基于水资源承载力农业结构调整研究

'基于水资源承载力的农业结构和布局调整分析(修改稿)王维平，曲士松，孙小滨（济南大学城市发展学院，山东济南50002）摘要：山东省农业生产在全国的地位举足轻重，农业用水量大，部分地区农业用水日趋紧张，水环境条件恶化。本文分析了具有代表性的区域包括地下水超采区、海水入侵区以及污染河流沿线农业生产区的农业生产用水与水资源及水环境之间矛盾关系，说明该区水资源已不能继续支撑现有的农业发展模式，提出了根据当地水资源的数量和质量，调整农业结构，改变生产布局等相应的改进措施。将蔬菜生产基地由寿光一带向沿黄地区转移，并减少蔬菜的调出。污染河流沿线改农作物生产为林业或改地表水灌溉为开采地下水，改善供水安全保证程度。推广节水灌溉制度，减少灌溉用水量，提高水资源利用效率。关键词：农业结构和布局，水资源，水环境中图分类号：TV213.4；TV93文献标识码：AAbstract：ShandongProvinceagricultureproductionplaysanimportantroleinChina.AvailableirrigationwaterhasbecomeshorterbecausequantityofagriculturewateruseislargerinapartofShandong,waterenvironmentbeingworsen.Thecontradictionbetweenagriculturalproductionwateruseandwaterresourcesavailableaswellaswaterenvironmentforrepresentativeareasincludinggroundwateroverdraft,saltwaterintrusionareaandbothbanksofriverpollutedisanalyzed.Itshowedtheregionalwaterresourcescan’tsupportthepresentmodeofagriculturedevelopment.Thecountermeasures,suchasadjustingagricultureproductionstructureanddistribution,arepresentedaccordingtothequantityandqualityoflocalwaterresources.ThevegetableproductionbasewillbeshiftedfromareaaroundShouguangtoareasalongtheYellowriverandvegetableoutputtowardsoutsideofShandongprovincewillbereduced.Agricultureproductionalongtheriverpollutedwillbechangedfromcropplanttoforestryproductionorirrigatedfrompollutedsurfacewatertogroundwaterinordertoimprovethesafetywatersupply.Watersavingirrigationschemeshouldbeextendedtodecreasetheirrigationwaterandraisethewaterresourceuseefficiency.Keywords：Agricultureplantstructureanddistribution,waterresources,waterenvironment随着我国经济社会的不断发展,水资源短缺和水环境恶化等问题表现得越来越突出,已成为我国经济社会发展的严重制约因素。