广西农业气象灾害特征分析及其对农业生产的影响

王燕1，黄国勤2,3，赵其国4，唐以进1

（1江西农业大学园林与艺术学院，南昌330045；2江西农业大学生态科学研究中心，南昌330045；3教育部/江西省作物生理生态与遗传育种重点实验室，南昌330045；4中国科学院南京土壤研究所，南京210008）

摘要：利用广西1981—2012 年干旱、洪涝、低温冷害和风雹等4 种农业气象灾害数据，并结合粮食作物单产资料，采用线性回归、滑动平均和灰色关联等分析方法，研究了广西近32 年来农业气象灾害的变化特征及其对广西农业生产的影响。结果表明，1981—2012 年4 种农业气象灾害的受灾率变化均不明显，但具有阶段性特征。20 世纪80 年代至90 年代初，干旱受灾率呈递增趋势，1988—1992 年干旱受灾率居高不下，均在20%以上，90 年代中后期干旱受灾率较小且变化平缓；21 世纪以后广西又处于较旱阶段；洪涝、风雹、低温冷害在20 世纪80 年代至90 年代初受灾率均相对较小，尤其是低温冷害少有发生；20 世纪90 年代中后期及以后，洪涝受灾率呈明显周期性波动减小，风雹受灾率呈明显周期性波动增大，低温冷害也呈周期性的暴发。4 种农业气象灾害对农业影响程度为：对粮食作物、双季早稻、双季晚稻、玉米等，干旱＞洪涝＞风雹＞低温灾害；对单季稻而言，洪涝＞干旱＞风雹＞低温灾害，说明干旱和洪涝是影响广西农业生产的主要气象灾害。

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关键词 ：农业气象灾害；农业生产；灰色关联分析；广西

中图分类号：S166 文献标志码：A 论文编号：2014-0773

基金项目：国家自然科学基金重点项目“广西红壤肥力与生态功能协同演变机制与调控”（批准号：U1033004）资助。

第一作者简介：王燕，女，1972年出生，副教授，硕士，主要从事农林业生态及农林业气象学教学科研。通信地址：330045 江西农业大学园林与艺术学院，Tel：0791-83813243，E-mail：wangyan312@163.com。

通讯作者：黄国勤，男，1962年出生，江西余江人，首席教授，二级教授，博士生导师，博士后，主要从事耕作制度、农业生态等方面的教学与科研工作。通信地址：330045 江西省南昌市昌北经济开发区江西农业大学生态科学研究中心，Tel：0791-83828143，E-mail：hgqjxnc@sina.com。

收稿日期：2014-08-05，修回日期：2014-10-10。

0 引言

广西地处中国西南边陲，属云贵高原向东南沿海丘陵过渡地带，具有周高中低、形似盆地、山地多、平原少的地形特点，属热带、亚热带湿润季风气候，是中国南方重要的农业省区之一，最主要的农作物是水稻，其次是玉米[1]。由于其特殊地理和气候条件，使广西成为中国气象灾害多发的地区之一，表现为气象灾害种类多、分布广、频率高、成灾比例高的特点[2-5]。对农业生产影响较大的气象灾害主要有干旱、洪涝、低温冷害、热带风暴、冰雹等灾害性天气，多种气象灾害常常并发或交替发生，给农业生产造成巨大损失，严重制约着社会经济的发展[6-9]。对广西近些年来气象灾害影响，特别是对农作物产量影响的定量研究较少，本文运用定量和定性分析相结合的方法，分析了广西1981—2012 年主要农业气象灾害（干旱、洪涝、风雹、低温冷害）的年际和年代变化特征，并运用灰色系统理论中的灰色关联分析法对广西主要农业气象灾害对农作物产量的影响程度进行定量分析[10-14]，以找出各种气象灾害对广西农作物产量影响的主次关系，为农业综合防御气象灾害提供参考依据。

1 资料来源与分析方法

1.1 资料来源

农业灾害灾情指标一般有受灾面积、成灾面积、农作物灾损量等，每种指标都从不同角度反映了灾害强度及其对农业生产系统的危害程度[15]。本文采用1981—2012 年广西各种气象灾害的农作物受灾面积、成灾面积、绝收面积资料来源于中国种植业信息网—灾情数据库；同期农作物播种面积、产量资料来源于中国种植业信息网—农作物数据库。

