寧夏釀酒葡萄凍害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與區(qū)劃

秦文思 韓穎娟 王連喜

摘要：根據(jù)寧夏24個(gè)站點(diǎn)1961—2006年越冬期氣象數(shù)據(jù)、1 ∶ 250 000的地理信息數(shù)據(jù)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)以及寧夏區(qū)域土壤資料，采用層次分析法以及加權(quán)綜合評(píng)價(jià)法，從孕災(zāi)環(huán)境敏感性、致災(zāi)因子危險(xiǎn)性、承災(zāi)體脆弱性以及防災(zāi)減災(zāi)能力等4個(gè)方面對(duì)寧夏釀酒葡萄凍害風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析，以此構(gòu)建凍害綜合風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型。同時(shí)結(jié)合地理信息系統(tǒng)（GIS）技術(shù)對(duì)寧夏釀酒葡萄凍害風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行區(qū)劃。結(jié)果表明，寧夏釀酒葡萄凍害風(fēng)險(xiǎn)分布自西南向東北呈高-低-高的趨勢(shì)，其中青銅峽市、中寧縣、吳忠市、同心縣等區(qū)域?qū)儆卺劸破咸逊N植適宜區(qū)。本研究結(jié)果可為寧夏釀酒葡萄種植區(qū)劃提供科學(xué)參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：寧夏;釀酒葡萄;凍害;風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估;風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃

中圖分類號(hào)：S425 ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A ?文章編號(hào)：1002-1302（2019）07-0129-05

釀酒葡萄種植地的氣候條件和地理環(huán)境對(duì)酒型、酒質(zhì)有著巨大的影響，因此種植地對(duì)釀酒葡萄酒質(zhì)量的形成和影響備受葡萄酒行業(yè)的重視，國(guó)內(nèi)主要釀酒葡萄種植地相繼開(kāi)展過(guò)產(chǎn)地適應(yīng)性評(píng)價(jià)和區(qū)劃工作[1-6]。王蕾等以我國(guó)2 294個(gè)氣象站點(diǎn)1982—2011年30年平均氣象數(shù)據(jù)和我國(guó)全境 90 m 分辨率數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，建立了無(wú)霜期和活動(dòng)積溫的多元逐步回歸模型，并在此基礎(chǔ)上繪制了高精度的中國(guó)釀酒葡萄氣候區(qū)劃圖和品種區(qū)域化圖，將釀酒葡萄適宜栽培劃分為4區(qū)12亞區(qū)[7]。霜凍是制約葡萄產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要災(zāi)害之一，張磊等對(duì)影響寧夏釀酒葡萄種植區(qū)霜凍災(zāi)害的氣象因子進(jìn)行分析，綜合評(píng)價(jià)了各地的霜凍氣候風(fēng)險(xiǎn)[8]。根據(jù)寧夏的氣候、地形以及灌溉條件等因素，對(duì)寧夏釀酒葡萄種植區(qū)域進(jìn)行氣候精細(xì)區(qū)劃，得到作物農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃空間數(shù)據(jù)集合，并劃分出葡萄種植優(yōu)質(zhì)區(qū)[9-11]。研究結(jié)果對(duì)推動(dòng)我國(guó)釀酒葡萄產(chǎn)業(yè)的發(fā)展起到很大的促進(jìn)作用。

寧夏賀蘭山東麓是寧夏葡萄種植的適宜區(qū)，是我國(guó)釀酒葡萄生產(chǎn)的最佳生態(tài)區(qū)之一，被葡萄專家稱為“中國(guó)的波爾多”[12]。但由于凍害問(wèn)題的存在，寧夏釀酒葡萄產(chǎn)業(yè)一直受到制約，尤其是冬季的葡萄根系凍害發(fā)生頻繁，幾乎每年都有不同程度的發(fā)生。凍害風(fēng)險(xiǎn)作為防災(zāi)減災(zāi)的重要部分，也倍受研究者的重視[13]。有研究者在風(fēng)險(xiǎn)理論的基礎(chǔ)上，綜合考慮多因子，從凍害致災(zāi)因子危險(xiǎn)性、孕災(zāi)環(huán)境敏感性、承災(zāi)體脆弱性等3個(gè)方面構(gòu)建霜凍風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)體系、方法和模型，為研究區(qū)域潛在災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃研究提供了可行性的方法[14]。

