论文部分内容阅读
摘要 鲁西平原是主要的玉米的产区，同时也是气象灾害的频发区，因此加强鲁西平原地区夏玉米气象灾害风险评估与区划有着重要的意义。以东阿县为例，利用当地气象观测数据，结合GIS技术对夏玉米的干旱、高温、渍涝等气象灾害进行风险性评估与区划。结果表明：玉米综合农业气象灾害风险度为0.25～0.30，各乡镇综合气象灾害风险度均在轻微灾害风险区。牛角店镇玉米综合气象灾害风险度最小，为0.25；姚寨镇最高，为0.30。全县玉米气象灾害风险较小，适合玉米的种植。
关键词 夏玉米；农业气象灾害；风险评估与区划；山东东阿
中图分类号 S513；S42 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2016）19-0207-02
Abstract Luxi Plain is not only major corn-producing areas，but also prone areas of meteorological disasters，thus it is very significant to enhance summer maize meteorological disaster risk assessment and zoning in Luxi Plain. A case study of Dong′e County，using local meteorological data，combined with GIS technology，risk assessment and zoning of drought，high temperature，waterlogging and other weather disasters were conducted. The results showed that integrated agricultural meteorology disaster risk degree of Maize was between 0.25 to 0.30，integrated meteorological disaster risk degree in the townships were slight.Niujiaodian corn integrated meteorological disasters risk degree was minimum（0.25）；Yaozhai corn integrated meteorological disaster risk degree was maximun（0.30）.Corn meteorological disaster risk in the whole county is small，which is suitable for the cultivation of corn.
Key words summer corn；agriculture meteorological disaster；risk assessment and zoning；Dong′e Shandong
东阿县位于东经116°12′～116°33′、北纬36°07′～36°33′之间，土地总面积729 km2，人口40万人，依黄河57 km。属温带季风气候区，气候温暖，光照充足。东阿县下辖高集镇、大桥镇、鱼山镇、铜城街道办事处、新城街道办事处等10个乡镇（街道）和1个经济开发区，是国家级生态示范区、中国最佳养生休闲旅游名县。该文以东阿县为例，利用当地气象观测数据，结合GIS技术对夏玉米的干旱、高温、渍涝等气象灾害进行风险性评估与区划，以期为当地玉米产业发展提供依据。
1 资料来源
采用东阿国家气象观测站1981—2014年地面观测资料，各乡镇2007—2014年区域站资料以及周边聊城市、阳谷等台站观测资料。如乡镇无观测点，则利用差值法计算。夏玉米生育期观测资料取自聊城国家基本农业气象站。
2 区划方法
2.1 农业气候区划原理
农业气候区划是在分析地区农业气候条件的基础上，采用对农业生产有重要意义的气候指标，遵循农业气候相似原则，将一个地区划分为有自身气候特点、发展方向和利用改造途径的若干个农业气候区域[1-6]。具体步骤：①找出关键性气候因子和关键时期，确定指标，分析农业气候条件；②确定区划系统与区划指标值并分区；③分区评述[7-9]。
2.2 农作物气象灾害风险指标
该次区划中的热量指标为0 ℃农业界限温度期间的积温、年平均气温日较差、作物生长期平均气温日较差、最热月平均气温以及最冷月平均气温；水分指标为降水量。此外，还有极大风速和光照等其他指标。除主要的气象条件指标外，辅助指标结合土壤、地形等自然景观的差异作为补充指标[10-20]。
