京津冀地区农业生产与水资源利用:历史与适水转型*

齐永青,罗建美,高 雅,闵雷雷,韩琳娜,沈彦俊,5**

(1.中国科学院遗传与发育生物学研究所农业资源研究中心/中国科学院农业水资源重点实验室/河北省节水农业重点实验室石家庄 050022; 2.河北地质大学土地科学与空间规划学院 石家庄 050031; 3.河北省水文勘测研究中心 石家庄 050031;4.河北省水利工程局 石家庄 050021; 5.中国科学院大学现代农学院 北京 100049)

京津冀地区以不到全国1%的水资源量,承载着占全国约8%的人口和10%的GDP,水资源短缺及地下水超采问题已成为京津冀协同发展的“最短板”。京津冀平原生产了全国12%的小麦()和8%的玉米(),自然降水不能满足小麦-玉米一年两熟模式的水分需求,年均水分亏缺250 mm 以上,主要发生在小麦生长季。20世纪70年代以来,京津冀平原区开凿了近100 万眼灌溉机井,农业用水量占平原区地下水开采量的70%以上,超出了区域地下水可开采规模,灌溉既是本地区农业稳产高产的主要支撑条件,也是导致平原区地下水持续超采的主要原因。京津冀平原区灌溉高产农业模式的建立在保障区域粮食安全和经济发展方面起到了不可替代的作用,也付出了巨大的水资源代价。

早在20世纪70年代,黄秉维等就指出靠开采地下水灌溉获得农业高产必不可持续的问题。近40年来,京津冀地区大规模农业灌溉造成的水资源和生态环境问题持续加剧,形成了一方面付出高昂成本进行跨流域调水,另一方面大量消耗本地水资源维持农业高产并向外输出的困局。农业生产迫切需要“适水”转型,不仅要提升节水能力,更要构建与区域水资源条件相匹配的生产规模和种植结构,以实现水资源和农业生产的可持续目标。田间试验研究表明,减少高耗水的冬小麦在轮作体系中的占比,可明显降低粮食生产的灌溉量,通过置换作物类型、优化生育期等手段,一定程度上可弥补冬小麦休耕造成的产量损失; 作物模型模拟研究评估了不同轮作模式对地下水的影响,并提出了相应的适水模式,但是现有研究数量较少,在京津冀平原适水农业耗水-产粮的定量关系、格局优化以及技术体系等方面的研究仍有明显的不足,难以支持区域农业适水转型的实际需求。2014年以来,京津冀地区陆续实施了地下水超采综合治理,在政策驱动下,区域农业加快了适水转型,也对相关理论和技术体系提出了更为紧迫的需求。本文通过对京津冀地区农业生产与灌溉历史的总结,重点分析了近40年来京津冀三地农业发展的特点、地下水超采状况以及农业灌溉对水资源可持续利用的影响; 对区域地下水超采治理与农业转型政策进行了分析,比较了不同轮作模式和种植结构优化方案的产粮能力、水资源效应,对京津冀地区农业适水转型的可行路线提出了建议。

1 京津冀地区的农业生产与灌溉历史

1.1 历史时期的农业生产与灌溉

京津冀是我国人类活动和农业开发历史最悠久的地区之一,早在商代,太行山山前平原区就有农耕活动; 到春秋战国时期,除谷子()、小麦等旱地作物外,部分地区还生产水稻(),并建有配套的水利灌溉设施; 到了明代,小麦成为主栽作物,玉米也传入本地区。清代中期随着人口增长,京津冀地区的农业生产规模显著扩大,冬小麦-谷子、冬小麦-高粱()等一年两熟制和粮棉(spp.)与豆菜间作混种模式普及,冀中、冀南平原形成棉花优势产区。民国时期,在粮棉作物商品化的推动下,京津冀地区农作物种植区域和生产规模进一步扩大。小麦生产受品种改良、灌溉条件改善和商品化等因素的推动,种植区域由冀南平原为主扩大到京津以南的大部分平原地区,播种面积由1914年的118 万hm增加到1937年的208 万hm; 产量由55 万t 增加到153 万t。高粱主要在沧州、保定、天津、唐山等盐碱地较多的区域种植。玉米种植区扩大到冀东丘陵区、北京周边和运东低平原地区。在纺织业发展的促进下,棉花种植区域由山前平原扩大到黑龙港和冀东平原。

