北京平原地區(qū)森林、經(jīng)濟植物及農(nóng)作物耗水特征比較

楊振寅

摘要 為探究比較北京平原地區(qū)森林、經(jīng)濟植物和農(nóng)作物耗水特征，調(diào)查了北京平原區(qū)7種典型樹種造林模式、4種經(jīng)濟植物種植模式和2種主要農(nóng)業(yè)（作物）模式，從植被的耗水特征及對地下水補給的角度評價典型森林、經(jīng)濟植物與農(nóng)作物耗水特性。結(jié)果表明，平原區(qū)主要農(nóng)作物的生育期平均耗水量是687.5 mm，而森林植被和經(jīng)濟植物的耗水量分為419.3 mm和505.6 mm。在一年內(nèi)，種植小麥和玉米的農(nóng)田平均耗水量比森林植被的生育期平均耗水量高39.0%，比經(jīng)濟植物生育期平均耗水量高26.4%。平原區(qū)森林植被地下水的補給量最高可達93.6 mm，補給量最低也為61.5 mm，其平均補給量為75.9 mm，為農(nóng)作物補給量的1.9倍。經(jīng)濟植物平均地下水補給量為56.0 mm，為農(nóng)作物補給量的1.4倍?？傮w來說，植樹造林和種植經(jīng)濟植物對地下水的補給要優(yōu)于種植農(nóng)作物，也比農(nóng)作物更節(jié)水。

關(guān)鍵詞 森林；經(jīng)濟植物；農(nóng)作物；耗水特征；北京平原地區(qū)

中圖分類號 S271；S184；S715 文獻標(biāo)識碼 A 文章編號 1007-5739（2018）03-0169-03

平原地區(qū)是北京市人口、產(chǎn)業(yè)的聚集區(qū)和首都功能主要承載區(qū)，與山區(qū)相比森林總量偏低、生態(tài)功能不強[1]。針對這一狀況，2012年，結(jié)合京津冀一體化生態(tài)建設(shè)，推進濕地建設(shè)和恢復(fù)，形成京津保地區(qū)大規(guī)模生態(tài)過渡帶，北京市決定實施平原地區(qū)百萬畝造林工程，營造多處大規(guī)模、有特色、多功能的城市森林景觀。經(jīng)過4年的努力，北京平原造林工程建設(shè)任務(wù)全面完成，共計造林7萬hm2、植樹5 400萬株以上，京昆高速沿線形成面積約2 000 hm2的綠色走廊，北京新機場周邊實現(xiàn)綠化3 333.33 hm2 [2]。北京平原地區(qū)的森林覆蓋率由之前的14.85%提高到25%，全市森林覆蓋率由37.6%提高到41%，營造了林海綿延、綠道縱橫、公園鑲嵌、林水相依的森林景觀，全市形成了城市青山環(huán)抱、周邊森林環(huán)繞的生態(tài)格局。此外，平原造林工程還實現(xiàn)了7萬多名當(dāng)?shù)剞r(nóng)民綠崗就業(yè)增收[3]。

1 北京平原地區(qū)概況

1.1 基本情況

北京平原地區(qū)內(nèi)地帶性植被類型是暖溫帶落葉闊葉林，并間有溫性針葉林的分布，平原區(qū)喬木種主要分布在農(nóng)田和城鎮(zhèn)，只在河岸兩旁局部洼地發(fā)育著以蘆葦、香蒲、慈姑等為主的洼生植被，但是多數(shù)洼地已經(jīng)被開辟為魚塘，在撂荒地及田埂、路旁多雜草；湖泊、水塘中發(fā)育著沉水和浮葉的水生植被。造林的主要喬木樹種有金葉榆、白蠟、國槐、柳樹、楊樹、核桃，這些樹種適合北京地區(qū)的氣候條件，節(jié)水耐旱、滯塵作用明顯。尤其在京津保接壤交界地區(qū)，以通州、大興、房山等區(qū)域為重點，建設(shè)大片森林，使得北京全市新增666.67 hm2以上綠色板塊23處、66.67 hm2以上大片森林210處，50多條重點道路、河道綠化帶得到加寬加厚，構(gòu)建了色彩豐富、綠量寬厚的平原地區(qū)綠色廊道骨架[4]。此外，北京平原地區(qū)有大片種植蘋果樹、梨樹、桃樹和西瓜的經(jīng)濟林地和種植小麥、玉米的農(nóng)耕地[5-6]。

