雙評(píng)價(jià)中的種植業(yè)承載能力計(jì)算方法分析

（中國(guó)城市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，北京 100041）

2019年5月，《中共中央國(guó)務(wù)院關(guān)于建立國(guó)土空間規(guī)劃體系并監(jiān)督實(shí)施的若干意見(jiàn)》中明確指出，國(guó)土空間規(guī)劃是國(guó)家空間發(fā)展的指南、可持續(xù)發(fā)展的空間藍(lán)圖，是各類開(kāi)發(fā)保護(hù)建設(shè)活動(dòng)的基本依據(jù)。按照《中共中央國(guó)務(wù)院關(guān)于建立國(guó)土空間規(guī)劃體系并監(jiān)督實(shí)施的若干意見(jiàn)》要求，資源環(huán)境承載能力和國(guó)土空間開(kāi)發(fā)適宜性評(píng)價(jià)（簡(jiǎn)稱“雙評(píng)價(jià)”）是編制國(guó)土空間規(guī)劃、完善空間治理的基礎(chǔ)性工作，是優(yōu)化國(guó)土空間開(kāi)發(fā)保護(hù)格局、完善區(qū)域主體功能定位，劃定生態(tài)保護(hù)紅線、永久基本農(nóng)田、城鎮(zhèn)開(kāi)發(fā)邊界（簡(jiǎn)稱“三條控制線”），確定用地用海指標(biāo)的參考依據(jù)。雙評(píng)價(jià)主要包括農(nóng)業(yè)和城鎮(zhèn)資源環(huán)境承載能力的計(jì)算以及從生態(tài)、農(nóng)業(yè)、城鎮(zhèn)的角度對(duì)國(guó)土空間的開(kāi)發(fā)適應(yīng)性進(jìn)行評(píng)價(jià)。

對(duì)資源環(huán)境承載力認(rèn)知進(jìn)行剖析是開(kāi)展雙評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)[1]，進(jìn)行嚴(yán)謹(jǐn)科學(xué)的資源環(huán)境的承載能力計(jì)算，在土地資源和水資源的雙重約束條件下核定種植業(yè)發(fā)展邊界及增長(zhǎng)潛力[2]，發(fā)揮雙評(píng)價(jià)工作的基礎(chǔ)性和約束性作用，也是支撐國(guó)土空間規(guī)劃的重要部分[3]。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，工業(yè)化、城鎮(zhèn)化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，耕地資源與水資源存在嚴(yán)重的農(nóng)轉(zhuǎn)非現(xiàn)象，農(nóng)業(yè)水資源和土地資源成為制約我國(guó)農(nóng)業(yè)健康發(fā)展的兩大剛性約束[4]。借助對(duì)農(nóng)業(yè)種植業(yè)承載力的核算，可為估計(jì)農(nóng)業(yè)種植業(yè)增長(zhǎng)潛力以及調(diào)整選擇農(nóng)業(yè)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)提供依據(jù)，前瞻性地判斷種植業(yè)發(fā)展的環(huán)境邊界，為揭示農(nóng)業(yè)發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)和威脅、加強(qiáng)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展能力建設(shè)提供依據(jù)。

咸陽(yáng)市位于“一帶一路”的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，經(jīng)濟(jì)發(fā)展處于加速轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵期。有研究表明，咸陽(yáng)市的水環(huán)境壓力指數(shù)居陜西省之首，屬于水環(huán)境壓力最嚴(yán)重的地區(qū)[5]。計(jì)算咸陽(yáng)市的種植業(yè)承載力，對(duì)了解咸陽(yáng)市資源環(huán)境稟賦、支撐咸陽(yáng)市國(guó)土空間規(guī)劃有著重要意義。

1 研究區(qū)概述

咸陽(yáng)市位于107°39′E～109°11′E，34°12′N～35°34′N，地處陜西關(guān)中平原腹地，東部為西安、西咸新區(qū)，南部為長(zhǎng)安、鄂邑區(qū)，西部為楊凌、扶風(fēng)、麟游，北部為銅川及甘肅慶陽(yáng)、平?jīng)觥Ｏ剃?yáng)市屬于暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候，四季分明。全市可劃分為渭北高原北暖溫帶半濕潤(rùn)氣候區(qū)和關(guān)中渭河平原南暖溫帶半濕潤(rùn)區(qū)兩個(gè)氣候區(qū)。