2.3 气象资料插值方法
本次评估根据实际情况，没有区域站时段采用线性回归方法。线性回归模型描述2个要素之间的线性相关关系，如2个要素间相关关系显著，即可建立二者之间的线性回归方程，其表达式为：
有区域站时段，无气象资料乡镇采用反距离加权插值法。
3 东阿县玉米气象灾害风险评估与区划
玉米气象灾害主要有干旱、洪涝、高温、大风等灾害，此次玉米风险评估为综合性气象风险评估[21-22]。高温灾害为各生长期造成危害的极端高温；出苗期极端最低温度小于15 ℃的灾害未出现；干旱考虑苗期到成熟期的缺水情况。玉米生长后期，在高温多雨条件下，根系常因缺氧而窒息坏死，造成生活力迅速衰退，植株未熟先枯，对产量影响很大，因此考虑积水日数和倒伏灾害。
3.1 干旱灾害风险区划
因玉米从苗期到成熟水分条件对生长均有较大影响。以生长期缺水量与玉米生长最低需求375 mm比值为指标，按实际造成灾害情况，分为3级：>0.3、>0.5、>0.8。 东阿县玉米生长期缺水造成的干旱风险度在0.13～0.33之间（图1），各乡镇累年平均干旱风险度0.5以下，属干旱低风险灾害地区，其中鱼山镇干旱灾害风险度最大，为0.32；牛角店镇最小，为0.13。
3.2 高温灾害风险区划
玉米生育期间，高温天气主要是玉米芽期和开花期日最高气温≥30 ℃，育苗期日最高气温≥26 ℃，灌浆结实期平均温度≥25 ℃。定义其在度函数如下：
式（3）中，DGTD为苗期及成熟期≥26 ℃和出苗至花期 ≥30 ℃灾害风险度，取值范围为0～1。其分为3级：>0.3、>0.5、>0.8。
东阿县玉米高温灾害风险度为0.13～0.20（图2），东阿县各乡镇高温灾害风险度均在0.3以下，属高温轻微风险灾害区，其中新城街道办事处和牛角店镇干旱灾害风险度最大，均为0.20；铜城街道办事处高温灾害风险度最小，为0.13。
3.3 积水灾害风险区划
据调查，玉米生育期间，在抽雄前后一般积水1～2 d，对产量影响不太明显，积水3 d减产20%，积水5 d减产40%，积水10 d减产100%。积水灾害风险度取值范围为0～1，其分为3级：>0.3、>0.5、>0.8。
东阿县玉米田间积水灾害风险度在0～0.15之间（图3），东阿县各乡镇整体积水灾害风险度在0.3以下，属轻微积水灾害风险区，其中姚寨镇积水灾害风险度最大，为0.15；铜城街道办事处未出现积水灾害。
3.4 倒伏灾害风险区划
玉米拔节至成熟期出现降雨和大风天气时出现倒伏现象，以当时的降水量和极大风速为指标，降水量在中雨以上且极大风速8级以上时为1个倒伏日，定义玉米倒伏灾害灾度函数为：
式（4）中，DDF为玉米倒伏灾度，取值范围为0～1，其分为3级：>0.3、>0.5、>0.8。
东阿县玉米倒伏灾害风险度为0.53～0.70（图4），各乡镇整体倒伏灾害风险度在0.80之下，属中倒伏灾害风险区，其中高集镇倒伏灾害风险度最大，为0.70；牛角店镇最小，为0.53。
3.5 综合风险区划
评估玉米生育过程中的灾害风险概率，各气象灾害风险度等权平均得到东阿县各乡镇玉米生产农业气象灾害综合风险度。为了定量分析干旱、高温、积水、倒伏对玉米产量的影响风险程度，将灾害影响分为灾年、轻灾年、歉年，即减产率>10%、5%～10%、>0～5%。以聊城市农业代表站计算综合风险区划指标，减产率为当年玉米产量与未出现气象灾害累年产量比值，具体见表1。
东阿县玉米综合农业气象灾害风险度为0.25～0.30（图5），东阿各乡镇综合气象灾害风险度均在轻微灾害风险区。牛角店镇玉米综合气象灾害风险度最小，为0.25；姚寨镇最高，为0.30。全县玉米气象灾害风险较小，适合玉米的种植。
4 参考文献
[1] 章国材.气象灾害风险评估与区划方法[M].北京：气象出版社，2014.
[2] 蔡菁菁.东北地区玉米干旱、冷害风险评价[D].北京：中国气象科学研究院，2013.
[3] 王文毅，黄敏，李长军，等.山东省主要农林作物气象指标及农业气候区划研究[C]//山东省重点学术研究成果（2008）.济南：山东气象学会，山东省气象信息中心，山东省气候中心，2009：25.
[4] 王明田，张玉芳，马均，等.四川省盆地区玉米干旱灾害风险评估及区划[J].应用生态学报，2012（10）：2803-2811.
[5] 成林，刘荣花.河南省夏玉米花期连阴雨灾害风险区划[J].生态学杂志，2012（12）：3075-3079.
[6] 石淑芹，陈佑启，李正国，等.基于空间插值分析的指标空间化及吉林省玉米种植区划研究[J].地理科学，2011（4）：408-414.
