適應水土資源條件的華北地區農業種植布局研究

黃峰，楊曉琳，方瑜，王素芬，康紹忠

（1.中國農業大學土地科學與技術學院，北京 100193；2.中國農業大學水利與土木工程學院，北京 100083）

一、前言

科學開展國土空間規劃，優化國土開發利用和保護格局，需要因水制宜、量水而行。在實現國土空間規劃、生態修復、生態體系建設的水資源供需平衡總目標下，梳理國土空間開發利用現狀及存在問題，提出適應水土資源條件的國土空間利用策略具有重要意義。華北地區在諸多方面具有區位優勢，在我國經濟社會發展全局中具有重大影響；在水資源短缺的條件下，地區農業為保障國家食物安全、推動農村全面發展提供了關鍵支持，但也面臨著多方面的生態環境負效應，特別是多年地下水超采形成的大幅度下降復合漏斗問題威脅著灌溉農業的可持續發展。因此，厘清水土資源現存問題，提出適應水土資源條件的區域農業種植布局方案，促進華北地區農業健康發展，兼具理論研究與實踐應用價值。

本研究涉及的華北地區包括北京市、天津市、河北省、山西省、山東省、河南省，區域人口占全國的比重為24.6%，相應耕地面積的全國占比為21.2%；因光熱充足、土地肥沃成為我國最重要的農牧業生產和商品糧基地，也是重要的工業制造中心、城市群聚集中心。華北地區屬于半干旱半濕潤季風氣候，水資源總量僅占全國的3.72%，人均水資源量約為全國平均水平的16%[1]。水資源構成了制約華北地區經濟社會發展、居民生活水平提高的重大障礙，也成為新一輪國土空間規劃中需要考慮的關鍵性控制因素。

已有研究多圍繞華北地區水資源及農業用水配置[1～4]展開，而結合國土空間規劃層面的新需求[5]，探索適應水土資源條件的華北種植布局優化等課題亟待深化。針對于此，本研究瞄準國土空間規劃、生態修復、生態體系建設的水平衡總目標，分析華北主要農作區的現狀年（2018年）農業種植結構與水土資源布局，考慮人口、經濟、社會、氣候情景、水資源承載力等約束條件，形成華北地區農業種植布局優化方案并提出應對策略建議。需要說明的是，文中涉及數據繁多，除注明引用源的數據外，均為自行建模計算及評估結果。

二、華北地區農業種植與水土匹配的現狀與問題

（一）在耕地面積稍減的情況下，依然擔負全國糧食與食物生產重任

華北地區是我國重要的糧食主產區，改革開放以來主要農作物（糧食、蔬菜、油料、果樹）種植面積的全國占比基本穩定。同期，華北地區糧食總產量的全國占比也基本穩定，平均水平維持在24.5%左右。小麥、玉米、谷子、油料、蔬菜的產量占比分別為45.7%～63.4%、29.5%～39.6%、41.2%～72.3%、22.7%～36.3%、29.8%～40.5%。棉花、豆類產量占比明顯降低：前者從1978年的26.3%下降至2021年的7.13%，后者從1991年的22.9%下降至2020年的9.44%[6]。

盡管耕地面積有所下降，但華北地區仍然擔負著全國糧食和食物生產的重任，表現為農作物總播種面積的提高、大宗農作物產量的增加。例如，谷物產量從1992年的9.187×107t提高到2020年的1.711×108t，小麥、玉米產量分別從1978年的2.555×107t、1.961×107t增長至2020年的8.065×107t、8.103×107t；1978—2021年油料產量由1.43×106t上升至1.078×107t，1983—2020年棉花產量由2.72×106t下降至5.2×105t，豆類產量歷經波動，產量范圍為1.28×106～4.53×106t[6]。

