北京农业水资源供需状况及优化利用研究-中国节水灌溉网

2016128400y = 3.178x + 8.4962R2 = 0.494灌溉水量（X108m3）0.511.5地下水位下降幅度（m）22.5 图6地下水位下降幅度与年灌溉用水总量之间的关系（正值代表地下水位下降）

上述分析表明，北京市未来水资源状况不容乐观，供需矛盾十分突出，可以说是到了非常严峻的地步。因此一方面要在全社会树立节水意识，建立最严格的节水用水制度，保证各行业用水安全，另一方面也要积极进行用水结构调整，压缩耗水的种植业用水量，提高农业用水效益，保证北京用水的可持续发展。

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3 节水型种植业优化调整分析

面对北京市水资源严重短缺的现实，有必要对种植结构进行优化与调整，使之在节约用水的前提下实现效益最大化的原则。从作物的耗水规律与耗水量来看，通过发展水分生态适应性高的作物、改变灌溉方式和灌溉量等技术手段，区域种植结构仍有调整的空间，以适应北京农业水资源不断减少的趋势，实现生态效益与经济效益双赢。

基于上述原则，采用模型模拟与田间试验相结合的方法，构建了作物综合效益评价模型，通过对区域种植模式进行调整和优化，达到合理配置有限水资源、协调区域经济、生态、社会、环境等多方面的发展，将有限的水土资源最优的分配给不同的作物，取得最佳的综合效益。

3.1作物综合效益评定模型的建立

作物综合效益评定模型主要包括三个部分：（1）作物需水量与灌溉水量的计算；（2）作物经济效益的计算；（3）优化结构和灌溉方式后的节水量。其中作物需水量采用FAO56推荐的作物系数法进行计算，求得京郊地区主要作物多年平均需水量，灌溉水量为作物需水量与作物生长期间的有效降水差值，作物效益参考《全国农产品成本效益汇总（2007年）》统计数据，优化灌溉方式产量以田间作物-水关系定位试验为准。建立模型所涉及公式如下：

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ET = {ET1，ET2，…，ETn} = {ETo*Kc1，ETo*Kc2，…，ETo*Kcn}

1 Ir = { Ir1，Ir2，… ，Irn}

= { ET1-Er1，ET2-Er2，…，ETn-Ern} 2 CP ={Cp1， Cp2， …， Cpn}

3

CY ={Cy1， Cy2， …， Cyn}

4

CPV = CP * CY = {CP1 * Cy1，CP2 * CY2， …， CPn * CYn}

= {CPV1，CPV2， …， CPVn} 5

CC = {CC1， CC2， …， CCn} 6 CEB = {CPV - CC}

= {CP * CY - CC}

= { CP1 * Cy1 - CC1， CP2 * Cy2 – CC2， …，CPn * Cyn – CCn} 7

CEBt = {CEB1 + CEB2 + … + CEBn}

8

WA = {Ir1 * S1， Ir2 * S2， …， Irn * Sn } 9 WAt ={WA1 + WA2 + … + WAn} 10

其中，公式2和2用于计算作物需水量与灌溉水量，ET—-作物需水量，ETi—第i种作物的需水量，Kc1—第i种作物的作物系数，Ir—作物灌溉水量，Eri—作物生育期内的有效降水量；公式3至8用于计算作物的经济效益，CP—作物单位产量价格，CY—作物单位产量，CPV—作物单位价值，CC—单位产量作物的总成本，CEB—种植作物的纯收入，CEBt—全部作物的纯收入；公式9和公式10计算作物的灌溉水量，WA—某种作物的灌溉水量，Si—第i种作物的播种面积，Wat—所有作物的灌溉水量。 3.2指标选择

京郊地区主要农作物的耗水量、灌溉水量、作物种植收益和成本等结果列于表4。从表中可以看出，几种粮食作物的理论耗水量以冬小麦-夏玉米模式和水稻模式耗水量和灌溉水量为高，灌溉水量分别达到4175和4356 m/hm，但与经济作物相比其效益则明显偏低。经

