1949—2016年中國(guó)旱災(zāi)規(guī)律及其對(duì)糧食產(chǎn)量的影響

楊艷穎，毛克彪，2※，韓秀珍，楊 軍，郭晶鵬

（1. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所，北京100081；2. 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，長(zhǎng)沙410128；3. 國(guó)家氣象衛(wèi)星中心，北京100081）

0 引言

中國(guó)作為世界人口最多的國(guó)家，糧食安全一直是各界關(guān)注的頭等大事。由于人口增長(zhǎng)、水資源短缺、城市化造成耕地喪失、土壤退化和氣候變化等因素的影響，保障糧食安全面臨著更為嚴(yán)峻的形勢(shì)［1-2］。農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中直接或間接導(dǎo)致農(nóng)業(yè)生物顯著減產(chǎn)、品質(zhì)下降或設(shè)施嚴(yán)重?fù)p壞的各種不利天氣過程和天氣現(xiàn)象的總稱。農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害種類多、強(qiáng)度大、頻率高、波動(dòng)范圍大，主要農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害對(duì)產(chǎn)量波動(dòng)的直接影響可達(dá)18%，是制約糧食安全和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要因素［3-4］。中國(guó)是全球典型的干旱災(zāi)害多發(fā)區(qū)［5］，干旱災(zāi)害造成的損失十分巨大［6］，嚴(yán)重侵蝕著我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展成果。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)對(duì)氣候條件的依賴性更強(qiáng)，受干旱災(zāi)害影響尤其突出，是受干旱災(zāi)害影響最嚴(yán)重的領(lǐng)域之一［7］，我國(guó)平均每年農(nóng)業(yè)干旱受災(zāi)面積超過2 443萬(wàn)hm2，每年因旱災(zāi)造成的糧食損失高達(dá)300億kg左右［8］，占自然災(zāi)害總損失的60%以上［9］。由此可見，旱災(zāi)是影響我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)最嚴(yán)重的農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害。

農(nóng)業(yè)是立國(guó)之本，作為農(nóng)業(yè)大國(guó)，糧食生產(chǎn)在全國(guó)占有重要地位［10］。近年來，國(guó)家為促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展、農(nóng)村繁榮、農(nóng)民增收，陸續(xù)發(fā)布了相關(guān)惠農(nóng)政策。農(nóng)業(yè)農(nóng)村部官網(wǎng)發(fā)布的一系列“中共中央國(guó)務(wù)院關(guān)于加強(qiáng)耕地保護(hù)和改進(jìn)占補(bǔ)平衡的意見”、“國(guó)務(wù)院辦公廳關(guān)于加快推進(jìn)農(nóng)業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革大力發(fā)展糧食產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)的意見”、“中共中央國(guó)務(wù)院關(guān)于推進(jìn)防災(zāi)減災(zāi)救災(zāi)體制機(jī)制改革的意見”、“國(guó)務(wù)院關(guān)于印發(fā)‘十三五’國(guó)家信息化規(guī)劃的通知”政策法規(guī)，從農(nóng)業(yè)信息化、農(nóng)業(yè)減災(zāi)防災(zāi)、農(nóng)業(yè)耕作土地保護(hù)多角度表明了國(guó)家對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及糧食安全問題的重視。在某種意義上說，政策是農(nóng)業(yè)發(fā)展的風(fēng)向標(biāo)，作為農(nóng)業(yè)從業(yè)人員，只有了解相關(guān)政策，才能夠準(zhǔn)確把握農(nóng)業(yè)發(fā)展脈絡(luò)。隨著中美貿(mào)易大戰(zhàn)的逐步打響，糧食進(jìn)出口已受到不小沖擊，分析國(guó)內(nèi)糧食產(chǎn)量對(duì)貿(mào)易戰(zhàn)的發(fā)展也具有指導(dǎo)意義。