華北地區的種植結構變化情況如下。1978—2021年，糧食作物占總播種面積的比例基本穩定，最大值為1978年的83.4%，最低值為2003年的65%，多年平均值為75.1%，2020年為76.7%。小麥播種面積占糧食播種面積的比例，最大值為2006年的46.4%，最小值為1981年的39.1%，多年平均值為43.9%，2020年為43.1%。玉米播種面積占糧食播種面積的比例，最大值為2016年的46.7%，最小值為1984年的22.9%，多年平均值為33.3%，2020年為45.1%。大豆播種面積占糧食播種面積的比例從1978年的4.97%下降到2020年的2.06%。油料作物播種面積占作物播種面積的比例從1978年的4.13%提高到2020年的7.18%。蔬菜播種面積占作物播種面積的比例從1978年的2.54%提高到2020年的11.46%。從種植結構看，在華北地區的高耗水作物中，小麥占比維持在40%以上，蔬菜占比穩步增長[6]。

（二）灌溉用水效率與水分生產力不斷提高，但水資源緊缺狀況未得到根本性緩解

在華北地區降水持續減少的背景下，根據華北六省市1981—2018年降水量統計及水文年型劃分結果，2001—2018年，枯水5年、平水6年、豐水7年；其中2008—2013年為連續平水年，2003—2005年、2016—2018年為連續豐水區間，平水年和豐水年的占比達到72%。近20年來，華北地區的平均年降水量為601 mm；其中，枯水年平均降水量為522 mm、平水年為601 mm、豐水年為657 mm。由此可見，2000年以來華北地區降水減少的趨勢有所緩解。

華北地區冬小麥-夏玉米體系的生育期降水量年型劃分結果顯示，2001—2018年冬小麥生育期枯水4年、平水7年、豐水7年；其中2012—2014年為連續平水年，2015—2018年為連續豐水年；2010年以來降水條件變好，僅有2011年為枯水年。夏玉米生育期枯水5年、平水6年、豐水7年；除了2014—2015年為枯水年，其余年份為平水年或豐水年。春玉米生育期枯水5年、平水7年、豐水6年，2010年以來只有3個枯水年。無論是全年降水量年型分布，還是主要作物生育期降水量年型分布，21世紀以來的20年中平水年和豐水年居多。但從長期氣候變化趨勢看，無論在平水年還是豐水年，與上一個氣候時段（1970—2000年）相比，華北地區600 mm等降水量線已經轉移到冀魯豫交界的黃河一線。這一重要變動表征了氣候的明顯變化，對認識華北地區近20年種植業用耗水歷史、開展未來種植業結構“適水調整”都具重要的指導意義。

從冬小麥生育期看，不同水文年型中各省份的冬小麥都處于降水虧缺狀態；即使在豐水年，除河南省的虧缺量低于100 mm外，其他區域的水分虧缺均值為100～150 mm；河北平原、山東西部、河南北部是小麥水分虧缺相對嚴重的地區，虧缺均值為150～270 mm。夏玉米生育期在枯水年份，河北平原、山東西北部、河南北部依然面臨降水虧缺狀態。因此，從農田水均衡角度看，河南北部、山東西北部、河北平原在不同水文年型下的降水均不能滿足各自的耗水需求，這一地帶識別為“農田水分失衡帶”，與華北地區“地下水超采漏斗區”高度吻合。因此，華北地區仍然需要相當的灌溉量才能達到目前的產量水平。地區總用水量從2000年的7.802×1010m3增長到2020年的7.836×1010m3，增長相對緩慢；而農業用水量從2000年的5.354×1010m3下降到2020年的4.197×1010m3，降幅（21.6%）較為顯著。農業用水量在總用水量中的比例從2000年的68.6%下降到2020年的53.6%，明顯低于全國平均值（62.1%），但地區分布差異很大。例如，北京市的農業用水僅占總用水量的7.9%，而天津市、河北省、河南省、山東省、山西省的對應占比分別為37.1%、58.9%、52.1%、60.2%、72.8%[7]。

