摘要：農業種植結構不合理、高耗水作物種植比例偏大,造成白洋淀上游來水減少，加劇了淀區水資源短缺等問題。分析了研究區農業種植結構和耗水的時空變遷，并對種植結構調整中休耕的耗水機理和問題開展了深入研究，提出了種植結構調整建議，為破解休耕制度與糧食安全之間的矛盾，保障雄安新區水安全提供科學支撐。

　　關鍵詞：種植結構；調整；農業耗水；休耕；糧食安全

　　作為華北平原最大淡水湖泊濕地，白洋淀生態價值非常突出，在緩洪治澇、蓄水灌溉、調節小氣候和維護生態環境平衡等方面具有重要作用。白洋淀水生態不僅關系保定市、河北省，更是京津冀區域乃至全國水生態保護的晴雨表。作為雄安新區規劃的核心區域，白洋淀水問題極為突出。一方面，來水量減少。改革開放以后，農田灌溉大力發展，用水量劇增；21世紀以來城市化進程不斷加快，地表水優先供城市使用，導致九條入淀河流“有河皆干”。另一方面，白洋淀地下水超采嚴重。自20世紀70年代發展農業以來，灌溉需求主要通過開采地下水來滿足，地下水水位急劇下降，直接或間接導致白洋淀湖面萎縮。

　　一、農業用水現狀

　　1.農業種植結構白洋淀流域目前耕地面積84.9萬hm2，有效灌溉面積達71.3萬hm2，占總耕地面積的80.6%。播種面積126.8萬hm2，其中小麥、玉米、蔬菜、水果分別占32.4%、37.9%、13.1%和13.6%。小麥和玉米多年平均播種面積分別是44.96萬hm2、44.82萬hm2，是研究區主要的糧食作物；果樹以蘋果、梨、桃、葡萄和棗樹為主，占果樹種植面積的80%左右。蔬菜主要包括25種露地蔬菜，隨著人們生活需求提升，設施蔬菜面積比例快速增加。此外區域還少量種植大豆、花生、棉花、紅薯、谷類等作物，這些作物主要在雨季生長，灌溉需水較少。

　　2.農業灌溉需水量

　　研究區多年平均灌溉需水量為22.52億m3,小麥、玉米、蔬菜、果樹和其他作物分別占灌溉需水總量的58.6%、12.6%、5.8%、16.3%和6.7%，小麥是研究區農作物中耗水最多的。豐水年、平水年、枯水年平均灌溉需水量分別為12.80億m3、22.52億m3和26.20億m3。從時間上看，小麥、玉米灌溉需水量變化均呈略有下降趨勢，而受播種面積增加影響，蔬菜和果樹灌溉需水量顯著上升；從空間上看,灌溉需水總量在山區上升顯著,而在平原區表現為下降。

　　二、農業節水潛力與季節休耕

　　過去30年來，我國大力發展農業節水技術，經過多年推廣和實踐，水的利用效率有了很大提高，如單方水的冬小麥生產效率從1.19kg提高到1.45kg，而夏玉米則從1.35kg提高到1.98kg，單方水的糧食生產效率從0.81kg提高到1.35kg。但“節水”和“用水減少”有著根本區別，在全球能源和資源領域被稱為“杰維斯效應”，即效率提高不等于用量減少，水資源虧缺的局面反而越來越嚴重。以白洋淀上游為例，2014年高耗水的水果、蔬菜種植面積與1990年相比分別增加了6.5倍和3.9倍，實際耗水高達22.5億m3，種植面積增加是造成白洋淀和雄安新區水資源短缺的主要原因。

　　三、不同休耕制度的耗水機理

　　項目組對傳統小麥-玉米一年兩作制度（S0）和不同休耕制度包括一年一作小麥（SW）、一年一作玉米（SM）、兩年三作休小麥（SMWMF）、兩年三作休玉米（SMWFW）和全休（SF）進行了長時間段模擬，分析了不同制度的耗水特征。小麥-玉米一年兩作的年均蒸散量和灌溉用水量分別為835mm和330mm；一年一作小麥的年均蒸散量和灌溉用水量分別為679mm和305mm；一年一作玉米的年均蒸散量和灌溉用水量分別為577mm和72mm；兩年三作休小麥的年均蒸散量和灌溉用水量分別為685mm和180mm；兩年三作休玉米的年均蒸散量和灌溉用水量分別為756mm和253mm；全休的年均蒸散量為419mm，同時可對水資源補充85mm。

