摘要:为分析农业气象灾害对山东省农作物产量的影响，结合山东省1950-2016年的农业统计数据，分别研究了洪涝灾、干旱灾、风雹灾、低温灾和台风灾这5种农业气象灾害对主要农作物小麦、玉米、棉花单产及总产量的影响。并从受灾范围和灾害强度两方面入手构建了灰色关联分析法的数理模型。该模型将整个研究周期划分为1950-1959、1960-1969、1970-1979、1980-1989、1990-1999、2000-2009和2010-2016年7个阶段。结果表明:从受灾范围看，风雹灾、旱灾是影响山东省农作物总产量的主要农业气象灾害。从受灾强度看，山东省农作物主要受到干旱灾害和洪涝灾害的影响。干旱灾无论从受灾范围还是灾害强度上对山东省农作物的产量影响都较大。低温灾和台风灾则对山东省农作物的产量影响较小。
关键词:农业气象灾害;灾害强度;农作物产量;灰色关联分析
作为产粮大省，农业在山东经济发展中占有举足轻重的地位。据统计，2016年山东省发生了包括低温冷冻、风雹、洪涝、干旱在内的多种自然灾害。其中，农作物受灾面积达552.24khm2，成灾面积为300.13khm2，绝收面积达到62.12khm2。直接经济损失70.39亿元，农业损失63.68亿元，占比超过90%。可见，研究山东省农业气象灾害对农作物产量的影响具有重要现实意义。
国外学者针对气象灾害对农作物产量的影响开展了大量研究[1-3]。国内学者也对此进行了研究[4-7]。余会康等[8]分析了不同阶段气象变化对福建省粮食产量的影响。杨月锋等[9]发现农业现代化投入水平状况、生产资料及粮食价格政策是福建省粮食产量变化的主要驱动因素。部分学者利用灰色关联法对农业气象灾害评估进行研究[10-13]。温丹苹等[14]构建了一种基于灰色关联分析法的数理模型用以分析大豆产量和农业气象灾害变化特征。马建勇等[15]采用灰色关联法对东北地区1971-2009年间农业气象灾害的变化趋势及其对粮食产量的影响开展了研究。
相关期刊推荐：《中国农业气象》(双月刊)创刊于1979年，是中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所(原农业气象研究所)主办的反映我国农业气象科学研究进展的学术刊物。主要刊登有关农林水产业与气象有关的学术论文、研究报告和国内外有关专题研究动态综合评述等，涉及包括全球变化、区域农业气候、减灾防灾、干旱与节水农业、作物气象与农田小气候、农业减灾防灾、农业生态环境、3S技术在农业气象上应用等方面的内容。
目前，已有大量关于农业气象灾害和粮食产量方面的研究，但主要集中讨论全国或省(市、自治区)气象灾害的历史变化趋势及其对粮食总产量的影响，鲜有学者以相对灾损量指标为切入点对农业气象灾害与作物产量关系进行研究。本研究依据中国种植业管理司1950-2016年的农业统计数据，利用灰色关联分析法对农作物总产量与气象灾害受灾范围及其单产与农业气象灾害强度之间的关系进行深入研究。
1资料与研究方法
1.1资料来源
本研究选取山东省农作物的单产资料，旱灾、水灾、风雹、低温、台风的受灾面积、成灾面积和绝收面积。统计资料来源于《中国统计年鉴》及《中国农业统计资料》和农业部种植业管理司灾情数据库，一共采用了67年的统计数据(1950-2016年)。
1.2研究方法
1.2.1受灾比率及相对灾损量
受灾比率是农作物受灾面积占该种农作物播种面积的百分比，表示受气象灾害影响的农作物受灾范围的大小;灾损量是农业气象灾害致使作物的减产量，表示农业气象灾害对作物产量影响的强弱。因此，可采用受灾比率和灾损量来表征气象灾害对某种农作物受灾范围和灾害强度的影响。受灾面积、成灾面积和绝收面积是灾情统计中最常用的指标。其中，因灾害致使减产10%以上的种植面积为受灾面积;因灾害致使减产30%以上的种植面积为成灾面积;因灾害致使减产80%以上的种植面积为绝收面积。减产分成法可对各类农业气象灾害造成的粮食减产量进行估算，故采用减产分成法对各类农业气象灾害造成的农作物灾损量进行估计[14]，以1950-2016年发生的农业气象灾害为例，则灾损量可表达为:
