北京农业水资源与蔬菜节水策略初探

p4 4第十四届华北六省（市、 区）农学会学术年会论文集中图分类号 Ｓ 2 7 4文献标识码 Ｂ北京农业水资源与蔬菜节水策略初探刘明池 ， 马 涛 ， 武 占会， 刘 伟（北京市农林科学院蔬菜研究中心 农业部都市农业（北方）重点实验室 ，北京1 0 0 0 9 7 ）1北京水资源现状蔬菜作物的耕地有逐年増加的趋势 ， 而且近两年増加较快 ， 由 1 9 9 3 年 3 ． 5 6 万 ｈｍ2 増加到 2 0 0 1 年的北京水资源缺乏 ， 属资源性缺水城市 ， 按联合国5． 3 6万ｈｍ2，増加了1 ． 8 万ｈｍ2 。 经济作物有増有减，的标准，人均水资源占有量少于 5 0 0ｍ3／年就属于重基本保持在1 ． 3万ｈｍ2左右与耕地面积的减少相适度缺水地区 ， 以色列人均水资源 4 0 0 ｍ3 ， 被公认为世应， 种植业总播种面积由1 9 9 3 年的 5 6 ． 5 万ｈｍ2 减界上的干旱节水典型 ， 而北京市对外公布的人均水少到2 0 0 1 年的 3 8 ． 4万ｈｍ2，减少了1 8 ． 2 万ｈｍ2 。 水资源量为3 0 0 ｍ3， 仅为全国的 1 ／ 8 ， 世界的 1 ／ 3 0 ， 远稻播种面积占种植业总播种面积的比例由1 9 9 3 年远低于国际公认的人均1〇〇〇ｍ3 的缺水下限， 可以4 ． 7％减少到2 0 0 1 年的 1 ． 9 5 ％。 冬小麦和玉米一直以说北京是世界上缺水最严重的大城市之一。来是北京市种植的主要农作物 ，1 9 9 9 年以前这两种根据 2 〇0 1 年北京市水资源公报 ，2 〇 0 1 年北京作物的播种面积变化不大， 但近两年下降较多。冬小市用水总量为 3 8 ． 9 3 亿ｍ3 ，其中生活用水 1Ｚ0 5 亿ｍ3 ，麦占农作物总播种面积的比例由1 9 9 3 年 3 1 ． 3 ％减占总用水量的 3 1 ． 0％ ；工业用水 9 ． 1 8 亿ｍ3 ， 占 2 3 ． 6％ ，少到2 0 0 1 年的 2 2 ． 1 ％ ；玉米占农作物总播种面积的环境用水0 ． 3 亿ｍ3， 占 0 ． 8％ ，农业用水1 7 ． 4 〇亿ｍ3 ， 占比例由1 9 9 3 年 3 8 ． 6 ％减少到2 0 0 1 年的 2 3 ． 3％。 而4 4 ． 6％。农业用水是北京第一大户。 在农业用水中 ，蔬菜作物的播种面积在2 0 0 1 年首次超过冬小麦和农业灌溉用水为 1 5 ．〇 2 亿 ｍ3 ， 占农业用水总量的玉米的播种面积，成为北京市的第一大农作物 ，播种8 6 ． 3％。 在2 〇0 1 年北京市用水总量中 ， 其中利用地面积达 62 0 0 ｈｍ2，其占农作物总播种面积的比例由下水 2 7 ． 2 3 亿ｍ3， 地表水 1 1 ． 7 〇亿 ｍ3 。 2 0 0 1 年北京1 9 9 3 年 1 3 ． 8％上升到2 0 0 1 年的 2 4 ． 3 ％。 随着首都社市地下水可供水量为 1 5 ． 7 亿ｍ3 ，地表水可供水量为会经济的不断发展和农村种植结构的进一步调整 ，1 0 ． 1 6 亿ｍ3， 则水资源可供总量为 2 5 ． 8 6 亿ｍ3 。 当年农业占用耕地还将继续减少，粮食作物的种植面积超采地下水1 3 ．〇7 亿ｍ3，水资源形势十分严峻。