目前，相關(guān)學(xué)者對(duì)葡萄品種及酒種區(qū)域化方面均已開(kāi)展了大量工作，并提出了一系列氣候區(qū)化指標(biāo)和研究方法[15]。但在寧夏區(qū)域，對(duì)于葡萄凍害的區(qū)劃卻不夠精細(xì)。因此，本研究將在總結(jié)前人研究成果的基礎(chǔ)上，選取凍害孕災(zāi)環(huán)境敏感性、致災(zāi)因子危險(xiǎn)性、承災(zāi)體脆弱性、防災(zāi)減災(zāi)能力等4個(gè)方面構(gòu)建霜凍風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模式，同時(shí)利用地理信息系統(tǒng)（GIS）技術(shù)，對(duì)寧夏釀酒葡萄凍害風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估與區(qū)劃，以期為當(dāng)?shù)蒯劸破咸旬a(chǎn)業(yè)的防災(zāi)減災(zāi)提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 資料來(lái)源

根據(jù)寧夏凍害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)體系建立標(biāo)準(zhǔn)，本研究選取寧夏24個(gè)站點(diǎn)1961—2006年的氣象數(shù)據(jù)、地理信息數(shù)據(jù)以及社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)。氣象數(shù)據(jù)主要包括越冬期極端最低氣溫、日最低氣溫小于-19 ℃的天數(shù)、平均最低氣溫以及平均氣溫。地理信息資料來(lái)源于1 ∶ 250 000基礎(chǔ)地理背景資料，包括數(shù)字高程模型（DEM）、行政邊界等數(shù)據(jù)。

1.2 方法與流程

由于寧夏釀酒葡萄凍害風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)體系中每個(gè)指標(biāo)對(duì)最終風(fēng)險(xiǎn)構(gòu)成的貢獻(xiàn)率不同[16]，因此，本研究采取層次分析法以及加權(quán)綜合平均法來(lái)確定不同指標(biāo)和模型的權(quán)重。在構(gòu)建凍害風(fēng)險(xiǎn)模型時(shí)，本研究利用ArcGIS軟件空間分析模塊中的內(nèi)插分析、自然斷點(diǎn)分級(jí)、疊加分析等方法，得出致災(zāi)因子危險(xiǎn)性、孕災(zāi)環(huán)境敏感性、承災(zāi)體脆弱性、防災(zāi)減災(zāi)能力的圖層，結(jié)合各項(xiàng)指標(biāo)權(quán)重，最終得到釀酒葡萄越冬期凍害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃圖。

2 寧夏釀酒葡萄凍害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果

越冬期凍害是影響釀酒葡萄生長(zhǎng)最主要的氣象災(zāi)害。凍害的發(fā)生與否決定著釀酒葡萄品質(zhì)的優(yōu)劣，因此，構(gòu)建一個(gè)合理的風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃模型來(lái)指導(dǎo)寧夏釀酒葡萄的種植區(qū)劃調(diào)整、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)變化是十分必要的。本研究將從孕災(zāi)環(huán)境敏感性、致災(zāi)因子危險(xiǎn)性、承災(zāi)體脆弱性、防災(zāi)減災(zāi)等4個(gè)方面對(duì)寧夏釀酒葡萄越冬期凍害進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與區(qū)劃。根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍夂蛞蜃雍蜕鷳B(tài)因子，將該種植區(qū)劃分為北部、中部和南部（圖1）。

2.1 孕災(zāi)環(huán)境敏感性分析

一般而言，孕災(zāi)環(huán)境主要包括大氣環(huán)流、天氣系統(tǒng)、水文條件、地形地貌、植被條件、社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件等。這些背景因素通常被理解為風(fēng)險(xiǎn)載體對(duì)破壞或損害的敏感性[17]。

