黑龍江省水稻產(chǎn)量風(fēng)險(xiǎn)分布及區(qū)劃

韓語軒 王莉雯等

摘要[目的]分析黑龍江省水稻產(chǎn)量風(fēng)險(xiǎn)的空間分布規(guī)律，并進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃。[方法]對(duì)黑龍江省歷年水稻單產(chǎn)相對(duì)氣象產(chǎn)量序列進(jìn)行正態(tài)分布判別和偏態(tài)分布正態(tài)化處理，選取水稻平均減產(chǎn)率、減產(chǎn)率變異系數(shù)和減產(chǎn)率大于10%的風(fēng)險(xiǎn)概率作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，分析黑龍江省水稻產(chǎn)量風(fēng)險(xiǎn)的空間分布規(guī)律，并采用 Kmeans平均聚類算法進(jìn)行黑龍江省水稻產(chǎn)量的災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃。[結(jié)果]按照水稻產(chǎn)量的災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃，將黑龍江省劃分為低、中、高3類風(fēng)險(xiǎn)區(qū)。黑龍江省水稻單產(chǎn)減產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)呈整體連片、局部分散的特點(diǎn)。高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)位于黑龍江省東北部和西南部地區(qū)，北部及東部地區(qū)為中風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，而黑龍江省中部和南部地區(qū)風(fēng)險(xiǎn)最低，屬于低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)。[結(jié)論]合理調(diào)整種植結(jié)構(gòu)，加強(qiáng)水稻生產(chǎn)管理和完善灌溉設(shè)施是規(guī)避黑龍江水稻產(chǎn)量風(fēng)險(xiǎn)的主要措施。

關(guān)鍵詞黑龍江?。凰?；風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)；風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃

中圖分類號(hào)S166文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào)0517-6611（2016）04-001-03

Risk Distribution and Regionalization of Rice Yield in Heilongjiang Province

HAN Yuxuan，WANG Liwen（School of Urban and Environment，Liaoning Normal University，Dalian，Liaoning 116000）

Abstract[Objective] To analyze spatial distribution law of rice yield risk in Heilongjiang Province and conduct risk zoning.[Method] Applying the average rice cut rate，the variation coefficient of cut rate and risk probability of cut rate at 10% or higher as the evaluation indicators，relative meteorological yield array of rice yield per unit in Heilongjiang Province in calendar years was processed by performing the discrimination of normal distribution and the normalization of skewness distribution，the spatial risk distribution of rice yield was analyzed.By using KMeans，the disaster risk regionalization of rice yield in Heilongjiang Province was conducted.[Result] This article divided Heilongjiang Province into low，medium and high three type areas of risk.The result indicated that risk areas of rice yield reduction are contiguous on the whole and scattered in a small part.Southwest and northeast of Heilongjiang Province were high risk area，well northern and eastern parts were medium one and central and southern parts belonged to low risk area.[Conclusion] The main measure to reduce the risk on rice output in Heilongjiang Province is to adjust the planting structure properly，to improve the rice management and to perfect the irrigation facilities.

Key wordsHeilongjiang Province； Rice； Risk evaluation indicators； Risk regionalization

近年來，全球各類極端天氣事件頻繁發(fā)生，由氣候異常變化引起的農(nóng)業(yè)損失事件時(shí)有發(fā)生。據(jù)統(tǒng)計(jì)，1979～2008年我國主要作物的受災(zāi)比例呈逐年增加的趨勢(shì)[1]。我國每年因氣象災(zāi)害造成的農(nóng)作物受災(zāi)面積達(dá)5 000萬hm2，因?yàn)?zāi)導(dǎo)致的單品種糧食產(chǎn)量波動(dòng)可達(dá)20%左右，嚴(yán)重時(shí)可達(dá)30%以上[2]。黑龍江省作為我國重要的糧食生產(chǎn)基地，在水稻種植面積、生產(chǎn)總量以及商品量方面均居于我國首位[3]，其水稻產(chǎn)量的豐歉與我國糧食安全和社會(huì)穩(wěn)定密切相關(guān)。同時(shí)，黑龍江省又是自然災(zāi)害頻發(fā)的省份，因此建立適合黑龍江省的農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)體系與方法，開展黑龍江省水稻風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及其空間分布規(guī)律研究，為制定農(nóng)業(yè)政策、采取科學(xué)的避災(zāi)措施提供科學(xué)依據(jù)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

