双评价中的种植业承载能力计算方法分析

（中国城市规划设计研究院，北京 100041）

2019年5月，《中共中央国务院关于建立国土空间规划体系并监督实施的若干意见》中明确指出，国土空间规划是国家空间发展的指南、可持续发展的空间蓝图，是各类开发保护建设活动的基本依据。按照《中共中央国务院关于建立国土空间规划体系并监督实施的若干意见》要求，资源环境承载能力和国土空间开发适宜性评价（简称“双评价”）是编制国土空间规划、完善空间治理的基础性工作，是优化国土空间开发保护格局、完善区域主体功能定位，划定生态保护红线、永久基本农田、城镇开发边界（简称“三条控制线”），确定用地用海指标的参考依据。双评价主要包括农业和城镇资源环境承载能力的计算以及从生态、农业、城镇的角度对国土空间的开发适应性进行评价。

对资源环境承载力认知进行剖析是开展双评价的基础[1]，进行严谨科学的资源环境的承载能力计算，在土地资源和水资源的双重约束条件下核定种植业发展边界及增长潜力[2]，发挥双评价工作的基础性和约束性作用，也是支撑国土空间规划的重要部分[3]。随着国民经济的不断发展，工业化、城镇化进程的不断推进，耕地资源与水资源存在严重的农转非现象，农业水资源和土地资源成为制约我国农业健康发展的两大刚性约束[4]。借助对农业种植业承载力的核算，可为估计农业种植业增长潜力以及调整选择农业生产结构提供依据，前瞻性地判断种植业发展的环境边界，为揭示农业发展面临的挑战和威胁、加强农业可持续发展能力建设提供依据。

咸阳市位于“一带一路”的关键节点，经济发展处于加速转型的关键期。有研究表明，咸阳市的水环境压力指数居陕西省之首，属于水环境压力最严重的地区[5]。计算咸阳市的种植业承载力，对了解咸阳市资源环境禀赋、支撑咸阳市国土空间规划有着重要意义。

1 研究区概述

咸阳市位于107°39′E～109°11′E，34°12′N～35°34′N，地处陕西关中平原腹地，东部为西安、西咸新区，南部为长安、鄂邑区，西部为杨凌、扶风、麟游，北部为铜川及甘肃庆阳、平凉。咸阳市属于暖温带大陆性季风气候，四季分明。全市可划分为渭北高原北暖温带半湿润气候区和关中渭河平原南暖温带半湿润区两个气候区。

咸阳市沿渭河河道向北，地势呈阶梯形增高，由一、二级河流冲击阶地过渡到一、二级黄土台塬，北部连接陕北高原南伸的山地。咸阳市南部属于关中平原，地势平坦，土地肥沃，农业灌溉条件优越，是全国重要的粮食和经济作物产区。咸阳市由北至南可划分为马栏土石山区、黄土高原沟壑区、黄土丘陵沟壑区、黄土台塬区和泾渭冲积平原区五个地貌分区。咸阳市北部塬面黄土厚度达数十米至百米，由于长期受泾水、渭水干支流的切割，自然生态环境相对脆弱。

2018年末，咸阳市耕地面积为48.6 万hm2，其中水浇地面积为24.0 万hm2，占比49%，高于全省水平，主要集中在南部泾渭冲积平原区。咸阳市水资源和土地资源本底条件南北差异较大，南部区县土地和水资源条件相对较好，地势平坦，灌溉条件较好，种植业相对发达；北部地区以土石山区和黄土高原丘陵沟壑为主，灌溉用水相对困难，种植业发展水平相对较低。

2 计算方法

根据2020年1月自然资源部发布的《资源环境承载能力和国土空间开发适宜性评价指南（试行）》（以下简称“指南”）要求，计算耕地承载规模的方法如下：从水资源的角度，可承载的耕地规模包括可承载的灌溉耕地面积和单纯以天然降水为水源的耕地面积（雨养耕地面积）。从空间约束的角度，将生态保护极重要区和种植业生产不适宜区以外区域的规模，作为空间约束下耕地的最大承载规模。按照短板原理，取上述约束条件下的最小值，作为耕地承载的最大合理规模。