随着耕地规模的扩大,农田灌溉体系也得到了相应发展。明清时期主要通过疏浚河道、修建闸渠等工程措施,发展地表水灌溉。滏阳河流域磁县的东西闸、南大渠、北大渠,永年县的利民闸、惠民闸、济民闸、润民闸等建设于明代,产生了数百年的灌溉效益。清中期在怀安县洋河盆地内西洋河、东洋河、洪塘河一带先后修建了30 余条灌渠,灌溉耕地面积4000 余hm。明清时期凿井灌溉主要分布在山前平原浅层地下水条件较好的地区。民国时期,随着现代工程技术的引进,井灌得到了快速发展,河北农矿厅发布《河北省各县凿井暂行办法》支持灌溉井建设,1930—1933年间共新增灌溉井76 382眼,其中超过2/3 集中于平汉铁路(今京广铁路)沿线的太行山山前平原地区。受取水量和开凿成本的影响,井灌主要保障棉花、烟草()等高价值经济作物和小麦的灌溉需求。

1.2 1949年以来的粮食作物生产

新中国成立以来,京津冀地区农业生产特别是粮食生产得到较快的发展。本文使用国家统计局网站公布的京津冀地区各年度统计数据,对1949年以来京津冀地区农业生产情况进行分析。新中国成立后到改革开放前,京津冀地区的粮食生产经历了3 个阶段(图1)。1949—1957年的粮食生产恢复阶段,单产水平呈较快恢复性增长态势,单产年增长7.25%,从649.3 kg·hm增加到1064.4 kg·hm; 1958—1964年的停滞徘徊阶段,粮食作物种植面积出现滑坡,单产增长停滞,在900～1100 kg·hm区间波动;1965—1978年为持续增长阶段,单产年增长速度达到4.89%,突破了2000 kg·hm。粮食总产量的阶段性特征与单产变化基本一致,粮食总产量在波动中提高,1949—1978年全区粮食产量从534.5 万t 增加到1991.0 万t。

图1 京津冀地区1949—2018年粮食作物生产规模和产量变化Fig.1 Changes of grain crops production in Beijing-Tianjin-Hebei region from 1949 to 2018

改革开放以后,农业生产快速发展,到2018年,粮食单产提高到5671.1 kg·hm,总产量达3944.7 万t。伴随粮食生产能力的快速提升,作物结构也发生了显著变化。20世纪50年代,小麦播种面积225.7 万hm,占粮食作物播种面积的29.6%,总产量为159.3万t,占粮食总产量的19.6%; 玉米播种面积为161.8万hm,占比21.2%,年产量为188.5 万t,占粮食总产量的23.2%; 谷子、高粱和薯类面积分别为140.3 万hm、84.4 万hm和65.5 万hm,占粮食作物总播种面积的18.4%、11.1%和8.6%,产量分别为148.6 万t、74.9 万t 和153.4 万t,占到粮食总产量的18.3%、9.2%和18.9%。随着区域农业生产力水平提高和粮食需求的变化,小麦、玉米播种面积和产量占比持续提高,传统的谷子、高粱和薯类等耐旱杂粮作物生产规模和产量持续缩小,到1990年代,小麦、玉米播种面积分别达290.6 万hm和265.1 万hm,占粮食作物总播种面积的39.8%和36.3%; 产量分别达1229.2 万t 和1226.9 万t,分别占区域粮食产量的41.6%和41.5%,区域粮食生产形成了小麦、玉米占绝对主导地位的格局。进入21世纪,小麦和玉米占比进一步扩大,达粮食作物总播种面积和总产量的90%,尤其是玉米的播种面积和产量均超过小麦成为京津冀地区第一大粮食作物,近10年玉米年均播种面积达339.8 万hm,占粮食作物总播种面积的51.3%,产量达1811.0 万t,占粮食总产量的51.9%; 谷子、高粱和薯类等杂粮作物播种面积进一步减少,分别为15.4 万hm、1.8 万hm和26.9 万hm,仅为1950年代播种面积的10.9%、2.1%和41.1%。