1.2 分析方法

采用线性回归、滑动平均法分析农业气象灾害变化特征。由于每年农作物播种面积均有变化，为了合理反映气象灾害对农业造成的影响，本文用受灾率（即农作物受灾面积与总播种面积的百分率）对受灾情况进行分析。

采用灰色关联分析法分析农业气象灾害对农作物产量的影响大小。农业气象灾害系统是农业系统与气象灾害系统两个灰色系统的复合体，因此可以通过灰色关联分析区分析各气象灾害的综合影响大小。以农作物产量作为参考序列，各种气象灾害的受灾面积为比较序列，求其关联度和关联序，从而判断引起该系统发展的主要和次要因素。关联度分析一般包括下列几个步骤。

（1）设参考数据列为X0={x0(k), k=1,2,…,n}，比较数据列为Xi={xi(k), k=1,2,…,n}(i=1,2,…,n)。

（2）原始数据变换：目前灰色关联分析中的原始数据变换主要有均值化变换、初值化变换和标准差变换。本文对参考数据列和比较数据列进行均值化处理，使之无量纲化、归一化。

（3）求绝对差：Δi(k) =x0(k)- xi(k) (i=1,2, …,m；k=1,2,…,n)

（4）求关联系数ξi(k)：计算各比较数据列与参考数据列在各时刻的关联系数，其计算公式如下。

式中ρ为分辨系数，其意义是削弱最大绝对差数值太大引起的失真，提高关联系数之间的差异显著性，ρ∈(0,1)，一般可取0.1~0.5。本文取ρ=0.5。

（5）求关联度ri：取ξi(k)的算术平均值。

（6）关联序按ri的大小排序，就形成关联序。它直接反映了比较系列对参考系列的贡献大小或主次关系。ri的值越大，说明其关联的程度越大，ri的值越小，则其关联程度越小。

2 结果与分析

2.1 农业气象灾害特征分析

由图1 和图3 干旱受灾率的线性变化趋势及其5年滑动平均距平的变化可见，近32 年广西旱灾变化趋势不显著，但有一定的阶段性特征。1981—1988 年旱灾率呈渐增趋势，变幅达22%；1988—1992 年受灾率居高不下，均在20%以上，其中1988 年最大，达25.7%；1993—1998 年干旱受灾率小，波动平缓，变化位于5.2%~7.4%之间；1999 年以后干旱受灾率较大，波动剧烈，其中1999、2004 和2010 年干旱受灾率分别为16.28%、17.8%和18.3%；而2001、2002 和2012 年受灾率分别为0.84%、1.6%和1.3%。从5 年滑动平均距平来看，20 世纪80 年代旱灾的受灾比表现为正距平，而涝灾为负距平，说明这个时期广西处于较旱时段。

洪涝是广西第二大农业气象灾害，其历年的受灾率(7.5%)低于干旱(11.8%)。由图2 可见，近32 年来，洪涝受灾率总体上以0.6 个百分点每10 年的速率增大。1981—1993 年洪涝受灾率小，且年际变化幅度不大，多数年份受灾率在5%以下，1993 年以后洪涝灾害受灾率5.2 个百分点每10 年的速率显著减小，其中1994年受灾率最大，达27.6%。从5 年滑动平均距平来看，20 世纪90 年代洪涝受灾率表现为正距平，干旱受灾率为负距平，说明这个时期广西为相对湿润期。

风雹灾害包括大风和冰雹两种灾害。其发生的主要特点是范围小、时间短、来势凶猛、强度大，对农业的影响主要表现是使植株受机械损伤[16]。由图5 可见，1981—2012 年，广西风雹灾害以0.9 个百分点每10 年的速率增大。20 世纪80 年代至90 年代初，农作物受风雹灾害轻（约2%），略有增加但变化幅度小。1994年以后受灾率波动大，特别是1997—2008 年风雹受灾率呈周期性增大，其中2008 年最大，达12.97%。5 年滑动平均距平（图4）显示，风雹受灾率在20 世纪90 年代初、2002 年以后表现为正距平，说明此阶段风雹对农作物影响相对较强。

低温冷害是生育期因温度低而影响作物生长发育并引起减产的自然灾害[17]。由图6 可见，20 世纪80 年代至90 年代初广西低温冷害的受灾率介于0~1%，受灾程度变化平缓，农作物受低温影响小；20 世纪90 年代中后期低温冷害的受灾率呈周期性波动，变幅较大（达12.5%），农作物受低温影响较大。

