北京平原造林工程對生態(tài)需水量的影響研究

王 展 鵬，柯 櫻 海*，潘 云，李 志 萍，孫 穎，張 懷 清

(1.首都師范大學(xué)城市環(huán)境過程與數(shù)字模擬國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地/首都師范大學(xué)水資源安全北京實(shí)驗(yàn)室，北京 100048;2.北京市水文地質(zhì)工程地質(zhì)大隊(duì)，北京 100195;3.中國林業(yè)科學(xué)研究院資源信息研究所，北京 100091)

0 引言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展和城鎮(zhèn)化不斷推進(jìn)，北京市水資源嚴(yán)重短缺，環(huán)境壓力日益突出[1-6]。為改善城市生態(tài)環(huán)境，打造綠色宜居之都，北京市于2012年啟動(dòng)了平原地區(qū)百萬畝人工造林項(xiàng)目，以“兩環(huán)、三帶、九楔、多廊”為總體布局，按照“以城市發(fā)展新區(qū)為主體、城市功能拓展區(qū)為重點(diǎn)、生態(tài)涵養(yǎng)發(fā)展區(qū)為補(bǔ)充”的原則構(gòu)建平原區(qū)生態(tài)空間結(jié)構(gòu)[7，8]。平原區(qū)造林工程改變了原有的土地利用類型，滿足造林區(qū)植被生長的水資源量也隨之變化，及時(shí)掌握和量化造林工程對生態(tài)需水量的影響，對北京水資源合理利用和生態(tài)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義[9]。目前，平原造林工程生態(tài)效益相關(guān)研究主要集中在生態(tài)安全[10]、熱環(huán)境改善[2]、大氣質(zhì)量提升[11]方面，對生態(tài)需水量的影響研究相對欠缺。

植被生態(tài)需水量指為保證植被生態(tài)系統(tǒng)健康生長、確保其生態(tài)服務(wù)功能正常發(fā)揮而必須消耗的水量。由于系統(tǒng)蒸散耗水量是生態(tài)需水主要的水分支出項(xiàng)，因此，植被蒸(散)發(fā)原理是估算植被生態(tài)需水量的主要理論基礎(chǔ)。目前，Penman-Monteith公式[12]作為聯(lián)合國糧農(nóng)組織(FAO)的推薦方法，精度較高[13]，已廣泛應(yīng)用于天然植被、耕地以及城市植被的生態(tài)需水量估算。例如：楊媛媛等[14]、周曉東[15]利用該方法分別估算了孔雀河流域天然植被和云南小江流域植被的生態(tài)需水量；Shojaei等[16]在該方法的基礎(chǔ)上開發(fā)了WUCOLS和LIMP方法，用于估算伊朗伊斯法罕市的景觀需水量；王學(xué)等[17]利用該方法估算了河北平原冬小麥面積收縮后的節(jié)水量；曹永強(qiáng)等[18]利用該方法并結(jié)合有效降雨量分析了河北省邯鄲市主要作物的需水情況。綜上，本文以北京市平原新造林區(qū)為研究區(qū)，研究時(shí)段選取氣象條件相近的2010年和2018年，基于衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)、氣象及土地利用數(shù)據(jù)，充分考慮造林前后植被覆蓋度，利用FAO-56 Penman-Monteith公式，定量分析造林前后生態(tài)需水量時(shí)空變化特征，探究造林工程引起的土地利用變化對生態(tài)需水量的影響，為北京水資源合理分配和優(yōu)化利用、生態(tài)環(huán)境恢復(fù)和可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)和決策參考。

1 研究區(qū)和數(shù)據(jù)

