有機蔬菜產(chǎn)業(yè)園的水平衡分析
——以南京地區(qū)為例

陳瑤 王樹進

有機蔬菜產(chǎn)業(yè)園的水平衡分析
——以南京地區(qū)為例

陳瑤 王樹進

特約欄目主持：王樹進

男，安徽廬江縣人，南京農(nóng)業(yè)大學經(jīng)濟管理學院教授、博士生導(dǎo)師，南京農(nóng)業(yè)大學農(nóng)業(yè)園區(qū)研究中心主任，中國農(nóng)學會農(nóng)業(yè)科技園區(qū)分會副會長，中國農(nóng)業(yè)技術(shù)經(jīng)濟學會常務(wù)理事。長期以來研究農(nóng)業(yè)技術(shù)經(jīng)濟問題，農(nóng)業(yè)園區(qū)的發(fā)展、規(guī)劃設(shè)計與經(jīng)營問題。參加與主持過國家、部（?。┘壙蒲姓n題近20項，發(fā)表論文、專著、教材等100多篇（部）。近10年來，每年親自為全國各地農(nóng)業(yè)園區(qū)提供的規(guī)劃設(shè)計服務(wù)3～4項。在業(yè)界率先提出“因地制宜、因勢利導(dǎo)、因人成事、因難見巧”的四因規(guī)劃原則與設(shè)計理念。

導(dǎo)讀：世界有機農(nóng)業(yè)發(fā)展呈現(xiàn)七大優(yōu)勢：一是由單一、分散、自發(fā)的民間活動轉(zhuǎn)向全球性的農(nóng)業(yè)運動；二是由關(guān)心環(huán)保到關(guān)注環(huán)保和食品安全；三是由綠色食品擴大到綠色產(chǎn)品；四是有機食品認證國際化；五是從事有機農(nóng)業(yè)的農(nóng)場數(shù)量空間增加；六是由區(qū)域性布局轉(zhuǎn)向全球性布局；七是銷售渠道多元化。由此為我們發(fā)展和生產(chǎn)綠色蔬菜提供了機遇，有機蔬菜產(chǎn)業(yè)園需嚴格按照相關(guān)標準建設(shè)，其中對水源質(zhì)量的要求也很高，有機蔬菜產(chǎn)業(yè)園區(qū)域內(nèi)部集蓄的雨水是有機農(nóng)業(yè)灌溉用水的首選。

1 必要性

有機蔬菜產(chǎn)業(yè)園對水源質(zhì)量的要求很高，而蔬菜種植耗水量又比較大，如果從產(chǎn)業(yè)園外部引水灌溉，則存在水源質(zhì)量不可控的問題，所以有必要分析有機蔬菜產(chǎn)業(yè)園的自有水源是否能滿足需求。

水平衡分析，就是要對有機蔬菜產(chǎn)業(yè)園的本地水源可供量和需求量作比較分析，以便在產(chǎn)業(yè)園的規(guī)劃中合理安排種植結(jié)構(gòu)，努力實現(xiàn)補水需求的最小化，盡可能使園區(qū)來水曲線與需水曲線相吻合，這樣有利于節(jié)約園區(qū)生產(chǎn)成本。

2 水平衡的基本原理

2.1 可利用水資源

蔬菜產(chǎn)業(yè)園的可利用水資源包括地表水和地下水。其中地表水可進一步分為域內(nèi)降水和過境水（亦稱客水）。本文建議有機蔬菜產(chǎn)業(yè)園盡可能不采用地下水，原因有二：一是近幾十年來不少地區(qū)的地下水開采已經(jīng)誘發(fā)地面沉降、海水入侵等問題；二是根據(jù)國土資源部調(diào)查，我國地下水環(huán)境污染嚴重，全國約有一半城市市區(qū)的地下水受污染比較嚴重，地下水水質(zhì)呈下降趨勢，由污染造成的缺水城市和地區(qū)日益增多。

地表水中的過境水可能被區(qū)域上游利用，水質(zhì)不能有效控制，用于有機農(nóng)作物的灌溉存在一定風險。因此，有機蔬菜產(chǎn)業(yè)園應(yīng)充分利用區(qū)域內(nèi)降水形成的天然水資源。區(qū)域內(nèi)部集蓄的雨水屬于可控水源，是有機農(nóng)業(yè)灌溉用水的首選。

因此，下文討論的有機蔬菜園灌溉用水來源，特指地表水中的域內(nèi)降水。域內(nèi)降水除去地表吸收的部分外，通過徑流的形式匯集于水庫（塘壩），多余的則流向域外。有機蔬菜產(chǎn)業(yè)園應(yīng)盡量通過水利工程及設(shè)施的建設(shè)，增強域內(nèi)的蓄水能力，留住這部分地表水。

設(shè)Q為區(qū)域內(nèi)可積蓄的地表水源總量，Q1為區(qū)域內(nèi)的水庫（或塘壩）的雨水徑流量，Q2為區(qū)域內(nèi)其他匯水面的雨水徑流量，則地表水源總量的計算公式如下：