華北地區在農產品增產、生產方式更加集約的情況下實現了農業用水量及占總用水量比例的明顯下降，說明農業用水效率顯著提高。區域內灌溉水有效利用系數從2000年的0.573提升至2020年的0.647，高于全國水平14.5%，其中天津市進步顯著。2020年，天津市灌溉水有效利用系數為0.72，較2000年提高了22.6%；北京市為0.75（提高18.9%），河南省為0.617（提高16.5%），山東省為0.646（提高15.3%），河北省為0.675（提高9.50%）；華北地區糧食作物水分生產力從1.058 kg/m3提升到1.543 kg/m3，高于全國水平22.8%[8]。同期，華北地區各省份的畝均（1畝≈666.67 m2）灌溉量均有明顯下降，普遍比全國水平低50%以上；河北省畝均灌溉量從2000年的252 m3下降到2020年的157 m3（降低37.7%），河南省從197 m3下降到164 m3（降低16.7%），山東省從261 m3下降到160 m3（降低38.7%），北京市從290 m3下降到119 m3（降低34.1%），天津市從275 m3下降到230 m3（降低16.4%），山西省從270 m3下降到171 m3（降低36.7%）[7]。

華北地區2000—2020年的多年平均降水量為4.213×1011m3（折合水深606 mm），其中形成地表水資源量為5.935×1010m3，形成地下水資源量5.841×1011m3，相應的水資源總量為9.467×1011m3；多年平均用水總量為7.666×1010m3，其中工業用水量為1.262×1010m3（占比為16.5%），城鎮生活用水量為1.242×1010m3（占比為16.2%），農業用水量為4.846×1010m3（占比為63.2%）[7]。同期，華北地區農田平均年耗水量為706 mm。從水平衡角度（耗水量減去降水量）看，近20年的年均農田水分虧缺100 mm，折合農田虧缺水量為2.43×1010m3。（說明：根據作物虧缺需水得到滿足后實際蒸散的水分，除以20年來平均灌溉水有效利用系數0.614即得20年的平均灌溉水量為3.96×1010m3，與華北地區20年的平均農田實灌量（4.36×1010m3）的誤差小于10%；文中計算結果經由水平衡方程驗證，與水資源公報的統計結果基本一致）。

根據華北地區近20年來的農田灌溉耗水、降水耗水特征[1]，結合近20年來地區糧食平均水分生產力（噸糧耗水763 m3）、平均糧食總產（1.438×108t）[8]可測算，華北地區年均農田耗水為1.097×1011m3，其中源于灌溉水3.78×1010m3、源于降水7.19×1010m3。近20年來，華北地區地下供水在總供水中的平均占比為56%；因灌溉需求時空分布與地表水源不匹配，農田灌溉中源于地下水的比例高于56%。測算結果表明，華北地區近20年來的年平均抽取地下水灌溉量為3.489×1010m3，在多年平均地下水資源量中的占比達到59.7%；客觀而言，這一比例是明顯偏高的。

（三）農業水土資源匹配失衡，農業產出與水資源承載力矛盾突出

華北地區農業水土資源高度不匹配。對于單位耕地面積占有的水資源量，2000年為208 m3/畝（為全國水平的16.7%），2018年為253 m3/畝（為全國水平的18.6%）；表觀上看略有增加，但因兩個年份均為豐水年且耕地面積略有減少，使得相關變動不具有統計顯著性。從國土空間分布看，河北省（為全國平均水平的12.4%）、山西省（14.8%）最為失衡，天津市（19.8%）、河南省（20.6%）、山東省（22.2%）均在全國水平的20%附近；僅有北京市接近全國水平（81.6%），但這與其近年來產業政策調整引起的耕地數量減少有關。從水土匹配的時間變化看，天津市農業水土資源的不匹配狀態加重，而其他各省份的農業水土匹配趨向均衡化；天津市和河北省嚴重缺水、山西省中度缺水的基本態勢未發生改變。在當前經濟社會快速發展的背景下，水土資源高度不匹配的態勢很難在短期內得以扭轉，這是華北地區食物安全必須面對的重大挑戰。