本文研究區(qū)為北京市東南部平原區(qū)(圖1)，整體海拔低于100 m，約占北京市總面積的39%。該區(qū)屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候，雨熱同期，夏季高溫多雨，冬季寒冷干燥，降水季節(jié)分配不均，全年降水的80%集中在6-8月，多年平均降水量約527 mm。北京市水資源主要來自降水產(chǎn)生的徑流、降水對地下水的補(bǔ)給及外部水系對區(qū)域徑流的補(bǔ)給。近年來，城市化進(jìn)程加速了水資源消耗，主要地表供水水源密云水庫年徑流量從20世紀(jì)50年代的16.6億m3降至2018年的5.34億m3(不考慮調(diào)水部分)，下降明顯[19]，地下水也存在長期嚴(yán)重超采現(xiàn)象。雖然南水北調(diào)工程緩解了一部分供水壓力，但水資源短缺仍是北京市綠色發(fā)展面臨的難題。為改善平原區(qū)生態(tài)環(huán)境，北京市于2012年啟動(dòng)“百萬畝造林工程”，提高東南部平原區(qū)及延慶平原區(qū)森林資源體量，至2017年底累積造林117萬畝。

圖1 研究區(qū)概況Fig.1 Overview of the study area

本文研究數(shù)據(jù)包括：1)2010年、2018年研究區(qū)內(nèi)所有氣象站點(diǎn)數(shù)據(jù)，來源于中國地面氣候資料日值數(shù)據(jù)集和中國輻射日值數(shù)據(jù)集[20]，包括氣溫、風(fēng)速、濕度、壓強(qiáng)、降水、凈輻射等日值數(shù)據(jù)。由圖2可知，2010年和2018年月平均氣溫(3-5月除外)、月平均降水(7月除外)與累年平均值較接近。2)2010年、2018年土地利用/覆蓋數(shù)據(jù)(圖3，彩圖見封3)，來源于中國多時(shí)期土地利用/覆蓋遙感監(jiān)測數(shù)據(jù)庫[21]，土地類型包括耕地、林地、草地、水體、建設(shè)用地和未利用地6個(gè)一級類型以及25個(gè)二級類型，分類精度達(dá)85%以上。3)2012-2018年平原造林工程分布圖斑數(shù)據(jù)(圖3)，由其他文獻(xiàn)數(shù)據(jù)綜合而得[9,22]。

圖2 北京市平原區(qū)2010年與2018年氣溫與降水量變化Fig.2 Change of temperature and precipitation in the plain area of Beijing in 2010 and 2018

圖3 2010年和2018年北京市土地利用/覆蓋及平原區(qū)造林分布Fig.3 Land use/cover and plain afforestation distribution in Beijing in 2010 and 2018

2 研究方法

2.1 植被生態(tài)需水定額和需水量

植被蒸散量在不受水分限制條件下，僅與植被的生理特性和外界蒸發(fā)條件有關(guān)。本文利用Penman-Monteith公式分別估算新造林區(qū)2010年耕地(不含休耕地、溫室大棚)、林地、草地及2018年林地的植被生態(tài)需水定額ETp(mm/d)和需水量W(m3/d)。計(jì)算公式如下：

ETp=ET0×Kc×Ks

(1)

(2)

W=ETp×Ap

(3)

式中：ET0為參考作物的蒸散量(mm/d)；Kc為植被系數(shù)；Ks為土壤水分系數(shù)；Rn為植被表面的當(dāng)日凈輻射通量(MJ/m2)；G為土壤熱通量密度(MJ/m2)；γ為干濕表常數(shù)(kpa/℃);T為當(dāng)日平均氣溫(℃)；U2為2 m高度處的平均風(fēng)速(m/s)；es為飽和蒸汽壓(kpa)；ea為實(shí)際蒸汽壓(kpa)；Δ為溫度—蒸汽壓曲線斜率(kpa/℃)；Ap為植被實(shí)際覆蓋面積。