还将进一步压缩，而蔬菜、牧草和其他收益较高的作2北京农业发展现状与用水状况北京市有效灌溉面积 3 2 万 ｈｍ2 ， 滴灌面积1 9 8 0 年以来 ，北京市农业种植结构发生了较大0 ． 3 9万ｈｍ 2 ， 占灌溉面积的 1 ． 4％ ，农业用水占总用水变化， 农村经济实现了超常发展，有力地支持了首都量4 2％。我国农业用水效率很低，灌溉水的利用系数仅国民经济的快速发展。 从种植业占用耕地的情况来为 0 ． 3 0 ． 4 ，单方水粮食生产效率仅为 0 ． 8ｋ＃ｍ3 ． 6 6 7 ｍ2看， 随着总占用耕地面积从1 9 9 3 年的 4 〇． 5万ｈｍ2左右，不及发达国家的一半。提高农业水生产效率的潜减少到 2 〇〇 1 年的 3 0 万ｈｍ2 ， 用于粮食作物的耕地力还很大。面积也逐年被压缩 ， 由1 9 9 3 年 2 7 ． 7万ｈｍ2 减少到北京目前京郊蔬菜年用水量大约 6 0 0 ｍ3／ 6 6 7 ｍ2 ，2 0 0 1 年的 1 3 ． 7万ｈｍ2， 减少了Ｉ 4 万ｈｍ2。 同时用于年蒸发耗水量超过 5 ． 5 亿 ｍ3 。2 0 0 4 年北京粮食面积刘明池等 北京农业水资源与蔬菜节水策略初探4 51 3万ｈｍ2，年蒸发损失量 6 ． 5 亿ｍ 3。 而蔬菜果林用水3北京蔬菜行业的特殊性与节水潜力和林地蒸散所损失的水分均基本脱离了北京区域的水循环。从这个角度讲，雖耗水的控制是解决Ｉ京水资源危机的根本途径。扩大’ 是导 水位Ｉ个Ｕ 冲一小 丨 丨 ｍ＾舌並若 小 丨 丨 ｍ＾ 曰冲重要原因。特别是蔬菜作物的在2 〇〇ｌ 年播种面积达从北足农业用水所占比重来看， 农业用水是北一结■小 Ｍｍｏｎ〇沒十、山ＩＴｕ 曰 9 ． 3万／ｈｍ2， 首次超过了冬小麦和玉米的播种面积 ，足第一大户。 农业用水的8 9 ． 8％来源于地下水， 是人．ｗｕ＋气ｈｉ＂Ｉｕ成为北京市的第一大农作物。 京郊蔬菜年用水量大民生活等不可替代的优质水源。 因此搞好农业节水约 6 0 0 ｍ3／ 6 6 7 ｍ2， 比其他农作物要高（表 1 ） ， 蔬菜用对缓解北足市水资源危机具有特别重要意乂。水是北京农田灌溉用水中的第一大户 。表 1 北京市主要农作物灌溉用水情况冬小麦夏玉米＊ｗ经济作物露地蔬菜设施蔬菜用水量／（ｍ3／6 6 7 ｍ2）2 0 0－ 2 2 09 0－ 1 1 01 7 0 － 1 8 0 1 6 5 － 1 8 05 2 0－ 5 8 05 4 0 －6 3 0蔬菜用水虽是农田用水第一大户 ， 但北京蔬菜种植的菜农平均收入比种植大田作物农民高 2 ￣ 3行业在北京是一个不可替代的行业，具有其特殊性倍， 只要政府有一定的补贴政策 ， 菜农最有能力购买与巨大的节水潜力。节水设备。蔬菜高投入、高产出的特点就决定了北京京郊蔬菜行业不可替代 ， 是“菜篮子”中的重农业节水应首先从蔬菜入手。中之重 据农业局统计2 0 0 2 年北京郊区菜田面积 目前水资源的紧缺与蔬菜生产用水的矛盾日益6 万 ｈｍ2， 蔬菜总产值 4 5 亿元， 已占农业总产值的突出 。 一方面缺水形势严峻，另一方面 ，蔬菜用水浪5 0％ ， 占用了 4 4％农村劳动力 ，是京郊农业的经济支费现象又很普遍。蔬菜生产者为求高产， 急于获得经柱。 