中国玉米旱灾风险评价

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随着气候变化和粮食安全问题的逐渐突出,农业旱灾成为全球关注的焦点问题之一。中国作为世界上人口最多的农业大国,受季风气候的影响,旱灾对农业生产的影响尤为巨大。玉米是我国主要的粮食作物,由于其需水量相对较高,加之受气候影响,常易遭受旱灾。尤其近几年中国旱灾频发,玉米生育期间的干旱风险加大。进行中国玉米旱灾风险评价,符合我国农业可持续发展的要求,对于进行干旱灾害预警、减轻旱灾风险和保障国家粮食安全具有重要的指导意义。   本文以玉米为研究对象,基于“4个基础理论”和“2个技术支持”,构建了农业旱灾风险评价的理论,探讨了农业旱灾风险评价的方法体系。引入基于物理过程的农作物模型EPIC(Erosion Productivity Impact Calulator),构建了“自然脆弱性曲线与分区EPIC-Re模型”以及“生物量损失与分时EPIC-Ti模型”农业旱灾的风险评价模型。在全面收集研究区气象、土壤、农气观测等资料的基础上,采用作物模型模拟、野外试验实证和数字制图等方法与技术,分别对中国玉米种植区“分区”旱灾风险以及典型种植区域--黄淮海夏播玉米区“分时段”旱灾风险进行了评价应用。取得如下认识:   1.提出基于“分区”和“分时”评价的农业旱灾风险评价的理论模式。基于人地关系地域系统理论和灾害系统理论,构建了“H-Vc-R”农业旱灾风险评价的系统模型;根据自然区划理论,构建了基于“分区评价-脆弱性差异”(Rv)的风险评价概念模型;根据农作物阶段发育理论,构建了基于“分时评价-生物量差异”(Tb)的风险评价概念模型;基于风险的成因和时空评价的结果,利用GIS和数字地图技术,提出编制农业旱灾风险评价图谱。   2.基于“分区脆弱性”和“分生育期生物量损失”差异建立了农业旱灾风险评价的方法体系。引入EPIC模型,在分析“分种植区脆弱性差异”的基础上,构建了“自然脆弱性曲线与分区EPIC-Re模型”;在分析“分生育期生物量损失差异”的基础上,构建了“生物量损失与分时EPIC-Ti模型”。构建的农业旱灾风险评价的方法体系包括3方面:评价的程序、评价的结构和评价图谱的输出。并且构建了致灾因子危险性评价指标(H)、承灾体脆弱性评价指标(V)和风险评价指标(R)体系。   3.基于“自然脆弱性曲线与分区EPIC-Re模型”,进行了中国玉米旱灾风险评价,确定了防范玉米旱灾风险的重点区域。   ①中国玉米分布区的旱灾致灾危险性总体呈现从西北向东南方向递减的趋势。致灾风险高值区(致灾指数等级≥0.8)集中分布在西北灌溉玉米区和北方春播玉米区的河套灌区,占全国玉米分布区面积的4.97%。各玉米分区高致灾因子的发生概率风险排序为:西北灌溉玉米区>南方丘陵玉米区>黄淮海夏播玉米区>西南山地玉米区>青藏高原玉米区>北方春播玉米区。中国玉米旱灾致灾风险年际变化的高值区主要分布在生态环境脆弱的农牧交错带附近。②中国6大玉米分区的旱灾自然脆弱性曲线都符合Logistic曲线分布的规律,西北灌溉玉米区和北方春播玉米区的自然脆弱性较高。③中国各玉米分区的成灾风险水平:西北灌溉玉米区>青藏高原玉米区>北方春播玉米区>黄淮海平原夏播玉米区>南方丘陵玉米区>西南山地玉米区。西北灌溉玉米区是玉米旱灾致灾风险和承灾体自然脆弱性双高的区域,应成为防范玉米旱灾风险重点关注的地区。   4.基于“生物量损失与分时EPIC-Ti模型”,进行了黄淮海夏播玉米区不同时段的玉米旱灾风险评价,找出了玉米致灾和成灾的高风险生育期。   ①玉米旱灾致灾高风险区的范围和移动和我国降雨带随玉米生育期变化而变化,以及玉米不同生育阶段的需水量大小有关。致灾风险的高发期是乳熟期前后,播种-出苗期致灾的风险最小。致灾高风险区主要分布在冀北高原山地和鲁中南部地区。②成灾风险较高的生育期是拔节-抽雄期、抽雄-乳熟期和乳熟-成熟期,3个时期处于高风险区的面积占全区玉米种植面积比例分别为5.43%、5.14%和5.01%。③基于黄骅野外试验玉米干旱脆弱性的实证结果与EPIC模型模拟的各生育期成灾风险大小是一致的。
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