植被系數(shù)Kc指不同生長期內(nèi)植物的生態(tài)需水量與參考作物蒸散量的比值,植被系數(shù)在全生育期具有穩(wěn)定性，在不同生育期相對不穩(wěn)定。限于實(shí)驗(yàn)條件等原因，本研究無法精確獲得Kc，因此根據(jù)前人研究及新造林區(qū)實(shí)際情況確定Kc。2010年新造林區(qū)內(nèi)的植被主要為耕地、林地和草地，耕地又分冬小麥、夏玉米及輪作耕地。其中，冬小麥、夏玉米的Kc參考文獻(xiàn)[23,24]確定，輪作耕地的Kc由小麥在10月至次年5月和玉米在6-9月的Kc合并計(jì)算；林地常見樹種包括國槐、楊樹、白蠟、銀杏等數(shù)十種[24]，各類樹種的植被系數(shù)存在差異，為簡化計(jì)算，本文綜合文獻(xiàn)[25-27]中的植被系數(shù)。最終采用的植被系數(shù)Kc值如表1所示。

表1 各月各類型植被的Kc值Table 1 Vegetation coefficient(Kc) of each vegetation type in each month

土壤水分系數(shù)Ks與土壤含水率相關(guān)，一般采用 Jensen 公式[14]確定土壤水分供應(yīng)不足時(shí)植被的實(shí)際蒸散量隨土壤含水率的變化情況。對于農(nóng)作物，為獲得最佳產(chǎn)量，虧缺的水分會(huì)通過灌溉補(bǔ)給，因此一般認(rèn)定耕地進(jìn)行了充分灌溉，其土壤水分系數(shù)Ks取1。對于非農(nóng)業(yè)系統(tǒng)，不需要累積更多生物量以生產(chǎn)可收獲的作物，植被的灌溉量一般會(huì)低于農(nóng)作物[28]。參照文獻(xiàn)[29]，計(jì)算草地、林地適宜需水量時(shí)，Ks為0.87，計(jì)算滿足植被基本生長的最小生態(tài)需水量時(shí)，Ks為0.36。

實(shí)地調(diào)查表明，新造林區(qū)仍存在大面積裸露土壤，有必要計(jì)算植被覆蓋度，從而計(jì)算新造林區(qū)的植被實(shí)際覆蓋面積Ap。本文通過Landsat數(shù)據(jù)計(jì)算Ap,公式為：

(4)

式中：N為某植被類型在造林圖斑內(nèi)的Landsat像元數(shù)量；Fvci為第i個(gè)像元內(nèi)的植被覆蓋度；A為Landsat像元面積，本文A=900 m2。

借助谷歌地球引擎(GEE)云平臺(tái)，基于2010年和2018年Landsat 5 TM、Landsat 7 ETM+、Landsat 8 OLI數(shù)據(jù)，通過去條帶、去云、去陰影處理后，求取新造林區(qū)圖斑內(nèi)各像元的NDVI全年最大值，再利用混合像元分解模型中常用的線性像元二分模型計(jì)算植被覆蓋度Fvc[30]，公式為：

Fvc=(NDVIveg-NDVI)/(NDVIveg-NDVIsoil)

(5)

式中：NDVI為當(dāng)前像元?dú)w一化植被指數(shù)；NDVIveg為純植被覆蓋像元的NDVI值；NDVIsoil為純裸土覆蓋像元的NDVI值。

受大氣、地表濕度的改變以及粗糙度、土壤類型、植被類型等不同的影響，NDVIsoil和NDVIveg并非固定值。參考文獻(xiàn)[30]，對于2010年或2018年,分別利用當(dāng)年最大NDVI分布圖,以2%置信度截取NDVI的上下閾值，高值作為當(dāng)年的NDVIveg，低值作為當(dāng)年的NDVIsoil，得到新造林區(qū)2010年和2018年植被覆蓋度(圖4，彩圖見封3)。以Fvc=0.3為閾值，當(dāng)像元Fvc值大于0.3時(shí)，則認(rèn)為該像元為造林覆蓋區(qū)域。