蔬菜为新鲜食品 ，是“菜篮子”中的重中之重，这就济效益， 沿袭“粪大水勤不用问人”的传统经验 ，盲目决定北京蔬菜种植业不可能像水稻那样 ， 以减少面大水大肥，这不仅浪费宝贵的水资源 ， 还导致蔬菜产积来减少用水， 在相当长时间内蔬菜仍将是北京第品风味降低、 品质较差和地下饮用水污染问题。 因一产业。 蔬菜供应在首都北京又具有一定政治色彩，此，从资源高效利用的角度 ， 重新建立京郊蔬菜节最牵挂领导心， 是目前首都一个不可替代的行业。水、优质、稳产、高效的技术体系 ， 具有突出的紧迫性蔬菜是第一用水大户 、 但最有节水潜力 2 0 0 1和现实意义。年北京市用水总量为 3 8 ． 0 亿 ｍ3 ， 其中农田灌溉用水二“ ＋＂ｎ34 国内外节水农业技木发展的现状与趋势1 5 ． 0 1 亿ｍ ， 是第一用水大户 ， 而蔬采用水又是农田灌溉用水中第一大户 ；京郊蔬菜 6 6 7 ｍ2 ， 年用水量大随着世界性水资源的日趋紧张，节水技术一直约 6 0 0 ｍ3／ 6 6 7ｍ2 ， 蔬菜每年用水约 5 ． 4 亿ｍ3 ， 占农田是国内外农业研究的热点， 以缺水著称的以色列 ，灌溉用水的 3 6 ％。 北京现有 4 ． 6 7 万 ｈｍ2 菜田 ，如果将水资源的开发、利用与管理同国家的生存联系在平均节水 1 5％ ，就可节约 1 ． 0 5 亿ｍ3 水 ，这部分水每一起 ， 在整个国家范围内实行用水配额制度 ， 大力年可供应 1 5 0 万以上市民的生活用水， 将具有显著鼓励农民采用先进灌水技术。 目前该国农业灌溉已的经济效益和生态、社会效益。 因此最有节水潜力 。全部采用喷、滴灌技术。粮田水的生产效率已达到经济比较效益高、最有能力购买节水设备 蔬菜2 ． 3 2 ｋｇ／ｍ3。世界上一些先进国家节水农业的另一发播种面积虽然只占农作物的三分之一， 却生产出了展方向是将节水灌溉与农业措施紧密结合起来 ， 达一半农业总产值。蔬菜行业灌溉效益最高 ， 平均灌溉到节水、増产的目的。 如采用节水抗旱作物新品种、效益分摊系数粮食为 0 ． 3 8 、蔬菜为 0 ． 7 4 。从事蔬菜蓄水保墒技术、调亏灌溉和非充分灌溉技术、生化4 6第十四届华北六省 （市、区 ）农学会学术年会论文集保水技术等。 高产的显著效果。 我国于2 0世纪7 0 年代末、2 0世4 ． 1 工程节水技术发展纪 8 0 年代初正式在全国各地开展试验，示范和推实践表明 ， 喷、微灌比传统的沟灌、畦灌等地面广， 特别是在东北 、华北和西北等地区 ，在农作物棉灌溉节水 3 0％5 0％ ， 可节省劳动力 2 0 ％ 9 0％ ， 因此花、水稻、花生、烟草甘薯、马铃薯和蔬菜瓜果等方面发展很快。 全世界喷灌面积由1 9 3 7 年的 1 0万ｈｍ2利用塑料薄膜覆盖获得明显的増产増收效果，其覆发展到1 9 8 7 年的 0 ． 2 亿ｈｍ2 ，微灌面积也由1 9 8 1 年盖栽培的面积日益扩大。 据农业部门统计，1 9 9 5 年的 4 1 ． 6 万ｈｍ2 扩大到1 9 9 1 年的 1 7 6 ． 9万ｈｍ2。 最近全国地膜需求量达3 5万ｔ ，覆盖农田总面积近亿亩。5 年中 ，微灌年平均増长率高达 6 3 ％。 以色列在2 0同时 ， 因长期使用塑料地膜造成的农田土质的破坏世纪7 0 年代中期喷灌就已占全部灌溉面积的9 0％，及地下水的污染也日趋严重。 因此， 在可降解地膜的近2 0 年来 ，又把发展重点转向滴灌和微喷灌 ， 9 0 年研究中 ， 有必要跳出常规塑料地膜选材及成型模式 ，代初滴灌和微喷灌面积已占总灌溉面积的 2 ／ 3 。 