京津冀都市区作物结构调整的水资源效应与水资源补偿-农业工程学报.doc

京津冀都市规划圈考虑作物需水成本的农业结构调整研究 刘登伟，2 ， 封志明1，2 ，方玉东3 （1.中国科学院地理科学与资源研究所，北京100101 ; 2.中国科学院研究生院，北京 100039 ; 3.国家自然科学基金委员会，北京 100085） 摘要：该文从经济和资源两个方面入手，研究了京津冀缺水区换种作物调整方案。应用ARCGIS9.0技术及FAO推荐的Penman-Monteith方法计算了主要作物的需水量，建立了包含水资源成本的作物综合效益研究模型，并对水资源补偿问题进行了初步探讨。研究结果表明：从需水量上看，水稻冬小麦春玉米夏玉米；如果将承德，张家口等地区的部分水田改种其他的粮食作物，可以节约3.5亿m3的用水；在不考虑水资源成本的情况下，水稻种植经济效益最好；计算了水资源成本后，水稻改种春玉米显示了良好的综合效益。 关 键 词：作物需水；作物结构调整；水资源成本； 中图分类号：TV211.2 文献标识码：A 1.引言 京津冀都市区包括北京、天津两个直辖市和河北省的秦皇岛、唐山、廊坊、保定、石家庄、沧州、张家口、承德8地市，是中国最重要的政治、文化中心，同时也是我国北方最大和发展程度最高的经济核心区。京津冀都市区位于中国水资源最为短缺的海河流域，该流域多年平均水资源量370亿m3，不足全国的1.3％，但却承载着全国约10%的人口、粮食和GDP。京津冀都市区农业用水约占总用水量的72.4.％，其中90％用于灌溉，但目前的灌溉水利用率仅为43％左右，明显低于发达国家水平。如何调整京津冀地区的农业种植结构，建立农业节水模式，已成为许多学者共同关注的理论与实践问题。如刘自良（2006）认为农业节水重在结构调整；陈素英等（2006）从供水安全角度探讨了农业节水型种植结构方案，认为减少耗水多的作物增加耗水少的作物有利于农业节水。笔者对以往的节水型农业结构调整方案总结后发现，大部分学者将目光集中在经济效益或水量节水效益上，忽视了水资源成本对农业结构调整的重要影响。 因此，本文利用GIS技术，建立了包含水资源成本的作物综合效益模型，从保证粮食安全的角度，定量研究了京津冀地区的粮食作物需水与产出效益，试图为京津冀规划圈农业结构调整提供科学依据和决策支持。 2.研究方法与数据来源 以往农作物种植主要考虑经济收益，没有计算水资源成本，随着京津冀地区的水资源日益短缺，作物种植必须考虑水资源成本。由此，通过计算作物需水量，确定水资源成本，进行作物结构调整，将更加符合效益最大化原则。 2.1作物需水的计算方法 作物需水量系指作物在适宜的水肥条件下，正常生长发育，获得高产时植株蒸腾、棵间蒸发以及构成植株体的水量之和[]。本文采用联合国推荐的Penman-Monteith模型，以1km×1km为基础，对京津冀地区水稻、冬小麦、春玉米和夏玉米等作物的需水量进行了计算，其计算公式如下： （1） 式中，ET——作物需水量，mm，ET0——参考作物蒸散量，mm，KC——作物系数。 计算参考作物蒸散量的Penman-Monteith公式如下[,]： （2） 式中ET0——参考作物蒸散量，mm/d；Rn——净辐射，MJ/m2/d；G——土壤热通量，MJ/m2/d；U2——2米高的风速，m/s；es——饱和水汽压，kPa；ea——实际水汽压，kPa；?——饱和水汽压—温度曲线斜率，kPa/℃；γ——干湿计常数，kPa/℃；T——日平均气温。 2.2包含水资源成本的作物效益综合评价模型 基于上述思想和作物需水量基础，我们构建了包含水资源成本的作物效益综合评价模型，具体分析流程图见图2。计算公式如下（3）-（10）： (3) ； (4) (5) (6) (7) 式3～7中，Cpi（i=1,2,…,n）表示第i种作物的价格，n为作物种类数； Cyi(i=1,2,…,n)表示第i种作物的单产量；Cpvi（i=1,2,…,n）表示第i种作物单位面积上的产值；Cci(i=1,2,…,n)表示种植第i种作物的成本；CEB表示经济效益最好的作物收益数量。 (8) (9) 式8、9中，Cwci(i=1,2,…,n)表示第i种作物水资源成本；Cri(i=1,2,…,n)表示i种作物的需水量，Wpi(i=1,2,…,m)表示第i种类型水资源价格；CSB表示综合效益最好的作物收益量。 (10) 式10中，CRi表示作物结构调整前的i作物的需水量；CRj表