3 水资源约束下的耕地最大承载规模

灌溉农业和雨养农业是全球最为典型的农业区，全球总耕地面积的18%为灌溉耕地面积（FAO，2005），灌溉耕地的粮食产量占全球粮食总产量的40%（UNCSD，1997），全球总耕地面积的82%为雨养耕地面积，雨养耕地粮食产量占全球粮食总产量的60%[6]。

我国的灌溉面积达11.1亿亩，居世界第一，其中节水灌溉工程面积达5.14亿亩，占比46.3%。可承载的灌溉耕地面积等于一定条件下灌溉可用水量和农田综合灌溉定额的比值。灌溉可用水量要在区域用水总量控制指标基础上，结合区域供用水结构、三产结构等确定。农田综合灌溉定额根据当地农业生产实际情况，以代表性作物（水稻、小麦、玉米等）灌溉定额为基础，根据不同种植结构、复种情况、灌溉方式（漫灌、管灌、滴灌、喷灌等）、农田灌溉水有效利用系数等确定。数据来源为《咸阳市统计年鉴》及《陕西省统计年鉴》。

（1）灌溉可用水量。

根据《咸阳市贯彻最严格的水资源管理制度考核办法》和陕西省水利厅《关于下达“十三五”水资源管理控制目标的通知》中相关要求，2020年咸阳市用水总量的控制目标为14.47 亿m3，2030年用水总量控制目标为15.50 亿m3。规划远期2035年与2030年用水总量保持不变，保持15.50 亿m3。

2014～2018年农田灌溉用水占比下降，2016～2018年稳定在52%左右，用水量下降至5.6 亿m3。规划2035年农田灌溉需水量占比下降至43%，农田灌溉可用水量为6.65 亿m3，较2018年增长19%。

2014～2018年咸阳市用水总量和农田灌溉用水总量分析如图1所示。

图1 2014～2018年咸阳市用水总量和农田灌溉用水总量分析

（2）农田综合灌溉定额的确定。

农田综合灌溉定额根据当地农业生产实际情况，以代表性作物（水稻、小麦、玉米等）灌溉定额为基础，根据不同种植结构、复种情况、灌溉方式（漫灌、管灌、滴灌、喷灌等）、农田灌溉水有效利用系数等确定。

统计咸阳市2016～2018年农业作物种植结构，选取小麦和玉米作为主要粮食作物，蔬菜作为主要的经济作物。分析可知：小麦∶玉米∶蔬菜的种植结构在1∶0.687∶0.418上下浮动，具有较好稳定性，规划种植比例为1∶0.687∶0.418。2016～2018年主要农作物和经济作物种植比例如图2所示。

图2 2016～2018年主要农作物和经济作物种植比例

统计2016～2018年咸阳市的总播种面积及各年度年末耕地面积，计算得到复种系数，规划选取2016～2018年的平均值为1.42。

2016～2018年咸阳市复种系数计算如表1所示。

表1 2016～2018年咸阳市复种系数计算

2018年咸阳市总灌溉面积为21.869 万hm2，其中节水灌溉面积为14.849 万hm2，占比67.9%，略高于全省67.4%的水平。规划2035年节水灌溉面积占比达到80%，农田灌溉水有效利用系数达到0.65以上，与发达国家持平。

根据《陕西省行业用水定额》，小麦的灌溉用水量定额取120 m3/亩，玉米100 m3/亩，蔬菜230 m3/亩。结合不同种植结构、复种情况、灌溉方式（漫灌、管灌、滴灌、喷灌等）、农田灌溉水有效利用系数，规划2035年咸阳市农业综合灌溉定额为127.84 m3/亩。