美国打破传统地膜覆盖的框框， 结合天然原料的使用 ，根在 1 9 8 11 9 9 1 年的 1 0 年间 ， 微灌面积増加了3 倍据农艺要求， 研究新的成膜材料， 运用新的工程措施多 ， 由 占灌溉面积不到 1 ％提高到 3％。 日本于 2 0 世完成田间覆膜 ， 以取代或大幅度减少塑料地膜的使纪 8 0 年代后期随着地膜、 温室技术的迅速发展 ，使用 ， 防止污染，保护环境。微灌技术日益受到重视， 并逐步走向成熟。4 ． 2 ． 2化学制剂保水节水技术 利用化学制剂节水目前喷、微灌技术的发展方向是朝低压、节能型技术是非工程农业技术中的一个重要组成部分 ， 合方向发展。随着世界能源危机的不断加剧 ， 各国在发理施用保水剂、复合包衣剂、黄腐酸及多功能抑蒸抗展喷、微灌的同时 ，愈来愈重视降低能耗的问题。 采旱剂和“ＡＢＴ”生根粉等 ， 可在作物生长发育中抑制取的主要措施是 ，尽可能地采用自压喷灌 ，发展低压过度蒸腾， 防止奢侈耗水， 减轻干旱危害 ， 以及提高喷灌 ，用低压喷头取代高中压喷头 ， 减小喷头仰角 ，根系对土壤深层储水的利用 ， 能显著増强作物抗旱减少传动装置能耗和寻找新的替代能源。能力和提高水分生产效率。小麦、玉米用保水剂拌种4 ． 2农业生物节水技术后 ， 出苗率比不拌的提高2 0％ 3 0 ％， 増产 1 5％当前发达国家节水农业技术总的发展方向是2 5 ％。 喷黄腐酸可使作物叶片蒸腾速率降低 1 9 ％致力于将先进的田间节水灌溉技术和农业综合技2 7 ％ ， 田间耗水量减少 7％ 9％ ，増产 9 ％ 1 2％ ， 水分术相结合 ， 以便最大限度地利用灌溉水和降雨的生利用效率提高 2 5％ 3 5％。 用“ＡＢＴ”生根粉拌种或浸产潜力。 种 ， 可提高土壤储水利用率 2 0 ％以上。4 ． 2 ． 1地面覆盖保墒技术 利用化学、 物理和生物化学制剂节水技术的研究我国开始于2 0世纪物质覆盖农田的地面 ， 使其产生对农作物有益作用6 0 年代中期 ， 至2 0世纪7 0 年代中期曾形成高潮 ，的一种栽培技术措施。 它具有保蓄水分、调节温度、但真正得到发展的是 2 0 世纪 8 0 年代中期。 从 “七改善土壤理化性能、促进土壤微生物活动、消灭病虫五”开始， 化学节水技术一直被列为国家科技攻关项杂草、防治土壤盐碱化、避免雨水径流、土壤冲刷和目 ， 并得到了重要进展。 其化学节水制剂主要包括 风蚀，保持水土及促进农作物生长的作用。从目前来抑制土壤蒸发的保水剂 、 抑制蒸腾的抗蒸腾剂讲 ， 覆盖有地膜覆盖、秸秆覆盖、生物覆盖等几种常黄腐酸、土壤调理剂等。用形式。4 ． 2 ． 3 水肥耦合技术 通过对土壤肥力的测定 ， 建地膜覆盖技术是 2 0世纪 50 年代初期塑料工业立以肥、水、作物产量为核心的耦合模型和技术 ， 合兴起以后发展起来的 ，工业发达的国家自 5 0 年代开理施肥， 培肥地力 ， 以肥调水 ， 以水促肥 ，充分发挥水始陆续试验与试用 ， 2 0 世纪 6 0 年代在蔬菜、 果树、肥协同效应和激励机制 ， 提高抗旱能力和水分利用经济作物生产中大面积推广应用 ， 获得早熟 、优质、效率。可在不増加施肥量的条件下， 获得较大的经济刘明池等 北京农业水资源与蔬菜节水策略初探4 7效益， 以节约水肥资源 ，减少污染， 改善生态环境 ，増由于水中空气脱出而产生的气泡致使负压破坏的这产増收。