北京农业水资源与蔬菜节水策略初探

4 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： 2 7 4文献标识码 ： 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 2 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 6万2，増加了1 8 万2 。 经济作物有増有减，的标准，人均水资源占有量少于 5 0 03年就属于重基本保持在1 3万2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 3 ， 被公认为世应， 种植业总播种面积由1 9 9 3 年的 5 6 5 万2 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 4万2，减少了1 8 2 万2 。 水资源量为3 0 0 3， 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13 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 0 1 年北京市水资源公报 ，2 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 亿3 ，其中生活用水 10 5 亿3 ，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 亿3 ， 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 亿3， 占 0 8 ，农业用水1 7 4 亿3 ， 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 2 亿 3 ， 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 0 1 年北京市用水总量中 ， 其中利用地面积达 62 0 0 2，其占农作物总播种面积的比例由下水 2 7 2 3 亿3， 地表水 1 1 7 亿 3 。 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 亿3 ，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 亿3， 则水资源可供总量为 2 5 8 6 亿3 。 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 7 亿3，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 2 ， 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 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 83 6 6 7 2看， 随着总占用耕地面积从1 9 9 3 年的 4 5万2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 1 年的 3 0 万2 ， 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 7万2 减少到北京目前京郊蔬菜年用水量大约 6 0 0 3 6 6 7 2 ，2 0 0 1 年的 1 3 7万2， 减少了 4 万2。 同时用于年蒸发耗水量超过 5 5 亿 3 。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 51 3万2，年蒸发损失量 6 5 亿 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京水资源危机的根本途径。扩大 是导 水位？个 冲一小 丨 丨 舌並若 小 丨 丨 曰冲重要原因。特别是蔬菜作物的在2 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 沒十、山 曰 9 3万2， 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？气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 3 6 6 7 2， 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经济作物露地蔬菜设施蔬菜用水量（36 6 7 2）2 0 0 2 2 09 0 1 1 01 7 0 1 8 0 1 6 5 1 8 05 2 0 5 8 05 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 2， 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 3 ， 其中农田灌溉用水二“ ？34 国内外节水农业技木发展的现状与趋势1 5 0 1 亿 ， 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 2 ， 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 3 6 6 72 ， 蔬菜每年用水约 5 4 亿3 ， 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 2 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 亿3 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 3。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 0万2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 亿2 ，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 万2 扩大到1 9 9 1 年的 1 7 6 9万2。 最近全国地膜需求量达3 5万 ，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“”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“”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（ ） 、非充分灌溉（ 资源越来越紧张的形式下， 对抗旱节水蔬菜品种开） 、亏缺灌溉（ ） 、调亏灌溉始进行研究工作具有重要意义。（ ） 。 亏 缺灌 溉是 由， 八 （ 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（ ）小于潜在蒸发量（ ）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 ，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 灌溉条件下鸭梨营养生长、 产量和果实品质反应进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 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 （ 1 9 4 2 ）和 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 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 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 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 节水灌溉，2 0 1 2 （ 4 ）：2 2 2 5 状及存在问题 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 河北农业 ，2 0 1 41 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 ￥胃