華北地區是我國糧食和食物安全的重要保障區，但其農業成就是在水資源嚴重短缺條件下取得的，人均水資源量、水土資源配置比例均顯著低于全國平均水平；因氣候干旱導致水資源量減少、工業城市發展對水資源需求量增加等因素的共同作用，區域內的農業用水總量逐年減少。然而，隨著農業生產條件改善，作物產量穩步提高，如作為小麥和玉米主產省份的河北、河南、山東等地，近30年來的糧食總產量增加了5.85×107t，其中糧食單產的大幅增加是主導因素。在糧食單產方面，小麥增加了200.9 kg/畝（增幅為120%），玉米增加了179 kg/畝（增幅為90%），而作物耗水量并沒有隨著糧食單產增加而明顯增長。可以認為，農業總用水量降低條件下農業產出的不斷增加，主要得益于農業科技進步、農業基礎設施條件改善。也要注意到，在未來華北地區氣候變干變暖的趨勢下，農業能否持續承載這樣的生產規模是難以回避的重大問題。

除了滿足區域內的食物熱量需求，華北地區農業還肩負著全國糧食和食物安全的重任。華北地區在1998—2018年食物熱量供給充足，自給率不斷上升；但食物消費的剛性增長與資源環境硬約束并存，在供給能力提升的同時，耕地資源和水資源必然面臨考驗，尤其是北京市、天津市、山西省的熱量供需虧缺嚴重。在不加重水土資源負荷的前提下穩定保持河南省、山東省、河北省等糧食主產區的生產能力，“適水”發展是根本出路。

根據華北地區水土資源承載力評價研究結果，北京市的農業水土資源匹配系數、污水處理率、農業用水比例及墾殖率均處于I等級，這是北京市農業水土資源可承載力較高的主要原因。然而，北京市人口密度高、城市化水平高、第一產業貢獻率低等因素限制了農業的發展規模；農業發展潛力有待提升，通過提升農業機械動力應用水平方式來提高糧食產量，會使農業水土資源承載力更佳。天津市作為北方大城市，和北京市一樣具有人口密度大、城市化水平高、第一產業貢獻率低的特征，農業不是主要發展行業；地區水質較差（水功能區達標率、污水處理率均處于IV等級）也是水土資源承載力較低的主要原因。

河北省面積較大，人口密度相比京津兩市也較低，相應地農業占比稍高一些，第一產業產貢獻率為9.27%；農業機械化較為發達，單位面積耕地的用電量、農業機械總動力均處于I等級。造成河北省水土資源承載力不高的主要因素為水質偏低（主要為劣質水），如黑龍港地區淺層咸水量大（2～5 g/L微咸水年可利用量約為2.2×109m3）而污水量較小。河北省的水功能區達標率、污水處理率、萬元國內生產總值（GDP）產污量及化學需氧量等均處于IV～V等級，亟待改善。應高度重視本地區的水質問題，以提高污水處理率、減少污水排放等措施來優化水土資源承載力。

山西省農業水土資源承載力在華北地區居后（僅為0.362），處于超載狀態。究其原因，農業水土資源匹配系數較低、農業萬元GDP耗水量較高、農業用水比例較高、農田有效灌溉比率較低、單位面積耕地用電量及農業機械總動力較低是主要因素。這些指標等級也反映出了山西省農業發展較為滯后，農業水資源利用效率低造成了農業水資源浪費。需要推進農業機械化和農業現代化，促進節水事業發展，才能實質性改善山西省的水土資源承載力。河南省和山東省處于水土資源承載的臨界狀態，主要是因為當地墾殖率和農業用水比例較高，如河南省墾殖率為48.58%、山東省墾殖率為48.07%。此外，林草覆蓋率較低也是影響山東省水土資源承載力的原因之一。

三、水土資源約束下的華北地區農業種植國土空間優化配置

（一）華北地區農業發展規模動態預測

農業水資源承載力主要體現在兩方面：農業可利用水資源對耕地有效灌溉面積的承載能力；農業可利用水資源灌溉生產的糧食對流域人口的承載能力。河北省、山東省、河南省、山西省是全國糧食增長的核心區域之一，影響區域糧食生產的主要制約因素在于地表水開發潛力小、地下水超采嚴重、供水明顯不足。采用多類方案，建立了“承載灌溉面積”“承載糧食生產”“承載人口規模”計算模型；考慮節水、氣候、技術等動態變化因素，討論了多年平均來水條件下華北地區農業水資源承載能力。