在不増加施肥量和水量情况下， 肥料利用率一技术难题，一直未在农业生产中应用。蔬菜中心和可提高3％5 ％， 产量増加 2 0 ％3 0 ％。日本合作利用虹吸原理 ， 建立了 “循环流动负压”新4 ． 2 ． 4节水抗旱作物新品种筛选方面 国内外对作方法，从而解决了以往陶瓷管系统内由于水中空气物节水抗旱品种选育主要集中在小麦、 玉米等农作脱出而产生的气泡致使负压破坏的这一技术难题。物上， 而对需水量极大的蔬菜作物则研究很少。进入利用新建立的“循环流动负压”方法， 研发出负压自2 0世纪9 0 年代以来 ， 美国农业节水生物技术领域动灌水栽培系统， 能够通过负压将土壤水分自动调极为活跃，通过基因的转移和重组， 已培养出一批节控在需要的水平上。 成功地实现了利用负压理论对水抗旱高产稳产的小麦和玉米的新品种。 我国对小土壤水分的自动调控。 新负压灌水系统突出优点是麦、玉米等作物的抗旱节水的形态学、生理生化反应省去了计算机等复杂的调控设备， 简便实用。研究比较深入， 并建立了抗旱性系数、抗旱性指数等5 ． 3 调亏灌溉新技术研究抗旱鉴定方法和指标 ， 并培养出北京 1 0 号、晋麦 8随着世界性水资源危机的更加突出 ， 近几年，号等一批小麦抗旱高产品种。 我国对蔬菜抗逆性研国外的一些研究者开始尝试有限水量条件下新的灌究目前多集中在低温、弱光逆境的研究上 ，对蔬菜节水管理理论研究， 提出了许多新的概念与方法 ，如限水抗旱性品种筛选和品种选育几乎还是空白 。 在水水灌溉（ Ｌｉｍｉｔｅｄｉｒｒｉｇａｔｉｏｎ ） 、非充分灌溉（ Ｕｎｓｕｆｆｉｃｉｅｎｔ资源越来越紧张的形式下， 对抗旱节水蔬菜品种开ｉｒｒｉｇａｔｉｏｎ） 、亏缺灌溉（ Ｄｅｆｉｃｉｔｉｒｒｉｇａｔｉｏｎ） 、调亏灌溉始进行研究工作具有重要意义。（Ｒｅｇｕｌａｔｅｄｄｅｆｉｃｉｔｉｒｒｉｇａｔｉｏｎ ） 。 亏 缺灌 溉是 由， 八＾＿ ｜ （＿＆Ｗｏｏｄｒｕｆｆ 等人1 9 7 4 年提出的 ， 是作物实际蒸发量＜分沪制与管王里持太（ＥＴａ ）小于潜在蒸发量（ ＥＴｍ）的灌溉， 或灌水量不能5 ． 1 作物水分控制指标充分满足作物需水量的灌溉。用作物本身的生理变化来反映作物的水分状况随着研究的深入， 澳大利亚持续灌溉农业研究是作物缺水研究中一个主要的内容， 这些生理变化所在亏缺灌溉的基础上又提出了调亏灌溉方法 ，ＳＰ指标主要有叶水势、茎水势、叶片相对含水量、叶温在作物生长发育的某些时期施加一定程度的水分亏或冠层温度、叶气孔阻力 、叶片或冠层光合速率、作缺， 从而通过调节光合产物向不同器官的分配比例物光谱反射率以及叶片卷曲度等 ， 其中通过作物的来控制营养器官的生长量，来达到提高产量、节水和冠层温度来反映作物缺水的研究随着探测方法的进降低生产成本的目 的。8 0 年代调亏灌溉研究的重心展越来越深入， 并已在国外形成了相对成熟的灌溉在于节水増产功效 ，并涉及机理和果实品质问题。 国技术。内的调亏灌溉研究于 1 9 8 8 年起步 ， 研究对象是桃5 ． 2精量控制用水技术树。