2山东省主要农作物与农业气象灾害分析
2.1山东省小麦产量与农业气象灾害分析
1950-2016年，山东省小麦单产和小麦总产整体均呈现上升的趋势(图1)。其中:第1阶段(1950-1959年)，山东省小麦单产和总产均较为平稳;第2阶段(1960-1969年)，山东省小麦单产和总产均呈先减少后增加的趋势，并在1969年达到历史最低，小麦单产为25.81kg/hm2，总产为131.5万t;第3阶段(1970-1979年)、第4阶段(1980-1989年)、第5阶段(1990-1999年)和第6阶段(2000-2009年)四个阶段均呈现波动上升趋势。第7阶段(2010-2016年)，小麦单产和总产均为平稳上升趋势，均在2015年达到历史最高。
在受灾范围的关联分析中，以1950-2016年山东省小麦总产量为参考数列，以1950-2016年山东省小麦5类农业气象灾害受灾比率为比较数列，计算山东省小麦总产量和5类农业气象灾害受灾比率的关联度(表1)。
结果表明，第1、2、3阶段的台风受灾范围与山东省小麦总产量的关联度最高，其次是风雹，台风是山东省1950-1979年影响小麦总产的主要农业气象灾害。第4阶段各类气象灾害的受灾范围与小麦总产的关联度由高到低排序为:旱灾、洪涝、风雹、低温和台风，旱灾是山东省1980-1989年影响小麦总产的主要农业气象灾害。第5、6阶段洪涝、旱灾、风雹、低温和台风的受灾范围与山东省小麦总产的关联度由高到低排序均为:风雹、洪涝、旱灾、低温和台风。第7阶段中，洪涝是山东2010-2016年影响小麦总产的主要农业气象灾害。
总体而言，风雹、旱灾和洪涝对山东省小麦产量危害较大。风雹在7个阶段中的关联度均位列前茅，是影响山东省小麦总产的关键农业气象灾害。在研究周期内，风雹、旱灾、洪涝三者的关联度分别为0.907、0.882和0.878，故从受灾范围角度看，风雹、旱灾和洪涝对山东省小麦生产具有较大影响。
在灾害强度分析中，以山东省小麦5类农业气象灾害的相对灾损量为比较数列。以1950-2016年山东省小麦单产为参考数列，计算山东省小麦单产与5类农业气象灾害的关联度(表2)。
结果表明，第1阶段洪涝灾、旱灾、风雹、低温和台风的灾害强度与山东省小麦单产的关联度由高到低为:低温、台风、洪涝、旱灾和风雹;第2阶段5类农业气象灾害强度与小麦单产关联度由高到低为:洪涝、台风、低温、旱灾和风雹;第3、4、5、6、7阶段5类农业气象灾害强度与山东省小麦单产的关联度排序中，关联度最高的均为旱灾。在总的研究周期内，旱灾对山东省小麦单产的影响程度最大，是第三阶段至第七阶段的关键农业气象灾害，洪涝和风雹次之，而台风和低温在该阶段对小麦单产影响较小。
2.2山东省玉米产量与农业气象灾害分析
1950-2016年，山东省玉米单产和玉米总产整体上均呈现增加的趋势(图2)。第1阶段，玉米单产和总产均较为平稳，无明显波动。第2阶段的山东省玉米单产和总产在1960年达到历史最低，玉米单产52.43kg/hm2，玉米总产为74.9万t。第3阶段至第6阶段这四个阶段均呈现波动上升，其中第5阶段和第6阶段波动较为剧烈。第7阶段，山东省玉米单产在2012年达到历史最高440.57kg/hm2，而总产呈现缓慢上升趋势，在2016年达到历史最高2064.95万t。1960年山东省玉米单产约为研究期内玉米单产峰值的11.9%，而1960年山东省玉米总产量约为研究期内玉米总产量峰值的3.63%。
在受灾范围的关联分析中，以1950-2016年山东省玉米总产量为参考数列，以1950-2016年山东省玉米5类农业气象灾害受灾比率为比较数列，计算山东省玉米总产量和5类农业气象灾害受灾比率的关联度(表3)。结果表明，第1、2阶段台风灾害与山东省玉米总产的关联度最高，其次是风雹。台风是山东省1950-1979年影响玉米总产的主要农业气象灾害。第3、4阶段受灾范围与山东省玉米总产的关联度最高分别为洪涝和旱灾。第5、6阶段风雹灾的受灾范围与山东省玉米总产的关联度最高，风雹是山东省1990-2009年影响玉米总产的主要农业气象灾害。第7阶段关联度由高到低排序为:低温、洪涝、风雹、旱灾和台风。从受灾范围看，在研究周期内，风雹是关键农业气象灾害，低温和旱灾次之，三者关联度分别为0.881、0.864和0.864。