首先，分析了區域內農業可利用的灌溉水資源量。華北地區生產發達、人口稠密，不同行業用水競爭激烈，經濟社會需水模數較大，而水資源衰減問題相對嚴重，水資源短缺、水生態退化、水環境污染現象較為突出。為了實現華北地區的可持續發展，需要建立水資源配置工程體系，綜合利用地表水、地下水、引黃水、南水北調水、非常規水。為此，選取2025年、2030年、2035年為預測年份，依據南水北調工程總體規劃及中/東線工程規劃、華北六省市水資源公報及規劃報告等數據源，預測了黃河水供水、長江水供水、地表水及地下水供水情況；綜合考慮各省份相關行業部門規劃、技術經濟可行性等制約因素，測算了華北地區非常規水源供水量；灌溉用水比例以2014—2018年各省份的灌溉用水比例變化趨勢為基準，在此基礎下降5%～10%，由此推算出2025年、2030年、2035年各省份的灌溉用水比例，從而計算得出農業灌溉可用水量。

其次，區域可承載的有效灌溉面積按灌溉供水量與畝均灌溉用水量之比來計算。推廣節水設施可減少農業可利用灌溉水量，從而支持可承載有效灌溉面積的增加；根據節水面積的近10年變化情況來預測未來節水因子。氣候變暖、降水量減少等氣候因子將增大畝均灌溉水量，對有效灌溉面積造成不利影響。根據測算，華北六省市2025年、2030年、2035年灌溉用水量可承載的有效灌溉面積均比現狀年高。例如2025年，北京市可多承載7.42%～17.3%，天津市可多承載42.78%～97.54%，河北省可多承載29.11%～46.77%，河南省可多承載17.22%～28.82%，山東省可多承載17.92%～29.64%，山西省可多承載0.7%～16.23%；具體來看，北京市增幅較小是因為節水設施已經得到了普遍推廣（節水灌溉比率已接近1），河南省和山東省增幅較小是因為畝均灌溉水量已達較好水平（難以進一步降低）。2030年、2035年華北六省市隨著外來水量的不斷增加以及農田水利設施的持續完善，由灌溉水量承載的有效灌溉面積均將進一步增加。

第三，區域可承載的糧食產量按畝均糧食產量與種植面積之積計算，種植面積根據華北六省市的灌溉面積與種植面積關系計算得到。農業機械耕作、節水灌溉、施肥等科技因子會提高糧食產量，根據近年的科技進展以及文獻研究結果，預測未來年份的科技因子區間。相比現狀年的糧食產量，2025年北京市可多承載35.12%～49%，天津市可多承載59.21%～122.31%，河北省可多承載36.91%～57.1%，河南省可多承載20.93%～34.13%，山東省可多承載20.51%～33.76%，山西省可多承載6.87%～24.41%。

最后，區域可承載的人口規模按糧食總產量與人均糧食需求量之比計算。2025年、2030年、2035年，華北地區（除去北京市和天津市）人口在不同程度地高于現狀地區的實際人口規模，說明不同省份之間存在糧食的調入/調出情況。這一結果對應于已有文獻的研究結論：河北、河南、山東、山西四省為糧食輸出區、北京、天津兩市為糧食輸入區。

預測結果表明，2025年、2030年、2035年華北地區灌溉水量分別為5.675×1010m3、5.842×1010m3、5.818×1010m3，可支撐的灌溉面積分別為3.466億畝、3.618億畝、3.646億畝，可承載的糧食產量分別為2.273×1011kg、2.419×1011kg、2.487×1011kg，可承載的人口數量分別為5.88億人、6.26億人、6.44億人。

