全 文 ：中国生态农业学报 2011年 1月 第 19卷 第 1期
Chinese Journal of Eco-Agriculture, Jan. 2011, 19(1): 167171


* 国家自然科学基金项目(40671003)资助
商彦蕊(1963~), 女, 博士, 教授, 主要研究方向为资源开发与减灾。E-mail: shangyanrui@126.com
收稿日期: 2009-10-30 接受日期: 2010-05-29
DOI: 10.3724/SP.J.1011.2011.00167
农业旱灾系统恢复性评价思路与方法*
——以河北省邢台市为例
商彦蕊 陈佳飞 张瑞清 李 敏 周芬芬 商慧莲
(河北师范大学资源与环境科学学院 河北省环境演变与生态建设重点实验室 石家庄 050016)
摘 要 本文回顾了农业旱灾系统恢复性研究进展, 探讨了灌溉农区农业旱灾系统恢复性基本问题, 提出了
其恢复性评价思路与框架, 建立了综合指数评价模型, 并以河北省邢台市为例进行了评估。结果表明, 在生长
季或年际尺度上, 自然降水偏少对全市旱情有显著影响, 但并不决定最终灾情。旱灾严重程度和系统恢复能力
还受到农业资源环境基础、旱灾应对能力及社会经济发展水平等多方面因素影响。持续超采浅层地下水进行
灌溉的中部平原地带的县市, 农业旱灾系统恢复指数较高; 缺水、人均耕地资源不足且经济相对落后的西部山
地丘陵地区各县市农业旱灾系统恢复指数较低; 在深层地下水超采、地下水漏斗扩展的东部地区, 取水能力强,
经济承受力较高的县市, 农业旱灾系统恢复指数较高, 经济落后的县, 恢复指数最低。在生长季或年际尺度上,
虽然以水资源持续超采进行灌溉, 全市旱灾总体恢复能力在提高, 但因其忽视了区域水平衡和生态稳定性 ,
所以不具有可持续性。
关键词 灌溉农区 农业系统 旱灾恢复性 恢复力指数 地下水超采 河北省邢台市
中图分类号: X80214 文献标识码: A 文章编号: 1671-3990(2011)01-0167-05
Assessment framework and method of agricultural system resilience to drought
—A case study of Xingtai City, Hebei Province
SHANG Yan-Rui, CHEN Jia-Fei, ZHANG Rui-Qing, LI Min, ZHOU Fen-Fen, SHANG Hui-Lian
(School of Resources and Environmental Science, Hebei Normal University; Hebei Key Laboratory of Environmental Change and
Ecological Construction, Shijiazhuang 050016, China)
Abstract Based on review of global research, this paper discussed critical problems of agricultural system resilience to drought in
irrigated regions, proposed a framework and advanced a resilience assessment model, using Xingtai City in China’s Hebei Province
as a case study. On a time-scale of growing season or year, the results showed that significantly drop in precipitation influenced
drought situations in the region. Spatial analysis showed that disaster distribution depended largely on agricultural resources,
drought-coping capacity, and social economy level, and not only on precipitation. The central flat areas with over-pumped shallow
groundwater (in recent decades) had a higher resilience index. Resilience index was relatively low in the western mountains and hills
where water for irrigation was scarce, per capita crop land was insufficient and per capita pure income was low. In the eastern plains,
resilience index was quiet mixed. Counties with strong water fetching and financial capacity had much higher resilience capacity and
counties with poor economy quiet low. This indicated that economic capacity had a significant influence on agricultural system resil-
ience to drought. On the time-scale of a year, drought resilience that was driven by groundwater over-pumping was not practically
sustainable because it neglected physical water balance and ecological stability.
Key words Irrigated farmland, Agricultural system, Drought resilience, Resilience index, Groundwater over-pumping,
Xingtai City of Hebei Province
(Received Oct. 30, 2009; accepted May 29, 2010)
我国是一个人口众多的农业大国, 旱灾发生地
域广泛, 干旱影响和损失日益加剧。1950~2000 年,
全国农作物年均受旱成灾面积 912.5万 hm2, 约占总
播种面积的 6.3%。2001年夏, 全国受旱成灾面积达
168 中国生态农业学报 2011 第 19卷