（3）可承载的灌溉耕地面积。

综上，可承载的灌溉耕地面积等于一定条件下灌溉可用水量和农田综合灌溉定额的比值，计算得出咸阳市可承载的灌溉耕地面积为22.245 万hm2。

（4）雨养耕地面积。

雨养耕地面积，根据作物生长期内降水量、降水过程与作物需水量过程的一致性等确定。相关参数可采用联合国粮农组织推荐值，并根据当地经验进行修正。

农作物需水量ETC按照作物系数kc与参考作物需水量ET0之积计算。

计算农作物生长期内的需水量ET0，按照联合国粮农组织（FAO）推荐的Penman-Monteith公式计算：

式中：ET0——参考作物蒸散量（mm/d）；Rn——作物表面净辐射[MJ/（m2·d）]；T——距地面2 m高处的气温（℃）；G——土壤热通量[MJ/（m2·d）]；u2——距地2 m高处的风速（m/s）；es——饱和水汽压（kPa）；ea——实际水汽压（kPa）；Δ——饱和水汽压与温度曲线斜率（kPa/℃）；γ——温度计常数（kPa/℃）。

咸阳市多年平均各月参考作物需水量如表2所示。

表2 咸阳市参考作物需水量 单位：mm/d

根据冬小麦、夏玉米和棉花的生育期和咸阳市多年平均逐月降雨量，计算得到主要农作物的需水量。夏玉米的生长期内缺水较少，冬小麦和棉花的缺水量相对较高，冬小麦在生育期内缺水量达50%以上。

主要农作物生育期内需水量和降水量如表3所示。

表3 主要农作物生育期内需水量和降水量

以天然降水为源的雨养耕地面积的确定难以单纯的通过计算农作物的需水量和降水量的一致性计算。本文采用现状咸阳市旱地的面积作为承载力，计算中的雨养耕地面积，为16.42 万hm2。

（5）耕地承载的最大合理规模。

计算咸阳市可承载的灌溉耕地面积与雨养耕地面积之和，为38.657 万hm2。

4 空间约束条件的最大合理规模

根据咸阳市双评价中种植业适宜性的结果，咸阳市扣除不适宜农业生产和生态极重要区的面积为65.845 万hm2，超过38.657 万hm2。

5 结果分析与讨论

（1）短板原理。

取上述约束条件下的最小值，作为耕地承载的最大合理规模，为38.657 万hm2。分析咸阳市农业生产的可承载规模与现状耕地面积，各区县农业生产均未超载。本次基本符合当地土地资源实际情况，采用的评价方法、体系基本可行。现行的“指南”对于市级的双评价工作具有一定的指导意义。作为“双评价”成果的一部分，咸阳市种植业承载力的计算成果如何对空间上与种植业适宜性评价成果进行融合，对“永久基本农田”边界的划定进行支撑，还需要进一步分析。

（2）雨养耕地面积的计算问题。

“指南”中要求根据作物生长期内降水量、降水过程与作物需水量过程的一致性等确定。在咸阳市的计算过程中，可操作性较差，本次选取现状旱地面积作为可承载的雨养耕地面积。

天然降水的高效利用对提高雨养耕地和灌溉耕地均具有重要意义，雨养耕地与灌溉耕地既有对立性又有统一性，在促进农业生产和对水的需求上统一，在耕地的集水、保水、用水方面，雨养耕地的技术表现出明显的先进性和有效性。若在灌溉耕地中引进雨养耕地的技术，将会节约大量的水资源，规划可利用雨养耕地需水量的计算水资源最大承载力，即利用联合国粮农组织推荐的计算作物需水量的公式，结合当地情况进行修正后得到作物需要的灌溉用水量。

（3）资源性缺水与工程性缺水并存。

水资源仍是制约咸阳种植业发展的主要因素之一，咸阳市北部渭北旱塬区地势高低不平、沟壑纵横，湿陷性大、地下水埋藏深、提水高程大、引水距离长、发展灌溉农业工程量大、需要投资多、建设周期长，因此为了实现农业的高效可持续发展，提高雨水的利用效率，发挥雨水的生产潜力尤为重要[7]。随着城市发展对水资源需求的不断增长，未来的农业用水形势将更为严峻[8]。

目前咸阳市已成为陕西省级节水型城市，种植业也应从自身产业发展的角度为创建节水城市提供助力，提高水资源的承载力，大力发展节水灌溉，开发雨水集蓄利用工程，改变农药和化肥施用方式等。