尤以北方地区严重，一些地区地下水严重超采,产生了海水入侵、地面沉降、地裂缝、岩溶塌陷、泉水断流甚至枯竭以及地下水质恶化,这些问题的出现都与水资源及水环境承载能力失控密切相关[1]。而我国耕地少,人口多,农业的地位举足轻重[2],山东省的农业生产又占据全国首位，农业生产有赖于水资源的保证。因此,研究在考虑水资源承载力的前提下,对山东省的农业结构和布局进行合理的调整，对优化配置水土资源,促进地区可持续发展有着重要意义。1山东省农业生产及相应水资源开发利用中主要问题 山东省农业生产在全国的地位举足轻重。粮食、蔬菜、果品、油料、棉花产量位居全国前列。山东省现有耕地面积664万hm2，占全国总耕地面积的7.4%，农田有效灌溉面积481万hm2，其中水田197.3千hm2，旱田3968.9千hm2，菜田639.3千hm2。农业用水188亿m3，占全省总用水量的74%，是用水大户。其中井灌面积237万hm2、渠灌面积244万hm2。农业灌溉工程的发展，加快了农业基础设施建设，改善了农业生产条件，提高了农业抵抗旱涝碱等自然灾害的能力，为保证山东省和我国的粮食安全发挥了重要的作用。但是随着工业化和城镇化的过程，一些区域出现了农业生产与水资源开发利用不相适应的问题。1.1山东省是资源性缺水地区山东省人均当地水资源量344m3，不足全国人均占有量的1/6，位居全国各省（市、自治区）倒数第三位。即使考虑客水资源，黄河水按国家分配指标70亿m3，山东省从南水北调东线工程最大引江水量37亿m3计，按现状人口计算，人均占有水资源量为456m3，也远远低于国际上公认的维持一个地区经济发展所必需的的1000m3的临界值，属于人均占有量小于500m3的严重缺水地区。1.2水资源的分布不均，对农业生产不利山东省地处暖温带季风气候区，全年的降水量约有3/4集中在汛期，全年气候的基本特征是春旱、夏涝、晚秋又旱，降水量年际变化具有连丰、连枯、丰枯交替的特点，连枯年出现机遇大于连丰年，连枯时段比连丰历时长。山东省水资源地区分布不均，总的分布趋势是多年平均降雨量从鲁东南沿海的850mm向鲁西北内陆递减到550mm，从胶东半岛东南部的800mm向半岛西北部递减到600mm，山丘区与平原区，山前平原与黄泛平原地下水资源差别也较大。1.3城镇化和工业化的进程，大量挤占农业用水量，农业用水呈减少趋势随着山东省城镇化和工业化的进程，城镇生活和工业需水量增加很快，而供水保证率要求高，工业和生活新增用水量大量挤占农业用水。过去许多以农业灌溉为主的大中型水库，部分甚至全部转向城市生活或工业供水。过去引黄主要用于灌溉，由于山东省城市缺水严重，先后建成了引黄济青、引黄济淄、济南引黄供水保泉、东营胜利油田等多项引黄工程，部分引黄水量也由农业转向城市和工业。1.4水污染程度不断加剧，使符合要求的农业灌溉水量进一步减少根据2006年山东省65个监测河段的监测资料，全省无一河段符合Ⅰ类水质标准，Ⅱ类水质监测河段有4个，Ⅲ类水质监测河段有8个，Ⅳ类水质监测河段有3个，Ⅴ类水质监测河段有3个，劣Ⅴ类水质监测河段有47个，超Ⅴ类水质河段有50个。可以看出：全省河流水质污染严重，特别是大汶河、小清河、大运河、徒骇马颊河等河流污染尤为严重，并且严重恶化，以有机污染为主，主要污染为城市生活污水、工业废水排放污染。主要超标污染参数有高锰酸盐指数（CODMn）、氨氮、五日生化需氧量（BOD5）、总磷、化学需氧量（COD）和挥发酚。由此造成符合灌溉水水源要求的水量进一步减少。2山东一些地区农业结构和布局与水资源承载能力不相适应 2.1莱州湾沿海平原地区工农业生产大量开采地下水导致海水入侵，使农业生产遭受巨大损失农业灌溉和工业超采地下水，导致莱州湾地区海、咸水入侵，使大片良田失去了灌溉能力。