到 2 060 万 hm2, 占总播种面积的 13.2%, 有 1 600
万人和 1 200 万头牲畜饮水困难。2008 年入冬至
2009 年 2 月 , 我国冬小麦主产区发生严重干旱 ,
953.3万 hm2冬小麦受灾, 370万人、185万头大牲畜
因干旱发生饮水困难 ; 旱区日最高投入抗旱人数
1 119万人、开动机电井 111万眼、泵站 1.6万处、
抗旱机动设备 103.5 万台/套。2009 年 8 月~2010 年
3月, 西南地区发生特大干旱, 水库、池塘、河流干
涸, 土地龟裂, 2 200 万人吃水困难, 耕地受旱面积
达 630万 hm2, 占全国受灾面积的 85%。一连串的旱
灾事件, 暴露出我国区域社会经济发展、农业系统
对干旱、水资源紧缺的适应能力较差, 应对能力不
足, 旱灾管理和风险控制模式存在弊端。资源性缺
水、工程性缺水、水质性缺水, 生态退化导致的对
干旱缓冲能力的降低, 以及区域社会经济发展、农
业生产需水/耗水总量持续超过水资源可更新能力,
导致区域生态环境干旱化等问题日渐突出。全球气候
变化背景下, 建立具有适应性和恢复力的农业系统,
减轻旱灾影响和损失, 维持生态系统良性循环, 降低
未来旱灾风险, 成为实现可持续发展的必然选择。
近年来, 各国政府、国内外学者对突发性、紧
急灾害事件的应对和恢复以及社区和大城市灾害发
生后的恢复能力建设已给以高度重视 [12], 特大旱
灾发生后的抗旱和食物救助工作也已广泛开展, 但
为减灾管理和救助提供决策信息支撑的农业旱灾系
统恢复力的分析与评价尚处于探讨阶段, 尤其是对
地表水资源过度开发、地下水资源持续超采、生态
系统正在发生逆向演化的华北灌溉农区。而建立具
有恢复力的农业系统, 做到当前抗旱减灾与降低未
来风险相结合, 是实现区域农业、社会经济和生态
环境可持续发展的关键。
1 农业旱灾系统恢复的基本问题
世界范围内的减灾实践证明, 通过减灾综合风
险管理 , 降低脆弱性 , 提高适应能力和恢复能力 ,
是有效减轻灾害损失和影响, 实施可持续发展战略
的必由之路[35]。鉴于每种类型的自然灾害各具特点,
目前尚无通用的恢复性定义和恢复力判别标准。从
机械力学上讲恢复性(Resilience)指材料在没有断裂
或完全变形的情况下, 因受力而发生形变并存储恢
复势能的能力, 即弹性和弹力。引入到生态学领域,
恢复性被作为生态系统吸收扰动量而保持结构和功
能不变的测度 [6], 或系统在遭受扰动后回到原有平
衡态的速度, 能够反映系统抵抗干扰, 维持自身的
结构和功能, 反馈或应对变化的综合能力[7]。对于人
类与自然复合生态系统而言, 恢复性指系统在灾害
打击下, 不产生毁灭性破坏和损失, 且能够依靠自
身资源和能力维持生产力或生活质量的性质[8], 可分
为社会恢复性和生态恢复性。恢复力联盟认为灾害发
生后, 社区的恢复性/可持续性受到来自社会、经济、
政治和自然环境等多种因素的影响。恢复力反映的是
系统应对或适应灾害压力的能力, 有一定的弹性范
围。因此, 可以认为, 广义上恢复性指各种受到干扰
和打击的自然或人类社会经济系统, 能够承受损失
和破坏, 恢复系统结构和功能的能力。恢复力越强,
意味着系统可能遭受的后续影响和损失越小。
农业系统是典型的人地复合生态系统 , 其功
能集社会、经济和生态于一体, 因此, 受灾后的系统
恢复应该是结构和功能的全面恢复。因此, 可定义
农业旱灾系统恢复性为农业系统遭受干旱打击、发
生旱灾后, 能够通过自组织、自适应和自调节, 恢复
系统结构和功能的性质/能力。农业生产建立在区域
农业资源环境基础之上, 作物生长过程有自身规律,
又受到人的各种物质能量和管理投入的干预, 是干
旱的直接承灾体。人既是调节土地利用结构、方式
和强度, 实施抗旱减灾的系统干预者, 也是最终承
受旱灾影响的主体。人的社会经济属性与状态, 如
文化程度、收入水平和收入结构, 对农业的依赖程
度, 对干旱的应对决策、方式和能力, 水资源开发强
度, 科学节水灌溉技术推广、耐旱作物品种改良等
方面的进步, 在多方面影响着农业旱灾系统的脆弱
性和恢复力。
在干旱和水资源严重匮乏的华北地区, 近年来
的耕作制度和耗水型作物结构, 粮食高产需求, 决
定了农业对灌溉的依赖。持续过度开发地表和地下
水资源, 驱动着区域生态环境向干旱化方向演化。
从灾害系统论的角度看, 应对农业干旱和旱灾, 需
要建立具有整体恢复性的农业系统, 既稳定当前农
业生产, 保障人民生活, 又不降低生态环境的稳定
性, 方能实现可持续发展。
2 邢台市农业旱灾系统孕灾环境基础
邢台市位于河北省南部, 36°50′~37°47′N, 113°52′~
115°49′E之间(图 1), 由山地、丘陵和平原 3 部分构
成。西部为太行山山地, 海拔 1 000~1 822 m之间;
向东过渡为丘陵、山麓平原和洪/冲积平原。全区气
候属暖温带半湿润半干旱大陆性季风气候, 年平均
气温 12.8 ℃, 1月份平均气温3.1 ℃, 7月份平均气
温 26.5 ℃。年降水量时空差异明显, 夏季降水量约
占全年的 80%左右, 降水量自西向东逐渐减少。西
部山区年均降雨量约 600 mm, 东部平原区年均降雨
量约 500 mm。全年无霜期 200 d左右。区内土壤类
型主要有褐土、草甸褐土、褐土化草甸土、潮土、
盐土、风沙土和沼泽土等。土地利用上, 林地、草
第 1期 商彦蕊等: 农业旱灾系统恢复性评价思路与方法 169