圖4 2010年與2018年北京市平原新造林區(qū)植被覆蓋度Fig.4 Vegetation coverage of the plain afforestation area in Beijing in 2010 and 2018

2.2 植被生態(tài)缺水定額

為評價(jià)降水能否完全滿足單位面積植被的生態(tài)需水，本文利用植被生態(tài)缺水定額QEW(mm/d)評價(jià)植被缺水情況[23,29,31]，計(jì)算公式為：

QEW=ETp-Pe

(6)

Pe=a×P

(7)

式中：Pe為日有效降水量(mm/d)；a為降水入滲系數(shù)；P為日降水量(mm/d)。

本文根據(jù)經(jīng)驗(yàn)參數(shù)及文獻(xiàn)[29]認(rèn)為：當(dāng)單次降水大于50 mm時(shí)，a=0.8；當(dāng)單次降水為5～50 mm時(shí)，a=1；當(dāng)單次降水小于5 mm時(shí)，a=0。將計(jì)算獲得的逐日植被生態(tài)缺水?dāng)?shù)據(jù)累加可得逐月數(shù)據(jù)。

2.3 耕地類型劃分

新造林區(qū)包括一部分退耕還林地塊，不同農(nóng)作物類型和種植方式對生態(tài)需水量影響較大，因此有必要對新造林區(qū)劃分耕地類型。根據(jù)北京市統(tǒng)計(jì)年鑒[32]，2010年北京耕地面積為22.4萬hm2，其中玉米、蔬菜及食用菌、小麥為主要耕種類型，分別占15萬hm2、6.8萬hm2和6.2萬hm2，部分耕地存在冬小麥、夏玉米輪作現(xiàn)象[33]；2018年玉米、蔬菜及食用菌、小麥的耕種面積分別為4萬hm2、3.6萬hm2和1萬hm2，相比2010年玉米和小麥面積減小明顯。結(jié)合文獻(xiàn)[34]，本研究推定造林占用的主要為玉米和小麥的耕種用地。由于北京平原區(qū)小麥一般在10月份播種，次年6月初收獲，玉米在6月份播種，10月初收獲[35]，因此以修正后的新造林區(qū)圖斑(圖3)為邊界，分別提取2009年11月-2010年5月及2010年6-9月最大NDVI空間圖，分別計(jì)算兩個(gè)時(shí)期的植被覆蓋度Fvc。當(dāng)Fvc大于0.6時(shí)，認(rèn)為有農(nóng)作物耕種；若兩個(gè)時(shí)期Fvc都大于0.6，則認(rèn)為該地塊為冬小麥、夏玉米輪作；若Fvc均小于0.6，則認(rèn)為該像元處于休耕狀態(tài)[36]。

3 結(jié)果與分析

3.1 新造林區(qū)土地利用類型轉(zhuǎn)化來源分析

由2010年新造林區(qū)土地利用分布情況(圖5，彩圖見封3)可知：1)新增造林總面積為656.61 km2，占平原區(qū)總面積的10.61%，呈片狀主要分布在大興、通州、順義、房山、昌平城市發(fā)展新區(qū)，多為退耕還林區(qū)。其中，耕地為515.52 km2，占新造林區(qū)面積的78.51%，一年一熟的玉米為主要作物類型，面積約288.7 km2，占新造林區(qū)耕地面積的56%；一年兩熟的冬小麥、夏玉米輪作耕地面積約為187.33 km2，占新造林區(qū)耕地面積的36.35%，與2010年北京市統(tǒng)計(jì)年鑒數(shù)據(jù)[32]相符；剩余7.65%的耕地未種植玉米和小麥。2)靠近城市中心的新造林區(qū)一部分圍繞環(huán)線分布，以行道樹為主，另一部分呈點(diǎn)狀分布，多為城市綠地公園(如東郊森林公園等)。這部分新造林區(qū)主要來源于建設(shè)用地(76.72 km2)，占總造林面積的11.69%。3)其余土地利用類型占比較小且零散，基本是將已有植被區(qū)域和裸露區(qū)域改造為綠地公園或濕地公園等。研究結(jié)果與北京市平原區(qū)百萬畝植樹造林規(guī)劃基本相符。