1949年以来,特别是改革开放之后,京津冀地区粮食作物种植规模和产量组成快速单一化,耐旱杂粮占比较高的传统两年三熟旱作生产模式被小麦-玉米一年两熟的灌溉丰产模式替代。区域粮食作物生产结构的转变,一方面快速提高了区域粮食生产能力,满足了本地区居民口粮和畜牧业饲料的需求,另一方面也对粮食作物生产的灌溉和田间管理技术体系、经营模式和粮食消费、畜牧业生产带来了深刻的影响。

1.3 1949年以来的经济作物生产

棉花是京津冀农区的重要经济作物之一。伴随19世纪晚期纺织业的兴起,京津冀地区棉花生产规模不断扩大,形成了以冀中南平原为主的棉花种植格局。1949年以来河北省棉花生产经历了波折起伏的发展过程。建国初期农业生产快速恢复,棉花种植面积由60 万hm增加至120 万hm左右,在农作物播种总面积中的占比超过10%。从1958年“大跃进”开始至1970年代末,植棉面积下降,保持在60万hm左右的较低水平。家庭联产承包责任制实施之后,棉花种植面积迅速回升,其中1984年棉田面积达109 万hm,为当年农作物总播种面积的10.9%,总产108.9 万t,创京津冀地区棉花高产纪录。1990年代受病虫害影响,棉花种植面积迅速下降,到2000年之后,京津冀棉区推广抗虫棉品种和配套病虫害防治技术,棉花种植面积逐渐恢复到65 万hm以上。2010年之后,受宏观政策、价格波动以及成本增加影响,棉花生产规模持续萎缩,主产区由冀中南传统棉区向河北东部滨海盐碱地转移,2018年减少至22.8 万hm,仅占农作物总播种面积的2.6%(图2)。

图2 京津冀地区1949—2018年棉花和油料作物生产规模和产量变化Fig.2 Changes of cotton and oilseed crops production in Beijing-Tianjin-Hebei region from 1949 to 2018

京津冀地区油料作物主要有花生()、芝麻()、油葵()、胡麻()与油菜(),主要集中在河北省,北京和天津两地的油料作物生产规模较小。1980年代以前,油料作物种植规模在30 万hm左右,占农作物总播种面积的3%; 家庭联产承包责任制实施之后,油料作物规模快速扩大,到1985年,京津冀地区油料作物播种面积达到83.1 万hm,占农作物总播种面积的8.4%;1986—2003年,油料作物种植规模稳定在60 万～70万hm; 2004年后进入持续萎缩期,2018年种植面积降低到37.1 万hm,占农作物总播种面积的比例由6%左右降低到4.2%(图2)。油料作物总产量与播种面积基本同步,2003年产量达169.5 万t 的峰值,之后缓慢降低,2018年油料作物总产量为122.4 万t。

京津冀地区蔬菜与水果生产规模及产量的连续统计数据始于1978年。蔬菜播种面积从改革开放初期约30 万hm增加到2005年的132.3 万hm,规模扩大了3.4 倍,产量则从837.6 万t 增加到7434.2 万t,提高了7.9 倍; 2005年之后,生产规模快速回落,2010年后稳定在85 万hm左右,年产量约5500 万t(图3)。

果园面积从1978年的19.7 万hm增加到2005年的122.8 万hm,规模扩大了5.2 倍,产量则从99.0万t 增加到1022.4 万t,为1978年的10.3 倍; 2005年之后,果园面积持续减少,到2018年,果园面积降至60.5 万hm,得益于管理水平提高及品种更新的作用,水果单产从2005年的8.3 t·hm提高到2018年的17.2 t·hm,提高107.2%,总产量保持在1000 万t 以上(图3)。