特别是需水量大的农作物如小麦、玉米种植面积大，需水多但灌溉技术落后，浪费水严重。莱州湾地区是山东省降雨量低值区，自20世纪70年代后期以来，由于降水偏少及持续干旱，地下水补给严重不足，加上国民经济发展迅速，对水的需求量愈来愈大，供需矛盾尖锐。在干旱年无序超采地下水，使地下淡水水位大幅度下降，原有咸淡水稳定界面失去水动力平衡条件，引发了海、咸水入侵。据调查，2005年山东省沿海海咸水入侵面积已达1141km2，仅1990年统计海、咸水入侵使近3.3万hm2原有水浇地丧失灌溉能力，报废机井5472眼。2.2以寿光为中心的山东省蔬菜基地已形成大面积地下水漏斗区山东省蔬菜生产历史悠久，具有优越的自然条件和丰富的农业资源，孕育发展了闻名于世的山东蔬菜，20世纪80年代以来实施“菜篮子”工程和“二高一优”农业战略，调整种植业内部结构，强化蔬菜生产，使蔬菜产业蓬勃发展。如北菜园，以寿光为龙头，外加周围的临淄、青州、安丘、昌乐、广饶等县市形成了以冬春保护地栽培和春季早熟栽培为主体的蔬菜产区，产品销向我国北方市场。蔬菜的生产以城郊、工矿区生产基地向农区基地发展，相继建成了寿光、苍山、临淄、滕州、莱芜、金乡、章丘、诸城、莱阳、海阳等10个农区专业化蔬菜生产基地，并形成专业化商品基地。山东蔬菜的种植面积、蔬菜总产量、蔬菜商品量，尤其是保护地蔬菜面积、产量和速冻蔬菜出口量均居全国第一位，约有50%以上的瓜菜销往兄弟省市，参与全国蔬菜流通。是全世界蔬菜种植面积，特别是保护地蔬菜面积最大的生产基地，山东蔬菜总产量已占世界蔬菜总产量的10%左右[3]。1995年蔬菜播种面积107万hm2，总产量4000万t，到2000年，瓜菜播种面积达206万hm2，总产量8372万t[4]。蔬菜生产产量高，根系浅、耗水量大，保证率高，需要频繁地灌溉，以地下水为主要水源，考虑到山东省气候条件的差异、蔬菜结构、复种指数及降雨量条件，一般灌溉总额10500-12000m3/hm2[3]，尽管保护地蔬菜比露地蔬菜灌溉定额低，但仍然高于粮食生产的灌溉定额，而且保护地蔬菜灌溉主要以开采地下水灌溉为主。截止2003年6月全省平原区地下水超采区面积为28584km3，其中淄博-潍坊和唐王-枣园超采区连成一片，形成全省最大的超采区，面积6873km3。全省地下水水位平均埋深最大区域仍然是淄博市临淄区及其周围的广饶南部、寿光南部和青州北部山前平原区，其中孙娄、辛店、永流一带地下水埋深达45-52m，仍然在历史低位徘徊。由于平原区降雨入渗补给浅层地下水量与地下水埋深密切相关，当地下水埋深大于6m以后，降雨入渗补给系数很小，地下水补给量相应也小，继续开采，将导致严重的生态环境问题，例如地面沉降、裂缝及海、咸水入侵等。2.3大量的蔬菜调出与山东省水资源短缺不相适应 一般生产1kg粮食消耗水量1000kg，目前山东省粮食生产供需基本平衡，而蔬菜耗水量大，根据山东省蔬菜灌溉试验资料，生产1kg商品菜田平均需要消耗200kg水量，水分生产率为每立方米水量生产0.025kg蔬菜。如果不考虑调入山东省的蔬菜量，按1995年有50%的瓜菜约2000万t参与外销，相当于从山东省调出了40亿m3水量。南水北调东线工程山东段完成后总调入山东省的引江水量也只有37亿m3，工程和治污投资达400多亿。2.4南水北调东线工程解决不了农业用水的问题山东省是资源型缺水地区，从长远看，解决该地区的缺水问题需要依赖跨流域调水——南水北调东线工程解决，但南水北调水价较高，主要是解决城市生活和工业用水，因此，农业用水供需矛盾将长期存在。3调整农业结构与布局适应现有水资源首先以水环境质量定供水，其次以供定需。