咸陽(yáng)市沿渭河河道向北，地勢(shì)呈階梯形增高，由一、二級(jí)河流沖擊階地過(guò)渡到一、二級(jí)黃土臺(tái)塬，北部連接陜北高原南伸的山地。咸陽(yáng)市南部屬于關(guān)中平原，地勢(shì)平坦，土地肥沃，農(nóng)業(yè)灌溉條件優(yōu)越，是全國(guó)重要的糧食和經(jīng)濟(jì)作物產(chǎn)區(qū)。咸陽(yáng)市由北至南可劃分為馬欄土石山區(qū)、黃土高原溝壑區(qū)、黃土丘陵溝壑區(qū)、黃土臺(tái)塬區(qū)和涇渭沖積平原區(qū)五個(gè)地貌分區(qū)。咸陽(yáng)市北部塬面黃土厚度達(dá)數(shù)十米至百米，由于長(zhǎng)期受涇水、渭水干支流的切割，自然生態(tài)環(huán)境相對(duì)脆弱。

2018年末，咸陽(yáng)市耕地面積為48.6 萬(wàn)hm2，其中水澆地面積為24.0 萬(wàn)hm2，占比49%，高于全省水平，主要集中在南部涇渭沖積平原區(qū)。咸陽(yáng)市水資源和土地資源本底條件南北差異較大，南部區(qū)縣土地和水資源條件相對(duì)較好，地勢(shì)平坦，灌溉條件較好，種植業(yè)相對(duì)發(fā)達(dá)；北部地區(qū)以土石山區(qū)和黃土高原丘陵溝壑為主，灌溉用水相對(duì)困難，種植業(yè)發(fā)展水平相對(duì)較低。

2 計(jì)算方法

根據(jù)2020年1月自然資源部發(fā)布的《資源環(huán)境承載能力和國(guó)土空間開(kāi)發(fā)適宜性評(píng)價(jià)指南（試行）》（以下簡(jiǎn)稱“指南”）要求，計(jì)算耕地承載規(guī)模的方法如下：從水資源的角度，可承載的耕地規(guī)模包括可承載的灌溉耕地面積和單純以天然降水為水源的耕地面積（雨養(yǎng)耕地面積）。從空間約束的角度，將生態(tài)保護(hù)極重要區(qū)和種植業(yè)生產(chǎn)不適宜區(qū)以外區(qū)域的規(guī)模，作為空間約束下耕地的最大承載規(guī)模。按照短板原理，取上述約束條件下的最小值，作為耕地承載的最大合理規(guī)模。

3 水資源約束下的耕地最大承載規(guī)模

灌溉農(nóng)業(yè)和雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)是全球最為典型的農(nóng)業(yè)區(qū)，全球總耕地面積的18%為灌溉耕地面積（FAO，2005），灌溉耕地的糧食產(chǎn)量占全球糧食總產(chǎn)量的40%（UNCSD，1997），全球總耕地面積的82%為雨養(yǎng)耕地面積，雨養(yǎng)耕地糧食產(chǎn)量占全球糧食總產(chǎn)量的60%[6]。

我國(guó)的灌溉面積達(dá)11.1億畝，居世界第一，其中節(jié)水灌溉工程面積達(dá)5.14億畝，占比46.3%。可承載的灌溉耕地面積等于一定條件下灌溉可用水量和農(nóng)田綜合灌溉定額的比值。灌溉可用水量要在區(qū)域用水總量控制指標(biāo)基礎(chǔ)上，結(jié)合區(qū)域供用水結(jié)構(gòu)、三產(chǎn)結(jié)構(gòu)等確定。農(nóng)田綜合灌溉定額根據(jù)當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)際情況，以代表性作物（水稻、小麥、玉米等）灌溉定額為基礎(chǔ)，根據(jù)不同種植結(jié)構(gòu)、復(fù)種情況、灌溉方式（漫灌、管灌、滴灌、噴灌等）、農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)等確定。數(shù)據(jù)來(lái)源為《咸陽(yáng)市統(tǒng)計(jì)年鑒》及《陜西省統(tǒng)計(jì)年鑒》。

（1）灌溉可用水量。

根據(jù)《咸陽(yáng)市貫徹最嚴(yán)格的水資源管理制度考核辦法》和陜西省水利廳《關(guān)于下達(dá)“十三五”水資源管理控制目標(biāo)的通知》中相關(guān)要求，2020年咸陽(yáng)市用水總量的控制目標(biāo)為14.47 億m3，2030年用水總量控制目標(biāo)為15.50 億m3。規(guī)劃遠(yuǎn)期2035年與2030年用水總量保持不變，保持15.50 億m3。

2014～2018年農(nóng)田灌溉用水占比下降，2016～2018年穩(wěn)定在52%左右，用水量下降至5.6 億m3。規(guī)劃2035年農(nóng)田灌溉需水量占比下降至43%，農(nóng)田灌溉可用水量為6.65 億m3，較2018年增長(zhǎng)19%。