圖5 2010年北京市平原新造林區(qū)土地利用類型分布Fig.5 Land cover type of the plain afforestation area in Beijing in 2010

3.2 新造林區(qū)生態(tài)需水/缺水定額逐月變化特征

由圖6a可以看出，2010年林地與2018年林地的逐月適宜生態(tài)需水定額近似，僅在下半年相差48.55 mm，說明兩年氣候條件近似，對生態(tài)需水量的影響十分有限；草地生物量比林地少，總體生態(tài)需水定額相對較低，2010年草地適宜生態(tài)需水定額較林地少75.56 mm，進(jìn)行造林改造后，生態(tài)需水量有所增加；對于耕地而言，冬小麥種植期和玉米種植期的總生態(tài)需水定額分別為301.45 mm和337.75 mm，對于僅種植玉米的耕地，適宜生態(tài)需水定額略低于林地，但玉米冬小麥輪作耕地的需水定額遠(yuǎn)高于林地。從逐月變化看，冬小麥在冬季休眠期過后蒸散發(fā)量迅速上升，從返青期到收獲期(2-5月)，需水定額多達(dá)250.31 mm，特別是4-5月抽穗灌漿期生態(tài)需水量達(dá)到峰值；同期林地適宜需水定額明顯偏低，僅為106.48 mm。玉米在6-10月生長期內(nèi)需水定額達(dá)到337.75 mm，而同期林地適宜生態(tài)需水定額明顯偏低，特別是在9月份，林地適宜生態(tài)需水定額低42～44 mm。一般農(nóng)作物需充分灌溉，而草地、林地可在適當(dāng)缺水的條件下生長，對比圖6a和圖6b可以看出，耕地的適宜生態(tài)需水定額遠(yuǎn)高于林地、草地的最小生態(tài)需水定額。

圖6 不同植被生態(tài)需水定額Fig.6 Ecological water demand quota of different vegetation

由2010年和2018年植被適宜生態(tài)缺水定額與最小生態(tài)缺水定額(圖7)可知，耕地的缺水定額在春季較高，其中，冬小麥在2-5月缺水尤為明顯，缺水總額達(dá)210.92 mm。北京春季降水量少，而耕地在該時(shí)期生態(tài)需水量較大，導(dǎo)致自然降水在該時(shí)期無法滿足農(nóng)作物生長需求；同期，草地和林地生態(tài)需水量較小，在滿足適宜生長條件下，2010年春季缺水定額分別為29.6 mm和61.23 mm(圖7a)。夏季降水量充沛，能滿足各類型植被的生態(tài)需水量，即使2010年7月降雨量偏少，也能基本達(dá)到林地和草地的最小生態(tài)需水量(圖7b)。秋冬季節(jié)降水量少，但也基本可以滿足新造林地的最小生長需求，秋季基本處于植被生長季末期，對植被的生態(tài)影響較小。從全年看，在適宜生長條件下，2018年新造林地缺水總額為-51.95 mm，在滿足人工林基本生存條件下，新造林地全年缺水總額為-309.21 mm。