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2

济作物的耗水量虽然较高，但与粮食作物相比，具有较高的经济效益，当前仍是农民增收增效的发展方向。

通过定点田间试验，测算了京郊几种主要种植模式的耗水量、经济效益等指标，列于表5。通过改进灌溉次数与灌水量，作物的水分利用效率较传统方式有了显著提高，在耗水量减少的情况下，作物产量和效益与充分灌溉条件下相比，下降幅度不大，可以作为今后节水种植业优化配置的备选方案。

表4 种植作物各项指标列表

耗水量

变量 C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8 C9 C10

类型 冬小麦-夏玉米

春玉米 水稻 豆类 薯类 花生 棉花 瓜类 蔬菜 其它模式

（m/hm） 7608 4008 7292 4069 4789 4588 5242 3384 5306 4650

表5 种植作物优化灌溉方式后各项指标列表

变量 C11 C12 C13 C14

类型 冬小麦-夏玉米

春玉米 薯类 花生

耗水量 （m/hm） 6060 4780 4616 5430

3

2

3

2

灌溉水量 （m/hm） 5964 1651 6223 2424 2487 2999 2796 2176 4391 3571

3

2

产量

2

纯收入

2

（kg/hm） （yuan/hm） 12000 6760 6750 2420 28000 6750 1360 15000 143000 10262

9500 6650 7030 8250 45500 34500 16438 41034 50000 34066

灌溉水量 （m/hm） 1429 1117 714 1429

3

2

产 量

2

纯收入

2

（kg/hm） （yuan/hm） 12829 8204 24086 5729

10461 8639 41827 30445

3.3节水型种植业结构调整方案

表6 北京市节水型种植业结构优化调整方案 调整前

类型

种植面积 （hm）

麦-玉 春玉米 水 稻 豆 类

63067.7 72765.2 687.2 11865.7

2

纯收入

4

调整后

种植面积 （hm）

2

灌水量

6 3

总产量

4

灌水总量

6 3

总产量

4

纯收入

4

（×10m） （×10t） （×10yuan） 376.16 120.17 4.27 28.77

75.68 49.19 0.46 287.20

59914 48389 483 9789

（×10m） （×10t） （×10yuan） 58.60 67.03 0.00 28.77

52.63 49.22 0 2.87

42913 51834 0 9789

41022 60000 0.0 11865.7

薯 类 花 生 棉 花 瓜 类 蔬 菜 其 它 合 计

4000.5 7018.7 2104.5 8116.1 71459.3 1396.8 242481.7

9.94 21.04 5.89 17.66 313.81 4.99 902.70

11.20 4.74 0.29 12.17 102187 1.43 --

18202 24215 3459 33304 357297 4758 559810

6000 7018.7 3178.5 12000 100000 1396.8 242481.7

4.29 10.03 8.89 26.11 439.14 4.99 647.84

14.45 4.02 0.43 18.00 1430.00 1.43 --

25096 21368 5225 49241 500000 4758 710225

表6反映了种植结构优化调整前后的对比情况。表中可以看出在种植结构优化调整前，总灌溉水用量达到了9.03亿m，已经超过了北京农业可供水量的底限8.5亿m，对区域水生态安全造成威胁。其中，灌溉水用量最大的作物为冬小麦-夏玉米两熟、蔬菜和春玉米，分别占到了总用水量的41.7%、34.8%和13.3%。在当前种植结构下，粮食总产量为131.01

×10t（薯类按照1：4的比例折算为粮食产量，下同）。从创造的经济效益来看，蔬菜占据

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了第一位，达357297×10元，占种植业总纯收入的64%左右，而冬小麦-夏玉米模式虽然消耗了最多的灌溉用水，但是其创造的纯收入仅占全部的10.7%。

当前的种植模式是一种耗水高、经济效益低下的模式。这一方面是由于用水管理与分配方式不当造成的，特别是冬小麦-夏玉米种植模式是一种高灌溉用水、低经济收入的模式；另一方面，种植结构过度集中，一些高收益的种植方式在种植结构中所占比例过小。因此，有必要调整现行结构下的灌溉方式和灌溉量，提高作物水分利用效率，来达到节约灌溉用水的目的。而种植结构优化调整后，麦-玉模式压缩到原种植面积的2/3左右，为41022公顷，春玉米也有小幅压缩，减为60000公顷，蔬菜种植面积得到扩大，而其他作物的面积都有不同程度增加。优化结构后，总灌溉水量比调整前降低28.2%，而总的纯收入提高了26.9%。粮食总产为108.34×10t，较调整前下降17.3%，北京属于粮食输入型城市，因此对于保证北京的粮食安全影响不大。主要耗水作物为蔬菜、麦-玉和春玉米，分别占总灌溉水用量的67.9%、9.0%和10.3%。经过结构优化配置后，北京市基本实现了农田节水与经济效益均衡发展的趋势，形成以蔬菜为主、粮经作物配合的种植业结构。