針對(duì)備受國(guó)民關(guān)注的糧食生產(chǎn)問題，結(jié)合我國(guó)復(fù)雜的自然環(huán)境狀況，研究自然災(zāi)害對(duì)糧食產(chǎn)量的影響一直是國(guó)家和科研人員關(guān)注的重點(diǎn)。Wang等［11］研究表明中國(guó)大陸自1950年以來，干旱事件風(fēng)險(xiǎn)呈增加趨勢(shì)。Zhai等［12］研究指出自20世紀(jì)90年代中期，中國(guó)北方各流域干旱發(fā)生的頻率增加。吳紹洪等［13］和柳欽火等［14］從地學(xué)角度出發(fā)，結(jié)合遙感技術(shù)，為“一帶一路”政策相關(guān)國(guó)家的災(zāi)害、環(huán)境等問題做了評(píng)估與預(yù)警。目前農(nóng)業(yè)旱情監(jiān)測(cè)和糧食產(chǎn)量評(píng)估主要采用遙感、GIS技術(shù)和統(tǒng)計(jì)分析方法［15-17］。針對(duì)傳統(tǒng)數(shù)據(jù)的分析，通常只側(cè)重于時(shí)間分析或空間分析中的一個(gè)方面。因此，研究農(nóng)業(yè)干旱災(zāi)害時(shí)空變化規(guī)律，分析其對(duì)糧食產(chǎn)量的影響，對(duì)維持我國(guó)糧食生產(chǎn)穩(wěn)定以及保障國(guó)家糧食安全均具有重要意義；同時(shí)，也可以作為遙感技術(shù)及其他新型技術(shù)分析的精準(zhǔn)度參考。

文章基于計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)挖掘、GIS平臺(tái)、Python語(yǔ)言、R語(yǔ)言獲取并分析干旱災(zāi)害和糧食種植相關(guān)數(shù)據(jù)，計(jì)算受災(zāi)率、成災(zāi)率、災(zāi)害強(qiáng)度指數(shù)、受災(zāi)率異常指數(shù)和成災(zāi)率異常指數(shù)。采用Pearson相關(guān)性統(tǒng)計(jì)分析交叉對(duì)比各指數(shù)與糧食產(chǎn)量、糧食單產(chǎn)的關(guān)系，采用自然斷點(diǎn)分級(jí)法編制全國(guó)干旱分級(jí)圖，探究干旱災(zāi)害長(zhǎng)時(shí)間序列時(shí)空變化特征及其對(duì)糧食生產(chǎn)的影響，以期為我國(guó)農(nóng)業(yè)干旱災(zāi)害預(yù)警體系和保障糧食產(chǎn)量提供參考。

1 數(shù)據(jù)及方法

1.1 數(shù)據(jù)來源及處理

由于缺少歷年港、澳、臺(tái)干旱災(zāi)害數(shù)據(jù)，因此以中國(guó)大陸31個(gè)?。ㄖ陛犑小⒆灾螀^(qū)）作為研究區(qū)，底圖數(shù)據(jù)采用以WGS1984為地理坐標(biāo)系的中國(guó)區(qū)域范圍地圖。研究主要分析大陸省域干旱災(zāi)害的時(shí)空分布特征及對(duì)我國(guó)糧食產(chǎn)量的影響，利用計(jì)算機(jī)挖掘技術(shù)采集的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)包括1949—2016年（缺失1967年、1968年、1969年3年數(shù)據(jù)）旱災(zāi)造成的受災(zāi)、成災(zāi)、絕收面積，1949—2016年全國(guó)及省、市尺度上糧食種植面積、農(nóng)作物種植面積、糧食單產(chǎn)、糧食總產(chǎn)量等數(shù)據(jù)。災(zāi)害數(shù)據(jù)來源于中國(guó)農(nóng)業(yè)農(nóng)村部種植業(yè)管理司官網(wǎng)的災(zāi)情數(shù)據(jù)庫(kù)，糧食相關(guān)數(shù)據(jù)來源于農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)作物數(shù)據(jù)庫(kù)［18］。

查閱資料可知1967—1969年并未發(fā)生重大自然災(zāi)害，因此臨近年份的數(shù)據(jù)具有參考意義。該文針對(duì)這3年缺失的數(shù)據(jù)，采用線性擬合的方法對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)充。假設(shè)受災(zāi)率（x）與糧食單產(chǎn)年變化率（y1）呈反比關(guān)系，與成災(zāi)率（y2）呈正比關(guān)系，分別對(duì)1967—1969前后3年（即1964—1966年和1970—1971年）的糧食單產(chǎn)年變化率（y1）和成災(zāi)率（y2）與受災(zāi)率（x）進(jìn)行相關(guān)性檢驗(yàn)。糧食單產(chǎn)年變化率（y1）和受災(zāi)率（x）的相關(guān)系數(shù)r=0.707，說明二者相關(guān)性較高，得到擬合方程y1=14.156-0.732x；成災(zāi)率（y2）與受災(zāi)率（x）的相關(guān)系數(shù)r=0.713，說明二者相關(guān)性也較高，得到擬合方程y2=0.461+0.322x。通過擬合方程和已知數(shù)據(jù)可以推算出1967—1969年的受災(zāi)面積和成災(zāi)面積。