圖7 不同植被生態(tài)缺水定額Fig.7 Ecological water shortage quota of different vegetation

3.3 新造林區(qū)生態(tài)需水量空間分布變化

統(tǒng)計(jì)北京市各區(qū)新造林地2010年、2018年的最小、適宜生態(tài)需水量。由于耕地與其他植被的生態(tài)、經(jīng)濟(jì)價(jià)值不同，僅統(tǒng)計(jì)其充分灌溉條件下的生態(tài)需水量，而林地、草地則分別統(tǒng)計(jì)其維持基本生存的最小生態(tài)需水量以及滿足正常生長的適宜生態(tài)需水量(表2)。從空間分布看，靠近城市中心最小生態(tài)需水量小幅增加，遠(yuǎn)離城市中心生態(tài)需水量則顯著減少。北京城市功能區(qū)中，首都功能核心區(qū)和城市功能拓展區(qū)(海淀區(qū)除外)新造林區(qū)的最小生態(tài)需水量由2010年的232.5萬m3增至2018年的337.4萬m3，生態(tài)涵養(yǎng)發(fā)展區(qū)新造林區(qū)的最小生態(tài)需水量由2010年的2 008.5萬m3減至2018年的1 239.7萬m3(減少38.28%)，城市發(fā)展新區(qū)新造林區(qū)最小生態(tài)需水量減少幅度最大(49.81%)。總體而言，2018年的最小生態(tài)需水量較2010年減少了8 884萬m3(減少47.22%)；而2018年適宜生態(tài)需水量較2010年增加了4 382.6萬 m3(22.34%)，其中，首都功能核心區(qū)和城市功能拓展區(qū)增幅最大(73.99%)，生態(tài)涵養(yǎng)發(fā)展區(qū)增幅為19.55%，城市發(fā)展新區(qū)增幅則較小(2.43%)。

由于2010年與2018年的氣象條件存在一定差異，為控制影響因素，以2018年氣象條件為基準(zhǔn)，基于2010年新造林區(qū)的土地利用情況計(jì)算最小生態(tài)需水量和適宜生態(tài)需水量(表2)。可以看出，造林改變了土地利用，使得新造林區(qū)植被最小生態(tài)需水量減少11 677.4萬m3(減少54.05%)，適宜生態(tài)需水量增加1 496萬m3(增加6.65%)。

表2 各行政區(qū)新造林區(qū)植被生態(tài)需水量Table 2 Ecological water demand of vegetation in the afforestation area in each district 萬m3

3.4 造林工程對不同土地類型生態(tài)需水量的影響

北京平原區(qū)造林導(dǎo)致的土地利用變化是生態(tài)需水量時(shí)空變化的決定性原因。退耕還林面積占新造林地的78.51%，極大減少了農(nóng)業(yè)用水的消耗。由圖8可知，2010年耕地生態(tài)需水量為18 250萬m3，占新造林區(qū)需水量的97.00%；若以2018年氣象條件為基準(zhǔn)，耕地生態(tài)需水量為20 978萬m3。退耕還林后，2018年該區(qū)域人工林的最小生態(tài)需水量僅為7 878.3萬m3(圖8b)，同等條件下減少了62.45%，說明若僅維持林地的基本生存，退耕還林的節(jié)水效果十分顯著。根據(jù)北京市水資源公報(bào)[37,38]，2010年北京市農(nóng)業(yè)用水量為11.4億m3，2018年減少至4.2億m3，一定程度上驗(yàn)證了造林后農(nóng)業(yè)需水量減少。耕地的需水壓力遠(yuǎn)大于林地，尤其是春季北京降水量少，單位種植面積缺水定額大(圖7)。夏季玉米的需水定額雖然更大，但北京此時(shí)降水量充沛，基本能滿足其需水量。趙久然等[39]的研究也表明，雨養(yǎng)旱作即可保證玉米的生態(tài)需水。相比而言，除非在枯水年春季過于干旱，一般情況下，林地僅靠降水就能基本滿足全年各月最小需水量。

圖8 2010年與2018年新造林區(qū)各土地類型生態(tài)需水量Fig.8 Ecological water demand of various land types in the afforestation area in 2010 and 2018

