宁夏酿酒葡萄冻害风险评估与区划

秦文思 韩颖娟 王连喜

摘要：根据宁夏24个站点1961—2006年越冬期气象数据、1 ∶ 250 000的地理信息数据、社会经济数据以及宁夏区域土壤资料，采用层次分析法以及加权综合评价法，从孕灾环境敏感性、致灾因子危险性、承灾体脆弱性以及防灾减灾能力等4个方面对宁夏酿酒葡萄冻害风险进行分析，以此构建冻害综合风险评估模型。同时结合地理信息系统（GIS）技术对宁夏酿酒葡萄冻害风险进行区划。结果表明，宁夏酿酒葡萄冻害风险分布自西南向东北呈高-低-高的趋势，其中青铜峡市、中宁县、吴忠市、同心县等区域属于酿酒葡萄种植适宜区。本研究结果可为宁夏酿酒葡萄种植区划提供科学参考依据。

关键词：宁夏;酿酒葡萄;冻害;风险评估;风险区划

中图分类号：S425   文献标志码： A  文章编号：1002-1302（2019）07-0129-05

酿酒葡萄种植地的气候条件和地理环境对酒型、酒质有着巨大的影响，因此种植地对酿酒葡萄酒质量的形成和影响备受葡萄酒行业的重视，国内主要酿酒葡萄种植地相继开展过产地适应性评价和区划工作[1-6]。王蕾等以我国2 294个气象站点1982—2011年30年平均气象数据和我国全境 90 m 分辨率数字高程模型数据为基础，建立了无霜期和活动积温的多元逐步回归模型，并在此基础上绘制了高精度的中国酿酒葡萄气候区划图和品种区域化图，将酿酒葡萄适宜栽培划分为4区12亚区[7]。霜冻是制约葡萄产业发展的主要灾害之一，张磊等对影响宁夏酿酒葡萄种植区霜冻灾害的气象因子进行分析，综合评价了各地的霜冻气候风险[8]。根据宁夏的气候、地形以及灌溉条件等因素，对宁夏酿酒葡萄种植区域进行气候精细区划，得到作物农业气候区划空间数据集合，并划分出葡萄种植优质区[9-11]。研究结果对推动我国酿酒葡萄产业的发展起到很大的促进作用。

宁夏贺兰山东麓是宁夏葡萄种植的适宜区，是我国酿酒葡萄生产的最佳生态区之一，被葡萄专家称为“中国的波尔多”[12]。但由于冻害问题的存在，宁夏酿酒葡萄产业一直受到制约，尤其是冬季的葡萄根系冻害发生频繁，几乎每年都有不同程度的发生。冻害风险作为防灾减灾的重要部分，也倍受研究者的重视[13]。有研究者在风险理论的基础上，综合考虑多因子，从冻害致灾因子危险性、孕灾环境敏感性、承灾体脆弱性等3个方面构建霜冻风险评估指标体系、方法和模型，为研究区域潜在灾害风险区划研究提供了可行性的方法[14]。

目前，相关学者对葡萄品种及酒种区域化方面均已开展了大量工作，并提出了一系列气候区化指标和研究方法[15]。但在宁夏区域，对于葡萄冻害的区划却不够精细。因此，本研究将在总结前人研究成果的基础上，选取冻害孕灾环境敏感性、致灾因子危险性、承灾体脆弱性、防灾减灾能力等4个方面构建霜冻风险评估模式，同时利用地理信息系统（GIS）技术，对宁夏酿酒葡萄冻害风险进行评估与区划，以期为当地酿酒葡萄产业的防灾减灾提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 资料来源

根据宁夏冻害风险评估指标体系建立标准，本研究选取宁夏24个站点1961—2006年的气象数据、地理信息数据以及社会经济数据。气象数据主要包括越冬期极端最低气温、日最低气温小于-19 ℃的天数、平均最低气温以及平均气温。地理信息资料来源于1 ∶ 250 000基础地理背景资料，包括数字高程模型（DEM）、行政边界等数据。

1.2 方法与流程

由于宁夏酿酒葡萄冻害风险指标体系中每个指标对最终风险构成的贡献率不同[16]，因此，本研究采取层次分析法以及加权综合平均法来确定不同指标和模型的权重。在构建冻害风险模型时，本研究利用ArcGIS软件空间分析模块中的内插分析、自然断点分级、叠加分析等方法，得出致灾因子危险性、孕灾环境敏感性、承灾体脆弱性、防灾减灾能力的图层，结合各项指标权重，最终得到酿酒葡萄越冬期冻害风险区划图。

2 宁夏酿酒葡萄冻害风险评估结果

越冬期冻害是影响酿酒葡萄生长最主要的气象灾害。冻害的发生与否决定着酿酒葡萄品质的优劣，因此，构建一个合理的风险区划模型来指导宁夏酿酒葡萄的种植区划调整、产品结构变化是十分必要的。本研究将从孕灾环境敏感性、致灾因子危险性、承灾体脆弱性、防灾减灾等4个方面对宁夏酿酒葡萄越冬期冻害进行风险评估与区划。根据当地的气候因子和生态因子，将该种植区划分为北部、中部和南部（图1）。

