海南省以其独特的气候优势成为中国冬季菜篮子，西瓜、豇豆、辣椒、丝瓜等是冬季市场供应的主要品种。海南省属暴雨气候风险的高值区^[1]，瓜菜在苗期常遭受湿涝灾害，如2010年10月严重湿涝灾害造成瓜菜受灾3.7×10⁴ hm²，成灾2.8×10⁴ hm²，严重影响了瓜菜的市场供应。瓜菜苗期虽然时间短，但期间天气气候条件决定着后期的生长基础，湿涝的影响不容忽视。因此，开展瓜菜苗期湿涝风险评估与区划有利于做好灾害监测预警与防灾减灾工作。

有关湿涝灾害和暴雨洪涝灾害风险的研究，不少学者主要从致灾因子的危险性、承灾体的易损性、孕灾环境的脆弱性和防灾减灾能力等单因素、集成多因素进行综合风险分析^[2-5]。致灾指标选择多为降水因子，如暴雨发生频次^[6]、不同时段降水量^[7]、连阴雨次数^[8]等，也有采用土壤电导率^[9]、地表径流^[10]、地下水埋深和土壤含水率^[11]等特定因子。蔡大鑫等^[12]开展了区域性暴雨洪涝灾害风险评估和区划，但研究未涉及对农业的影响。

有关农业湿涝灾害风险的研究，主要针对冬小麦^[13-14]、玉米^[15]、水稻^[16]、大豆^[17]等中国大宗粮食作物，从承灾体灾损角度进行湿涝风险分析与区划。近年来，其他作物湿涝风险的研究也逐步发展起来。李美荣等^[18]提出了连阴雨灾害指数，进行陕西苹果产区风险量化分析；吴利红等^[19]从降水适宜度角度，评估了浙江省油菜花期湿害风险；陆魁东等^[20]综合降水量、日照时数、降水日数建立指标，对湖南油菜苗期连阴雨进行风险分析。目前，针对瓜菜作物湿涝灾害的风险分析评估还鲜见报道。

本研究以海南省冬种瓜菜为对象，以易遭湿涝危害的10—11月为研究时段，选择降水量、降水日数等因子构建湿涝致灾指标，综合苗期湿涝危险性、孕灾环境敏感性、承灾体易损性和防灾减灾能力，进行瓜菜苗期湿涝综合风险分析和区划，为因地制宜地开展瓜菜避减湿涝灾害风险、生产优化布局提供科技支撑。

研究所用气象资料来自海南省气象局，包括1998—2011年海南省18个气象站逐日平均温度、降水量、日照时数等，对个别缺测的日值采用历年同期平均值代替。西瓜、豇豆、辣椒、丝瓜4种瓜菜生产等资料来自海南省农业科学研究院蔬菜所，包括1999—2011年海南省18个市县4种瓜菜的种植面积、产量等。4种瓜菜苗期湿涝灾情资料来自《中国气象灾害大典·海南卷》^[21]和海南省气象科学研究所。海南省数字高程模型 (Digital Elevation Model，DEM) 数据来自海南省气象科学研究所。

依据农业气象灾害风险评估理论，瓜菜苗期湿涝灾害风险评估技术包括致灾因子危险性评估、承灾体脆弱性 (敏感性) 评估、灾情损失评估、防灾减灾能力评估4个方面。

农业湿涝灾害是指降水过于集中或时间过长导致地表积水或土壤水分饱和，致使作物生长发育不良或死亡，造成减产或绝收的农业气象灾害^[22]。以10—11月的降水量、降水日数、连续降水日数和最长连续降水日数4个因子，通过主成分分析方法^[23]建立瓜菜苗期湿涝的致灾指标。

以瓜菜苗期湿涝等级致灾指标及其出现的风险概率，构建湿涝危险性评估模型：

(1)

其中，Q为湿涝危险性指数，J_i为第i等级湿涝致灾指标，P_i为第i等级湿涝风险概率，i取1，2，3。

孕灾敏感性指灾害发生的环境条件，如地形地貌、水系、植被分布等，可对灾害的消长产生影响，但并不起决定作用。山岭与平原交界处是洪涝多发区，地势低洼地区和河网地区易发生湿害；且地势越低的平坦地区越不利于洪水的排泄，易形成涝灾。因此，低水位农田遭受湿涝灾害风险较大。

海南岛地形变化较大，湿涝灾害的发生差异明显^[12]。地面坡度大小对湿涝发生具有反位相效应，坡度越小，越容易积水，湿涝越重；反之，则轻。因此，选取坡度的倒数作为苗期湿涝的孕灾敏感性指数。地面坡度数据从DEM数据经ARCGIS软件处理后获取。

