,F为灌溉指数;S表示当地多年平均种植面积;S为当地多年有效灌溉面积。

3.4 大豆干旱综合风险评估与区划

对于自然灾害,在受灾区域内灾害的危险性越大、承灾体的暴露性和脆弱性越大,则遭受灾害的风险就越大。因此,危险性、暴露性、脆弱性评价因子是叠加关系。建立大豆干旱风险区划模型,其表达式为:

W=3√H×E×R

将大豆干旱风险危险性、承灾体的暴露性和脆弱性因子指数分别代人评估模型,得出大豆干旱灾害综合风险指数,在Arcgis10技术支持下,进行区划制图后,可以得出河南省大豆干旱灾害的综合风险区划结果。

4 结果与分析

4.1 河南省大豆干旱危险性指数分布

通过计算全省大豆干旱危险性指标,可以得到河南省大豆干旱危险性分布(图2)。从图2可以看出,河南省大豆干旱的高危险区域主要分布在河南省大豆主要种植区域周口大部、商丘东部及新乡和濮阳西部地区,其中永城、项城、长垣、鹿邑等地大豆干旱危险性指数较高。豫南大部、豫西南西部、豫西东北部及豫北大部等为大豆干旱低危险区域,其他大部分地区为中危险区域。可见干旱灾害对河南省黄淮平原大豆种植影响较大。干旱灾害是河南省大豆主要种植区面临的一个重要问题。

4.2河南省大豆干旱易损性指标分布

通过计算全省大豆暴露度指数,可以得到河南省大豆干旱暴露性分布(图3)。由图3可知,河南省大豆干旱暴露性最高区域主要分布在商丘永城,其次为豫西西部、豫东南部、豫西南东部及长垣,其他地区暴露度指数相对较低。这也反映出河南省大豆的种植情况,虽然近年来大豆种植面积占河南省作物总种植面积的比例不高,但总体相对比较集中,主要集中在商丘、周口,其中,永城作为河南省大豆种植面积最大的县,种植比例相对较高,因此暴露性较高。而暴露性较低的地区主要是大宗作物种植区,大豆种植较少,甚至不种植。豫西山区由于当地耕地相对较少的缘故,不适合种植大宗作物,因而大豆种植面积比重较大,导致暴露度也较大。

4.3 河南省大豆抗旱能力分布

大豆干旱灾害脆弱性是由大豆的抗灾能力决定的,因此,分析大豆抗旱能力分布情况就可以得到大豆干旱灾害脆弱性的分布情况。

通过计算全省大豆的抗旱能力指数,可以得到大豆抗旱能力分布(图4)。由图4可以看出,河南省大豆干旱抗灾能力较强的区域主要分布在河南省的北部、东部及豫南部分地区,其中焦作大部、新乡获嘉、鹤壁淇县、濮阳范县及周口扶沟、商丘虞城、夏邑等地较高,这主要是由黄淮海平原地形平坦、河道丰富、灌溉便利等因素决定的。豫西、豫西南山区及新密、方城等地抗灾能力较差,这主要与山区灌溉条件较差及河道分布较少等因素有关。

大豆干旱灾害脆弱性与大豆的抗旱能力指数分布正好相反,不再进行分析。

4.4 河南省大豆干旱综合风险分布

通过计算大豆干旱综合风险指数,可以得到河南省大豆干旱综合风险分布(图5)。由图5可知,河南省大豆干旱综合风险分布规律为西部高于东部,南部高于北部。西部山区干旱风险最高;大豆主要种植区周口大部、商丘东部、南阳东部、新乡长垣、濮阳范县局部的干旱风险次之,豫北、豫南大部和开封、漯河、驻马店、商丘局部地区的大豆干旱风险等级最低,属低风险区域,其他地区为大豆干旱中等风险区域。

大豆干旱综合风险指数分布受大豆种植分布情况的影响较大。大豆主要种植区周口大部、商丘东部、新乡长垣、濮阳范县等地的干旱风险普遍高于河南省大部分地区。豫西山区受降水和灌溉条件影响,大豆干旱灾害的风险程度最高,但由于这些地区大豆种植面积相对较小,对全省大豆产业影响不大。豫北、豫南大部和开封、漯河、驻马店、商丘等地灌溉条件较好,因此属于大豆干旱低风险区域。

5 结论和建议

根据大豆干旱等级指标和自然灾害风险指数方法可以得到河南省大豆干旱灾害的综合风险区划情况,分析后得出如下结论。

1)河南省大豆干旱的高危险区域主要分布在河南省大豆主要种植区域周口大部、商丘东部及新乡和濮阳西部地区,豫南大部、豫西南西部、豫西东北部及豫北大部等地为大豆干旱低风险区域,其他大部分地区为中风险区域。河南省大豆干旱暴露性最高区域主要分布在商丘永城,其次为豫西西部、豫东南部、豫西南东部及长垣,其他地区暴露度指数相对较低。河南省大豆干旱抗灾能力较强的区域主要分布在河南省的北部、东部及豫南部分地区,豫西、豫西南山区及新密、方城等地抗灾能力较差。

2)河南省大豆干旱綜合风险分布规律为西部高于东部,南部高于北部,主要是由于西部多为山区,耕地少,种植面积小,不利于开展大豆种植,北部处于黄河流域,水利设施便利,有利于大面积灌溉。总的来说,除西部山区外大豆主要种植区周口大部、商丘东部、南阳东部、新乡长垣、濮阳范县等局部的干旱风险较高,豫北、豫南大部和开封、漯河、驻马店、商丘局部地区的大豆干旱风险等级较低。

3)河南省大豆干旱整体风险较高,各地根据当地气候特点、合理调整农作物结构布局,选择、培育和推广大豆抗旱的优良品种。结合土壤、水肥、熟制等条件,研发诸如适当调整播期等有效栽培措施,避开大豆干旱的高发期,提升大豆抗灾减灾能力,同时加强各地农业灌溉改造,采用滴灌等节水措施,有效提升当地灌溉水平,减少干旱灾害对大豆的影响。

4)在大豆生产的过程中需切实做好减灾防灾工作。在大豆开花期、鼓粒期等关键生育时期,应及时加强土壤墒情监测和关注干旱天气预报,在大豆干旱来临前及早采取灌溉、喷施生长调节剂等措施,尽可能减轻干旱对大豆的危害。

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基金项目:中国气象局农业气象保障与应用技术重点开放实验室科学研究基金项目(AMF201704);河南省气象局科研计划项目(K2201816)

作者简介:李聪(1988-),女,河南磁县人,助理工程师,硕士,主要从事气象服务与应用气象研究,(电话)13676989319(电子信箱)372703476@qq.com;通信作者,李彤霄(1981-),男,高级工程师,硕士,主要从事应用气象研究,(电子信箱)ltx1981011@163.com。

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