1 9 9 8 年西北农业大学康绍忠等把调亏灌溉研究精量控制用水的传感器控制 ， 其是在土壤中插引申到玉米上 ， 研究了调亏灌溉对玉米生理指标及入水分传感器， 当土壤含水量低于某一临界值， 自动水分利用效率的影响 ， 近年程福厚、李绍华等对调亏灌水系统就作出反应开始供水 ， 美国的 Ｍｉｃｒｏ－Ｆｌｏ灌溉条件下鸭梨营养生长、 产量和果实品质反应进Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ公司利用土壤含水量电子探测器和地下行了研究。渗灌系统来控制建筑基地的土壤含水量。蔬菜研究中心 1 9 9 7 年将调亏灌溉的理论引入负压灌溉控制技术 1 9 0 8 年 Ｌｉｖｉｎｇｓｔｏｎ 首先提到提高番茄合草莓品质研究之中 ， 并取得进展 ， 轻出了负压灌溉的概念， 之后Ｒｉｃｈａｒｄｓ （ 1 9 4 2 ）和 Ｒｅａｄ度的亏缺灌溉就有减少叶片蒸腾 2 8％显著节水效（ 1 9 6 2 ） 利用这一原理对自动灌水钵进行了探索， 以果； 亏缺灌溉技术还可以显著提高蔬菜水分生产满足作物生理研究的需要。但以往负压系统内存在，率 ， 番茄在正常水分管理的 7 5％和Ｋ． 5％时 ， 水分4 8第十四届华北六省 （市、区 ）农学会学术年会论文集生产率分别提高了2 6 ． 9％和 3 7 ． 9％ ，具有明显的节低时 ，光合速率降为零。光合速率对叶水势有一阈值水效果。 反应。5 ． 4 节水与生理过程节水灌溉适宜土壤水分指标分析已有研究表明光合速率与土壤水分变化的关系光合作用是绿水分亏缺对作物产量形成有密切关系的几个生理过色植物制造营养物质的基本活动 ， 是获取生物学产程， 按其影响大小可排序为 生长、蒸腾、光合、运输。量与经济产量的主要源泉。 而光合速率的大小则与对生长影响主要是减弱细胞扩张 ， 蒸腾则是作物吸土壤水分有一定关系。已有研究表明 ， 植株在轻度缺水、生长过程中伴随的生理现象， 对产量形成并无直水条件下光合作用没有受到影响 ， 甚而高于供水充接关系 ， 而对光合与运输的影响才具有实质性作用。足的植株。 山仓等人资料说明小麦在灌桨期轻度干因而在分析节水灌溉的土壤水分指标时 ， 应以影响旱对叶片光合速率有促进作用。张权中等资料表明 ，光合的土壤水分指标为主。 我们可称之为光合土壤高粱、糜子的净光合速率在轻度缺水时， 随着叶水势水分指标。这一指标略低于生长、蒸腾的土壤水分指的降低，光合速率下降不明显。只有叶水势降到足够标， 但对产量形成有极重要影响。参考文献 ［ 1 ］ 路战远， 张建中 ，咸 丰 ，等．棉花覆膜滴灌节水栽培技究进展［ Ｊ ］ ． 安徽农业科学， 2 0 1 3 （ 3 1 ） 1 2 3 1 4 － 1 2 3 1 6 ．术规程［ Ｊ ］ ． 内蒙古农业科技 ， 2 0 1 5 ， 4 3 （ 5 ）9 9 － 1 0 0 ．［ 4 ］ 霍海霞， 牛文全 ，汪有科． 设施蔬菜灌溉技术研究进展［ 2 ］ 李建明 ， 部志荣， 王晓燕． 蔬菜节水灌溉指标的研究现与展望［ Ｊ ］． 节水灌溉，2 0 1 2 （ 4 ）2 2－ 2 5 ．状及存在问题 ［ Ｊ ］． 干旱地区农业研究 ，2 0 0 0 （ 2 ）1 1 8 －［5 ］ 马秀宝． 蔬菜膜下灌溉节水技术 ［ Ｊ］．河北农业 ，2 0 1 41 2 3 ．（1 0 ）  1 9 －2 1 ．［ 3 ］ 符 娜， 刘小刚 ， 杨启 良． 设施蔬菜水肥高效调控的研 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