有机蔬菜产业园的水平衡分析<br/>——以南京地区为例

有机蔬菜产业园的水平衡分析
——以南京地区为例

2014-03-28陈瑶王树进

长江蔬菜 2014年19期

陈瑶王树进

有机蔬菜产业园的水平衡分析
——以南京地区为例

陈瑶王树进

特约栏目主持：王树进

男，安徽庐江县人，南京农业大学经济管理学院教授、博士生导师，南京农业大学农业园区研究中心主任，中国农学会农业科技园区分会副会长，中国农业技术经济学会常务理事。长期以来研究农业技术经济问题，农业园区的发展、规划设计与经营问题。参加与主持过国家、部（省）级科研课题近20项，发表论文、专著、教材等100多篇（部）。近10年来，每年亲自为全国各地农业园区提供的规划设计服务3～4项。在业界率先提出“因地制宜、因势利导、因人成事、因难见巧”的四因规划原则与设计理念。

导读：世界有机农业发展呈现七大优势：一是由单一、分散、自发的民间活动转向全球性的农业运动；二是由关心环保到关注环保和食品安全；三是由绿色食品扩大到绿色产品；四是有机食品认证国际化；五是从事有机农业的农场数量空间增加；六是由区域性布局转向全球性布局；七是销售渠道多元化。由此为我们发展和生产绿色蔬菜提供了机遇，有机蔬菜产业园需严格按照相关标准建设，其中对水源质量的要求也很高，有机蔬菜产业园区域内部集蓄的雨水是有机农业灌溉用水的首选。

1 必要性

有机蔬菜产业园对水源质量的要求很高，而蔬菜种植耗水量又比较大，如果从产业园外部引水灌溉，则存在水源质量不可控的问题，所以有必要分析有机蔬菜产业园的自有水源是否能满足需求。

水平衡分析，就是要对有机蔬菜产业园的本地水源可供量和需求量作比较分析，以便在产业园的规划中合理安排种植结构，努力实现补水需求的最小化，尽可能使园区来水曲线与需水曲线相吻合，这样有利于节约园区生产成本。

2 水平衡的基本原理

2.1 可利用水资源

蔬菜产业园的可利用水资源包括地表水和地下水。其中地表水可进一步分为域内降水和过境水（亦称客水）。本文建议有机蔬菜产业园尽可能不采用地下水，原因有二：一是近几十年来不少地区的地下水开采已经诱发地面沉降、海水入侵等问题；二是根据国土资源部调查，我国地下水环境污染严重，全国约有一半城市市区的地下水受污染比较严重，地下水水质呈下降趋势，由污染造成的缺水城市和地区日益增多。

地表水中的过境水可能被区域上游利用，水质不能有效控制，用于有机农作物的灌溉存在一定风险。因此，有机蔬菜产业园应充分利用区域内降水形成的天然水资源。区域内部集蓄的雨水属于可控水源，是有机农业灌溉用水的首选。

因此，下文讨论的有机蔬菜园灌溉用水来源，特指地表水中的域内降水。域内降水除去地表吸收的部分外，通过径流的形式汇集于水库（塘坝），多余的则流向域外。有机蔬菜产业园应尽量通过水利工程及设施的建设，增强域内的蓄水能力，留住这部分地表水。

设Q为区域内可积蓄的地表水源总量，Q1为区域内的水库（或塘坝）的雨水径流量，Q2为区域内其他汇水面的雨水径流量，则地表水源总量的计算公式如下：

式中：F1—水库或塘坝的水面面积；M—平均降水强度（单位时间降雨量）；T—降雨历时；K—水面的全年蒸腾系数；F2—其他汇水面的面积；Φ—汇水面上的径流系数。在不考虑引用客水的情况下，上述公式（1）中的总水量Q，即为有机蔬菜产业园的可供水总量。

2.2 作物需水量及其对灌溉的要求

农业用水量与灌溉面积、灌溉技术和当年的降水量有关。降水量对灌区耗水量的影响主要表现在农业耗水和生态耗水上。一方面，大气降水入渗可有效减少农田和生态环境（湿地、林草地等）对灌溉用水量的需求；另一方面，大气降水能够增加空气湿度，减少灌区的蒸发量，实现其降低耗水量的效果。

作物需水量是指作物在适应的土壤水分和肥力水平下，经过正常生长发育，获得高产时的植株蒸腾、棵间蒸发以及构成植株体的水量之和[1]；由于构成植株体的水量与蒸腾及棵间蒸发相比其量很小，实际计算中认为作物需水量在数量上等于高产水平条件下的植株蒸腾量和棵间蒸发量之和。

作物需水量一般以某时段或全生育期所消耗的水层深度（mm）或单位面积上的水量（m3/hm2）来计量。如果某时段作物需水量大于降水量，就需要通过灌溉来补水。因此，不同的降水量下农作物的灌溉次数不一样，不同季节的农作物灌溉次数也不一样。由于降水量年际之间存在差异，需要灌溉系统为农作物提供的补水量也会有很大差异。灌溉系统（包括蓄水设施、提水设备、输水渠道等）的规划设计通常以干旱年份的灌溉保证率要求为标准。根据《灌溉与排水工程设计规范》的相关规定，灌溉保证率的确定，应以充分考虑灌区水土资源、种植结构、水文气象等因素为前提。有机蔬菜产业园一般采用喷灌、微灌等节水灌溉方式，灌溉保证率一般设计在85%～95%。