為避免風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指數(shù)法中多種指標(biāo)間的權(quán)重準(zhǔn)確性問題和危險(xiǎn)性研究中因指標(biāo)難以與作物產(chǎn)量有直接聯(lián)系而出現(xiàn)的有災(zāi)無害現(xiàn)象[4-5]，筆者根據(jù)1980～2011年黑龍江省56個(gè)縣（市）的水稻單產(chǎn)歉年平均減產(chǎn)率、災(zāi)年減產(chǎn)率變異系數(shù)和年減產(chǎn)率≥10%的風(fēng)險(xiǎn)概率3個(gè)方面評(píng)價(jià)風(fēng)險(xiǎn)，并利用Kmeans平均聚類算法進(jìn)行分類和風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃。

1材料與方法

1.1數(shù)據(jù)資料1980～2011年黑龍江省56個(gè)縣（市）水稻產(chǎn)量與播種面積資料，部分地區(qū)個(gè)別年份數(shù)據(jù)缺失或發(fā)現(xiàn)異常數(shù)據(jù)（特高或特低）核查后取舍處理。

1.2分離氣象產(chǎn)量的方法農(nóng)作物的最終產(chǎn)量是在農(nóng)業(yè)技術(shù)措施、氣象條件和隨機(jī)“噪聲”等自然和非自然因素的綜合影響下形成的[6-7]，按照以下公式計(jì)算：

Y=Yt+Yw+ΔY （1）

式中，Y為糧食單產(chǎn)；Yt為趨勢(shì)產(chǎn)量，反映一定歷史時(shí)期社會(huì)生產(chǎn)力發(fā)展水平的長(zhǎng)周期產(chǎn)量分量；Yw為氣候產(chǎn)量，是指由年際間氣象因素變化所造成的產(chǎn)量波動(dòng)分量；ΔY為隨機(jī)因素影響的產(chǎn)量分量，在實(shí)際計(jì)算中通常忽略不計(jì)。

趨勢(shì)產(chǎn)量采用直線滑動(dòng)平均法進(jìn)行模擬[8]，經(jīng)過比較并考慮產(chǎn)列序列的長(zhǎng)短，滑動(dòng)步長(zhǎng)取 11。求出趨勢(shì)產(chǎn)量后，根據(jù)式（1）可得到氣象產(chǎn)量：

Yw=Y-Yt （2）

根據(jù)式（2）進(jìn)一步得到相對(duì)氣象產(chǎn)量：

x=Yw/Yt （3）

1.3氣象產(chǎn)量分布正態(tài)檢驗(yàn)和正態(tài)化處理為驗(yàn)證水稻產(chǎn)量序列分解結(jié)果的優(yōu)劣，采用偏度-峰度檢驗(yàn)法對(duì)分解的氣象產(chǎn)量進(jìn)行正態(tài)檢驗(yàn)[8]。經(jīng)檢驗(yàn)，研究區(qū)域有45個(gè)站點(diǎn)的減產(chǎn)率通過α=0.01 水平的正態(tài)性檢驗(yàn)，占總研究站的80.35%，表明黑龍江省水稻減產(chǎn)率大體上服從正態(tài)分布。對(duì)于不符合正態(tài)分布的站點(diǎn)數(shù)據(jù)，采取偏態(tài)分布正態(tài)化處理[9]。

1.4風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)

1.4.1平均減產(chǎn)率。當(dāng)實(shí)際產(chǎn)量低于趨勢(shì)產(chǎn)量，即相對(duì)氣象產(chǎn)量為負(fù)值時(shí)，為減產(chǎn)，而實(shí)際單產(chǎn)低于趨勢(shì)產(chǎn)量的百分率稱為“減產(chǎn)率”[10]。定義相對(duì)氣象產(chǎn)量小于零的年份為歉收年份，相對(duì)氣象產(chǎn)量小于5%（即減產(chǎn)率大于5%）的年份為成災(zāi)年份[6]。按照以下公式計(jì)算平均減產(chǎn)率：

P=（ni=1xi）/n （4）

式中，xi和n分別為相應(yīng)年型的相對(duì)產(chǎn)量序列和年數(shù)。

1.4.2減產(chǎn)率變異系數(shù)。減產(chǎn)率變異系數(shù)表示相對(duì)氣象產(chǎn)量偏離其平均值的程度。減產(chǎn)率變異系數(shù)越大，則糧食生產(chǎn)面臨的風(fēng)險(xiǎn)越大。按照以下公式計(jì)算減產(chǎn)率變異系數(shù)：