瓜菜的减产率定义为瓜菜实际产量低于其趋势产量的百分率，其中，趋势产量采用直线滑动平均法^[24]拟合。

由于瓜菜的产量资料是最终产量，而瓜菜在生产过程中会遭受到苗期湿涝、冬季寒害、春季干旱等单一或多种灾害影响，因此，需要对不同灾害导致的减产率进行有效分离，得到由苗期湿涝导致的瓜菜减产率。考虑分别给3种灾害造成瓜菜减产的贡献率以不同的权重 (苗期湿涝w₁、冬季寒害w₂、春季干旱w₃)，

(2)

其中，y₁，y₂，y₃分别为单独遭受苗期湿涝、冬季寒害、春季干旱典型灾害年份导致瓜菜的减产率平均值 (单位：%)。

因此，由苗期湿涝灾害导致的减产率即瓜菜实际减产率与苗期湿涝权重 (w₁) 的乘积，考虑苗期湿涝减产率及其风险概率构建灾损评估模型：

(3)

其中，s为湿涝灾损指数，x_i为第i等级平均减产率，f_i为第i等级减产率的风险概率。i取1，2，3，对应减产率分别为[5%，10%)，[10%，20%)，[20%，100%] (轻、中、重3个等级)。

以单产的变异系数作为瓜菜防灾能力的指标，变异系数大，表明瓜菜生产不稳定，防灾能力弱；反之，则强。

由于受瓜菜资料时间长度的限制，以1998—2011年逐年建立的苗期湿涝致灾指数、减产率序列为一维随机样本，经过多种分布函数拟合，效果均不理想，不符合曲线拟合需要的条件，因此，采用信息分配方法^[25]，通过线性分配得到控制区间的原始信息分布，建立概率分布模型，计算得到不同等级湿涝风险概率和减产率的风险概率。

综合考虑瓜菜苗期湿涝灾害的致灾、孕灾、灾损及防灾能力，建立湿涝灾害综合风险评估模型：

(4)

式 (4) 中，F为苗期湿涝灾害综合风险指数，v为湿涝防灾能力指数，Q为苗期湿涝危险性指数，p^-1为苗期湿涝孕灾敏感性指数，s为湿涝灾损指数。

为了消除不同因子量纲的影响，综合风险模型需对因子进行归一化处理，且避免函数的底数为0,

(5)

其中，f_i¹为因子归一化值，f_i为因子实际值，f_min为因子最小值，f_max为因子最大值。

苗期自然降水和瓜菜需水，可以反映地区瓜菜遭受湿涝灾害的危害程度。不同瓜菜由于其生理特点的差别，对水分需求必然存在明显差异。瓜菜需水量采用FAO的Penman-Monteith公式^[26]，其中, 瓜菜苗期作物系数，西瓜取0.4、豇豆取0.4、辣椒取0.6、丝瓜取0.5。

通过降水量、降水日数、连续降水日数和最长连续降水日数4个因子两两之间的相关分析，可以发现各站4个因子之间，除了少数因子外，两两之间存在明显的相关性，相关系数普遍在0.5以上，达到0.1显著性水平。因此，可以对4个因子进行主成分分析，各站点前2个主成分的贡献率均达到88%以上，采用各站的前两个主成分，构建瓜菜苗期湿涝的致灾指标。

通过海南省各市县历史苗期湿涝灾情资料，将瓜菜苗期湿涝致灾指标序列与历史典型湿涝灾害发生年份实际受灾情况进行反演对比分析，确定瓜菜苗期轻度湿涝、中度湿涝、重度湿涝的致灾等级指标分别为[0.5，1.3)，[1.3，1.8)，[1.8，+∞)。从典型苗期湿涝年份实际情况看，1999年11月上半月，海南省出现长时间大范围的降水天气，儋州10月底开始降水，持续半个月。其中，11月6日和7日降水量分别达251.3 mm和85.9 mm，导致15000 hm²水稻、冬种瓜菜等农作物受淹，而这段时间儋州的致灾指标值为1.42，显示为中度湿涝，与实际情况吻合。2000年10—11月屯昌县降水量达1348.8 mm，是常年同期 (589.3 mm) 的2倍多，最长连续24 d出现降水，其中，10月13—16日出现连续暴雨天气，14日降水量达到578.7 mm，直接经济损失16700万元，属于重度灾害，同期由致灾指标值 (2.66) 确定亦为重度湿涝。可见，上述确立的瓜菜苗期湿涝等级指标与实际的灾情吻合度较好。