[7] 杨平，张丽娟，赵艳霞，等.黄淮海地区夏玉米干旱风险评估与区划[J].中国生态农业学报，2015（1）：110-118.
[8] 高晓容，王春乙，张继权，等.东北地区玉米主要气象灾害风险评价与区划[J].中国农业科学，2014（24）：4805-4820.
[9] 蒋春丽，张丽娟，姜春艳，等.黄淮海地区夏玉米洪涝灾害风险区划[J].自然灾害学报，2015（3）：235-243.
[10] 张琪，张继权，佟志军，等.干旱对辽宁省玉米产量影响及风险区划[J].灾害学，2010（2）：87-91.
[11] 余卫东，陈怀亮. 河南省夏玉米精细化农业气候区划研究[J].气象与环境科学，2010（2）：14-19.
[12] 张文宗，王鑫，康西言，等.河北省玉米干旱风险评估及区划方法[J].华北农学报，2008（增刊2）：367-372.
[13] 陆魁东，黄晚华，方丽，等.气象灾害指标在湖南春玉米种植区划中的应用[J].应用气象学报，2007（4）：548-554.
[14] 王俊，刘亚玲，萨其荣贵.通辽市特种玉米种植气候区划分析[J].内蒙古民族大学学报（自然科学版），2009（5）：519-522.
[15] 唐红艳，牛宝亮.基于GIS技术的内蒙古兴安盟春玉米种植气候区划[J].中国农学通报，2009（23）：447-450.
[16] 徐虹，张丽娟，赵艳霞，等.黄淮海地区夏玉米花期阴雨灾害风险区划[J].自然灾害学报，2014（5）：263-272.
[17] 边超钧.陕西省玉米干旱风险评估及区划研究[D].南京：南京信息工程大学，2014.
[18] 张超，吴瑞芬.内蒙古玉米干旱风险区划方法研究[J].中国农业资源与区划，2015（7）：134-141.
[19] 白彩云.中国东北地区玉米种植的气候适应性研究[D].石河子：石河子大学，2010.
[20] 马玉妍.黄淮海地区夏玉米干旱灾害危险性评估与区划[D].哈尔滨：哈尔滨师范大学，2015.
[21] 孙培良，张义豪，赵春芳，等.基于GIS的县域气象灾害与小麦生育期气象灾害趋势分析：以阳谷县为例[J].中国农学通报，2014（5）：259-267.
[22] 赵春芳，张义豪，孙培良，等.基于GIS支持的阳谷县冬小麦精细农业气候区划[J].山西农业科学，2013（9）：947-952.
关键词 夏玉米；农业气象灾害；风险评估与区划；山东东阿
中图分类号 S513；S42 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2016）19-0207-02
Abstract Luxi Plain is not only major corn-producing areas，but also prone areas of meteorological disasters，thus it is very significant to enhance summer maize meteorological disaster risk assessment and zoning in Luxi Plain. A case study of Dong′e County，using local meteorological data，combined with GIS technology，risk assessment and zoning of drought，high temperature，waterlogging and other weather disasters were conducted. The results showed that integrated agricultural meteorology disaster risk degree of Maize was between 0.25 to 0.30，integrated meteorological disaster risk degree in the townships were slight.Niujiaodian corn integrated meteorological disasters risk degree was minimum（0.25）；Yaozhai corn integrated meteorological disaster risk degree was maximun（0.30）.Corn meteorological disaster risk in the whole county is small，which is suitable for the cultivation of corn.