葡萄的根系凍害是普遍發(fā)生的災(zāi)害，寧夏冬季寒冷少雨，當(dāng)溫度偏低或急劇下降時(shí)，土壤含水量越多，葡萄根系受損越嚴(yán)重。本研究選取了高程、坡向以及土壤類型作為孕災(zāi)環(huán)境敏感性的指標(biāo)，其中高程和坡向在一定程度上會(huì)影響溫度與日照的分布，土壤類型則直接決定著土壤的持水能力。對(duì)3個(gè)因子分別賦予5個(gè)影響等級(jí)（表1），其中高程標(biāo)準(zhǔn)差表示高程對(duì)凍害的敏感程度，從低到高逐漸減小;寧夏冬季以西北向?yàn)橹饕L(fēng)向，因此坡向從西北到東南劃分為5個(gè)等級(jí);寧夏土壤類型豐富[18]，本研究采用耿秀華等的研究結(jié)果[19]，依據(jù)不同土壤的持水力確定不同的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。在此基礎(chǔ)上，利用層次分法來(lái)確定3個(gè)因子的權(quán)重（表2），并確定寧夏釀酒葡萄越冬期凍害的敏感性分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（表3），利用GIS的圖層疊加功能得到孕災(zāi)環(huán)境敏感性的空間分布（圖2）。

從圖2可以看出，賀蘭山以及寧夏中南部地區(qū)的一些縣（市）處于中高敏感區(qū)，其中南部地區(qū)的西吉縣、隆德縣、固原市、涇源縣、海源縣南部以及彭陽(yáng)縣大部分區(qū)域分布在高敏感區(qū)，賀蘭山東麓一帶葡萄的種植區(qū)較多處于低敏感區(qū)。

2.2 致災(zāi)因子危險(xiǎn)性分析

根據(jù)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)理論，致災(zāi)因子的危險(xiǎn)性是由災(zāi)害發(fā)生的強(qiáng)度和頻率一起決定。本研究選取越冬期極端最低氣溫、日最低氣溫小于-19 ℃的天數(shù)、平均最低氣溫以及平均氣溫來(lái)構(gòu)建一個(gè)釀酒葡萄的綜合凍害指數(shù)。經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析，本研究所選取的4個(gè)指標(biāo)兩兩之間存在顯著的線性相關(guān)關(guān)系，因此利用主成分分析法對(duì)4個(gè)指標(biāo)進(jìn)行權(quán)重賦值，通過(guò)公式Y(jié)=∑si=1αixi得到該區(qū)域釀酒葡萄的綜合凍害指數(shù)：

Y=0.519 1x1-0.466 2x2+0.510 4x3+0.502 9x4。

式中：Y表示逐年凍害指數(shù);x1、x2、x3、x4分別為越冬期極端最低氣溫、日最低氣溫小于-19 ℃的天數(shù)、平均最低氣溫、平均氣溫。結(jié)合永寧縣歷年葡萄凍害調(diào)查資料，發(fā)現(xiàn)該指數(shù)模擬效果較好。因此，可應(yīng)用該指數(shù)來(lái)分析寧夏酗酒葡萄的綜合凍害致災(zāi)因子分布情況。

利用ArcGIS軟件對(duì)4個(gè)致災(zāi)因子的圖層進(jìn)行疊加運(yùn)算，并結(jié)合表4中致災(zāi)因子危險(xiǎn)性指數(shù)等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)，得到凍害致災(zāi)因子危險(xiǎn)性分布。從圖3可以看出，寧夏凍害致災(zāi)因子自西南至東北走向上呈高-低-高的趨勢(shì)，致災(zāi)因子高危區(qū)主要分布在中衛(wèi)南部、海原西部以及西吉大部分地區(qū)，鹽池東部地區(qū)，陶樂(lè)鎮(zhèn)、惠農(nóng)區(qū)大部分地區(qū)。而北部的賀蘭山沿線一帶、中寧縣大部以及吳忠市、同心縣大部分地區(qū)處于中級(jí)或低級(jí)危險(xiǎn)區(qū)。

2.3 承災(zāi)體脆弱性分析

承災(zāi)體脆弱性是指災(zāi)害一旦發(fā)生時(shí)承災(zāi)體可能遭受的影響程度[20]，同時(shí)它還體現(xiàn)了承災(zāi)體的暴露程度，暴露程度越大則脆弱性越大。由于承災(zāi)體脆弱性是反應(yīng)災(zāi)前區(qū)域經(jīng)濟(jì)對(duì)災(zāi)害發(fā)生之后的敏感程度，因此選取寧夏釀酒葡萄種植面積作為分析承災(zāi)體脆弱性的指標(biāo)。本研究釀酒葡萄種植面積來(lái)自《寧夏統(tǒng)計(jì)年鑒2010》以及寧夏葡萄產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略[21]。