图3 1978—2018年京津冀地区蔬菜(a)、水果(b)播种面积与产量变化Fig.3 Changes of vegetables(a) and fruits(b) production in Beijing-Tianjin-Hebei region from 1978 to 2018

1.4 京津冀农业生产的差异化发展

京津冀三地的农业处于不同发展阶段,农业生产规模和结构差异明显。1978年到2018年,京津冀农作物总播种面积减少18.9%,其中北京市从69.1万hm降至10.4 万hm,天津市从70.0 万hm降至42.9 万hm,河北省从937.1 万hm降至819.7 万hm,分别减少85.0%、38.7%和12.5%(图4)。河北省农作物种植规模在京津冀地区的占比由87.1%提高到93.9%,重要性进一步增强; 北京市农业生产规模显著缩减,仅占京津冀全区农作物总播种面积的1.1%。河北省是京津冀三地粮食和农产品供给的主要地区,2018年生产了京津冀地区93.8%的粮食、99.1%的油料、92.9%的棉花、93.1%的蔬菜和91.7%的水果,河北省的农业规模和产能在京津冀地区占有支配地位,承担着为京津供给农产品的功能。

图4 京津冀三地1978年与2018年作物生产规模(a)与种植结构(b) 对比Fig.4 Comparison of crop planting area(a) and structure(b) between 1978 and 2018 in Beijing,Tianjin and Hebei

近40年来,北京市农业生产规模缩小约80%,粮食生产规模由56.1 万hm减少到5.6 万hm,已基本退出粮食生产,转变为蔬菜、水果生产为主的都市农业模式; 天津市粮食生产规模明显缩小,由60.1 万hm减少到35.0 万hm; 河北省粮食作物种植比例略有降低,但仍占据主体地位,蔬菜和水果生产规模和占比均有所上升,从1978年的2.4%和1.9%提高到2018年的9.3%和6.3%。京津冀地区主要农作物规模、产量变化和地区差异,一方面反映了区域农业政策的影响,全区域粮食作物生产始终保持了较高比例,河北省始终把粮食生产作为第一任务加以落实; 另一方面蔬菜、水果产能的快速提升,则表现为市场引导的影响,农户通过增加高价值的“现金作物”比例获得更高的生产效益。

2 京津冀地区农业水资源利用及其可持续性

2.1 农业灌溉与地下水超采

灌溉条件的持续改善是农业稳定高产的重要支撑条件,京津冀地区灌溉条件的改善以地下水井灌能力的提升为主。在20世纪初期,京津冀地区是典型的旱作农业区,旱地面积占农田面积的近90%,粮食作物以高粱、谷子、小麦和玉米为主,作物熟制主要为两年三熟、三年四熟和一年一熟。1950年代以来,河北省灌溉机井数量增加了153 倍,有效灌溉面积由51.3 万hm增加到299.7 万hm,耕地灌溉比例由10.5%提高到了68.9%,旱作农业转变为灌溉农业,农业生产能力快速提升。农业增产的过程也是灌溉规模扩大、地下水消耗增加的过程。

近20年来,京津冀地区用水总量稳定下降,由2001年的269.0 亿m下降到2018年的250.1 亿m,其中农业用水总量从188.5 亿m减少为135.3 亿m,下降28.2%,农业用水占总水量的比例从70.1%减少为54.1%,但仍是京津冀地区水资源消耗的主体(图5)。京津冀三地中,河北省农业生产规模最大,农业用水量和占比也最大,2001年河北省农业用水量为161.2 亿m,占京津冀农业总用水量的85.5%;2018年减少到121.1 亿m,但受京津两地农业生产和用水规模萎缩的影响,河北省农业用水占京津冀农业总用水量的比例提高到89.5%。近20年来,北京市和天津市的现代化进程明显加速,总用水量呈增加趋势,其中生活用水和生态用水增加明显。北京市农业生产规模显著变小,农业用水量和用水比例快速降低,农业用水量从2001年的17.4 亿m减少到2018年的4.2 亿m,占比则由44.7%下降到10.7%; 天津市农业用水规模基本稳定在10.0 亿m左右,占比由2001年的52.7%下降到35.2%。