4

4

4 结论与建议

4.1结论

对北京市农业水资源供需平衡状况研究表明，降水是农业用水的保障，北京地区降水年内分配不均、年际变差大。夏季降水占全年的85 %，而冬小麦生长的季节降水严重不足，只能依靠补充灌溉；统计多年降水量变化，近46年来呈减少的趋势，特别是1999年后，降水量急剧减少，出现连续9年的干旱年份，1999-2007年平均降水量仅为387.6mm，严重制约了北京农业的可持续发展。

北京现有水资源开发程度已经达95%，开源能力基本饱和。特别是地表水资源减少量较快，1988-2006年间已经由20亿m左右锐减到5亿m左右，地下水资源则由20亿m左右减少到16亿m左右。目前，地下水已经成为主要的水资源组成部分。对北京自产水与耗水量盈亏分析，在1988-2006年20年间，有9年属于亏缺年份，11年属于盈余年份，但是如果将每年的盈余量和亏缺量汇总，9年亏缺量累计为92.92亿m，11年盈余量累计为60.78亿m，两者相抵，总计亏缺32.14亿m，如果持续这种态势，北京市的水资源状况还将持续恶化下去，对保证城市各业持续发展，维持区域生态环境良性发展都是不利的。

农业用水量占北京市总用水量的比例虽然已经由80%左右降到了目前的40%左右，但根据北京市水资源利用综合规划，未来还将有较大幅度的减少。通过对当前种植模式的分析发现，主栽作物的需水模式与当地降水的耦合程度较差，需要进行大量灌溉水补充。农作物结构逐渐趋向单一化，而且高耗水作物所占比例越来越大，导致了种植业耗水也越来越多，这与当前在农业上大力推广的各种节水措施是背道而驰的。这也是为什么年年搞节水，而水资源却越来越紧张的主要原因之一。

宏观上严重短缺，微观上效率低下，大部分地区已经超过水资源承载能力，以“生态环境赤字”为代价维系水的粗放利用。虽然北京市农业用水利用率在国内属较高水平，灌溉水利用系数为0.5，但与发达国家的0.8-0.9相比，尚存在相当差距，因此存在较大的提升潜力。

经过结构优化配置后，种植业总灌溉水量较之以往大幅下降，比调整前降低了28.2%，而总的纯收入则提高了26.9%。北京市基本实现农田节水与经济效益均衡发展的趋势，形成以蔬菜为主、粮经作物配合的种植业结构。 4.2农业节水政策建议

在水资源日益紧缺的北京市，应注重采取多种节水技术，以保证农业水资源的持续、高效利用，包括：

（1）在改进灌溉技术基础上，把工程节水、农艺节水有效集成，形成不同区域、不同作物配套的节水农业技术体系；

（2）在适宜品种选择基础上，以提高土壤水分利用效率和作物水分生产效率为突破口，实现节水和高产双重目标。重点通过优化灌溉制度和改进农艺措施，在减少灌水的前提下，通过品种、播期、密度、施肥技术的组合效应，确保农作物产量潜力发挥；

（3）开发应用农业水资源优化配置与调控技术，建立地表水、土壤水、地下水多水源联合调控和综合高效利用技术，微咸水、咸水及深层水的有效利用技术，污水、废水处理技术及

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回收水处理、转化和重复利用技术等。开发应用渠道防渗、低压管道输水灌溉、喷灌、微灌、膜上灌、波涌灌、水平畦田灌等节水灌溉技术；在严重缺水地区开发使用限灌、补灌等非充分灌溉的节水高产技术；加大新材料、新方法、新工艺在灌溉工程中的开发应用力度。