图 1 河北省邢台市位置及行政区划示意图
Fig. 1 Location and administrative division of Xingtai City,
Hebei Province

地和未利用地多分布在西部太行山区和丘陵区, 耕
地集中在中东部平原区。邢台市是国家粮棉基地, 主
要农作物为冬小麦、玉米、棉花、花生、大豆、谷子
和薯类等, 熟制多以冬小麦和夏玉米一年两熟为主。
1987~2007 年, 邢台市旱灾受灾约占总受灾面
积的 64%, 干旱非常严重, 但因旱成灾却呈现出总
量减少的趋势(图 2), 与干旱频发似乎不相对应。事
实上, 图 2 显示的旱灾成灾面积减少, 并非是气象
干旱有所缓解 , 而是靠过度开采地下水进行灌溉 ,
暂时缓解了旱情。超采地下水已经导致邢台市出现
大规模农业开采型地下水下降漏斗, 河泉干涸。因
此, 需对现状模式下的旱灾恢复加以评价, 对恢复
机制及其影响加深认识。


图 2 1987~2007年河北省邢台市农业旱灾受灾和
成灾面积
Fig. 2 Drought affected and disaster areas of agriculture in
Xingtai City, Hebei Province from 1987 to 2007

3 农业旱灾系统恢复的影响因素分析
农业旱灾系统恢复可表达于农户、地方(村、乡
镇、县域)、区域(流域)和国家等不同等级的空间层次,
以及生长季、年、几十年、上百年的时间尺度上。
农业旱灾系统恢复, 对于不同的恢复主体与恢
复时间尺度, 其恢复的目标、采取的措施及其造成
的后续影响, 既存在很大差异, 又发生相互影响。在
小的空间和短的时间尺度上, 地方政府、农民所关
注的是当季作物不减产和农户生活有保障。而在大
的空间和长的时间尺度上, 政府关注的是农业可持
续发展, 农业旱灾恢复强调农业生态系统结构和功
能的稳定性。应对干旱的短期行为如过度超采地下
水灌溉, 会导致地下水水位持续下降, 透支水资源,
破坏系统要素间的平衡, 使农业生态系统稳定性降
低, 旱灾风险加大。区域可利用的水资源量减少, 取
水能耗和费用增加, 反过来又影响短期的旱灾应对。
所以, 评价农业旱灾系统恢复性, 首先要明确恢复的
时间尺度, 恢复的主体和目标; 其次是恢复的特征量,
恢复的临界空间和恢复的速度; 第三是恢复的途径。
要针对一定的时空尺度, 选取影响和制约因素。
3.1 农业生产子系统恢复
在生长期, 降水不足而受旱时, 作物能否正常
生长而保持农业产量, 很大程度上取决于受灌溉调
控的水分供需平衡。这与当地水资源可利用量、水
利工程设施、农户抗旱支付能力和行为反应等因素
直接相关, 受所在区域地质地貌、土地利用结构、
作物结构耗水性、作物品种耐旱性、耕地质与量、
农业生产物质和技术投入、农户收入水平和收入结
构等多方面因素的影响。对其中的可变量进行合理
调节, 即可提高农业生产子系统对干旱的适应能力,
降低脆弱性, 提高恢复力。
对邢台市的旱灾应对调查表明, 在农户水平上,
如果地方水利条件较好, 水资源可得, 且有足够的
经济实力来支付灌溉费用, 只要投入产出合理, 一