利用計(jì)算機(jī)挖掘技術(shù)分別從《中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒》、網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)及相關(guān)論文中抓取部分相關(guān)數(shù)據(jù)作為校驗(yàn)數(shù)據(jù)。鑒于時(shí)間跨度較大，數(shù)據(jù)來源不統(tǒng)一，為了保證數(shù)據(jù)之間的可比性，該文假設(shè)研究期內(nèi)同一統(tǒng)計(jì)來源的數(shù)據(jù)資料統(tǒng)計(jì)方式、統(tǒng)計(jì)力度一致。交叉對(duì)比不同數(shù)據(jù)來源的同類型數(shù)據(jù)，兩者相關(guān)性顯著，表明所用數(shù)據(jù)可靠性高。

1.2 研究方法

該文利用68年來全國(guó)及各?。ㄖ陛犑小⒆灾螀^(qū)）的干旱受災(zāi)面積、成災(zāi)面積、受災(zāi)率、成災(zāi)率、災(zāi)害強(qiáng)度指數(shù)、災(zāi)害異常指數(shù)等長(zhǎng)時(shí)間和大范圍序列數(shù)據(jù)闡述干旱災(zāi)害動(dòng)態(tài)變化特征，利用歷年全國(guó)及各地糧食產(chǎn)量、糧食單產(chǎn)等數(shù)據(jù)闡述糧食生產(chǎn)變化及空間分布規(guī)律。應(yīng)用Person相關(guān)分析和多元回歸分析等方法，定性和定量地探討干旱災(zāi)害對(duì)糧食生產(chǎn)的作用機(jī)制。主要公式如下：

（1）受災(zāi)率或成災(zāi)率（Mi）

式（1）中，Mi為第i年受災(zāi)率或成災(zāi)率，Ci為第i年受災(zāi)面積或成災(zāi)面積（hm2），Si為第i年農(nóng)作物種植面積（hm2）。當(dāng)Mi表示第i年受災(zāi)率時(shí)，Ci表示第i年受災(zāi)面積；當(dāng)Mi表示第i年成災(zāi)率時(shí)，Ci表示第i年成災(zāi)面積。

（2）災(zāi)害強(qiáng)度指數(shù)

災(zāi)害強(qiáng)度指數(shù)是指某時(shí)段成災(zāi)面積占受災(zāi)面積的比例，表示氣象災(zāi)害對(duì)糧食生產(chǎn)單位面積的致災(zāi)強(qiáng)度［19-20］。

式（2）中，Qi為第i年干旱災(zāi)害強(qiáng)度指數(shù)，C1i為第i年成災(zāi)面積（hm2），C2i為第i年受災(zāi)面積（hm2）。

（3）災(zāi)害異常指數(shù)

災(zāi)害異常指數(shù)是描述受災(zāi)率和成災(zāi)率偏離平均狀態(tài)的參量，可以反映災(zāi)害嚴(yán)重程度和等級(jí)［21］。

式（3）中，ξi為第i年干旱受災(zāi)率或成災(zāi)率異常指數(shù)；Mi為第i年受災(zāi)率或成災(zāi)率（%）；為多年平均受災(zāi)率或成災(zāi)率（%）；σ為受災(zāi)率或成災(zāi)率標(biāo)準(zhǔn)差；Ci為第i年受災(zāi)面積或成災(zāi)面積；Si為第i年農(nóng)作物種植面積；a為干旱數(shù)據(jù)分析的起始年；b為干旱數(shù)據(jù)分析的結(jié)束年。當(dāng)計(jì)算干旱受災(zāi)率異常指數(shù)時(shí)，公式內(nèi)使用的各參數(shù)均為受災(zāi)相關(guān)量；當(dāng)計(jì)算成災(zāi)率異常指數(shù)時(shí)，公式內(nèi)使用的各參數(shù)均為成災(zāi)相關(guān)量。