从计算得到的苗期湿涝、冬季寒害、春季干旱3种灾害对瓜菜最终减产率贡献 (表 1) 可知，苗期湿涝对辣椒减产率的贡献最大，对丝瓜减产率的贡献最小。这符合瓜菜的生理特性：辣椒属于浅根性植物，根系比较细弱、吸收少、木栓化程度高^[27]，不耐涝、须较低湿度^[28]；丝瓜根系吸收能力强、耐涝^[29]。

表 1

表 1 苗期湿涝、冬季寒害、春季干旱对减产率贡献 (单位：%) Table 1 Contribution rates of yield reduction rate induced by waterlogging, chilling and drought (unit：%) 品种 苗期湿涝 冬季寒害 春季干旱 西瓜 73.6 14.3 112.1 豇豆 42.8 26.4 30.8 辣椒 81.8 2.8 15.4 丝瓜 14.0 47.3 38.7

表 1 苗期湿涝、冬季寒害、春季干旱对减产率贡献 (单位：%) Table 1 Contribution rates of yield reduction rate induced by waterlogging, chilling and drought (unit：%)

将瓜菜苗期湿涝危险性指数进行区划，对应苗期湿涝低危险性区、中危险性区、高危险性区 (图 1)。瓜菜苗期湿涝危险性指数由西南至东北呈增加趋势。高危险性区主要在海南省东部地区，主要包括海口、文昌、澄迈、定安、琼海、屯昌、万宁、琼中中东部、临高南部、儋州东南部，中危险性区主要集中在海南省南部、中部和西北部地区，低危险性区主要集中在海南省西部地区。

图 1

图 1. 瓜菜苗期湿涝危险性分布与等级湿涝风险概率分布 (a) 危险性分布，(b) 轻度湿涝风险概率，(c) 中度湿涝风险概率，(d) 重度湿涝风险概率 Fig 1. Distribution of waterlogging damage risk and risk probability of different grade index (a) distribution of damage risk, (b) risk probability of low waterlogging damage, (c) risk probability of medium waterlogging damage, (d) risk probability of high waterlogging damage

瓜菜苗期降水量从东到西减少，东部地区降水量明显高于需水量，容易造成瓜菜苗期发生湿涝危害。海南省东部大部地区苗期降水量偏多2~4成，降水日数在35 d以上，西部大部偏少2~4成。从降水和瓜菜需水量的供求关系看，东部地区4种瓜菜的苗期需水量均不高，最高的辣椒需水量为40~80 mm，而同期平均降水量超过500 mm，远大于瓜菜的需水量，极易造成瓜菜苗期的湿涝灾害；而在西部地区，4种瓜菜的需水量平均为60~120 mm，辣椒需水量稍高 (100~120 mm)，同期的平均降水量为160~300 mm，由于该地区土壤以沿海沉积沙为主^[30]，导致降水不易堆积，因而西部地区瓜菜苗期受湿涝灾害危害程度较轻。

瓜菜苗期轻度湿涝危险性概率呈西高东低的分布 (图 1b)，高值区主要集中在海南省中西部地区，中值区主要集中在中部和东部部分地区。低值区主要集中在东部和北部部分地区。瓜菜苗期中度湿涝危险性概率分布形式比较分散 (图 1c)，高值区分散在东部、南部地区，低值区主要集中在西部和东部部分地区。瓜菜苗期重度湿涝危险性概率分布呈东高西低 (图 1d)，高值区主要集中在海南省东部地区，中值区集中在东部、中部和北部部分地区，低值区集中在南部和西部部分地区。

湿涝孕灾敏感性中间低四周高 (图 2)，低敏感性区域集中在海南省中西部的山区，主要包括五指山山脉、鹦哥岭山脉和雅加大岭山脉高海拔区域，由中部向四周孕灾环境敏感性逐渐增加，沿海地区和东部平原地区敏感性高。

图 2

图 2. 瓜菜苗期湿涝孕灾敏感性分布 Fig 2. Distribution of waterlogging damage sensitivity

4种瓜菜苗期湿涝灾损风险在区域分布上存在明显差异 (图 3)。西瓜灾损风险呈中间高、东西低的分布形式 (图 3a)，高值区主要集中在海南省中部，包括五指山大部、琼中大部、屯昌大部、白沙东部地区；中值区主要集中在中北部地区；低值区主要集中在东部和西部地区。豇豆灾损风险呈中间高、四周低的分布 (图 3b)，高值区有两个，集中于白沙中北部和海口；中值区分布在中部和北部部分地区；低值区主要集中在南部、西部和东北部部分地区。辣椒灾损风险呈中西部高、东部低的分布 (图 3c)，高值区主要集中在五指山、白沙中东部、保亭西北部以及海口市大部；中值区主要集中在中部、西部和南部地区；低值区集中在东部和北部部分地区。丝瓜灾损风险分布零散，总体上西部高、东部低 (图 3d)，高值区分散，集中在海口大部、临高北部、琼中中部、保亭东北部、东方西部、万宁以及白沙局部；中值区主要分布在中部、西部和北部部分地区；低值区主要分布在东部和南部部分地区。