图5 2001—2018年京津冀地区用水结构变化Fig.5 Changes of water-use structure in Beijing-Tianjin-Hebei(BTH) region from 2001 to 2018

灌溉用水是农业用水的最主要部门,河北省年均灌溉用水占农业用水量90%以上。平原区农业灌溉主要依赖于开采地下水,占全区地下水开采量的70%以上,部分地区农业灌溉耗水占比高达85%。以小麦、玉米为主的粮食生产占灌溉用水的75%以上,其中以依赖灌溉维持高产的冬小麦耗水最为主要,冀中南平原区小麦灌溉用水占农业用水总量的50%～62%,以粮食生产为主的农业地下水消耗规模已经远远超出了区域地下水可开采规模,农业用水是导致京津冀地区地下水超采的主要原因。持续的地下水超采已对区内的生态环境、社会经济发展和农业生产带来巨大的影响。近20年京津冀地区年均超用水量约70 亿m,在2014年南水北调通水之前,京津冀地区超用的水资源量几乎全部来自地下水。据水利部统计,近30年以来华北地区地下水超采累计亏空1800 亿m左右,超采的面积达到18 万km,以京津冀平原地区超采范围最大,造成了区域性的地下水漏斗。以栾城站所代表的典型山前平原冬小麦-夏玉米轮作区域为例,该站自1974年有观测记录以来,地下水埋深从10 m 左右持续下降,到2018年地下水埋深达到48 m。

2.2 农业生产对水资源可持续性的影响

京津冀地区农业生产的规模和强度对区域水资源可持续性具有显著影响。20世纪90年代以来,节水灌溉比例和作物水分利用效率得到显著提高。但是,小麦-玉米两熟高产农田的年均蒸散耗水量在700 mm 以上,果园的年均蒸散耗水量更高达760 mm,远高于降水量。为了满足持续增长的农产品需求,京津冀平原区需长期依靠地下水灌溉以实现农业高产稳产目标。据估算,1984—2008年间,河北省平原区用于粮食生产的净地下水消耗为1130亿m,获得的粮食增产效益为1.9 亿t,引起中南部平原区的地下水位下降7.4 m,对地下水位下降的贡献率达80%。裴宏伟对区域农业水资源可持续性进行了评价,结果表明,1950年代河北平原区农业水资源可持续利用指数()约为0.64,水资源有较大利用潜力; 随着灌溉强度的增加,1970年代农业水资源开始进入不可持续范围(=-0.13); 2000年之后下降到-0.69,灌溉农业发展和水资源供给不足的矛盾更为突出。

京津冀地区长期高强度、大规模的农业灌溉是地下水过度消耗的重要因素,是治理地下水超采问题的关键所在。由于20世纪70年代以来小麦-玉米一年两熟制的快速推广,平原区的水资源进入不可持续的状态。大规模的灌溉农业成为制约区域水资源可持续利用的主要症结; “以水换粮”的模式在解决京津冀地区乃至全国的粮食需求,保障“解决温饱,实现小康”的社会发展目标中起到了不可替代的作用,同时也积累了巨大的水资源安全与生态安全风险。“以水换粮”模式已无法满足京津冀地区“绿色发展” “建设生态文明社会”的发展需求,成为制约京津冀协同发展的核心资源限制要素。

3 农业生产适水转型的政策与措施

3.1 农业生产与水资源调控政策与管理措施

2014年以来,中央一号文件连续7年持续关注以京津冀为主的华北平原地下水超采区的农业水资源消耗问题,并出台了一系列地下水压采、农业水资源管理和种植结构适水调整政策,地下水超采综合治理范围也由2014年的河北省扩大到了京津冀两市一省共149 个县区(其中河北省128 个县区),治理面积约8.7 万km。以河北省为例,在考虑南水北调的水资源置换效应的情况下,农业生产的地下水压采总量目标为35 亿～38 亿m,占河北省地下水压采总量的70%,为达到“以水定地、以水定产”的农业适水转型目标,开展高效节水灌溉工程设施建设,调减高耗水作物面积,实施轮作、休耕和种植结构调整,建立作物生育阶段与天然降水相匹配的农业种植结构与种植制度等农业生产与水资源管理政策陆续出台。