Key words summer corn；agriculture meteorological disaster；risk assessment and zoning；Dong′e Shandong
东阿县位于东经116°12′～116°33′、北纬36°07′～36°33′之间，土地总面积729 km2，人口40万人，依黄河57 km。属温带季风气候区，气候温暖，光照充足。东阿县下辖高集镇、大桥镇、鱼山镇、铜城街道办事处、新城街道办事处等10个乡镇（街道）和1个经济开发区，是国家级生态示范区、中国最佳养生休闲旅游名县。该文以东阿县为例，利用当地气象观测数据，结合GIS技术对夏玉米的干旱、高温、渍涝等气象灾害进行风险性评估与区划，以期为当地玉米产业发展提供依据。
1 资料来源
采用东阿国家气象观测站1981—2014年地面观测资料，各乡镇2007—2014年区域站资料以及周边聊城市、阳谷等台站观测资料。如乡镇无观测点，则利用差值法计算。夏玉米生育期观测资料取自聊城国家基本农业气象站。
2 区划方法
2.1 农业气候区划原理
农业气候区划是在分析地区农业气候条件的基础上，采用对农业生产有重要意义的气候指标，遵循农业气候相似原则，将一个地区划分为有自身气候特点、发展方向和利用改造途径的若干个农业气候区域[1-6]。具体步骤：①找出关键性气候因子和关键时期，确定指标，分析农业气候条件；②确定区划系统与区划指标值并分区；③分区评述[7-9]。
2.2 农作物气象灾害风险指标
该次区划中的热量指标为0 ℃农业界限温度期间的积温、年平均气温日较差、作物生长期平均气温日较差、最热月平均气温以及最冷月平均气温；水分指标为降水量。此外，还有极大风速和光照等其他指标。除主要的气象条件指标外，辅助指标结合土壤、地形等自然景观的差异作为补充指标[10-20]。
2.3 气象资料插值方法
本次评估根据实际情况，没有区域站时段采用线性回归方法。线性回归模型描述2个要素之间的线性相关关系，如2个要素间相关关系显著，即可建立二者之间的线性回归方程，其表达式为：
有区域站时段，无气象资料乡镇采用反距离加权插值法。
3 东阿县玉米气象灾害风险评估与区划
玉米气象灾害主要有干旱、洪涝、高温、大风等灾害，此次玉米风险评估为综合性气象风险评估[21-22]。高温灾害为各生长期造成危害的极端高温；出苗期极端最低温度小于15 ℃的灾害未出现；干旱考虑苗期到成熟期的缺水情况。玉米生长后期，在高温多雨条件下，根系常因缺氧而窒息坏死，造成生活力迅速衰退，植株未熟先枯，对产量影响很大，因此考虑积水日数和倒伏灾害。
3.1 干旱灾害风险区划
因玉米从苗期到成熟水分条件对生长均有较大影响。以生长期缺水量与玉米生长最低需求375 mm比值为指标，按实际造成灾害情况，分为3级：>0.3、>0.5、>0.8。 东阿县玉米生长期缺水造成的干旱风险度在0.13～0.33之间（图1），各乡镇累年平均干旱风险度0.5以下，属干旱低风险灾害地区，其中鱼山镇干旱灾害风险度最大，为0.32；牛角店镇最小，为0.13。
3.2 高温灾害风险区划
玉米生育期间，高温天气主要是玉米芽期和开花期日最高气温≥30 ℃，育苗期日最高气温≥26 ℃，灌浆结实期平均温度≥25 ℃。定义其在度函数如下：
式（3）中，DGTD为苗期及成熟期≥26 ℃和出苗至花期 ≥30 ℃灾害风险度，取值范围为0～1。其分为3级：>0.3、>0.5、>0.8。
东阿县玉米高温灾害风险度为0.13～0.20（图2），东阿县各乡镇高温灾害风险度均在0.3以下，属高温轻微风险灾害区，其中新城街道办事处和牛角店镇干旱灾害风险度最大，均为0.20；铜城街道办事处高温灾害风险度最小，为0.13。
3.3 积水灾害风险区划
据调查，玉米生育期间，在抽雄前后一般积水1～2 d，对产量影响不太明显，积水3 d减产20%，积水5 d减产40%，积水10 d减产100%。积水灾害风险度取值范围为0～1，其分为3级：>0.3、>0.5、>0.8。
东阿县玉米田间积水灾害风险度在0～0.15之间（图3），东阿县各乡镇整体积水灾害风险度在0.3以下，属轻微积水灾害风险区，其中姚寨镇积水灾害风险度最大，为0.15；铜城街道办事处未出现积水灾害。
3.4 倒伏灾害风险区划
玉米拔节至成熟期出现降雨和大风天气时出现倒伏现象，以当时的降水量和极大风速为指标，降水量在中雨以上且极大风速8级以上时为1个倒伏日，定义玉米倒伏灾害灾度函数为：
式（4）中，DDF为玉米倒伏灾度，取值范围为0～1，其分为3级：>0.3、>0.5、>0.8。
东阿县玉米倒伏灾害风险度为0.53～0.70（图4），各乡镇整体倒伏灾害风险度在0.80之下，属中倒伏灾害风险区，其中高集镇倒伏灾害风险度最大，为0.70；牛角店镇最小，为0.53。
3.5 综合风险区划
评估玉米生育过程中的灾害风险概率，各气象灾害风险度等权平均得到东阿县各乡镇玉米生产农业气象灾害综合风险度。为了定量分析干旱、高温、积水、倒伏对玉米产量的影响风险程度，将灾害影响分为灾年、轻灾年、歉年，即减产率>10%、5%～10%、>0～5%。以聊城市农业代表站计算综合风险区划指标，减产率为当年玉米产量与未出现气象灾害累年产量比值，具体见表1。
东阿县玉米综合农业气象灾害风险度为0.25～0.30（图5），东阿各乡镇综合气象灾害风险度均在轻微灾害风险区。牛角店镇玉米综合气象灾害风险度最小，为0.25；姚寨镇最高，为0.30。全县玉米气象灾害风险较小，适合玉米的种植。
4 参考文献
[1] 章国材.气象灾害风险评估与区划方法[M].北京：气象出版社，2014.