2.3 供需平衡原理

理想的有机蔬菜产业园应能做到水的供需平衡或供大于需。当一个园区内的降水总量大于作物需水量和蓄水水库（塘坝）本身的蒸腾量之和时，水库（塘坝）就始终不会干涸。反之，意味着园区内部水源不能支持作物的灌溉需求，要实现水的供需平衡，必须引用外部水源（此时牵涉到对客水水质的监控），或调整种植业结构，以降低其生产过程对水的需求。

农用水的供需平衡分析是水利工程建设的前提条件。一般而言，园区内水库（塘坝）库容大小影响降雨的集蓄和利用。库容大，灌溉用水的保证程度（即保证率）就高，但投资要多；库容小，可节省水流工程投资，但灌溉用水的保证率就低。

3 水平衡分析

以南京地区的有机蔬菜产业园为例。

3.1 可供水总量

假定有机蔬菜园的可供水总量来自于域内降水。根据1993-2013年《南京市统计年鉴》，各月份平均降水量见表1。

由表1可知，1992-2012年，平均年降雨量为1 066.2 mm（枯水年为647.9 mm）。全年降雨主要集中在6～8月，其中7月降雨量最多，平均213.8 mm（枯水年为110.4 mm），12月降雨量最少，平均33 mm（枯水年为16.1 mm）。

根据相关文献研究，本地区的水面蒸发量（即全年蒸腾系数K）为1 413.6 mm。径流系数一般和降雨的历时、降雨强度、平均降雨量有关，蔬菜产业园内部各类耕地的径流系数可按0.6计算，其他路面等径流系数可按0.9计算，综合起来汇水面的径流系数Φ可取0.7。

以占地面积20 hm2的有机蔬菜园区为例，假定在枯水年份，本地降水全部收蓄于水库中。将以上有关参数代入公式（1）～（3）中可以算出Q值。由于本地区水面的蒸腾量较大，因此，在总来水量基本不变的情况下（本例取647.9 mm，数据来源于表1），可用水量与水库水面占园区总面积的比例之间呈现明显的反比关系，详见表2。

从表2可以看出，如果水面比例占园区总面积的10%，则考虑水面蒸腾量之后，在枯水年份该产业园内部水资源的可用总量约为66 321 m3。

3.2 需水量测算

蔬菜产业园的需水量测算以蔬菜家庭农场为基本单元。以《长江蔬菜》2013年第23期《蔬菜家庭农场的模型设计与评价》一文介绍的8个模型为例[2]，不同种植模式的蔬菜家庭农场的耗水量详见表3。

从表3中可以看出，全场有机蔬菜种植面积按总占地面积的80%计算（考虑从总面积中扣除蓄水水面、道路等占地）；模型3耗水量按水面蒸发量计算。蔬菜家庭农场中各类栽培模式的耗水量取值主要依据陈玉明等[1]、周立华等[3]对农作物耗水量的研究，其中番茄耗水量主要参考孔德杰等[4]、刘浩等[5]的研究，荷藕耗水量主要参考黄芳[6]的研究，水芹耗水量主要参考陈玲等[7]的研究，西瓜耗水情况主要参考叶澜涛等[8]的研究，樱桃番茄生育期耗水情况主要参考庞云[9]的研究，松花菜耗水情况主要参考齐述华等[10]的研究，辣椒耗水参考霍海霞等[11]的研究，茄子栽培耗水情况主要参考王培兴等[12]的研究，菠菜栽培耗水量主要参考叶澜涛等[13]的研究。

从表3可以看出，模型3、模型5、模型7的作物生育期耗水量都超过了1 000 mm，全园总耗水量都超过了16万m3；而模型4、模型6的作物生育期耗水量皆在400 mm以下，全园总耗水量未超过6.5万m3；模型1、模型2、模型8则介于上述两类之间。

3.3 结论

比较3.1和3.2的测算结果可知，从全年总需水量和可供水总量的角度看，有机蔬菜产业园的模型4和模型6可依靠区内降水来满足有机种植的需求，即使在枯水年份也能保障安全生产，其他模型则需从产业园之外引水来补充蔬菜的灌溉用水。

[1]陈玉明，郭国双，王广兴，等.中国主要作物需水量与灌溉[M].北京：中国水利电力出版社，1995.

[2]王树进，李保凯，刘莹.蔬菜家庭农场的模型设计与评价[J].长江蔬菜，2013（23）：1-3.

[3]周立华，李一兴，孙武刚.银北主要农作物、蔬菜、牧草、树木的需水量和需水规律[J].宁夏农学院学报，1997，18（2）：82-87.

[4]孔德杰，郑国宝，张源沛，等.不同灌水量对设施番茄产量和耗水规律的影响[J].长江蔬菜，2010（24）：45-48.

[5]刘浩，孙景生，梁媛媛，等.滴灌条件下温室番茄需水量估算模型[J].应用生态学报，2011，22（5）：1 201-1 206.

[6]黄芳.旱地浅水莲藕种植技术[J].湖南农机，2011，38（9）：206-207.

[7]陈玲，刘学良，马银月，等.水芹夏、秋两茬高效栽培技术[J].中国园艺文摘，2010（11）：128，135.

[8]叶澜涛，彭世彰，张瑞美.温室滴灌西瓜作物系数的计算及模拟[J].水利水电科技进展，2007，27（5）：23-25.

[9]庞云.樱桃番茄结果期叶片的光合速率与水、肥的关系试验[J].内蒙古农业科技，2006（7）：25-26.