利用ArcGIS軟件的反距離加權(quán)插值方法將幾個(gè)重要的釀酒葡萄種植基地的種植面積進(jìn)行插值，并根據(jù)表5的劃分標(biāo)準(zhǔn)，形成寧夏釀酒葡萄承災(zāi)體脆弱性分布。

從圖4中可以看出，寧夏釀酒葡萄的脆弱性在空間上由南到北呈現(xiàn)出低-高-低的趨勢(shì)。其中青銅峽市和吳忠市屬于脆弱性高敏感區(qū);永寧縣、賀蘭縣、銀川市以及平羅縣處于中級(jí)以及次高級(jí)區(qū);固原市、西吉縣、海源縣、彭陽(yáng)縣、涇源縣等處于低敏感區(qū)。

2.4 防災(zāi)減災(zāi)能力分析

在生產(chǎn)與管理中采取相應(yīng)的措施，能夠?qū)ζ咸褍龊Φ姆罏?zāi)減災(zāi)起到一定的作用，良好的評(píng)價(jià)指標(biāo)是進(jìn)行防災(zāi)減災(zāi)能力評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)[22]。本研究選取2015年寧夏的人均GDP作為防災(zāi)減災(zāi)能力的指標(biāo)，人均GDP越大，說(shuō)明當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展水平越高，可用于投入應(yīng)對(duì)凍害的潛在資源也更大，其防災(zāi)減災(zāi)能力也越強(qiáng)。

將寧夏各市（縣、區(qū)）的人均GDP等進(jìn)行歸一化處理，再利用ArcGIS軟件的反距離加權(quán)插值法得到相應(yīng)的圖層，結(jié)合表6所示的分類范圍分別對(duì)人均GDP數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，即可得到寧夏地區(qū)人均GDP指數(shù)分布圖，最后得到寧夏釀酒葡萄凍害防災(zāi)減災(zāi)能力指數(shù)。

從圖5可以看出，寧夏南部地區(qū)由于經(jīng)濟(jì)發(fā)展較為緩慢，大部分縣（市）防災(zāi)減災(zāi)能力較低，中部地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展適中，大部分縣（市）防災(zāi)減災(zāi)能力處于中等水平，而北部地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展較快，防災(zāi)減災(zāi)能力也相應(yīng)較高，但北部地區(qū)仍有一部分市（縣）（惠農(nóng)縣、靈武市、永寧縣和青銅峽市的少部分地區(qū)）的防災(zāi)減災(zāi)能力較低。

3 寧夏釀酒葡萄越冬期凍害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃

3.1 風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃

釀酒葡萄越冬期凍害是致災(zāi)因子危險(xiǎn)性、孕災(zāi)環(huán)境敏感性、承災(zāi)體脆弱性、防災(zāi)減災(zāi)能力等4個(gè)因子綜合作用的結(jié)果。利用層次分析法及加權(quán)綜合平均法對(duì)這4個(gè)因子分別賦予0.576、0.256、0.117、0.051的權(quán)重系數(shù)，從而得到寧夏釀酒葡萄越冬期凍害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型。

風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)=致災(zāi)因子危險(xiǎn)性×0.576+孕災(zāi)環(huán)境敏感 性×0.256+承災(zāi)體脆弱性×0.117-防災(zāi)減災(zāi)能力×0.051。根據(jù)上式，結(jié)合表7的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分閾值，最終得到寧夏釀酒葡萄越冬期凍害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃。從圖6中可以看出，自西南向東北，釀酒葡萄凍害風(fēng)險(xiǎn)呈高-低-高的趨勢(shì)。中衛(wèi)市、海原縣以及西吉大部分地區(qū)、陶樂(lè)鎮(zhèn)、平羅縣、惠農(nóng)區(qū)以及鹽池東北部區(qū)域處于凍害高級(jí)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)以及次高級(jí)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，同心縣西部、海原縣東北部、彭陽(yáng)縣大部分區(qū)域、鹽池中北部、賀蘭縣、永寧縣、銀川大部分區(qū)域、靈武市北部區(qū)域均處于中級(jí)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，青銅峽市、中寧縣、吳忠市、同心縣大部地區(qū)、靈武市中部及南部、鹽池西部區(qū)域均處于次低級(jí)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)以及低級(jí)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)。

根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型以及各因子在寧夏區(qū)域的分布可以看出，釀酒葡萄的凍害區(qū)劃受致災(zāi)因子危險(xiǎn)性的影響最為明顯。