V=ni=1（xi-）2/（n-1）（5）

式中，xi為相應(yīng)年型的減產(chǎn)率序列，為相應(yīng)的平均減產(chǎn)率，n為年數(shù)。

1.4.3風(fēng)險(xiǎn)概率。風(fēng)險(xiǎn)概率是指根據(jù)分布函數(shù)曲線計(jì)算的糧食單產(chǎn)不同增產(chǎn)率和減產(chǎn)率出現(xiàn)的概率。風(fēng)險(xiǎn)概率的正態(tài)分布函數(shù)為：

F（x）=1σ2π∫x-∞exp-（x-μ）22σ2dx（6）

則隨機(jī)變量x在區(qū)間（x1，x2）內(nèi)發(fā)生的概率為：

P（x1≤x≤x2）=∫x2x1f（x）dx（7）

1.5風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃方法聚類是指按照一定的量度將樣本分到不同類的過程，在聚類結(jié)果中同一類的樣本具有較大相似性[11]。K-平均聚類算法是動(dòng)態(tài)聚類方法的一種，是最經(jīng)典的也是應(yīng)用范圍最廣的聚類算法。該方法通過給定或隨機(jī)選擇K個(gè)初始聚類中心，其他樣本根據(jù)其與中心的相似程度分配到最類似的類中。

以黑龍江省56個(gè)縣（市）為樣本集，每個(gè)樣本選取歉年平均減產(chǎn)率、災(zāi)年減產(chǎn)率變異系數(shù)和年減產(chǎn)率≥10%的風(fēng)險(xiǎn)概率3個(gè)指標(biāo)。由于水稻單產(chǎn)災(zāi)年減產(chǎn)率、歉年減產(chǎn)率變異系數(shù)不是研究的風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃因子，故略去。

2結(jié)果與分析

2.1水稻單產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)的分布規(guī)律

2.1.1水稻單產(chǎn)歉年減產(chǎn)率的分布。從圖1可以看出，根據(jù)水稻單產(chǎn)的歉年平均減產(chǎn)率的高低將黑龍江省56個(gè)縣（市）分為3個(gè)級(jí)別：低值區(qū)（5.32%～14.80%）、中值區(qū)（14.80%～19.41%）、高值區(qū)（19.41%～28.89%）。低值區(qū)的縣（市）有24個(gè)，集中分布于黑龍江中部和南部；中值區(qū)縣（市）有20個(gè)，主要分布在中南部之外的周邊地區(qū)，呈東西向條帶狀分布；高值區(qū)的縣（市）有12個(gè)，分布于黑龍江省東北部和西部部分地區(qū)，具有整體上分散、小面積連片的特點(diǎn)。

2.1.2水稻單產(chǎn)災(zāi)年減產(chǎn)率變異系數(shù)的分布。從圖2可以看出，根據(jù)災(zāi)年減產(chǎn)率變異系數(shù)的高低將黑龍江省56個(gè)縣（市）分為3個(gè)級(jí)別：低值區(qū)（0.301～0.584）、中值區(qū)（0.584～0.794）、高值區(qū)（0.794～1.033）。低值區(qū)的縣（市）有24個(gè)，主要分布于黑龍江中南部、東北部和西北部部分地區(qū)，具有整體上分散、小面積連片的特點(diǎn)；中值區(qū)的縣（市）有19個(gè)，廣泛分布于中南部以外的大部分地區(qū)；高值區(qū)的縣（市）有13個(gè)，分布于黑龍江北部和西部個(gè)別地區(qū)。

2.1.3水稻單產(chǎn)減產(chǎn)率≥10%的風(fēng)險(xiǎn)概率的分布。根據(jù)水稻單產(chǎn)的減產(chǎn)率≥10%的風(fēng)險(xiǎn)概率，將黑龍江省56個(gè)縣（市）分為3個(gè)級(jí)別：低值區(qū)（16.3%～24.51%）、中值區(qū)（24.51%～30.23%）、高值區(qū)（30.23%～38.44%）。從圖3可以看出，低值區(qū)的縣（市）有16個(gè)，主要分散于黑龍江南部；中值區(qū)的縣（市）有19個(gè)，主要分布于北部；高值區(qū)的縣（市）有21個(gè)，分布于東北、西南部地區(qū)（圖3）。

2.2黑龍江省水稻產(chǎn)量的災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃選取歉年平均減產(chǎn)率、災(zāi)年減產(chǎn)率變異系數(shù)和減產(chǎn)率≥10%的風(fēng)險(xiǎn)概率3個(gè)指標(biāo)作為評(píng)價(jià)水稻單產(chǎn)減產(chǎn)的風(fēng)險(xiǎn)要素。采用Kmeans平均聚類算法將黑龍江省分為低、中、高3類水稻單產(chǎn)減產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，每類風(fēng)險(xiǎn)區(qū)的劃分標(biāo)準(zhǔn)及分布情況見表1。