2 結(jié)果與分析

2.1 干旱災(zāi)害時(shí)間分布特征

2.1.1 受災(zāi)面積和成災(zāi)面積

為揭示1949—2016年我國(guó)干旱災(zāi)害時(shí)間分布特征，該文統(tǒng)計(jì)分析了中國(guó)68年來干旱災(zāi)害受災(zāi)情況。受災(zāi)面積和成災(zāi)面積的年際變化呈周期性波動(dòng)，具有災(zāi)情輕重相間分布的特點(diǎn)（圖1）。根據(jù)受災(zāi)、成災(zāi)面積的趨勢(shì)線分布，將1949—2016年干旱災(zāi)害時(shí)序特征分為3個(gè)主要階段。第一個(gè)為波動(dòng)階段，即1949—1970年，全國(guó)年均受災(zāi)面積由239.80萬(wàn)hm2逐漸增加至3 784.667萬(wàn)hm2，然后減少至572.333萬(wàn)hm2；年均成災(zāi)面積由5.2萬(wàn)hm2上升為1 865.4萬(wàn)hm2，然后降低至199.133萬(wàn)hm2。第二個(gè)為波動(dòng)上升階段，即1971—2000年，全國(guó)年均受災(zāi)面積由2 164.933萬(wàn)hm2增加至4054.5萬(wàn)hm2，增長(zhǎng)率為87.28%；年均成災(zāi)面積由448.533萬(wàn)hm2上升為2 568.8萬(wàn)hm2，增長(zhǎng)率為472.71%。第三個(gè)為波動(dòng)下降階段，即2001—2016年，全國(guó)年均受災(zāi)面積由3 841.9萬(wàn)hm2減少至987.5萬(wàn)hm2，增長(zhǎng)率為-74.30%；年均成災(zāi)面積由2 369.8萬(wàn)hm2下降為613.200萬(wàn)hm2，增長(zhǎng)率為-74.12%。

圖1 1949—2016年中國(guó)干旱受災(zāi)面積和成災(zāi)面積變化Fig.1 Variation of drought disaster affected/ suffering areas in China from 1949 to 2016

這表明自1949年以來，雖然全國(guó)農(nóng)業(yè)干旱災(zāi)害有逐漸加重趨勢(shì)，但2000年起，受災(zāi)害影響的范圍得到了有效控制。同時(shí)受災(zāi)面積變化和成災(zāi)面積變化具有明顯同步性，即受災(zāi)面積大的年份，成災(zāi)面積也大，反之亦然。對(duì)68年間干旱受災(zāi)面積和成災(zāi)面積進(jìn)行Pearson相關(guān)性檢驗(yàn)，分析得出二者相關(guān)系數(shù)r=0.860（n=68），在置信度為0.01時(shí)，相關(guān)性是顯著的，即兩者顯著相關(guān)。該結(jié)果表明我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)面臨較大的干旱災(zāi)害威脅，一旦受災(zāi)則在很大程度上成災(zāi)。

2.1.2 受災(zāi)率和成災(zāi)率

對(duì)1949—2016年的干旱受災(zāi)率和成災(zāi)率進(jìn)行Pearson相關(guān)性檢驗(yàn)，統(tǒng)計(jì)分析表明，受災(zāi)率和成災(zāi)率相關(guān)系數(shù)r=0.856（n=68），在置信度為0.01時(shí)，相關(guān)性是顯著的，即兩者顯著相關(guān)。因此二者隨時(shí)間變化趨勢(shì)基本一致，均具有明顯的周期性波動(dòng)特征，即變化的趨同性（圖2）。該結(jié)果可以很好地佐證本文數(shù)據(jù)處理時(shí)提出關(guān)于成災(zāi)率與受災(zāi)率呈正比這一假設(shè)的合理性和可行性。據(jù)《農(nóng)業(yè)干旱預(yù)警等級(jí)》（GB/T 34817—2017），受災(zāi)率10%～15%為中度干旱，受災(zāi)率15%～20%為嚴(yán)重干旱，受災(zāi)率＞20%為特大干旱。68年間，中國(guó)特大干旱的年份共計(jì)13年，占19.12%；嚴(yán)重干旱的年份共計(jì)14年，占20.59%；中度干旱的年份共19年，占27.94%；其中，特大干旱和嚴(yán)重干旱共計(jì)27年，占39.71%。根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可知，中國(guó)干旱災(zāi)害受災(zāi)率較高，危害較大的特大干旱和嚴(yán)重干旱所占比重較大。

2.1.3 災(zāi)害強(qiáng)度指數(shù)

干旱災(zāi)害強(qiáng)度指數(shù)具有隨時(shí)間波動(dòng)上升的趨勢(shì)（圖3），災(zāi)害強(qiáng)度指數(shù)（y）隨年份（x）變化的趨勢(shì)線方程為y=29.268+0.387x（n=68）。20世紀(jì)50年代初，干旱災(zāi)害強(qiáng)度指數(shù)僅為17.18%，至2000年，干旱災(zāi)害強(qiáng)度指數(shù)已上升到63.36%，即超過一半的農(nóng)作物種植面積因干旱災(zāi)害成災(zāi)，漲幅高達(dá)268.80%。由此可見，盡管干旱災(zāi)害強(qiáng)度一直處于較大波動(dòng)狀態(tài)，但總體具有上升趨勢(shì)，干旱災(zāi)害對(duì)我國(guó)糧食生產(chǎn)的致災(zāi)強(qiáng)度越來越大。