调整农业生产布局与结构，缓解农业用水生态和环境恶化的趋势，最终实现农业水资源可持续利用。3.1调整农业生产布局，使水资源与“二高一优”农业战略和提高农民收入相适应山东省引黄灌区由于引黄客水可以充分灌溉，特别是沿黄地区水量和水质均能满足蔬菜生产的需求，而且当地水和黄河水联合运用，避免了生态环境的破坏。山东省引黄灌区多年平均降雨量587mm，有效降雨量约344mm，雨量充沛；同时土地资源也相对较丰富，既是山东省的粮棉油生产基地，也是经济欠发达地区。现状引黄灌区总可供水量525mm，其中当地地表水和地下水可供水量177.7mm，引黄补充水量344.5mm，加上有效降雨量，现状可供农作物的水量877.2mm。由于引黄灌区特别是沿黄地区，地下水利用率低，若采取井渠结合，地下水和黄河水联合运用，则地下水采补平衡，一般年份可满足蔬菜生产所需水量。而且黄河水水质为Ⅲ类水，可满足灌溉水质的要求。地下水和黄河水联合运用，可达到旱、涝、碱综合治理的目的。因此，我省北菜园生产基地应逐渐向沿黄地区转移，充分利用沿黄地区的土地、水量和水质条件，增加沿黄地区农民收入。而以寿光为中心的生产基地减少种植面积，总量控制，继续保持原有的市场、贮藏、加工、包装、运销、出口等功能。3.2推广节水灌溉制度，减少灌溉用水量，提高水资源利用效率保护地蔬菜灌溉推广膜下微灌技术，膜下微灌与地面灌相比，节水率达33.5%，此外可控制棚内空气湿度和温度，减少病虫害，提高单位灌溉水量的效益。露地栽培蔬菜推广微喷灌溉、滴灌和管灌。结合降雨条件，科学灌溉，保证满足蔬菜需水临界期的灌溉水量，提高蔬菜产量。3.3充分利用处理后的城市生活污水进行灌溉，减少地下水开采量，缓解城郊工农业争水矛盾 城市生活污水经处理后达到灌溉水质标准可进行灌溉，随着城镇化水平和人民生活水平的提高，生活需水量也相应的增加，这部分水量稳定而且保证率较高，非常适合城郊和工矿区蔬菜的灌溉。在国外，尤其是以色列已经成功地使用了几十年，对蔬菜品质没有影响。目前污水再利用处理的关键是山东省工业和生活污水混合排放，其中的重金属不易处理。山东省是资源型缺水地区，研究出适合各地实际又满足蔬菜安全生产的污水灌溉技术是一项迫切需要解决的问题。3.4充分利用黄河水、长江水和当地多余雨洪水补源，恢复生态环境瓜菜生产耗水量大，灌水频繁，目前多以地下水灌溉为主，尤其是保护地蔬菜冬春季用水量较多，尽管山前平原地下水开采模数相对较高，但是根据山东省水平衡计算，一般年份和干旱年无法保证蔬菜需水要求，只有超采地下水，遇到丰水年部分地下水可以得到一定恢复，部分地区恢复很慢，甚至无法恢复。因此，蔬菜生产基地必须重视利用客水和当地多余雨洪水补源，使地下水采补平衡，保证蔬菜稳产、高产、优质。3.5在保证山东省粮食平衡的基础上，根据水资源承载力，以供定需，适当发展蔬菜生产粮食安全不仅是关系到国家的稳定和发展，也是我省面临的一个重大问题。从我国经济发展来看，粮食生产由“南粮北运”到目前每年“北粮南运”1400万t，这相当于从北方向南方调出140-200亿m3的水，这是非常不合理的农业生产布局和水资源利用的配置[5]。但这种结果也是市场经济必然导致的结果，随着南方改革开放经济的快速发展，粮食生产比较效益下降，水利设施数量和粮食播种面积减少，导致粮食增产在全国的贡献率大幅减少。这种发展趋势目前已在山东省重演。未来水资源开发利用的重心向城市供水转移，农业用水总量不但不会增加，减少是必然的。因此在粮食价格较低的情况下，如何保证粮食安全、农业灌溉水利设施的稳定和不减少将是一项艰巨的任务，同时根据山东省水资源的承载力和发展“二高一优”，提高农民收入的战略，以供定需，适度发展蔬菜生产，这方面需作进一步的研究。