在灾害强度分析中，以山东省玉米5类农业气象灾害的相对灾损量为比较数列。以1950-2016年山东省玉米单产为参考数列，计算山东省玉米单产与5类农业气象灾害的关联度(表4)。
结果表明，第1阶段洪涝、旱灾、风雹、低温和台风的灾害强度与山东省玉米单产的关联度由高到低排序为:低温、台风、洪涝、旱灾和风雹;第2阶段5类农业气象灾害强度与山东省玉米单产的关联度由高到低排序为:洪涝、台风、低温、旱灾和风雹;第3～7阶段5类农业气象灾害强度与山东省玉米单产的关联度排序中，旱灾均为关联度最高者，洪涝和风雹次之。在研究周期内，5类农业气象灾害强度与山东省玉米单产的关联度排序由高到低为:旱灾、洪涝、风雹、台风和低温。从灾害强度看，总体来说，旱灾对山东省玉米单产的危害最大，洪涝和风雹次之，而台风和低温对山东省玉米单产影响较小。
2.3山东省棉花产量与农业气象灾害分析
1950-2016年，山东省棉花单产和棉花总产整体上均呈现上升的趋势(图3)。其中:第1阶段、第2阶段和第3阶段，山东省棉花单产和总产均较为平稳。第4阶段和第5阶段均先剧烈上升后剧烈下降，且棉花总产量在1984年达到历史最高172.5万t后开始剧烈下降，棉花单产在剧烈下降后有所上升;第6阶段和第7阶段，山东省棉花单产呈波动上升趋势，在2016年达历史最高78.57kg/hm2，而棉花总产则先上升后下降。1961年山东省棉花单产约为研究期内棉花单产峰值的6.75%，而1961年山东省棉花总产量约为研究期内棉花总产量峰值的1.86%。
在受灾范围的关联分析中，以1950-2016年山东省棉花总产量为参考数列，以1950-2016年山东省棉花5类农业气象灾害受灾比率为比较数列，计算山东省棉花总产量和5类农业气象灾害受灾比率的关联度(表5)。结果表明，第1、2、3阶段台风的受灾范围与山东省棉花总产的关联度最高，台风是山东省1950-1979年影响棉花总产的主要农业气象灾害。第4阶段农业气象灾害的受灾范围与棉花总产的关联度由高到低排序为:旱灾、风雹、洪涝、低温和台风，旱灾是山东省1980-1989年影响棉花总产的主要农业气象灾害。第5～7阶段的关联度由高到低排序均为:风雹、洪涝、旱灾、低温和台风，风雹是山东省1990-2016年影响棉花总产的主要农业气象灾害。但总体来看，风雹、旱灾和洪涝是影响山东棉花作物总产的关键农业气象灾害。
从受灾范围看，风雹、旱灾和洪涝对山东省棉花产量危害较大。风雹是关键农业气象灾害，旱灾和洪涝次之，三者关联度分别为0.900、0.875和0.869。在灾害强度分析中，以山东省棉花5类农业气象灾害的相对灾损量为比较数列。以1950-2016年山东省棉花单产为参考数列，计算山东省棉花单产与5类农业气象灾害的关联度(表6)。结果表明，第1阶段洪涝、旱灾、风雹、低温和台风的灾害强度与山东省棉花单产的关联度由高到低排序为:低温、洪涝、台风、旱灾和风雹;第2阶段的关联度由高到低排序为:洪涝、台风、低温、旱灾和风雹;第3～6阶段5类农业气象灾害强度与山东省棉花单产的关联度排序中，旱灾均为关联度最高者，洪涝和风雹次之。在研究周期内，5类农业气象灾害强度与山东省棉花单产的关联度排序由高到低为:旱灾、洪涝灾、风雹灾、台风灾和低温灾。
3结论
本文采用灰色关联法对山东省主要农作物产量与气象灾害受灾范围及灾害强度间的关系进行研究。从整个研究周期来看，在受灾范围方面，风雹、旱灾是影响山东省三种农作物总产量的主要农业气象灾害。从受灾强度看，农作物单产主要受到旱灾和洪涝的影响。旱灾无论从受灾范围还是灾害强度上对农作物的生产影响都较大。低温和台风则无论从受灾范围还是受灾强度方面，对农作物的生产影响都较小。因此，种植具有耐干旱特质的农作物品种对山东省农户而言是一个较好的选择。