圖2 1949—2016年中國(guó)干旱受災(zāi)率和成災(zāi)率年際變化Fig.2 Variation of drought disaster affected/ suffering rates in China from 1949 to 2016

圖3 1949—2016年中國(guó)干旱災(zāi)害強(qiáng)度指數(shù)年際變化Fig.3 Variation of drought disaster intensity index in China from 1949 to 2016

2.1.4 災(zāi)害異常指數(shù)

我國(guó)干旱受災(zāi)率異常指數(shù)和成災(zāi)率異常指數(shù)基本呈“負(fù)-正”交替出現(xiàn)的周期性波動(dòng)變化規(guī)律（圖4）。取受災(zāi)率異常指數(shù)ξ＜0時(shí)為輕度干旱，0≤ξ＜0.5時(shí)為中度干旱，0.5≤ξ＜1.5時(shí)為嚴(yán)重干旱，ξ＞1.5時(shí)為特大干旱［22］。中國(guó)特大干旱的年份共計(jì)3年，嚴(yán)重干旱的年份共計(jì)16年，兩者共計(jì)19年；中度干旱的年份共16年；其余30年為輕度干旱。各干旱等級(jí)所占比例分別為：輕度干旱46.15%，中度干旱24.62%，嚴(yán)重和特大干旱共計(jì)29.23%?？傮w來看，我國(guó)農(nóng)業(yè)干旱具有重災(zāi)發(fā)生年份較多，重災(zāi)發(fā)生機(jī)率大，干旱災(zāi)害危害嚴(yán)重的基本特征。

2.2 干旱災(zāi)害空間分布特征

為進(jìn)一步探究1949—2016年我國(guó)干旱災(zāi)害的空間分布特征，該文分別統(tǒng)計(jì)了中國(guó)31?。ㄖ陛犑?、自治區(qū)）的歷年平均受災(zāi)情況，根據(jù)自然間斷點(diǎn)分級(jí)法將年平均受災(zāi)面積劃分為5個(gè)等級(jí)（圖5），顏色越深，表示受災(zāi)情況越嚴(yán)重。全國(guó)各省歷年平均受災(zāi)面積分布呈“北重南輕、中東部重西部輕”的格局。其中山東、河南、河北、黑龍江、內(nèi)蒙古和山西6省的平均受災(zāi)面積均超過133.333萬(wàn)hm2，山東受災(zāi)程度最為嚴(yán)重，災(zāi)損高達(dá)208.175萬(wàn)hm2；四川、安徽、吉林、陜西、遼寧、湖北和湖南歷年平均受災(zāi)面積為83.333萬(wàn)～133.333萬(wàn)hm2；江蘇、甘肅、廣西、云南和貴州歷年平均受災(zāi)面積為46.667萬(wàn)～83.333萬(wàn)hm2；重慶、廣東、江西、新疆和浙江歷年平均受災(zāi)面積為23.333萬(wàn)～46.667萬(wàn)hm2；寧夏、福建、青海、天津、海南、北京、上海和西藏歷年平均受災(zāi)面積為低于23.333萬(wàn)hm2，西藏受災(zāi)程度最輕，災(zāi)損為3.678萬(wàn)hm2。

圖4 中國(guó)干旱受災(zāi)率/成災(zāi)率異常指數(shù)年際變化Fig.4 Anomaly indices of drought disaster affected/suffering area rates in China

2.3 干旱災(zāi)害對(duì)糧食產(chǎn)量的影響

2.3.1 干旱災(zāi)害時(shí)間變化對(duì)糧食產(chǎn)量的影響

我國(guó)糧食產(chǎn)量和糧食單產(chǎn)總體呈穩(wěn)步增長(zhǎng)趨勢(shì)，波動(dòng)幅度不大（圖6）。糧食產(chǎn)量由1949年的11 318萬(wàn)t增加到2016年的61 625.05萬(wàn)t，增長(zhǎng)率為444.49%，年均增長(zhǎng)6.54%；糧食單產(chǎn)由1949年的68.62 kg增加到2016年的363.46 kg，增長(zhǎng)率為429.67%，年均增長(zhǎng)6.32%。糧食產(chǎn)量與糧食單產(chǎn)在置信度為0.01（n=68）時(shí)顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.996。該結(jié)果表明糧食產(chǎn)量和糧食單產(chǎn)之間具有極顯著的線性相關(guān)性，糧食單產(chǎn)變化對(duì)糧食總產(chǎn)量水平具有極重要影響。