　　四、休耕期節水潛力提升技術

　　一年一作玉米即小麥休耕相對一年兩作能節省灌溉用水258mm，這是在小麥休耕季地面裸露沒有任何措施情況下的節水效果。為減少因前期地面裸露或后期（5月份以后）雜草叢生產生的無效水消耗，可以通過覆蓋或耕作措施提升節水潛力。在2018—2020年度通過大田試驗研究了白膜覆蓋、黑膜覆蓋、秸稈覆蓋、化學控草和淺耕等處理對節水效果的影響。結果表明，節水效果從大到小的順序依次為黑膜覆蓋、秸稈覆蓋、化學控草、淺耕、白膜覆蓋，對比休耕季沒有處理的節水量分別為177mm、71mm、62mm、45mm和8mm。節水效果最差的是白膜覆蓋處理，主要原因是覆膜處理早期，保溫保濕作用促進雜草生長，并在后期頂出地膜，使地膜失去保水作用。而黑膜作用恰好相反，由于擋光作用抑制雜草生長，同時由于地膜對水汽交換的阻斷抑制了土壤的蒸發，節水效果非常顯著。除黑膜覆蓋處理控草效果顯著以外，秸稈覆蓋、淺耕和化學控草對控草效果也較好，淺耕和除草劑（控草）也比對照的雜草量減少50%以上。

　　五、替代作物耗水機理

　　采用6個自動記錄大型蒸滲儀組合，精確評估傳統種植小麥-玉米一年兩作和其替代種植模式如小麥-谷子、小麥-大豆、一年一作春玉米、綠豆-鮮食玉米、一年一作甘薯等種植制度中作物的耗水參數，突破了常規觀測中因為手段不同、大型儀器不足帶來的觀測誤差的難題。兩年觀測結果表明，6種種植模式年耗水量（包括休耕期）從高到低分別為小麥-玉米（856mm）、一年一作甘薯（792mm）、小麥-大豆（760mm）、小麥-谷子（757mm）、綠豆-鮮食玉米（755mm）、一年一作春玉米（713mm）。5種替代種植模式比傳統的小麥-玉米一年兩作節省水資源64~143mm，其中以一年一作春玉米的耗水量最低。

　　六、種植結構調整建議

　　1.小麥休耕與糧食安全

　　根據不同休耕制度的節水量，估算了研究區需要休耕多少面積才能達到地下水水位不下降的目標，3個情景分別為現狀水資源、外調引水2億m3和5億m3。例如一年一作玉米（SM），3個情景下需要分別將58%、40%、15%的農田從傳統種植制度（冬小麥-夏玉米）轉變為SM的種植制度，其結果是小麥產量相應減少55%、41%、18%。顯然，情景1和2下的種植結構調整方案將影響當地小麥的自給自足。又如兩年三作休小麥（SMWMF），在3個情景下分別需要將99%、69%和26%的農田從傳統種植制度轉變為SMWMF種植制度，小麥產量相應減少47.5%、35%和15.5%，這一調整策略中情景1會影響當地的小麥自給自足。

　　2.加大調水力度，置換地下水源

　　休耕政策依靠補貼來推行，河北省休耕補貼是500元/畝。一旦補貼停止，農民將無法承擔與這些做法相應的經濟損失。北京以南的河北平原是我國糧食主產區，該區域地勢平坦，適合大機械化作業，在我國農村勞動力逐漸緊張的背景下，平原區糧食生產的作用越來越突出。河北平原年均糧食總產量占全國的6%左右。保定-雄安所在區域為太行山山前平原高產區，根據長期研究，該區域灌溉水利用效率遠高于全國其他地區，每噸灌溉水生產糧食4～5kg。如果用南水北調中線補給地下水支撐糧食生產，則農業的水資源補貼每0.5kg糧食低于0.12元，且補貼的主要作物是小麥這一基本口糧，通過增補地下水，適度補貼農業，符合我國口糧安全國策。因此建議加大“引江”和“引黃”調水力度，用地表水置換地下水，保證糧食安全。

　　3.休耕期采用保水控草措施提升節水潛力

　　小麥休耕相對于傳統的一年兩作節水258mm，如果在休耕期間對裸露的地面進行處理，如黑膜覆蓋、秸稈覆蓋、淺耕、化控等，將比單純休耕提升50～180mm的節水能力。建議休耕季節進行覆蓋或者耕作處理，進一步提升節水潛力。

　　參考文獻：

　　[1]GraftonRQ,WilliamsJ,PerryCJ,etal.Theparadoxofirrigationeffi-ciency.Science[J].2018,361.

　　[2]ZhangX,ChenS,SunH,etal.Changesinevapotranspirationoverir-rigatedwinterwheatandmaizeinNorthChinaPlainoverthreedecades[J].AgriculturalWaterManagement.2011,98.

　　[3]沈振榮，等.節水新概念———真實節水的研究與應用[M].北京：水利水電出版社，2010

　　楊艷敏1，楊永輝1，王璐2，任丹丹3，白志杰4，馬樂新1，李傳哲5