般农户会选择灌溉来抗御干旱, 其结果是作物不减
产或少减产, 表现为粮食总产量稳定或提高。目前,
平原区灌溉的总取水量已连续多年超过可利用量 ,
地下水水位在不断下降,“宁柏隆”(宁晋、柏乡、
隆尧)农业开采型地下水漏斗快速加深和扩张 , 致
使区域水文循环过程发生改变, 包气带加厚, 地下
水补给路径变长 , 可利用的水资源量进一步减少 ,
生态环境日趋干旱化, 原有的生态平衡遭到破坏。
在没有强有力的节水管理措施的情况下, 只要灌溉
能够获得经济效益 , 农户就会沿袭原有的灌溉方
式, 超采地下水的状况就会持续。在农户将水资源
透支带来的不利环境影响当作外部成本来对待的
过程中, 因机井报废、灌溉机器被迫更新换代、取
水深度增大, 能耗增加, 农户的灌溉费用支出也在
被迫提高。这表明在抗旱或适应干旱的过程中, 宏
观与微观、短期与长期的调控措施是相互影响的。
在生长季 /年的短时间尺度上 , 土地利用和作物结
构、降水与灌溉、生产力水平、人力资本结构等 4
方面因素, 对生产恢复具有显著影响。在几十年的
时间尺度上, 农业水资源需求总量与可利用总量的
动态平衡, 影响生态稳定性, 进而影响旱灾风险。
170 中国生态农业学报 2011 第 19卷


在山地丘陵区, 地块破碎, 灌溉设施配套不完
整, 可利用的水资源量有限, 当灌溉成本高到超出
农户支付能力或投入产出效益不合算时, 农户往往
会放弃灌溉 , 接受旱灾损失 , 选择外出打工 , 挣取
非农收入, 缓解生活压力, 度过旱灾。
3.2 生活子系统恢复
农户既是基本的生产单元, 也是基本的生活单
元。在时间链条上, 生产和生活过程中的旱灾恢复力
相互影响。一般农户会通过资金储蓄、口粮储备来备
灾。旱灾发生后, 人均收入水平、收入结构和人均粮
食产量是否能够满足生活需求, 是生活系统恢复的
关键, 与人均农业资源数量、人力资本等因素相关。
3.3 生态环境子系统恢复
生态环境支撑着农业生产。地质地貌、土地资
源质量、水资源类型与丰度、大中小型水利设施建
设情况、机井密度等条件的变化, 影响土地利用结
构和强度。土地利用结构和强度影响干旱频发下的
水资源开发利用, 改变生态系统结构和功能。生态
环境子系统恢复可以坡耕地比例、旱地比例、水资
源超采率作为测度指标。
3.4 外部输入与农业旱灾系统恢复
区域性旱灾超出当地的应对能力时, 就需要物
质、资金和技术等方面的救助, 进行水利建设, 改进
灌溉系统 , 改善农艺管理 , 救助群众生活 , 减轻灾
害影响, 分担灾害损失。通过评价, 了解系统恢复水
平和限制因素的差异及其时间和空间分布, 可为抗
旱救助决策提供科学依据。
4 农业旱灾恢复力评价
4.1 模型构建
农业旱灾系统恢复具有综合性和非线性特征 ,
适合采用综合指数法进行评价。本研究以河北省邢
台市为例, 以县域为单元, 选取对系统恢复有显著
影响的因素, 提取可量化、数据容易获取、且县域
间存在差异的关键表征因子, 以特尔非法赋因子权
重。将表征量划分为 4级, 按照正向影响由高到低、
负向影响由低到高(取负值)方式赋值, 建立指标体
系(表 1)与评价模型。