糧食單產(chǎn)取決于單位面積上有效穗數(shù)、穗結(jié)實(shí)粒數(shù)和粒重3要素，各要素的優(yōu)劣與氣象條件的好壞密切相關(guān)，糧食作物在生長(zhǎng)季的不同階段對(duì)光照、溫度和水分的要求各不相同，干旱等氣象災(zāi)害的出現(xiàn)，通常使某個(gè)甚至多個(gè)要素值在作物的關(guān)鍵生長(zhǎng)期內(nèi)超過臨界值，從而影響作物的生長(zhǎng)發(fā)育，進(jìn)而導(dǎo)致糧食單產(chǎn)水平的下降，影響糧食總產(chǎn)量［23］。因此，提高糧食單產(chǎn)水平是保證糧食產(chǎn)量穩(wěn)步增長(zhǎng)的重要途徑之一。

圖5 中國(guó)各省（直轄市、自治區(qū)）的歷年平均受災(zāi)面積分布Fig.5 Distribution of drought disaster affected areas in China

圖6 1949—2016年中國(guó)糧食產(chǎn)量及糧食單產(chǎn)Fig.6 Total/per mu grain production in China from 1949 to 2016

糧食產(chǎn)量年變化率隨時(shí)間變化呈波動(dòng)趨勢(shì)且與干旱受災(zāi)率、成災(zāi)率之間均為負(fù)相關(guān)（圖7、圖8），即糧食產(chǎn)量年變化率的峰值往往與受災(zāi)率或成災(zāi)率的谷值相對(duì)應(yīng)，而其谷值則與受災(zāi)率或成災(zāi)率的峰值相對(duì)應(yīng)。隨著受災(zāi)率和成災(zāi)率發(fā)生周期性波動(dòng)，糧食產(chǎn)量年變化率也隨之出現(xiàn)相反的周期性波動(dòng)規(guī)律。受災(zāi)率/成災(zāi)率越大，對(duì)糧食產(chǎn)量的消極影響越嚴(yán)重，表明干旱災(zāi)害是制約我國(guó)糧食產(chǎn)量增加的重要影響因素。與糧食產(chǎn)量變化趨勢(shì)一致，糧食單產(chǎn)變化率也隨時(shí)間變化呈波動(dòng)趨勢(shì)且與干旱受災(zāi)率、成災(zāi)率之間均為負(fù)相關(guān)（圖9、圖10）。受災(zāi)率或成災(zāi)率低的年份，對(duì)應(yīng)的糧食單產(chǎn)年變化率值高，即糧食單產(chǎn)與上年度相比增加幅度較大；受災(zāi)率或成災(zāi)率高的年份，對(duì)應(yīng)的糧食單產(chǎn)年變化率值低，甚至為負(fù)值，即糧食單產(chǎn)與上年度相比基本持平或降低。受災(zāi)率或成災(zāi)率越大，其對(duì)糧食單產(chǎn)的影響亦越大。該結(jié)果可以很好地佐證該文數(shù)據(jù)處理時(shí)提出關(guān)于糧食單產(chǎn)年變化率與受災(zāi)率呈反比這一假設(shè)的合理性和可行性。

圖7 1949—2016年糧食總產(chǎn)年變化率與受災(zāi)率分析Fig.7 Comparative analysis of annual change rate of grain production and disaster affected area rates from 1949 to 2016

圖8 1949—2016年糧食總產(chǎn)年變化率與成災(zāi)率分析Fig.8 Comparative analysis of annual change rate of grain production and disaster suffering area rates from 1949 to 2016

圖9 1949—2016年糧食單產(chǎn)年變化率與受災(zāi)率分析Fig.9 Comparative analysis of annual change rate of grain production per hectare and disaster affected area rates from 1949 to 2016

圖10 1949—2016年糧食單產(chǎn)年變化率與成災(zāi)率分析Fig.10 Comparative analysis of annual change rate of grain production per hectare and disaster suffering area rates from 1949 to 2016