（二）華北地區“農田水分失衡帶”的“適水種植”優化方案

河南北部、山東西北部、河北平原構成了華北地區“農田水分失衡帶”。以地下水超采相對嚴重的河北平原為例，探討了“適水種植”優化方案。

河北省的地下水超采區主要分布在河北平原，其中淺層地下水超采區分布在河北平原西部的太行山山前平原區（包括保定市、石家莊市、邢臺市、邯鄲市西部，張家口壩上的部分縣域），深層地下水超采區分布在黑龍港地區（以滄州市、衡水市、邢臺-邯鄲東部縣域為主，還有唐山南部縣域）。該地區冬小麥-夏玉米一年兩熟的種植制度主要靠抽取地下水進行灌溉，尤其是冬小麥生育期的自然降水嚴重不足，需抽取大量地下水進行灌溉以滿足冬小麥生長需求。為了緩解地下水水位下降速率、維持地下水資源可持續開采，應適時調整地下水超采區的冬小麥種植格局，也要考慮調整高耗水蔬菜的種植規模。為此，提出了兩類種植結構調整模式以支持“節水壓采”：保持原有冬小麥-夏玉米體系不變，減少每年的冬小麥種植面積，實現季節性休耕；冬小麥采取“適應降水種植”方式，根據水文年型的不同組合來預先確定冬小麥的種植規模。

在冬小麥生育期抽取地下水進行灌溉是導致地下水位下降的主要原因，因而減少冬小麥種植面積成為減少灌溉耗水的直接途徑。以河北省地下水超采區灌溉節水50 m3/畝為基礎目標，探討了不同水文年型時冬小麥需減少的種植比例（本研究基于降水與耗水的差值來計算灌溉耗水，豐水年降水多故單位灌溉耗水少；在同樣的灌溉節水目標下，豐水年需要減少更多的冬小麥種植面積，而枯水年則相反）。由于降水是冬小麥生育期需水的唯一天然來源，為了充分利用降水資源、減少地下水抽取，“適應降水種植”（主要指根據水文年型調整種植規模，后續還要考慮采用旱地小麥種植模式）的冬小麥種植模式應成為當前考慮的重點。為達到“枯水年少種，豐水年多種”的目標，在以灌溉節水為度量時，應充分考慮降水的年際變化、水文年型的分布，即“豐水年節水目標低，枯水年節水目標高，實現總體節水平衡”。此外，對于冬小麥生育期耗水，枯水年最高、豐水年最低，因而適應降水的種植模式，應盡量降低冬小麥生育期的耗水量。

基于以上分析，從降水的年際分布出發，進一步討論水文年型與種植模式的所有組合中冬小麥灌溉耗水與節水的規律、冬小麥種植面積與灌溉定額以及灌溉節水目標之間的關系，據此制定“適應降水種植”的冬小麥種植模式。

（三）華北地區“適水種植制度”研究

綜合分析了過去30年來華北平原31種多樣化種植制度的“適水種植”效應，通過長期定位試驗明確了傳統冬小麥-夏玉米一年兩熟種植制度的優化節水灌溉模式與節水潛力，探究了30種種植制度（含單作和輪作在雨養、灌溉等條件）的地下水消耗、產量、經濟效益、水分利用效率等適應性指標。從華北地區的水土適配角度看，需統籌考慮光/熱/水資源稟賦，因地制宜發展多樣化的種植制度，確保華北地區水資源可持續利用與糧食生產雙重安全、農業綠色發展的協調。

四、華北地區農業種植布局的優化舉措

（一）調整地區功能定位

針對華北地區的水資源現狀、未來氣候變化以及社會發展情景，需從國家全局層面開展華北地區糧食和食物安全地位的重新評估與定位調整；位于華北地下水超采區的京津冀、豫北、魯西北等尤為迫切。在滿足華北地區經濟發展、城市化建設、居民生活需求，保障華北以及全國的糧食和食物安全的基礎上，在今后一段時期內，可適度減輕華北地區商品糧和其他商品化農產品的生產與供應負擔。給予華北地區耕地、水資源、生態系統“休養生息”時間，支持未來華北以及全國糧食和食物安全的可持續性，最終實現適應多重目標、反映國際化和綠色化背景的華北地區水資源保障能力。

（二）加強水土適配

西部地區水資源開發利用程度高、東部地區土地資源開發利用程度高，“西北缺水、東南缺土”的水土資源整體格局反映了全國水土資源分布極不均衡的現狀。水資源短缺是造成華北地區水土匹配現狀的關鍵因素，改善農業水土資源的匹配性是提高華北地區農業生產綜合效益的有效途徑。對于農業用水量比例遠高于其耕地面積比例的北京市和天津市、略高于耕地面積比例的山東省和河北省，應采取積極措施以調整作物種植結構，改種低耗水作物或擴大節水灌溉技術應用，嚴格落實水資源管理制度，守住水資源紅線和耕地面積紅線。