式中：F1—水庫或塘壩的水面面積；M—平均降水強度 （單位時間降雨量）；T—降雨歷時；K—水面的全年蒸騰系數(shù)；F2—其他匯水面的面積；Φ—匯水面上的徑流系數(shù)。在不考慮引用客水的情況下，上述公式（1）中的總水量Q，即為有機蔬菜產(chǎn)業(yè)園的可供水總量。

2.2 作物需水量及其對灌溉的要求

農(nóng)業(yè)用水量與灌溉面積、灌溉技術(shù)和當年的降水量有關(guān)。降水量對灌區(qū)耗水量的影響主要表現(xiàn)在農(nóng)業(yè)耗水和生態(tài)耗水上。一方面，大氣降水入滲可有效減少農(nóng)田和生態(tài)環(huán)境（濕地、林草地等）對灌溉用水量的需求；另一方面，大氣降水能夠增加空氣濕度，減少灌區(qū)的蒸發(fā)量，實現(xiàn)其降低耗水量的效果。

作物需水量是指作物在適應(yīng)的土壤水分和肥力水平下，經(jīng)過正常生長發(fā)育，獲得高產(chǎn)時的植株蒸騰、棵間蒸發(fā)以及構(gòu)成植株體的水量之和[1]；由于構(gòu)成植株體的水量與蒸騰及棵間蒸發(fā)相比其量很小，實際計算中認為作物需水量在數(shù)量上等于高產(chǎn)水平條件下的植株蒸騰量和棵間蒸發(fā)量之和。

作物需水量一般以某時段或全生育期所消耗的水層深度（mm）或單位面積上的水量（m3/hm2）來計量。如果某時段作物需水量大于降水量，就需要通過灌溉來補水。因此，不同的降水量下農(nóng)作物的灌溉次數(shù)不一樣，不同季節(jié)的農(nóng)作物灌溉次數(shù)也不一樣。由于降水量年際之間存在差異，需要灌溉系統(tǒng)為農(nóng)作物提供的補水量也會有很大差異。灌溉系統(tǒng)（包括蓄水設(shè)施、提水設(shè)備、輸水渠道等）的規(guī)劃設(shè)計通常以干旱年份的灌溉保證率要求為標準。根據(jù)《灌溉與排水工程設(shè)計規(guī)范》的相關(guān)規(guī)定，灌溉保證率的確定，應(yīng)以充分考慮灌區(qū)水土資源、種植結(jié)構(gòu)、水文氣象等因素為前提。有機蔬菜產(chǎn)業(yè)園一般采用噴灌、微灌等節(jié)水灌溉方式，灌溉保證率一般設(shè)計在85%～95%。

2.3 供需平衡原理

理想的有機蔬菜產(chǎn)業(yè)園應(yīng)能做到水的供需平衡或供大于需。當一個園區(qū)內(nèi)的降水總量大于作物需水量和蓄水水庫（塘壩）本身的蒸騰量之和時，水庫（塘壩）就始終不會干涸。反之，意味著園區(qū)內(nèi)部水源不能支持作物的灌溉需求，要實現(xiàn)水的供需平衡，必須引用外部水源（此時牽涉到對客水水質(zhì)的監(jiān)控），或調(diào)整種植業(yè)結(jié)構(gòu)，以降低其生產(chǎn)過程對水的需求。

農(nóng)用水的供需平衡分析是水利工程建設(shè)的前提條件。一般而言，園區(qū)內(nèi)水庫（塘壩）庫容大小影響降雨的集蓄和利用。庫容大，灌溉用水的保證程度（即保證率）就高，但投資要多；庫容小，可節(jié)省水流工程投資，但灌溉用水的保證率就低。

3 水平衡分析

以南京地區(qū)的有機蔬菜產(chǎn)業(yè)園為例。

3.1 可供水總量

假定有機蔬菜園的可供水總量來自于域內(nèi)降水。根據(jù)1993-2013年《南京市統(tǒng)計年鑒》，各月份平均降水量見表1。

由表1可知，1992-2012年，平均年降雨量為1 066.2 mm（枯水年為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（枯水年為110.4 mm），12月降雨量最少，平均33 mm（枯水年為16.1 mm）。

根據(jù)相關(guān)文獻研究，本地區(qū)的水面蒸發(fā)量（即全年蒸騰系數(shù)K）為1 413.6 mm。徑流系數(shù)一般和降雨的歷時、降雨強度、平均降雨量有關(guān)，蔬菜產(chǎn)業(yè)園內(nèi)部各類耕地的徑流系數(shù)可按0.6計算，其他路面等徑流系數(shù)可按0.9計算，綜合起來匯水面的徑流系數(shù)Φ可取0.7。

以占地面積20 hm2的有機蔬菜園區(qū)為例，假定在枯水年份，本地降水全部收蓄于水庫中。將以上有關(guān)參數(shù)代入公式（1）～（3）中可以算出Q值。由于本地區(qū)水面的蒸騰量較大，因此，在總來水量基本不變的情況下（本例取647.9 mm，數(shù)據(jù)來源于表1），可用水量與水庫水面占園區(qū)總面積的比例之間呈現(xiàn)明顯的反比關(guān)系，詳見表2。