為系統(tǒng)分析干旱災(zāi)害對(duì)我國(guó)糧食生產(chǎn)的影響，進(jìn)一步揭示各農(nóng)業(yè)干旱災(zāi)害指標(biāo)對(duì)糧食災(zāi)損的解釋力。分別對(duì)糧食總產(chǎn)年變化率、糧食單產(chǎn)年變化率與受災(zāi)率、成災(zāi)率、災(zāi)害強(qiáng)度指數(shù)、受災(zāi)率異常指數(shù)和成災(zāi)率異常指數(shù)進(jìn)行Pearson相關(guān)性統(tǒng)計(jì)分析，得到相關(guān)系數(shù)表（表1）。結(jié)果顯示：總產(chǎn)年變化率、單產(chǎn)年變化率與各干旱因子在置信度為0.01（n=68）時(shí)顯著相關(guān)，且均為負(fù)相關(guān)。糧食總產(chǎn)年變化率與受災(zāi)率、成災(zāi)率、災(zāi)害強(qiáng)度指數(shù)、受災(zāi)率異常指數(shù)和成災(zāi)率異常指數(shù)的相關(guān)系數(shù)分別為-0.564、-0.542、-0.222、-0.564和-0.542，糧食單產(chǎn)年變化率與受災(zāi)率、成災(zāi)率、災(zāi)害強(qiáng)度指數(shù)、受災(zāi)率異常指數(shù)和成災(zāi)率異常指數(shù)的相關(guān)系數(shù)分別為-0.445、-0.455、-0.219、-0.445和-0.455。該結(jié)果與上文分析結(jié)論相符，表明干旱災(zāi)害對(duì)我國(guó)糧食生產(chǎn)具有顯著的消極影響。

表1 干旱災(zāi)害指標(biāo)與糧食生產(chǎn)指標(biāo)的相關(guān)系數(shù)Table 1 Correlation between indices of drought disasters and grain production

2.3.2 干旱災(zāi)害空間分布對(duì)糧食產(chǎn)量的影響

分別統(tǒng)計(jì)1949—2016這68年間中國(guó)各?。ㄖ陛犑?、自治區(qū)）年平均受災(zāi)面積、年平均成災(zāi)面積和年平均糧食總產(chǎn)，通過數(shù)值上的分布趨勢(shì)可以看出，各?。ㄖ陛犑?、自治區(qū)）糧食總產(chǎn)與受災(zāi)面積、成災(zāi)面積的曲線走勢(shì)具有一致性（如圖11）。糧食產(chǎn)量的多少和受災(zāi)面積的大小在空間上具有相關(guān)性。

圖11 1949—2016年全國(guó)各?。ㄖ陛犑小⒆灾螀^(qū)）平均旱災(zāi)分布及糧食總產(chǎn)Fig.11 Distribution of average drought disaster and grain production of China from 1949 to 2016

為了更加直觀的觀測(cè)干旱災(zāi)害空間分布對(duì)糧食產(chǎn)量的影響，在中國(guó)各?。ㄖ陛犑小⒆灾螀^(qū)）歷年平均受災(zāi)面積分布圖的基礎(chǔ)上，疊加表示各省歷年平均糧食單產(chǎn)的柱狀圖（圖12），進(jìn)行可視化分析。柱狀圖越高，表示糧食總產(chǎn)產(chǎn)量越大?？梢钥闯?，受災(zāi)面積越大，受災(zāi)越嚴(yán)重的地區(qū)，其對(duì)應(yīng)的糧食畝產(chǎn)越低，反之亦然。

在中國(guó)各?。ㄖ陛犑小⒆灾螀^(qū)）歷年平均受災(zāi)面積分布圖的基礎(chǔ)上，疊加表示各省歷年平均糧食總產(chǎn)的柱狀圖（圖13），可以發(fā)現(xiàn)，雖然各省域歷年累計(jì)的糧食總產(chǎn)量與累計(jì)受災(zāi)面積分布趨勢(shì)具有一致性，但年平均的糧食總產(chǎn)與年平均的受災(zāi)面積分布趨勢(shì)并不具有完全的一致性，這說明糧食的總產(chǎn)量并不僅受糧食單產(chǎn)和干旱災(zāi)害的制約，還受糧食種植面積、當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)政策等因素影響。

圖12 中國(guó)各?。ㄖ陛犑?、自治區(qū)）的歷年平均受災(zāi)面積及糧食單產(chǎn)分布Fig.12 Distribution of disaster affected areas and grain production per hectare in China

圖13 中國(guó)各?。ㄖ陛犑?、自治區(qū)）的歷年平均受災(zāi)面積及糧食總產(chǎn)分布Fig.13 Distribution of drought disaster affected areas and grain production in China

3 結(jié)論與展望

（1）1949—2016年我國(guó)農(nóng)業(yè)干旱災(zāi)害呈現(xiàn)周期波動(dòng)性、成災(zāi)受災(zāi)同步性和干旱危害日趨嚴(yán)重性的基本特征。1949—1970年為波動(dòng)階段，1971—2000年為波動(dòng)上升階段，2001—2016年為波動(dòng)下降階段。干旱輕重災(zāi)情交替出現(xiàn)，一般成災(zāi)率較高，發(fā)生特大干旱和嚴(yán)重干旱的年份所占比重較大。同時(shí)旱災(zāi)對(duì)糧食生產(chǎn)的致災(zāi)強(qiáng)度越來越大，即單位受災(zāi)面積的成災(zāi)范圍越來越大，造成的災(zāi)損越來越高，說明防范農(nóng)業(yè)旱災(zāi)的壓力也越來越大。

