山西省谷子低温冷害风险评估与区划

张敏，张剑

山西省谷子低温冷害风险评估与区划

张敏1，张剑2

（1.山西省大气探测技术保障中心，山西 太原 030002；2.河曲县气象局，山西 忻州 036500）

以谷子作为研究对象，在自然灾害风险理论的基础上，从致灾因子危险性、孕灾环境敏感性、承灾体易损性构建评估模型对谷子低温冷害进行风险评估与区划，评估结果为，致灾因子危险性等级为北部地区要明显高于中部与南部地区，低危险区分布范围最大，高危险区分布范围相对较小；敏感性等级为北部地区低于中部与南部地区；易损性等级为中部地区承灾体易损性等级要高于北部与南部地区。区划结果为，山西省北部地区谷子低温冷害风险等级要高于南部与中部地区，并且低风险区与次低风险区在山西省的分布范围最广，中等风险区主要分布于山西省北部且分布范围较小，高风险区分布于五寨、右玉两地，分布范围最小。

谷子；低温冷害；风险评估；作物产量

在中国，低温冷害是影响农业生产持续稳定发展的重要灾害之一。它具有大尺度性、综合性及地区差异性等特点。作物低温冷害指作物在生长发育过程中遭遇一个或持续多个低温天气现象，导致作物的生长发育及产量受到不同程度的影响，不仅会使作物的品质与产量大幅下降，还会对次年的作物产量产生一定程度的影响。谷子又被称为粟，是中国北方也是山西人民主要的小杂粮之一。截至目前，山西省仍然是谷子的主要产区，现拥有并保存5 000多份品种资源，每年播种谷子的面积在2 666.67 km2左右，在人们日常生活及实现当地经济快速发展过程中发挥着不可替代的重要作用。目前，国外有关谷子低温冷害的研究相对较少，已有的研究大都集中在冷害机理上，有关其他方面的研究少之又少。国内对谷子低温冷害的研究很少，或许是由于谷子生育期比较短，各地种植面积较少。

研究表明谷子开花到成熟期间温度低于20 ℃将产生秕谷。对谷子低温冷害风险进行评估与区划，加强低温冷害防御是非常重要的。

1 研究方法

1.1 归一化处理方法

在低温冷害风险研究中，致灾因子危险性、孕灾环境敏感性、承灾体易损性三个评价因子的指标不同，各指标的量纲也不同，为了消除量纲与指标间的差异，对数据采用归一化处理。

1.2 层次分析法

层次分析法是将决策问题按总目标、各层子目标、评价准则直至具体的备投方案的顺序分解为不同的层次结构，然后用求解判断矩阵特征向量的办法，求得每一层次的各元素对上一层次某元素的优先权重，最后再用加权和的方法递阶归并各备择方案对总目标的最终权重，此最终权重最大者即为优先权重，它表明子目标优越程度的相对量度。

1.3 自然灾害风险理论

自然灾害风险综合了危险性、敏感性、易损性的结果。对于风险系统而言，是由致灾危险性与承灾体易损性等共同组成的，而承灾体易损性对于自然灾害危险性并不具备反作用，所以通常认为灾害的发生是致灾因子危险性与承灾体易损性两者之间共同作用的结果，对于致灾危险性而言，是产生及是否存在风险的必要条件，是由发生灾害的强度及频率等共同决定的，风险源并不能够决定是否存在风险，还要有与之相对应的风险载体。风险载体易损性就越高，相应的风险性也越大。

2 谷子低温冷害风险研究

2.1 谷子低温冷害风险评估指标的选取

本文采用的8月和9月的月平均气温小于等于16.5 ℃，且以8月中旬温度小于等于20 ℃作为谷子低温冷害温度指标，对山西省谷子低温冷害发生的频率进行统计，并以此作为致灾因子危险性指标；选取土壤湿度与高程作为谷子孕灾环境敏感性指标，并以谷子耕地比例作为承灾体易损性评估指标，从致灾因子危险性、孕灾环境敏感性及承灾体易损性的角度对山西省谷子低温冷害风险进行评估。谷子低温冷害风险评估体系如图1所示。

2.2 建立谷子低温冷害风险评估模型

本文以自然灾害风险理论为依据，将谷子低温冷害风险评估划分为以下三个部分：致灾因子危险性评估、孕灾环境敏感性评估及承灾体易损性评估，建立起相应的评估模型：

式（1）中：FDRI为谷子低温冷害风险指数，其值越大，灾害风险程度就越大；VH为致灾因子危险性；VE为孕灾环境敏感性；VS为承灾体易损性；wh，we，ws分别为各评价因子对灾害损失的权重，表示各个因子对造成灾害损失的相对重要性，并且wh+we+ws=1，其中wh，we，ws由层次分析法确定。最后对各评价因子进行归一化处理，各因子权重见分别为0.4，0.3，0.3。