2014～2018年咸陽(yáng)市用水總量和農(nóng)田灌溉用水總量分析如圖1所示。

圖1 2014～2018年咸陽(yáng)市用水總量和農(nóng)田灌溉用水總量分析

（2）農(nóng)田綜合灌溉定額的確定。

農(nóng)田綜合灌溉定額根據(jù)當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)際情況，以代表性作物（水稻、小麥、玉米等）灌溉定額為基礎(chǔ)，根據(jù)不同種植結(jié)構(gòu)、復(fù)種情況、灌溉方式（漫灌、管灌、滴灌、噴灌等）、農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)等確定。

統(tǒng)計(jì)咸陽(yáng)市2016～2018年農(nóng)業(yè)作物種植結(jié)構(gòu)，選取小麥和玉米作為主要糧食作物，蔬菜作為主要的經(jīng)濟(jì)作物。分析可知：小麥∶玉米∶蔬菜的種植結(jié)構(gòu)在1∶0.687∶0.418上下浮動(dòng)，具有較好穩(wěn)定性，規(guī)劃種植比例為1∶0.687∶0.418。2016～2018年主要農(nóng)作物和經(jīng)濟(jì)作物種植比例如圖2所示。

圖2 2016～2018年主要農(nóng)作物和經(jīng)濟(jì)作物種植比例

統(tǒng)計(jì)2016～2018年咸陽(yáng)市的總播種面積及各年度年末耕地面積，計(jì)算得到復(fù)種系數(shù)，規(guī)劃選取2016～2018年的平均值為1.42。

2016～2018年咸陽(yáng)市復(fù)種系數(shù)計(jì)算如表1所示。

表1 2016～2018年咸陽(yáng)市復(fù)種系數(shù)計(jì)算

2018年咸陽(yáng)市總灌溉面積為21.869 萬(wàn)hm2，其中節(jié)水灌溉面積為14.849 萬(wàn)hm2，占比67.9%，略高于全省67.4%的水平。規(guī)劃2035年節(jié)水灌溉面積占比達(dá)到80%，農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)達(dá)到0.65以上，與發(fā)達(dá)國(guó)家持平。

根據(jù)《陜西省行業(yè)用水定額》，小麥的灌溉用水量定額取120 m3/畝，玉米100 m3/畝，蔬菜230 m3/畝。結(jié)合不同種植結(jié)構(gòu)、復(fù)種情況、灌溉方式（漫灌、管灌、滴灌、噴灌等）、農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)，規(guī)劃2035年咸陽(yáng)市農(nóng)業(yè)綜合灌溉定額為127.84 m3/畝。

（3）可承載的灌溉耕地面積。

綜上，可承載的灌溉耕地面積等于一定條件下灌溉可用水量和農(nóng)田綜合灌溉定額的比值，計(jì)算得出咸陽(yáng)市可承載的灌溉耕地面積為22.245 萬(wàn)hm2。

（4）雨養(yǎng)耕地面積。

雨養(yǎng)耕地面積，根據(jù)作物生長(zhǎng)期內(nèi)降水量、降水過(guò)程與作物需水量過(guò)程的一致性等確定。相關(guān)參數(shù)可采用聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織推薦值，并根據(jù)當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)進(jìn)行修正。

農(nóng)作物需水量ETC按照作物系數(shù)kc與參考作物需水量ET0之積計(jì)算。

計(jì)算農(nóng)作物生長(zhǎng)期內(nèi)的需水量ET0，按照聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織（FAO）推薦的Penman-Monteith公式計(jì)算：

式中：ET0——參考作物蒸散量（mm/d）；Rn——作物表面凈輻射[MJ/（m2·d）]；T——距地面2 m高處的氣溫（℃）；G——土壤熱通量[MJ/（m2·d）]；u2——距地2 m高處的風(fēng)速（m/s）；es——飽和水汽壓（kPa）；ea——實(shí)際水汽壓（kPa）；Δ——飽和水汽壓與溫度曲線斜率（kPa/℃）；γ——溫度計(jì)常數(shù)（kPa/℃）。

咸陽(yáng)市多年平均各月參考作物需水量如表2所示。

表2 咸陽(yáng)市參考作物需水量 單位：mm/d

根據(jù)冬小麥、夏玉米和棉花的生育期和咸陽(yáng)市多年平均逐月降雨量，計(jì)算得到主要農(nóng)作物的需水量。夏玉米的生長(zhǎng)期內(nèi)缺水較少，冬小麥和棉花的缺水量相對(duì)較高，冬小麥在生育期內(nèi)缺水量達(dá)50%以上。