從圖4可以看出，黑龍江省水稻單產(chǎn)減產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)呈整體連片、局部分散的特點(diǎn)。黑龍江省西部和東北地區(qū)為水稻減產(chǎn)高值集中區(qū)，北部及東南部分地區(qū)為水稻減產(chǎn)中值區(qū)，而低值區(qū)主要分布在中部和南部。

結(jié)論與討論

（1） 黑龍江省歉年平均減產(chǎn)率的低值區(qū)位于中部和南部，中高值區(qū)的北部和西部地區(qū)歉年平均減產(chǎn)率為14.80%～28.89%，以東北部和西南部最高；災(zāi)年減產(chǎn)率變異系數(shù)的低值區(qū)主要分布于黑龍江中南部，在北部部分地區(qū)亦有分布，中高值區(qū)廣泛分布于中南部以外的大部分地區(qū)；從年減產(chǎn)率≥10%的風(fēng)險(xiǎn)概率來看，黑龍江全省都處于較高風(fēng)險(xiǎn)水平，全省風(fēng)險(xiǎn)概率值為16.30%～38.44%，其中低值區(qū)分散在南部地區(qū)，高值區(qū)主要集中在東北部和西南部。

（2）各地區(qū)3種指標(biāo)的總體分布都呈現(xiàn)北高南底、周邊高中間低的特點(diǎn)。在指標(biāo)搭配上，中南部（如五常市、綏化市、方正縣等）的各項(xiàng)指標(biāo)值較一致，均處于低風(fēng)險(xiǎn)范疇；而平均減產(chǎn)率和減產(chǎn)率概率都位于高值區(qū)的撫遠(yuǎn)縣、黑河市、杜爾伯特縣等地，變異系數(shù)卻很小，說明這些地區(qū)水稻產(chǎn)量穩(wěn)定，但一直處于高風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)。

（3）將黑龍江省水稻單產(chǎn)分為低、中、高3類風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，各風(fēng)險(xiǎn)區(qū)呈整體連片，局部分散的特點(diǎn)。黑龍江省西部和東北地區(qū)為水稻減產(chǎn)高值集中區(qū)，北部及東南部分地區(qū)為水稻減產(chǎn)中值區(qū)，而低值區(qū)主要分布在中部和南部。

水稻最終產(chǎn)量的形成是多種因素共同作用的結(jié)果，其過程錯(cuò)綜復(fù)雜很難具體區(qū)分和量化。為驗(yàn)證產(chǎn)量風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃結(jié)果的合理性，將該研究風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃結(jié)果與相關(guān)研究成果進(jìn)行對(duì)比。結(jié)果表明風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃與黑龍江省地形因子、光、熱、水總資源豐富度、匹配狀況和資源利用效率的研究結(jié)果[12]相吻合。資源條件最好的地區(qū)位于黑龍江省中南部（綏化、慶安、鐵力、五常、巴彥、尚志等），適合水稻作物的生長(zhǎng)，屬低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)。位于松嫩平原的齊齊哈爾、甘南等西南部地區(qū)水資源短缺，一定程度上限制了水稻的生產(chǎn)，而黑龍江省的北部、東北地區(qū)的撫遠(yuǎn)、黑龍江省東部地區(qū)資源匹配狀況較差。此外，該研究中風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃與黑龍江省水稻冷害分布的研究結(jié)果高度一致[13-14]，冷害強(qiáng)度與頻率分布高的地區(qū)其減產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)越大。通過對(duì)區(qū)劃結(jié)果的比對(duì)與分析，很好地證實(shí)了該研究中水稻產(chǎn)量風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃的合理性，同時(shí)也驗(yàn)證了地形因子、光、熱、水資源，尤其是低溫對(duì)水稻產(chǎn)量的影響。近些年，東北地區(qū)在作物結(jié)構(gòu)和品種布局上都有較大的調(diào)整，水稻種植區(qū)和偏晚熟品種不斷北移東擴(kuò)[15]，另一方面，氣候變暖仍存在不確定性[16]。因此，合理調(diào)整種植結(jié)構(gòu)，在高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)適當(dāng)減少水稻種植面積，提高抗寒抗旱水稻品種的種植比例，加強(qiáng)水稻生產(chǎn)管理和完善灌溉設(shè)施是規(guī)避黑龍江水稻產(chǎn)量風(fēng)險(xiǎn)的主要措施。

44卷4期韓語軒等黑龍江省水稻產(chǎn)量風(fēng)險(xiǎn)分布及區(qū)劃參考文獻(xiàn)

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