3.2 區(qū)劃驗(yàn)證

由于氣象災(zāi)害發(fā)生時(shí)往往伴隨著次生災(zāi)害，因此很難得到某單一災(zāi)害的災(zāi)損數(shù)據(jù)，使得災(zāi)損數(shù)據(jù)精度不高。而《中國(guó)氣象災(zāi)害大典：寧夏卷》所統(tǒng)計(jì)的災(zāi)損數(shù)據(jù)大多是多個(gè)致災(zāi)因子共同作用下的結(jié)果，若僅利用災(zāi)損數(shù)據(jù)驗(yàn)證本研究風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃結(jié)果，可能導(dǎo)致二者之間存在較大的偏差。因此，受寧夏釀酒葡萄凍害數(shù)據(jù)的限制，無(wú)法進(jìn)行直接的對(duì)比驗(yàn)證。

本研究結(jié)合有關(guān)學(xué)者關(guān)于寧夏釀酒葡萄區(qū)劃進(jìn)行相關(guān)分析。張曉煜等認(rèn)為，寧夏南部的彭陽(yáng)縣、涇源縣、固原市、西吉縣、隆德縣及與賀蘭山一帶相鄰的銀川市、賀蘭縣、平羅縣等地區(qū)是釀酒葡萄的非適宜種植區(qū)[10]。王華等在寧夏釀酒葡萄氣候區(qū)劃中指出，鹽池縣和靈武市屬于不適宜種植區(qū)，適宜區(qū)與優(yōu)質(zhì)區(qū)主要存在于吳忠市、青銅峽市、中衛(wèi)市、永寧縣等[11]。將2位學(xué)者的研究結(jié)果與本研究的區(qū)劃結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，可認(rèn)為釀酒葡萄種植區(qū)分布情況大致相同，但局部地區(qū)仍存在一定差異。而造成差異的原因主要是種植區(qū)劃中其劃分標(biāo)準(zhǔn)是以氣候條件和水熱條件，但實(shí)際上還應(yīng)考慮到種植區(qū)防災(zāi)減災(zāi)能力以及種植面積的變化。綜上所述，本研究得到的凍害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃結(jié)果在整體上與前人的研究成果[10-11]較一致，但本研究綜合考慮了孕災(zāi)環(huán)境、防災(zāi)減災(zāi)能力等因素，因此與實(shí)際情況更符合，適用性和指導(dǎo)性也更強(qiáng)。

4 結(jié)論與討論

基于自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)形成原理，本研究結(jié)合GIS的空間分析，根據(jù)寧夏地區(qū)氣候特點(diǎn)、地理特性及地理信息數(shù)據(jù)，從致災(zāi)因子危險(xiǎn)性、孕災(zāi)環(huán)境敏感性、承災(zāi)體脆弱性以及防災(zāi)減災(zāi)能力等4個(gè)方面綜合評(píng)估了寧夏葡萄越冬期凍害的風(fēng)險(xiǎn)程度，得到了寧夏釀酒葡萄綜合凍害風(fēng)險(xiǎn)分布情況，結(jié)果表明，中衛(wèi)市、海原縣以及西吉大部分地區(qū)、陶樂(lè)鎮(zhèn)、平羅縣、惠農(nóng)區(qū)以及鹽池東北部區(qū)域處于凍害高級(jí)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)或次高級(jí)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，而青銅峽市、中寧縣、吳忠市、同心縣等區(qū)域?qū)儆卺劸破咸丫C合凍害風(fēng)險(xiǎn)的低級(jí)或次低級(jí)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，單從凍害風(fēng)險(xiǎn)來(lái)看，這些區(qū)域應(yīng)該是種植釀酒葡萄的主要推廣區(qū)域。

本研究采用ArcGIS中自然斷點(diǎn)法來(lái)進(jìn)行釀酒葡萄的凍害區(qū)劃，但實(shí)際上由于地形地貌的問(wèn)題，可能導(dǎo)致凍害分布與實(shí)際情況有出入。同時(shí)，本研究采取的層次分析法及加權(quán)源合平均法對(duì)各因子的權(quán)重賦值具有一定的主觀性，不同因子對(duì)研究結(jié)果作用的程度與實(shí)際的吻合情況可能不夠理想。因此在今后的研究中，可考慮采用更精確更客觀的方法，使其結(jié)果與實(shí)際情況更加吻合。

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