2.1 孕灾环境敏感性分析

一般而言，孕灾环境主要包括大气环流、天气系统、水文条件、地形地貌、植被条件、社會经济条件等。这些背景因素通常被理解为风险载体对破坏或损害的敏感性[17]。

葡萄的根系冻害是普遍发生的灾害，宁夏冬季寒冷少雨，当温度偏低或急剧下降时，土壤含水量越多，葡萄根系受损越严重。本研究选取了高程、坡向以及土壤类型作为孕灾环境敏感性的指标，其中高程和坡向在一定程度上会影响温度与日照的分布，土壤类型则直接决定着土壤的持水能力。对3个因子分别赋予5个影响等级（表1），其中高程标准差表示高程对冻害的敏感程度，从低到高逐渐减小;宁夏冬季以西北向为主要风向，因此坡向从西北到东南划分为5个等级;宁夏土壤类型丰富[18]，本研究采用耿秀华等的研究结果[19]，依据不同土壤的持水力确定不同的分级标准。在此基础上，利用层次分法来确定3个因子的权重（表2），并确定宁夏酿酒葡萄越冬期冻害的敏感性分级标准（表3），利用GIS的图层叠加功能得到孕灾环境敏感性的空间分布（图2）。

从图2可以看出，贺兰山以及宁夏中南部地区的一些县（市）处于中高敏感区，其中南部地区的西吉县、隆德县、固原市、泾源县、海源县南部以及彭阳县大部分区域分布在高敏感区，贺兰山东麓一带葡萄的种植区较多处于低敏感区。

2.2 致灾因子危险性分析

根据灾害风险理论，致灾因子的危险性是由灾害发生的强度和频率一起决定。本研究选取越冬期极端最低气温、日最低气温小于-19 ℃的天数、平均最低气温以及平均气温来构建一个酿酒葡萄的综合冻害指数。经统计分析，本研究所选取的4个指标两两之间存在显著的线性相关关系，因此利用主成分分析法对4个指标进行权重赋值，通过公式Y=∑si=1αixi得到该区域酿酒葡萄的综合冻害指数：

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

式中：Y表示逐年冻害指数;x1、x2、x3、x4分别为越冬期极端最低气温、日最低气温小于-19 ℃的天数、平均最低气温、平均气温。结合永宁县历年葡萄冻害调查资料，发现该指数模拟效果较好。因此，可应用该指数来分析宁夏酗酒葡萄的综合冻害致灾因子分布情况。

利用ArcGIS软件对4个致灾因子的图层进行叠加运算，并结合表4中致灾因子危险性指数等级划分标准，得到冻害致灾因子危险性分布。从图3可以看出，宁夏冻害致灾因子自西南至东北走向上呈高-低-高的趋势，致灾因子高危区主要分布在中卫南部、海原西部以及西吉大部分地区，盐池东部地区，陶乐镇、惠农区大部分地区。而北部的贺兰山沿线一带、中宁县大部以及吴忠市、同心县大部分地区处于中级或低级危险区。

2.3 承灾体脆弱性分析

承灾体脆弱性是指灾害一旦发生时承灾体可能遭受的影响程度[20]，同时它还体现了承灾体的暴露程度，暴露程度越大则脆弱性越大。由于承灾体脆弱性是反应灾前区域经济对灾害发生之后的敏感程度，因此选取宁夏酿酒葡萄种植面积作为分析承灾体脆弱性的指标。本研究酿酒葡萄种植面积来自《宁夏统计年鉴2010》以及宁夏葡萄产业发展战略[21]。

利用ArcGIS软件的反距离加权插值方法将几个重要的酿酒葡萄种植基地的种植面积进行插值，并根据表5的划分标准，形成宁夏酿酒葡萄承灾体脆弱性分布。

从图4中可以看出，宁夏酿酒葡萄的脆弱性在空间上由南到北呈现出低-高-低的趋势。其中青铜峡市和吴忠市属于脆弱性高敏感区;永宁县、贺兰县、银川市以及平罗县处于中级以及次高级区;固原市、西吉县、海源县、彭阳县、泾源县等处于低敏感区。

2.4 防灾减灾能力分析

在生产与管理中采取相应的措施，能够对葡萄冻害的防灾减灾起到一定的作用，良好的评价指标是进行防灾减灾能力评价的基础[22]。本研究选取2015年宁夏的人均GDP作为防灾减灾能力的指标，人均GDP越大，说明当地经济发展水平越高，可用于投入应对冻害的潜在资源也更大，其防灾减灾能力也越强。