（2）干旱的發(fā)生具有空間特征，全國(guó)各省歷年平均受災(zāi)面積分布呈“北重南輕、中東部重西部輕”的格局。北方地區(qū)的受災(zāi)率和成災(zāi)率一般高于南方，中東部地區(qū)受災(zāi)率和成災(zāi)率一般高于西部地區(qū)。在北方地區(qū)中，以山東受災(zāi)率最為高，災(zāi)損高達(dá)208.175hm2，遼寧、吉林受災(zāi)率較低；在南方地區(qū)中，以四川受災(zāi)率最高，華東、華南受災(zāi)率較低；全國(guó)范圍內(nèi)，西藏受災(zāi)程度最輕，災(zāi)損為3.678萬(wàn)hm2。西藏地區(qū)雖然占地面積大，但糧食種植面積非常小，這一點(diǎn)很好地解釋其地處西部受災(zāi)率卻最低的原因。

（3）糧食產(chǎn)量和糧食單產(chǎn)總體呈穩(wěn)步增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，波動(dòng)幅度較平緩，兩者具有極顯著線性相關(guān)性。1949—2016年間，糧食產(chǎn)量增長(zhǎng)率為444.49%，糧食單產(chǎn)增長(zhǎng)率為429.67%。干旱災(zāi)害嚴(yán)重制約我國(guó)糧食產(chǎn)量的增加且影響程度較大。糧食產(chǎn)量和糧食單產(chǎn)的年變化率均與干旱受災(zāi)率、成災(zāi)率、災(zāi)害強(qiáng)度指數(shù)、受災(zāi)率異常指數(shù)和成災(zāi)率異常指數(shù)等指標(biāo)顯著負(fù)相關(guān)，其中以受災(zāi)率異常指數(shù)和成災(zāi)率異常指數(shù)對(duì)糧食生產(chǎn)的影響更為顯著，且受災(zāi)率異常指數(shù)的影響最為顯著。未來一段時(shí)間內(nèi)，隨著人口增長(zhǎng)、耕地面積減少以及糧食單產(chǎn)水平的基本穩(wěn)定，糧食生產(chǎn)水平的威脅將越來越突出。

（4）糧食產(chǎn)量的多少和受災(zāi)面積的大小在空間上具有相關(guān)性。糧食單產(chǎn)與干旱受災(zāi)面積呈負(fù)相關(guān)，受災(zāi)面積越大，受災(zāi)越嚴(yán)重的地區(qū)，其對(duì)應(yīng)的糧食畝產(chǎn)越低，反之亦然。年平均糧食總產(chǎn)與年平均受災(zāi)面積分布趨勢(shì)并不具有完全一致的反比關(guān)系。這說明糧食的總產(chǎn)量整體受到干旱災(zāi)害的消極作用，但還與各地糧食種植面積和農(nóng)業(yè)政策等因素相關(guān)。

（5）該文利用假設(shè)前提法對(duì)1967—1969年缺失數(shù)據(jù)的處理具有合理性和可行性，在文章后續(xù)的分析中得到了驗(yàn)證。干旱作為有其自身發(fā)展規(guī)律的自然現(xiàn)象，對(duì)我國(guó)糧食生產(chǎn)具有明顯制約效應(yīng)，各農(nóng)業(yè)干旱災(zāi)害指標(biāo)對(duì)糧食災(zāi)損的解釋力較強(qiáng)，對(duì)糧食產(chǎn)量估測(cè)具有參考作用。開展不同地域空間農(nóng)業(yè)干旱災(zāi)害的變化規(guī)律研究，建立和完善農(nóng)業(yè)災(zāi)害預(yù)警體系，可以提高應(yīng)對(duì)農(nóng)業(yè)干旱災(zāi)害的能力，進(jìn)一步為糧食進(jìn)出口提供指導(dǎo)意見，這是未來亟待加強(qiáng)的研究重點(diǎn)。此外，干旱災(zāi)害僅是影響糧食產(chǎn)量的一個(gè)方面，農(nóng)業(yè)科技水平、社會(huì)經(jīng)濟(jì)制度、農(nóng)業(yè)政策等也對(duì)其具有不容小覷的影響，對(duì)于其他因素對(duì)我國(guó)糧食產(chǎn)量的作用機(jī)理也有待于進(jìn)一步研究。