2.3 谷子低温冷害致灾因子危险性评估

致灾因子危险性分布如图2所示，孕灾环境敏感性评估如图3所示。

图2 致灾因子危险性分布图

图3 孕灾环境敏感性评估图

以谷子低温冷害发生概率为致灾因子危险性指标，计算山西省各个地区谷子低温冷害的发生频率，绘制谷子低温冷害概率分布图，从图2能够看出，低危险区分布于大部分地区，谷子发生低温冷害的频率小于20%；次低危险区分布在浑源、五台、吕梁部分地区以及山阴、偏关、保德一带；中等危险区分布在朔州到岚县形成一个危险带；次高危险区分布在平鲁、宁武、岢岚、岚县一带；高危险区分布在右玉、五寨，这些地区谷子低温冷害发生的频率在80%以上。

2.4 低温冷害孕灾环境敏感性评估

由于高程和土壤湿度从不同角度反映了孕灾环境敏感性的大小。为了得到一个具有综合性的评价指标，对高程和土壤湿度分别取0.7和0.3的权重系数，对孕灾环境敏感性进行评估，将孕灾环境敏感性划分为5个区域，分别为低敏感区、次低敏感区、中等敏感区、次高敏感区与高敏感区。

由图3能够看出，低敏感区主要分布在右玉、宁武、五寨、岢岚、岚县以及南部的陵川；次低敏感区主要分布在大同大部分地区、忻州和吕梁部分地区以及晋中、长治一带；中等敏感区主要分布在中部和南部部分地区；次高敏感区主要分布在运城和临汾的大部分地区；高敏感区分布在黎城一带。

2.5 谷子低温冷害承灾体易损性评估

谷子耕地比例分布如图4所示，山西省谷子低温冷害风险区划如图5所示。

图4 谷子耕地比例分布图

图5 山西省谷子低温冷害风险区划图

由图4能够看出，低易损区分布在北部、南部大部分地区，具体为忻州大部分地区、朔州、大同、浑源、运城、临汾大部分地区以及长治、晋城、晋中部分地区，这些地区谷子耕地比例不足1 hm2/km2；次低易损区主要分布于山西省的中部地区和北部部分地区，南部和北部地区也有少量分布，具体为天镇、灵丘、阳曲、阳泉、汾阳离石以及南部的隰县、晋城一带；中等易损区分布在河曲、五寨、石楼、阳城一带；次高易损区分布在岢岚、襄垣一带；高易损区分布在偏关、保德、兴县、临县、武乡、垣曲等地，这些地区耕地比例在2.5 hm2/km2以上。

2.6 山西省谷子低温冷害风险区划

将山西省谷子低温冷害风险划分为Ⅰ～Ⅴ5个风险等级，Ⅰ级为高风险区，分布范围最小，集中分布于五寨、右玉等地区；Ⅱ级为次高风险区，主要分布于山西省的北部，以岚县、岢岚、宁武、朔州等地区为主；Ⅲ级为中等风险区，分布范围较小，多分布于北部地区，中部地区也有少量分布；Ⅳ级为次低风险区；Ⅴ级为低风险区，谷子低温冷害风险以低风险区与次低低险区为主，在南部、中部与北部地区都有分布。

3 结论

谷子低温冷害评估结果：致灾因子危险性等级方面，北部地区要明显高于中部与南部地区，低危险区分布范围最广，高危险区分布范围相对较小；敏感性等级方面，北部地区低于中部与南部地区；易损性等级方面，中部地区承灾体易损性等级要高于北部与南部地区，低易损区主要分布于山西省北部与南部地区。

谷子低温冷害区划结果：山西省北部谷子低温冷害风险等级要比中部与南部地区高。低风险区与次低风险区的分布范围最广；中等风险区主要分布于山西省北部且分布范围较小；次高风险区主要分布在岚县、岢岚、宁武、朔州等北部地区；高风险区分布于五寨、右玉两地，分布范围最小。对谷子低温冷害进行风险评估与区划，应用于实际的作物种植当中，能够有效地预防或减轻低温冷害带来的影响。

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S426

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2020.01.022

2095－6835（2020）01－0070－02

〔编辑：张思楠〕