将宁夏各市（县、区）的人均GDP等进行归一化处理，再利用ArcGIS软件的反距离加权插值法得到相应的图层，结合表6所示的分类范围分别对人均GDP数据进行处理，即可得到宁夏地区人均GDP指数分布图，最后得到宁夏酿酒葡萄冻害防灾减灾能力指数。

从图5可以看出，宁夏南部地区由于经济发展较为缓慢，大部分县（市）防灾减灾能力较低，中部地区经济发展适中，大部分县（市）防灾减灾能力处于中等水平，而北部地区经济发展较快，防灾减灾能力也相应较高，但北部地区仍有一部分市（县）（惠农县、灵武市、永宁县和青铜峡市的少部分地区）的防灾减灾能力较低。

3 宁夏酿酒葡萄越冬期冻害风险区划

3.1 风险区划

酿酒葡萄越冬期冻害是致灾因子危险性、孕灾环境敏感性、承灾体脆弱性、防灾减灾能力等4个因子综合作用的结果。利用层次分析法及加权综合平均法对这4个因子分别赋予0.576、0.256、0.117、0.051的权重系数，从而得到宁夏酿酒葡萄越冬期冻害风险评价模型。

风险指数=致灾因子危险性×0.576+孕灾环境敏感 性×0.256+承灾体脆弱性×0.117-防灾减灾能力×0.051。根据上式，结合表7的风险等级划分阈值，最终得到宁夏酿酒葡萄越冬期冻害风险区划。从图6中可以看出，自西南向东北，酿酒葡萄冻害风险呈高-低-高的趋势。中卫市、海原县以及西吉大部分地区、陶乐镇、平罗县、惠农区以及盐池东北部区域处于冻害高级风险区以及次高级风险区，同心县西部、海原县东北部、彭阳县大部分区域、盐池中北部、贺兰县、永宁县、银川大部分区域、灵武市北部区域均处于中级风险区，青铜峡市、中宁县、吴忠市、同心县大部地区、灵武市中部及南部、盐池西部区域均处于次低级风险区以及低级风险区。

根据风险评估模型以及各因子在宁夏区域的分布可以看出，酿酒葡萄的冻害区划受致灾因子危险性的影响最为明显。

3.2 区划验证

由于氣象灾害发生时往往伴随着次生灾害，因此很难得到某单一灾害的灾损数据，使得灾损数据精度不高。而《中国气象灾害大典：宁夏卷》所统计的灾损数据大多是多个致灾因子共同作用下的结果，若仅利用灾损数据验证本研究风险区划结果，可能导致二者之间存在较大的偏差。因此，受宁夏酿酒葡萄冻害数据的限制，无法进行直接的对比验证。

本研究结合有关学者关于宁夏酿酒葡萄区划进行相关分析。张晓煜等认为，宁夏南部的彭阳县、泾源县、固原市、西吉县、隆德县及与贺兰山一带相邻的银川市、贺兰县、平罗县等地区是酿酒葡萄的非适宜种植区[10]。王华等在宁夏酿酒葡萄气候区划中指出，盐池县和灵武市属于不适宜种植区，适宜区与优质区主要存在于吴忠市、青铜峡市、中卫市、永宁县等[11]。将2位学者的研究结果与本研究的区划结果进行对比，可认为酿酒葡萄种植区分布情况大致相同，但局部地区仍存在一定差异。而造成差异的原因主要是种植区划中其划分标准是以气候条件和水热条件，但实际上还应考虑到种植区防灾减灾能力以及种植面积的变化。综上所述，本研究得到的冻害风险区划结果在整体上与前人的研究成果[10-11]较一致，但本研究综合考虑了孕灾环境、防灾减灾能力等因素，因此与实际情况更符合，适用性和指导性也更强。

4 结论与讨论

基于自然灾害风险形成原理，本研究结合GIS的空间分析，根据宁夏地区气候特点、地理特性及地理信息数据，从致灾因子危险性、孕灾环境敏感性、承灾体脆弱性以及防灾减灾能力等4个方面综合评估了宁夏葡萄越冬期冻害的风险程度，得到了宁夏酿酒葡萄综合冻害风险分布情况，结果表明，中卫市、海原县以及西吉大部分地区、陶乐镇、平罗县、惠农区以及盐池东北部区域处于冻害高级风险区或次高级风险区，而青铜峡市、中宁县、吴忠市、同心县等区域属于酿酒葡萄综合冻害风险的低级或次低级风险区，单从冻害风险来看，这些区域应该是种植酿酒葡萄的主要推广区域。

本研究采用ArcGIS中自然断点法来进行酿酒葡萄的冻害区划，但实际上由于地形地貌的問题，可能导致冻害分布与实际情况有出入。同时，本研究采取的层次分析法及加权源合平均法对各因子的权重赋值具有一定的主观性，不同因子对研究结果作用的程度与实际的吻合情况可能不够理想。因此在今后的研究中，可考虑采用更精确更客观的方法，使其结果与实际情况更加吻合。

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