以地下水超采综合治理为主的农业适水转型政策与传统农业综合节水政策具有明显不同。一方面政策的调控手段更加多样化,涉及到节水灌溉、用水计量与监管、地下水压采、种植结构调整等多方面,农业节水不仅重视输配水和田间用水效率的提升和潜力挖掘,更加强调通过灌溉用水计量与监管手段直接减少地下水开采量; 另一方面,政策目标也从以农业发展为中心的节水增效、节水增粮转变为以区域地下水资源可持续为中心的限水生产和适水发展,通过控制灌溉面积,减少高耗水农作物,调整种植结构、休耕轮作等控制规模、降低强度措施,保障实现地下水开采量减少35 亿～38 亿m目标。综合来看,京津冀地区农业生产目标和水资源可持续目标在政策体系中优先级的改变,既是地下水超采综合治理的必然要求,也是区域农业适水转型必要性和紧迫性的集中体现。农业生产政策向“水资源可持续”优先的转变,为区域农业生产管理、水资源利用与节水技术体系以及区域粮食安全保障方式等方面将带来深刻甚至根本性的影响。

3.2 适水轮作的理论体系与技术措施

近40年来,各类节水灌溉技术与田间减蒸降耗措施促进了京津冀平原区作物水分利用效率的持续提高,但由于作物单产快速提升,导致高产农田的实际耗水量仍呈增加趋势,与美国中部高平原等大规模地下水灌溉农业区相似也存在着“越节水越耗水”地下水困局。因此,单纯依靠节水灌溉来实现地下水可持续利用是不可行的,构建与区域水资源条件相匹配的种植结构与规模才是京津冀地区农业适水转型的可持续解决方案。

与大量小麦-玉米一年两熟模式田间耗水量、水平衡及水分利用研究相比,适水轮作模式耗水机制与水资源效应的研究已经在降低高耗水作物种植比例、降低复种指数、提高休耕季土壤水蓄积能力等方面形成了共识。已有研究探讨了利用耗水量低的作物结构替换高耗水的小麦-玉米一年两熟模式的可行性,并分析了潜在的节水特征。张敏等分析了粮-棉-薯、粮-棉-油、粮-油代替小麦-玉米一年两熟模式的可能性,发现粮-棉-薯与粮-棉-油模式节水效果较好。郭步庆等、赵华甫等、刘明等研究了小麦-玉米一年两熟、冬小麦-夏玉米-春玉米两年三熟、春玉米一熟制下的水分效应,发现春玉米一熟模式能实现最小灌溉或零灌溉,但年产量显著降低,而两年三熟模式下降水量能较好地满足作物生长需求。闫鹏等的田间试验结果则表明,提高灌溉管理水平的“适水”春玉米一熟模式较传统春玉米一熟模式在耗水和产量的均衡效应方面更优。Yang等在栾城站开展了不同轮作模式的长期定位试验,发现深根和浅根作物轮作有利于提高土壤水分的利用效率,而且随着复种指数的增加,不同轮作模式的年均蒸散耗水量增加: 棉花一年一熟模式(522.5 mm)＜粮棉薯四年五熟模式(560.6 mm)＜粮油二年三熟模式(615.0 mm)＜粮棉油三年五熟模式(647.4 mm)＜小麦-玉米一年两熟模式(724.5 mm)。

田间试验与作物模型相结合,并与历史气候资料或气候变化情景嵌套,可在中长期时间尺度上开展熟制、管理、水热变化等要素对作物产量和耗水影响的研究。依托栾城站田间试验,Sun 等研究表明,即使在小麦、玉米各灌溉一次的最小灌溉量下,小麦-玉米一年两熟模式也会导致地下水位持续下降;Xiao 等评估了不同小麦-玉米轮作模式的中长期耗水特征,发现山前平原区冬小麦-夏玉米-早播春玉米两年三熟模式在适度灌溉的情况下灌溉需水量接近地下水采补平衡点,而粮食总产量只下降13%。在此基础上,作者团队建立种植结构优化模型评估了不同情景下京津冀地区农作物产量和耗水关系,发现在保障主要农产品自给的情况下,需要利用18%的南水北调中线来水量来扭转地下水超采的形势; 而在实现地下水采补平衡的情景下,小麦生产能力只能满足京津冀地区75%的口粮需求。