图 3

图 3. 瓜菜苗期湿涝灾损综合指数分布 (a) 西瓜，(b) 豇豆，(c) 辣椒，(d) 丝瓜 Fig 3. Distribution of waterlogging damage loss (a) watermelon, (b) cowpea, (c) paprika, (d) luffa

以2000年典型的苗期湿涝年份为例，各地苗期湿涝导致的瓜菜实际减产率 (图略) 分布各异。西瓜苗期湿涝减产率高值区在中部的白沙、琼中、五指山、屯昌和海口市，东西部减产率低；豇豆苗期湿涝减产率高值区主要在白沙、临高和海口市，东部、南部和西部地区减产率较低；辣椒苗期湿涝减产率高值区主要在五指山和海口市，东部地区减产率低；丝瓜苗期湿涝减产率高值区主要集中在保亭、琼中、白沙、东方和海口，北部和东部地区减产率较低。显然，瓜菜苗期湿涝灾损风险的分布与典型湿涝年瓜菜实际减产率分布有较好的对应。

受瓜菜本身生产稳定程度影响，4种瓜菜对苗期湿涝的防灾能力区域差异明显 (图 4)。西瓜防灾能力呈中部低两边高 (图 4a)，防灾能力强的区域主要集中在海南省东部、西部和北部部分地区，中等防灾能力区主要分布在中部和北部部分地区，防灾能力弱的区域主要在海南中部。豇豆防灾能力指数总体上呈南部高、中部山区北部低 (图 4b)，防灾能力强的区域主要分布在海南省南部和北部部分地区，防灾能力中等的区域分布在北部、中部和东部部分地区，防灾能力弱的区域主要集中在中部山区以北地区。辣椒防灾能力东部高、中部山区低 (图 4c)，防灾能力强的区域主要在文昌中南部、琼山南部、琼海中东部、乐东中部、儋州东部、澄迈中部以及临高东部地区，防灾能力中等的区域主要分布在西部、北部和南部地区，防灾能力弱的区域主要集中在中部和海口市。丝瓜防灾能力分布较分散，东部和南部局部高、东北低 (图 4d)，防灾能力强的区域主要分布在海南省东部和南部地区，包括文昌中南部、琼山中部、万宁东北部和西南部、陵水东部、三亚西部和南部、乐东中东部、昌江中部、儋州东部以及临高北部部分地区；防灾能力中等的区域主要集中在中部、北部和西部部分地区；防灾能力弱的区域主要分布在东北部部分地区和中部局部地区。

图 4

图 4. 瓜菜苗期湿涝防灾能力指数分布 (a) 西瓜，(b) 豇豆，(c) 辣椒，(d) 丝瓜 Fig 4. Distribution of waterlogging prevention capability (a) watermelon, (b) cowpea, (c) paprika, (d) luffa

综合考虑瓜菜苗期湿涝的致灾、孕灾、灾损、防灾能力指数，得到瓜菜苗期湿涝综合风险指数模型。综合风险区划结果 (图 5) 可知，4种瓜菜苗期湿涝的综合风险趋势一致，从西南地区至东北地区风险等级逐渐加重。高风险区主要集中在海南省东部和北部部分地区，包括海口、文昌、定安、屯昌、琼海和万宁部分地区。造成这些地区湿涝灾害严重的直接原因是海南省东部地区降水量多、持续时间长，台风灾害比较频繁，暴雨对东部和北部地区的影响大于西部。海南省东部地区是暴雨风险的高值区，其中，东部万泉河流域区域地形复杂，降水变率大，暴雨频发，洪涝灾害重。流域的暴雨洪涝灾害风险的空间差异很大，东部的大部分地区处于中等以上风险区，西部则多处于次低以下风险区^[13]。除了湿涝的危险性较高外，这些地区主要为台地平原区或丘陵地带中的坪地及缓坡地，孕灾敏感性高，土层深厚，易造成降水堆积；同时，地区农田水利基本设施滞后，水库分布不均，渠系工程配套不完善，输配水不畅通，排灌条件差。这些因素综合导致海南省东部和北部部分地区瓜菜苗期湿涝的综合风险高。