（三）提升資源承載力

華北地區的水土資源承載力存在明顯的時空差異性，各省份的農業可持續發展水平受到約束。在考慮節水、氣候變化、農業科技等方面動態演進的條件下，基于華北地區未來農業發展規模的動態預測結果，明確各省份提升水土資源承載力的途徑為：天津市以提高水質為主要改善舉措，河北省在改善水質的同時可通過調水等方式緩解水資源短缺局面，山西省宜大力推廣農業機械化、農業節水普及化并據此提高農業用水效率、實現農業現代化，山東省和河南省需進行適度休耕（以減少耕地面積）并提升林草覆蓋率。

（四）優化農業種植空間布局

在綜合考慮水文年型、地下水采補平衡、灌溉節水目標、糧食和食物及營養熱量安全等多重目標的基礎上，華北地區抓緊調整種植業生產的國土空間布局，實質性落實“以水定地”。在華北地下水深層超采區，采取科學方法和堅決措施，優化以冬小麥（降水與需水不匹配型）、蔬菜（高耗水型）為代表的灌溉水需求“大戶”的種植空間布局，“該減則減”；而因壓減造成的產能下降，可考慮在地區內甚至全國范圍進行補償及平衡。具體而言，深層地下水超采嚴重的河北平原東南部（滄州市、衡水市、邢臺-邯鄲東部縣域）和天津市，淺層地下水超采區（太行山山前平原、豫北、魯西北），需要因地制宜，嚴格按照當地的水資源、人口和社會經濟承載量，科學規劃并合理配置農業及種植業水資源；發展“適應降水”的半旱地種植制度和結構，根據地下水回補上升的速率決定“休養生息”時段的長短。

（五）適水調整種植結構

在華北地區，對于嚴重地下水超采區，應適度降低高耗水作物的種植規模，合理增加休耕比例，嘗試單作、冬小麥-夏玉米復種的季節性休耕、雨養種植模式。對于中度地下水超采區，可發展經濟作物的糧食基多樣化輪作模式（1.25≤復種指數≤1.67），以此增加休耕比例、降低耗水并提高經濟效益。對于糧食功能區，建議保留冬小麥-夏玉米種植模式，推廣配套的綜合節水技術應用，如“麥2玉1”的優化灌溉制度、貯墑旱作提高土壤水分利用效率等農藝節水措施，滴灌/微噴灌等水肥一體化的工程節水技術，節水抗旱品種的生物節水技術等；還需配套一定的節水管理政策。

五、結語

華北地區是全國糧食和食物安全的關鍵區域，盡管近20年來降水條件相比過去30年（1980—2010年）的平均情況已有好轉，但與前一個氣候時間段（1970—2000年）相比，降水和水資源仍整體減少，地下水超采嚴重，因而壓減地下水開采仍是今后的艱巨任務。本研究提出了適應水土資源條件的華北地區農業布局可持續發展構思：抓住一條主線（適水發展）、依靠兩個落實（以水定產、以水定地），突出四大重點（增強水土適配、提升資源承載力、優化農業生產布局、適水調整種植結構）。在充分考慮氣候變化、經濟社會發展的基礎上，運用“水文年型-種植結構-節水灌溉”目標組合，力求發揮“節水保產、節水穩產”效應，盡可能壓低菜果生產中的地下水開采需求，追求“節水”“糧豐”雙贏。相關研究結果豐富了已有研究結論[9～13]，為解決華北地區糧食安全用水問題提供了路徑依據。

確保華北地區未來糧食和食物安全的生產用水，還需考慮劃定“農業用水安全紅線”，具體包括農業用水總量紅線、灌溉水有效利用系數紅線、耗水總量紅線、單位耗水紅線四方面。未來，華北地區農業水土資源匹配、糧食和食物安全都需在上述水資源與農業用水歷程的基礎上加強水土資源適配性。