4 结论与建议

20世纪以来,京津冀地区的农业生产水平与灌溉保障条件快速发展。民国时期,平原井灌区格局初步形成,灌溉目标以优先保障高价值农作物的应急抗旱为主。建国之后,农业生产规模稳步提升,机电井逐渐替代传统的大口浅井,灌溉活动由抗旱应急手段转变为作物生产的常规保障手段,特别是1970年代以后,井灌为主的灌溉体系基本覆盖平原农区,地下水灌溉成为京津冀平原区农业稳产和持续高产的关键支撑条件,小麦、玉米占绝对优势的粮食作物结构形成,蔬果等商品作物规模产能快速扩大,农业灌溉成为京津冀平原区地下水超采的主要原因,地下水灌溉的负面生态效应持续加剧。2012年以来,农业总用水量持续下降,但地下水超采的总体格局未发生扭转,在政策推动下京津冀地区农业进入种植结构优化、节水压采、绿色转型的阶段。

近40年来,京津冀三地经济社会发展和城市化差异明显,农业生产也在规模和结构方面发生了分化。1978—2018年,北京市、天津市的作物播种面积分别减少85.0%、38.7%,北京市已退出粮食生产,转变为果蔬园艺为主的城郊农业模式,天津市也无法实现农产品自给。伴随京津两地农业生产的规模萎缩和结构变化,河北省的农业规模和产能占比进一步提高,2018年生产了京津冀地区93.8%的粮食、99.1%的油料、92.9%的棉花、93.1%的蔬菜和91.7%的水果。京津冀三地农业的差异化发展,强化了河北省在京津冀一体化背景下的农业生产的重要性和基础性功能,也在事实上加重了河北平原农业生产和资源节水压力。

适水农业不是单纯水资源可持续的节水农业,而是区域农业绿色生产升级转型的目标,京津冀地区适水农业体系的构建,不能倒退为20世纪70年代之前低投入、低产出的低层次适水的历史模式; 而是要构建高技术条件保障、适宜稳定产出、高效可持续用水、产出与效益稳定的高层次的以农业现代化为特征的适水农业模式。现有田间试验和作物模型研究结果表明,在采取必要的节水灌溉措施和田间管理措施的前提下,通过优化轮作模式,降低复种指数,将京津冀平原小麦、玉米一年两熟灌溉高产模式调整为两年三熟或者三年四熟,减少高耗水的小麦在轮作体系中的占比,适度增加耐旱杂粮、薯类和油料作物或者在小麦休闲年份将夏玉米改为春玉米等措施,可以在相对较小的作物产量损失情景下,达到农业生产年度耗水与水资源条件的平衡,从而实现区域农业生产的适水转型。现有研究明确了通过压缩高耗水作物构建适水种植结构的总体方向,但对于不同适水轮作模式在中长期时间尺度上的产粮能力与耗水强度的交互关系仍不明晰,限水灌溉和雨养/休耕等措施在保持生产稳定性和提高降雨资源利用有效性方面的差异和生产决策依据有待进一步明确,以支撑构建适水、安全的区域粮食生产新模式; 降水的年际波动对粮食生产稳定性的影响、水资源消耗的累积效应等问题尚待进一步查明,实用高效的田间管理与生产技术支撑体系也需不断完善。从政策层面看,协同实现地下水超采治理和粮食稳定生产是实现京津冀地区水安全和绿色转型、可持续发展的战略需求,必须要进一步健全京津冀一体化条件下的农业综合规划与产业发展体系,政策的制定要强调长期目标和短期措施的协同,在保障区域粮食安全和农产品生产稳定的前提下,有序高效地推进京津冀地区农业生产的适水转型。