[2] 蔡菁菁.东北地区玉米干旱、冷害风险评价[D].北京：中国气象科学研究院，2013.
[3] 王文毅，黄敏，李长军，等.山东省主要农林作物气象指标及农业气候区划研究[C]//山东省重点学术研究成果（2008）.济南：山东气象学会，山东省气象信息中心，山东省气候中心，2009：25.
[4] 王明田，张玉芳，马均，等.四川省盆地区玉米干旱灾害风险评估及区划[J].应用生态学报，2012（10）：2803-2811.
[5] 成林，刘荣花.河南省夏玉米花期连阴雨灾害风险区划[J].生态学杂志，2012（12）：3075-3079.
[6] 石淑芹，陈佑启，李正国，等.基于空间插值分析的指标空间化及吉林省玉米种植区划研究[J].地理科学，2011（4）：408-414.
[7] 杨平，张丽娟，赵艳霞，等.黄淮海地区夏玉米干旱风险评估与区划[J].中国生态农业学报，2015（1）：110-118.
[8] 高晓容，王春乙，张继权，等.东北地区玉米主要气象灾害风险评价与区划[J].中国农业科学，2014（24）：4805-4820.
[9] 蒋春丽，张丽娟，姜春艳，等.黄淮海地区夏玉米洪涝灾害风险区划[J].自然灾害学报，2015（3）：235-243.
[10] 张琪，张继权，佟志军，等.干旱对辽宁省玉米产量影响及风险区划[J].灾害学，2010（2）：87-91.
[11] 余卫东，陈怀亮. 河南省夏玉米精细化农业气候区划研究[J].气象与环境科学，2010（2）：14-19.
[12] 张文宗，王鑫，康西言，等.河北省玉米干旱风险评估及区划方法[J].华北农学报，2008（增刊2）：367-372.
[13] 陆魁东，黄晚华，方丽，等.气象灾害指标在湖南春玉米种植区划中的应用[J].应用气象学报，2007（4）：548-554.
[14] 王俊，刘亚玲，萨其荣贵.通辽市特种玉米种植气候区划分析[J].内蒙古民族大学学报（自然科学版），2009（5）：519-522.
[15] 唐红艳，牛宝亮.基于GIS技术的内蒙古兴安盟春玉米种植气候区划[J].中国农学通报，2009（23）：447-450.
[16] 徐虹，张丽娟，赵艳霞，等.黄淮海地区夏玉米花期阴雨灾害风险区划[J].自然灾害学报，2014（5）：263-272.
[17] 边超钧.陕西省玉米干旱风险评估及区划研究[D].南京：南京信息工程大学，2014.
[18] 张超，吴瑞芬.内蒙古玉米干旱风险区划方法研究[J].中国农业资源与区划，2015（7）：134-141.
[19] 白彩云.中国东北地区玉米种植的气候适应性研究[D].石河子：石河子大学，2010.
[20] 马玉妍.黄淮海地区夏玉米干旱灾害危险性评估与区划[D].哈尔滨：哈尔滨师范大学，2015.
[21] 孙培良，张义豪，赵春芳，等.基于GIS的县域气象灾害与小麦生育期气象灾害趋势分析：以阳谷县为例[J].中国农学通报，2014（5）：259-267.
[22] 赵春芳，张义豪，孙培良，等.基于GIS支持的阳谷县冬小麦精细农业气候区划[J].山西农业科学，2013（9）：947-952.