构筑虚拟水战略，即缺水国家或地区通过贸易的方式从富水国家或地区购买水密集型农产品－例如蔬菜，来获得水和粮食的安全。国家和地区之间的农产品贸易，实际上是以虚拟水的形式在进口或出口水资源。中东地区每年靠粮食补贴购买的虚拟水数量相当于整个尼罗河的年径流量。从虚拟水的概念可以看出，虚拟水以“无形’的形式寄存在其它的商品中，相对于实体水资源而言，其便于运输的特点使贸易变成了一种缓解水资源短缺的有用工具[6]。3.6污染严重的沿河地区采用地下水灌溉或种植林带，防止水污染带来的食品安全由于山东省河流主要为季节性，枯水期干枯，加上处理或未处理的城市和工业污水排放，许多河流水环境容量已满足不了要求。例如小清河沿岸，旱季在水质未能达到灌溉水质之前，禁止引用污水灌溉，政府应投资在解决农民吃水的基础上，沿河岸一定距离打井取浅层地下水灌溉，利用第四系地层处理，有效地将有毒有害重金属去除，保证农产品安全。如果土壤已严重污染，应改种林地，发展林纸产业，增加农民收入。3.7海咸水入侵区发展旱作农业，沿咸淡水界线应建立地下水水位和水质监测系统在海水入侵区发展旱作农业，选择耐盐碱抗旱作物品种，推广地膜覆盖技术，大力发展节水灌溉，利用滨海地区入海河流多余洪水回灌补源，以淡压咸。沿咸淡水界线建立地下水位和水质监测系统，划分地下水禁采区、限采区、可开采区。合理指导农民灌溉开采地下水。考虑到造成海水入侵容易，恢复难以及滨海井灌区，农灌机井数量多且分散的特点，应建立海水入侵区农民水环境保护协会[7]，发动广大农民有意识的保护地下水环境，可持续发展。 4结论农业是保障国计民生的基础产业，灌溉又是保证农作物稳产高产的充分必要条件。但是随着工业化和城镇化的进程，工农业争水和水污染加重，农业供水的保证程度逐渐降低和供水水质下降，水环境恶化，尤其北方地区地下水是农业供水的主要水源，地下水超采带来了一系列地质环境灾害，同时城市污水灌溉也带来一系列食品安全问题，因此，根据当地水资源的数量和质量，调整农业结构和生产布局势在必行。然而，区域农业产业结构的形成是个长期发展的过程，不仅受水资源的约束，还有人才、技术、资金、政策等综合方面的影响。因此，政府应该从水资源管理的角度上，在政策上出台鼓励、限制和禁止发展的结构调整政策，并进行适当的补贴和补偿，避免竭泽而渔，走可持续发展的道路。水资源高效利用是解决农业灌溉供需矛盾的根本措施。随着国民经济的发展，有了经济实力，对农业水资源高效利用的投入也会相应增加，节水灌溉，城市生活污水处理灌溉等高效措施才能成为现实和必然趋势。参考文献：[1]余卫东等.水资源承载力研究的进展与展望[J].干旱区研究,2003,1(20):60-65.[2]段春青,邱林,黄强,陈晓楠.灌区农业水资源承载力模型研究[J].西北农林科技大学学报(自然科学版),2005,4(33):135-138.[3]山东蔬菜分团.对我省农业发展和实现蔬菜强省目标的几点建议,专家论农业[M],济南:山东科学技术出版社,2004.[4]何启伟,苏德恕,赵德婉.山东蔬菜[M],上海:上海科学技术出版社,1997.[5]张岳,苏人琼,李荣生,高戈绢.提高抗旱能力建立节水型农业,中国水情分析研究报告文集[R].北京:中国水利水电出版社,2003.[6]程国栋.虚拟水—中国水资源安全战略思路[J].中国科学院院刊,2003,4:263-265.[7]曲士松,王维平.海水入侵区农民参与水生态修复管理初探[J].灌溉排水学报,2007,5(26):104-106.作者简介：王维平（1961-），男，教授，山东省济南市舜耕路13号，济南大学城市发展学院，邮编：250002，联系电话：13953162318，邮箱：stu_wangwp@ujn.edu.cn。'