图 5

图 5. 瓜菜苗期湿涝综合风险区划 (a) 西瓜，(b) 豇豆，(c) 辣椒，(d) 丝瓜 Fig 5. Distribution of comprehensive waterlogging risk (a) watermelon, (b) cowpea, (c) paprika, (d) luffa

中风险区主要分布在海南省的北部和南部部分地区。这些地区降水量处于平均水平，土壤保水性适中、孕灾环境的高敏感性导致地区瓜菜苗期湿涝风险属于中等水平。低风险区集中在西部地区，包括五指山、乐东、昌江、白沙、三亚和保亭北部部分地区。这些地区降水量少，持续时间短。就年平均情况而言，西部平均暴雨日数少，西部沿海的东方最少，仅4 d^[21]。地区砂质土壤不利于水分堆积、地区孕灾环境敏感性较低，使地区瓜菜苗期湿涝的风险较低。

本文从风险角度，对海南省瓜菜苗期生长中易遭受的湿涝灾害进行风险评估与区划，得到以下主要结论：

1) 苗期湿涝危险性从西南至东北呈增加趋势，高风险区主要位于海南省东部地区，自然降水多是地区湿涝严重的主要原因；不同等级苗期湿涝风险概率分布差异明显，轻度与重度湿涝的风险概率分布趋势相反。

2) 瓜菜苗期湿涝孕灾敏感性从中西部山区向沿海和平原地区敏感性逐渐增加，湿涝灾损风险和防灾能力在区域上存在明显差异。

3) 综合考虑致灾、孕灾、灾损和防灾能力，4种瓜菜苗期湿涝综合风险总体分布趋势一致，从西南地区至东北地区风险等级逐渐加重。降水、地势、土地等因素综合导致东部和北部地区瓜菜苗期湿涝的综合风险高，西部瓜菜苗期湿涝风险低，这与海南省实际苗期湿涝情况相符。上述风险分析评估结果可为优化冬季瓜菜生产布局、减避湿涝灾害、保证瓜菜生产提供参考。

海南省各市县虽然均有瓜菜种植，但种植情况差异较大，东部地区是冬季瓜菜的主产区，中西部山区瓜菜种植较少，因此，在瓜菜的湿涝灾害的风险区划上存在差异，需要细化瓜菜的种植分布适宜性。由于气候变化影响，西部和北部地区气候条件有所改善，瓜菜种植面积不断增加^[31]，且山区可挖掘潜力较大^[32]。因此，这种苗期湿涝的风险分析对于应对气候变化，进行瓜菜种植调整、湿涝灾害风险转移有指导意义。

研究中，瓜菜发生苗期湿涝的时间段是针对瓜菜生产的主要平均时段，具有统筹指示意义。但由于气候差异显著，各地区瓜菜的生产时段存在出入，像西瓜的生产就存在西部—南部—东部—北部循环播种生产上市的分布模式^[30]，这就可能导致湿涝的发生时段对不同地区瓜菜的影响存在差异。

降水因子是造成瓜菜遭受湿涝灾害的主要原因，选择降水量和降水日数等因子表征湿涝致灾指标比较合理。但作物有自身的供水与需水平衡关系，降水量过大必然对瓜菜产生危害，而降水量小未必造成瓜菜受害，反而有利于满足瓜菜的生长需水，因此，可能存在临界值问题。如许莹等^[33]在研究安徽省一季稻涝灾损失，指标中考虑了降水量临界值：10 d内降水量不小于50 mm，且降水日数不小于3 d。

除了降水主导因素外，湿涝危害程度与土壤类型明显相关，粘土透水性差，田间排水差，易发生湿害。海南省各地土质差异较大，东部水土流失面积较多，不少地区沿丘陵坡度顺坡开垦种植，极易引起水土流失。因此，有必要在湿涝孕灾敏感性方面考虑土质方面。

瓜菜遭受湿涝灾害，会由于缺氧引起生理失调，出现根系长势弱、生长缓慢、烂根和授粉不良等^[34]，导致瓜菜品质下降，最终影响产量。因此，在湿涝灾损评估上有待考虑灾害对瓜菜品质的影响。另外，本研究在防灾能力上主要考虑瓜菜本身的情况，并未将地区经济水平、农田水利措施等纳入，而这些也可以在一定程度反映地区抗灾性能。因此，随着资料的延长和补充，细化分析时段与瓜菜种植分布、致灾指标、孕灾与防灾能力指标等方面有待完善。