1
n
k ik i
i
R E W

  (1)
式中, Rk为第 k个评价单元(县/市)的农业旱灾恢复力
综合指数, Eik为第 k个评价单元的第 i个表征量分级
得分, Wi为第 i个表征量的权重, n为表征量个数。
4.2 典型年份旱灾恢复性评价结果
为分析邢台市旱灾恢复性的县域差异及其成因,
以邢台气象站降水数据为参照, 选取气象干旱的正
常年份(1990年, 降水距平为 0.19%)、轻旱年份(2005
年 , 降水距平为17.2%)和特大干旱年份(1999 年 ,
降水距平为56.02%), 利用上述指标体系和评价模
型进行评价, 得恢复力指数, 其分布见图 3。

表 1 农业旱灾系统恢复性评价指标体系
Tab. 1 Index system for assessment of agricultural system resilience to drought disaster
因子等级与分值 Level and score
Ⅰ级
LevelⅠ
Ⅱ级
LevelⅡ
Ⅲ级
LevelⅢ
Ⅳ级
Level Ⅳ
影响因素
Impact factor
表征因子
Express factor
因子
权重
Factor’
weight 1 0.8 0.6 0.4
冬小麦播种面积比重
Proportion of winter wheat area (%)
0.040 ≤30 30~35 35~40 ≥40
旱坡地比例
Proportion of sloping lands without irrigation (%)
0.100 0 0~10 10~20 ≥20
土地资源与作物结构
Land resources and crop
structure



人均耕地面积
Farm land area per capita (hm2)
0.090 ≥0.067 0.053~0.067 0.040~0.053 ≤0.040
全年降水与作物需水比
Ratio of annual rainfall to water requirement of crop (%)
0.100 ≥80 60~80 40~60 ≤40 降水与灌溉
Rainfall and irrigation


灌溉指数/灌溉保证率
Irrigation guarantee rate (%)
0.200 ≥90 80~90 70~80 ≤70
单位面积年粮食产量
Annual grain output (kg·hm2) 0.060 ≥12 000 9 000~12 000 7 500~9 000 ≤7 500
生产力水平
Productivity level


人均粮食产量
Grain production per capita (kg)
0.070 ≥800 600~800 400~600 ≤400
劳动力
Labor number (person·hm2) 0.030 ≥10 8~10 6~8 ≤6
劳动者高中以上文化程度比例
Ratio of labor with high education (%)
0.040 ≥50 40~50 30~40 ≤30
人力资本与收入水平
Human capital and in-
come level



年人均纯收入
Annual pure income per capita (Yuan)
0.050 ≥5 000 4 500~5 000 4 000~4 500 ≤4 000
水资源开采便利度
Convenience degree of water resources exploitation
0.100 便利
Easy
较便利
Relatively easy
不便利
Not easy
困难
Difficult
生态环境状况
Ecological condition


地下水超采率
Over exploitation rate of underground water (%)
0.120 0 0~20 20~30 ≥30
第 1期 商彦蕊等: 农业旱灾系统恢复性评价思路与方法 171



图 3 平水年 1990年(a)、特旱年 1999年(b)、轻旱年 2005年(c)邢台市农业旱灾系统恢复力指数
Fig. 3 Agricultural system resilience index to drought disaster in Xingtai City in normal rainfall year 1990 (a), worst drought year
1999 (b) and light drought year 2005 (c)