從表2可以看出，如果水面比例占園區(qū)總面積的10%，則考慮水面蒸騰量之后，在枯水年份該產(chǎn)業(yè)園內(nèi)部水資源的可用總量約為66 321 m3。

3.2 需水量測算

蔬菜產(chǎn)業(yè)園的需水量測算以蔬菜家庭農(nóng)場為基本單元。以《長江蔬菜》2013年第23期《蔬菜家庭農(nóng)場的模型設(shè)計與評價》一文介紹的8個模型為例[2]，不同種植模式的蔬菜家庭農(nóng)場的耗水量詳見表3。

從表3中可以看出，全場有機蔬菜種植面積按總占地面積的80%計算（考慮從總面積中扣除蓄水水面、道路等占地）；模型3耗水量按水面蒸發(fā)量計算。蔬菜家庭農(nóng)場中各類栽培模式的耗水量取值主要依據(jù)陳玉明等[1]、周立華等[3]對農(nóng)作物耗水量的研究，其中番茄耗水量主要參考孔德杰等[4]、劉浩等[5]的研究，荷藕耗水量主要參考黃芳[6]的研究，水芹耗水量主要參考陳玲等[7]的研究，西瓜耗水情況主要參考葉瀾濤等[8]的研究，櫻桃番茄生育期耗水情況主要參考龐云[9]的研究，松花菜耗水情況主要參考齊述華等[10]的研究，辣椒耗水參考霍海霞等[11]的研究，茄子栽培耗水情況主要參考王培興等[12]的研究，菠菜栽培耗水量主要參考葉瀾濤等[13]的研究。

從表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過了1 000 mm，全園總耗水量都超過了16萬m3；而模型4、模型6的作物生育期耗水量皆在400 mm以下，全園總耗水量未超過6.5萬m3；模型1、模型2、模型8則介于上述兩類之間。

3.3 結(jié)論

比較3.1和3.2的測算結(jié)果可知，從全年總需水量和可供水總量的角度看，有機蔬菜產(chǎn)業(yè)園的模型4和模型6可依靠區(qū)內(nèi)降水來滿足有機種植的需求，即使在枯水年份也能保障安全生產(chǎn)，其他模型則需從產(chǎn)業(yè)園之外引水來補充蔬菜的灌溉用水。

[1]陳玉明，郭國雙，王廣興，等.中國主要作物需水量與灌溉[M].北京：中國水利電力出版社，1995.

[2]王樹進，李保凱，劉瑩.蔬菜家庭農(nóng)場的模型設(shè)計與評價[J].長江蔬菜，2013（23）：1-3.

[3]周立華，李一興，孫武剛.銀北主要農(nóng)作物、蔬菜、牧草、樹木的需水量和需水規(guī)律[J].寧夏農(nóng)學院學報，1997，18（2）：82-87.

[4]孔德杰，鄭國寶，張源沛，等.不同灌水量對設(shè)施番茄產(chǎn)量和耗水規(guī)律的影響[J].長江蔬菜，2010（24）：45-48.

[5]劉浩，孫景生，梁媛媛，等.滴灌條件下溫室番茄需水量估算模型[J].應(yīng)用生態(tài)學報，2011，22（5）：1 201-1 206.

[6]黃芳.旱地淺水蓮藕種植技術(shù)[J].湖南農(nóng)機，2011，38（9）：206-207.

[7]陳玲，劉學良，馬銀月，等.水芹夏、秋兩茬高效栽培技術(shù)[J].中國園藝文摘，2010（11）：128，135.

[8]葉瀾濤，彭世彰，張瑞美.溫室滴灌西瓜作物系數(shù)的計算及模擬[J].水利水電科技進展，2007，27（5）：23-25.

[9]龐云.櫻桃番茄結(jié)果期葉片的光合速率與水、肥的關(guān)系試驗[J].內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)科技，2006（7）：25-26.

[10]齊述華，李子忠，龔元石.應(yīng)用農(nóng)田水量平衡原理計算三種蔬菜的需水量和作物系數(shù)[J].中國農(nóng)業(yè)大學學報，2002，7（1）：71-76.

[11]霍海霞，牛文全，汪有科，等.灌水控制上限對辣椒生長及耗水量的影響[J].節(jié)水灌溉，2012（8）：1-6.

[12]王培興，盛平，洪嘉璉.大棚蔬菜滴灌試驗與耗水量估算[J].上海交通大學學報：農(nóng)業(yè)科學版，2003，21（1）：64-69.

[13]葉瀾濤，彭世彰，王仰仁，等.設(shè)施栽培菠菜需水規(guī)律與作物系數(shù)研究[J].節(jié)水灌溉，2009（5）：1-3.

陳瑤，南京農(nóng)業(yè)大學經(jīng)濟管理學院，210095

王樹進，通信作者，南京農(nóng)業(yè)大學經(jīng)濟管理學院

2014-07-21