主要農(nóng)作物生育期內(nèi)需水量和降水量如表3所示。

表3 主要農(nóng)作物生育期內(nèi)需水量和降水量

以天然降水為源的雨養(yǎng)耕地面積的確定難以單純的通過(guò)計(jì)算農(nóng)作物的需水量和降水量的一致性計(jì)算。本文采用現(xiàn)狀咸陽(yáng)市旱地的面積作為承載力，計(jì)算中的雨養(yǎng)耕地面積，為16.42 萬(wàn)hm2。

（5）耕地承載的最大合理規(guī)模。

計(jì)算咸陽(yáng)市可承載的灌溉耕地面積與雨養(yǎng)耕地面積之和，為38.657 萬(wàn)hm2。

4 空間約束條件的最大合理規(guī)模

根據(jù)咸陽(yáng)市雙評(píng)價(jià)中種植業(yè)適宜性的結(jié)果，咸陽(yáng)市扣除不適宜農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)極重要區(qū)的面積為65.845 萬(wàn)hm2，超過(guò)38.657 萬(wàn)hm2。

5 結(jié)果分析與討論

（1）短板原理。

取上述約束條件下的最小值，作為耕地承載的最大合理規(guī)模，為38.657 萬(wàn)hm2。分析咸陽(yáng)市農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的可承載規(guī)模與現(xiàn)狀耕地面積，各區(qū)縣農(nóng)業(yè)生產(chǎn)均未超載。本次基本符合當(dāng)?shù)赝恋刭Y源實(shí)際情況，采用的評(píng)價(jià)方法、體系基本可行。現(xiàn)行的“指南”對(duì)于市級(jí)的雙評(píng)價(jià)工作具有一定的指導(dǎo)意義。作為“雙評(píng)價(jià)”成果的一部分，咸陽(yáng)市種植業(yè)承載力的計(jì)算成果如何對(duì)空間上與種植業(yè)適宜性評(píng)價(jià)成果進(jìn)行融合，對(duì)“永久基本農(nóng)田”邊界的劃定進(jìn)行支撐，還需要進(jìn)一步分析。

（2）雨養(yǎng)耕地面積的計(jì)算問(wèn)題。

“指南”中要求根據(jù)作物生長(zhǎng)期內(nèi)降水量、降水過(guò)程與作物需水量過(guò)程的一致性等確定。在咸陽(yáng)市的計(jì)算過(guò)程中，可操作性較差，本次選取現(xiàn)狀旱地面積作為可承載的雨養(yǎng)耕地面積。

天然降水的高效利用對(duì)提高雨養(yǎng)耕地和灌溉耕地均具有重要意義，雨養(yǎng)耕地與灌溉耕地既有對(duì)立性又有統(tǒng)一性，在促進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和對(duì)水的需求上統(tǒng)一，在耕地的集水、保水、用水方面，雨養(yǎng)耕地的技術(shù)表現(xiàn)出明顯的先進(jìn)性和有效性。若在灌溉耕地中引進(jìn)雨養(yǎng)耕地的技術(shù)，將會(huì)節(jié)約大量的水資源，規(guī)劃可利用雨養(yǎng)耕地需水量的計(jì)算水資源最大承載力，即利用聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織推薦的計(jì)算作物需水量的公式，結(jié)合當(dāng)?shù)厍闆r進(jìn)行修正后得到作物需要的灌溉用水量。

（3）資源性缺水與工程性缺水并存。

水資源仍是制約咸陽(yáng)種植業(yè)發(fā)展的主要因素之一，咸陽(yáng)市北部渭北旱塬區(qū)地勢(shì)高低不平、溝壑縱橫，濕陷性大、地下水埋藏深、提水高程大、引水距離長(zhǎng)、發(fā)展灌溉農(nóng)業(yè)工程量大、需要投資多、建設(shè)周期長(zhǎng)，因此為了實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)的高效可持續(xù)發(fā)展，提高雨水的利用效率，發(fā)揮雨水的生產(chǎn)潛力尤為重要[7]。隨著城市發(fā)展對(duì)水資源需求的不斷增長(zhǎng)，未來(lái)的農(nóng)業(yè)用水形勢(shì)將更為嚴(yán)峻[8]。

目前咸陽(yáng)市已成為陜西省級(jí)節(jié)水型城市，種植業(yè)也應(yīng)從自身產(chǎn)業(yè)發(fā)展的角度為創(chuàng)建節(jié)水城市提供助力，提高水資源的承載力，大力發(fā)展節(jié)水灌溉，開(kāi)發(fā)雨水集蓄利用工程，改變農(nóng)藥和化肥施用方式等。