在生长季、年的时间尺度上, 中部平原的宁晋、
隆尧、柏乡、任县及南和等 5 个县市, 构成了具有
较强旱灾恢复力的地带, 在平水年 1990年和轻旱年
2005年, 受旱但不成灾。在特旱的 1999年, 尽管恢
复力指数相对于本地带来说显著下降, 但依然处于
全市较高水平区。
西部山地丘陵区旱灾恢复力指数随干旱强度变
化而呈现出较大波动。北部的临城、内丘 2县, 在平
水年、轻旱年、特旱年旱灾恢复力指数都属于全市最
低和较低。南部的邢台、沙河 2县市, 生态环境和社
会经济发展水平好于北部, 恢复力指数相对较高。
东部平原区各县恢复力指数在不同干旱强度下
变化较大。平水年 1990年其恢复力指数均较低。特
旱年 1999年, 东北部的新河、南宫、清河 3县市恢
复力指数反而与中部地带相当, 处于中等水平; 南
部的巨鹿、平乡、广宗、威县和临西 5 县, 为全市
低值区。轻旱年 2005年, 邢台市总体上恢复力指数
高于平水的 1990年, 其中以东南边缘的清河和临西
2县, 恢复力指数提高幅度最大。

5 结论与讨论
以年为时间尺度评价出的邢台市当年旱灾恢复
力水平, 在空间上呈现出与灌溉指数分布(图 4)的高
度相关性。自然降水量的变化决定干旱致灾因子对
农业系统打击的强度, 灌溉指数则体现对干旱的抗
御能力。特大干旱打击下, 水资源供需矛盾加剧, 邢
台市各县市均表现出应对能力差、恢复力弱的状态。


图 4 河北省邢台市灌溉指数分布
Fig. 4 Distribution of irrigating guarantee rate in Xingtai City,
Hebei Province
农业旱灾系统受自然和人为两方面影响, 表现
在不同的时间和空间尺度上。凡是影响孕灾环境稳
定性、致灾因子强度及承灾体适应性的自然和人为
过程, 都会通过反馈机制, 缓解或强化灾情。轻旱的
2005年, 邢台市恢复力水平高于平水年 1990年, 显
示出社会经济发展、生活保障水平提高、取水灌溉
能力增强对减轻旱灾的正向驱动。
以年为时间尺度评价出的县域农业旱灾系统恢
复指数的提高, 是基于中部平原县/市持续过度开采
浅层地下水资源、东部平原县/市持续过度开采深层
地下水资源前提下的。其导致的地下水水位持续下
降 , 宁柏隆农业开采型地下水漏斗的形成和扩大 ,
广宗、威县旱年饮用水供给困难等后果, 致使在几
十年、上百年时间尺度上生态失衡, 未来旱灾风险
和应对困难会大幅度提高。
农业旱灾系统恢复涉及到生产、生活和生态等子
系统, 每个子系统的要素恢复都有一定的弹性阈值,
采用多因素综合指数评价方法, 分别对指标进行量化,
既可以对比时空变化, 又便于找出各评价单元的关键
性制约因素, 为农业旱灾综合管理提供准确信息。
参考文献
[1] 史培军, 王静爱, 陈婧, 等. 当代地理学之人地相互作用研
究的趋向——全球变化人类行为计划(IHDP)第六届开放会
议透视[J]. 地理学报, 2006, 61(2): 115126
[2] 许世远 , 王军 , 石纯 , 等 . 沿海城市自然灾害风险研究[J].
地理学报, 2006, 61(2): 127138
[3] Shi P J, Guo W P, Li X B, et al. Disaster reduction and sus-
tainable development: Adjustment of disaster reduction
strategies of China based on “the 2nd world conference on
disaster reduction, 2005”[J]. Journal of Natural Disasters,
2005, 14(3): 127
[4] Gordon J E. Structures[M]. Harmondsworth, UK: Penguin
Books, 1978
[5] Handmer J W, Dovers S R. A typology of resilience: Re-
thinking institutions for sustainable development[J]. Indus-
trial and Environmental Crisis Quarterly, 1996, 9(4): 482511
[6] Holling C S. Resilience and stability of ecological systems[J].
Annual Review of Ecology and Systematics, 1973, 4: 123
[7] Pimm S L. The complexity and stability of ecosystems[J].
Nature, 1984, 307(5949): 321326
[8] Mileti D S. Disasters by design: A reassessment of natural
hazards in the United States[M]. Washington DC: Joseph
Henry Press, 1999