從適宜人工林生長的角度而言，2018年退耕還林區(qū)的適宜生態(tài)需水量相比2010年稍有增加，但若以2018年氣象條件為基準(zhǔn)，退耕還林后適宜生態(tài)需水量則有所減少(圖8a)。林地的適宜生態(tài)需水定額小于全年有效降水量486.69 mm，說明全年降水量可以滿足林地生長發(fā)育需求。北京全年80%降水集中在夏季，此時(shí)有效降水相比植被生態(tài)需水量仍有盈余；而春季是人工林生長的關(guān)鍵時(shí)期，此時(shí)降水較少，人工林處于缺水狀態(tài)，應(yīng)進(jìn)行有效灌溉。從長遠(yuǎn)看，應(yīng)充分利用北京雨水夏季多、春秋少的特點(diǎn)，開展林地節(jié)水集雨技術(shù)應(yīng)用，滿足新造林區(qū)的需水量[40]。

生態(tài)需水量變化較大的其次為建設(shè)用地，包括城區(qū)行道樹、綠地公園的建設(shè)和農(nóng)村居民點(diǎn)的改造，其最小生態(tài)需水量在造林后為1 091.2萬m3，占2018年新造林區(qū)最小需水總額的10.99%。未利用地由于面積占比低，在造林前降水或流入地下管網(wǎng)、河流，或自然蒸發(fā)，基本未被利用或利用率較低，在植樹造林后這些地方通常被改造為濱河公園、濕地公園，最小生態(tài)需水量在2018年為247.7萬m3，占總額的2.50%。

4 結(jié)論

本研究以北京平原新造林區(qū)為研究區(qū)，基于氣象、土地利用以及遙感數(shù)據(jù)，利用FAO Penman-Monteith植被蒸散發(fā)方法，同時(shí)考慮新造林區(qū)植被覆蓋度，估算了2010年和2018年新造林區(qū)各植被類型生態(tài)需水量，對比分析了植樹造林前后新造林區(qū)植被生態(tài)需水量及其逐月變化特征和空間分布特征，得出以下結(jié)論：

(1)綜合考慮平原造林圖斑數(shù)據(jù)及遙感提取的植被覆蓋度信息，平原區(qū)新增造林(不含延慶平原區(qū))總面積約656.61 km2，其中78.51%的新造林地由耕地轉(zhuǎn)化而來，建設(shè)用地、未利用地騰退造林占14.27%；新造林地在城市發(fā)展新區(qū)和生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)呈片狀分布，在功能核心區(qū)和拓展區(qū)呈線狀和點(diǎn)狀分布。

(2)耕地各月份的生態(tài)需水定額高于林地，特別是在春季，冬小麥需水定額遠(yuǎn)高于林地的適宜生態(tài)需水定額。從缺水定額的角度看，耕地缺水量巨大，必須進(jìn)行大量灌溉才能保證收成，而正常條件下春季降水基本能維持林地生存，因此植樹造林的節(jié)水效果顯著，會(huì)極大減輕灌溉用水壓力。

(3)在新造林區(qū)總生態(tài)需水量的變化上，2018年的最小生態(tài)需水量比2010年減少了8 884萬m3(減少47.22%)，適宜生態(tài)需水量增加了4 382.6萬m3(增加22.34%)；以2018年的氣象條件為基準(zhǔn)，由土地利用變化導(dǎo)致的新造林區(qū)最小需水量減少了11 676.4萬m3(減少54.05%)，適宜需水量僅增加了1 496 萬m3(增加6.65%)。一般在林木移栽初期，需進(jìn)行有效灌溉，此后無須充分灌溉，實(shí)際生態(tài)需水量會(huì)明顯減少。

總體而言，北京平原區(qū)通過大規(guī)模退耕還林緩解了需水壓力。由于林地樹種類型繁多，本文在計(jì)算中未能考慮新造林區(qū)的具體樹種類別。為更合理評估生態(tài)需水量的變化情況，今后應(yīng)考慮具體林木構(gòu)成和不同土壤條件[41]，評價(jià)不同造林樹種的生態(tài)需水量；同時(shí)，充分考慮水資源承載力[42]，提高降水利用效率，為北京新一輪平原造林工程提供建議。