2.2 农业气象灾害对农业生产的影响分析

水稻和玉米等粮食作物是广西主要的农作物。根据灰色系统分析方法的思路和要求，本文采用1981—2012 年广西粮食作物平均单产、双季早稻单产、双季晚稻单产、单季稻单产和玉米单产数据为参考序列，选取影响农业生产的主要气象灾害干旱、洪涝、风雹和低温冷害的受灾面积为比较序列，采用灰色关联分析方法计算以上4 种气象灾害与粮食产量之间的关联度和关联序列，结果见表1。

由表1 可知，干旱、洪涝对广西农作物产量的影响最大，低温冷害的影响最小，风雹影响次小。低温冷害对农作物的影响主要表现为春季的烂秧天气和秋季的寒露风，20 世纪六七十年代早稻烂秧天气影响严重，后因品种改良及耕作技术的提高，早稻受春季低温、晚稻受秋季寒露风危害大大减小。风雹灾主要是台风、雷雨大风及冰雹产生，广西风灾主要发生在夏季，冰雹主要发生在春季，风雹灾的发生一般范围小、时间短，所以对农作物产量的影响不大。广西干旱有春旱（2—4 月）、夏旱（6—8 月）、秋旱和冬旱之分，以春、秋旱发生频率最高（年年发生）、范围最广，夏旱次之，冬旱最轻。广西一年四季均有暴雨出现，但以夏季风盛行期间（4—9）月较为集中，特别是6—7 月份易形成洪涝灾害[1]。

广西早稻的生长期为3 月中下旬至7 月上中旬，春旱直接影响早稻播种及前期生长，而生长的后期，常受洪涝灾害的影响，从而严重影响产量。因此，对双季早稻而言，干旱为主要的气象灾害，洪涝次之。

广西晚稻的主要生长季大约在7—9 月，不但夏旱经常发生，而且常常出现夏秋连旱，使水稻的抽穗开花以及灌浆不能正常进行，结实率降低，空壳率高，严重影响产量。

广西种有春玉米和秋玉米，多种植在丘陵山地，该地区恰是干旱高频严重区，干旱会影响玉米的正常拔节、抽雄、吐丝期，造成减产。

对单季稻而言，洪涝灾害的影响最重，干旱次之。广西单季稻生长期大约在5—9 月，正是广西暴雨集中期，特别是生长前期和中期，洪涝灾害及其衍生灾害频发，严重影响单季稻的生育进程，中后期常受夏、秋干旱影响，使水稻的抽穗开花以及灌浆不能正常进行，结实率降低，从而影响产量。

3 结论与讨论

（1）1981—2012 年广西干旱、洪涝、风雹和低温冷害等4 种农业气象灾害的受灾率变化均不明显，但具有阶段性特征。20 世纪80 年代至90 年代初，干旱受灾率呈递增趋势，特别是1988—1992 年受灾率居高不下，均在20%以上；20 世纪90 年代中后期较小且变化平缓，21 世纪以后干旱受灾率较大且波动剧烈；洪涝、风雹、低温冷害在20 世纪80 年代至90 年代初受灾率均相对较小，变幅不大，特别是低温冷害少有发生，20世纪90 年代中后期以后，洪涝受灾率呈明显周期性波动减小，风雹受灾率呈明显周期性波动增大，低温冷害也呈周期性的暴发。

（2）对各主要农业气象灾害与农作物产量的灰色关联分析表明，干旱和洪涝是过去32 年间广西主要的农业气象灾害，低温冷害对农业的影响程度最小。4种农业气象灾害对农业影响程度为：对粮食作物、双季早稻、双季晚稻、玉米等，干旱＞洪涝＞风雹＞低温灾害；对单季稻而言，洪涝＞干旱＞风雹＞低温灾害。因此防御干旱、洪涝是农业气象防灾减灾、提高广西农作物产量的关键。

广西农业气象灾害频发，正确认识灾害的发生规律和特征是采取有效的防灾减灾措施的前提。现阶段广西处于较旱阶段，抗旱仍是广西现阶段和未来一定时期主要的农业防灾减灾主题。风雹灾不断增大、低温冷害随机发生，虽然对农业生产的影响较少，但近年来其发生范围和强度在不断增大，因此对二者的预防仍不容忽视。因此，农业生产要根据农业气象灾害的特点，因地制宜地合理布局，充分利用本地的气候资源，趋利避害，同时要加强气象灾害的监测、预报及防御工作，提高防灾减灾水平，减少损失。

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