1.2 氣候特征

項目區(qū)地處北京平原，地理坐標(biāo)為東經(jīng)115.7°～117.4°、北緯39.4°～41.6°，海拔20～60 m，屬于暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候區(qū)。區(qū)域多年平均降水量660 mm，主要集中于6—9月。多年平均氣溫為11.5 ℃；最冷月（1月）平均氣溫為-8～-4 ℃，絕對最低氣溫為-22 ℃；最熱月（7月）平均氣溫為23～26 ℃，絕對最高氣溫為42.2 ℃。>0 ℃年積溫4 100～5 500 ℃，>10 ℃年積溫3 600～4 800 ℃，無霜期211 d。降水及溫度分布特征見圖1。

1.3 主要造林樹種、經(jīng)濟樹種及農(nóng)作物概況

1.3.1 典型森林植被。北京地區(qū)主要栽植高大喬木和亞喬木，花灌木較少。在北京平原區(qū)造林試點進行樣地林業(yè)調(diào)查，調(diào)查樣地內(nèi)的喬木樹種主要包括國槐、白蠟、楊樹+黃櫨、金葉榆+火炬樹、銀杏、柳樹。根據(jù)實地考察以及向當(dāng)?shù)叵嚓P(guān)林業(yè)部門工作人員了解，當(dāng)?shù)卦炝值闹饕獦浞N配置模式有白蠟+樹莓、國槐+紫花苜蓿、柳樹+紫穗槐、楊樹+櫟樹、金葉榆+刺槐、白蠟+楊樹+胡枝子、銀杏+油松7種主要造林配置模式（表1）。

1.3.2 經(jīng)濟植物。在北京平原區(qū)造林試點進行樣地林業(yè)調(diào)查，調(diào)查發(fā)現(xiàn)在造林樣地內(nèi)除了種植喬木樹種外，還種植有蘋果樹、桃樹、梨樹以及西瓜等經(jīng)濟樹種。這些主要經(jīng)濟樹種的配置模式如表2所示。與喬木樹種相比，每年在這些經(jīng)濟樹種和作物的栽培過程中均采取了灌溉等人為經(jīng)營措施。

1.3.3 農(nóng)作物。當(dāng)?shù)刂饕r(nóng)作物為冬小麥、玉米（表3），這些農(nóng)作物需要比經(jīng)濟植物更為頻繁的灌溉等人為經(jīng)營措施。

2 森林、經(jīng)濟植物和農(nóng)作物耗水特征

2.1 森林植被耗水特征

一般平原區(qū)造林樹種除在造林初期有少量灌溉外，其在生長生育階段吸收利用的水分均來自自然降水或地下水；而農(nóng)作物在整個生育周期（播種到成熟收獲）所需的水分僅依靠天然降水或地下水還不夠，還需要大量灌溉水。因此，在量化森林植被耗水和農(nóng)作物耗水時有所區(qū)別，森林植被耗水量僅為植株蒸騰水量，而農(nóng)作物生長涉及農(nóng)業(yè)灌溉，其耗水量包括作物蒸騰耗水量和農(nóng)田土壤蒸發(fā)量。調(diào)查人員根據(jù)實測數(shù)據(jù)并查閱相關(guān)文獻，對上述調(diào)查的森林植被和農(nóng)作物進行耗水量化分析，得出以下結(jié)果：在所有造林試點的不同樹種配置模式中，白蠟、楊樹+胡枝子配置模式的生育期耗水量最大，達到494.3 mm；銀杏+油松配置模式的生育期耗水量最小，為312.0 mm；森林植被的平均耗水量為419.3 mm（表4）。

2.2 經(jīng)濟植物耗水特征

平原區(qū)經(jīng)濟植物為了達到其最佳經(jīng)濟效益，每年需要對其采取灌溉等管理措施。因此，經(jīng)濟植物在整個生長周期除了利用天然降水或地下水外，還需要灌溉水。在量化經(jīng)濟植物植被耗水和森林喬木耗水時有所區(qū)別，森林植被耗水量僅為植株蒸騰水量，而經(jīng)濟植物生長涉及農(nóng)業(yè)灌溉，其耗水量包括植物蒸騰耗水量和土壤蒸發(fā)量。經(jīng)濟樹種灌溉穴規(guī)格為0.5 m×0.5 m，因而土壤蒸發(fā)量面積按照0.25 m2計算。蘋果、桃樹和梨的生育期約為6個月，西瓜的生育期為90 d左右。調(diào)查人員根據(jù)實測數(shù)據(jù)并查閱相關(guān)文獻，對上述調(diào)查的主要經(jīng)濟樹種和作物進行耗水量化分析，得出以下結(jié)果：在所有經(jīng)濟型植物的不同配置模式中，西瓜地生育期耗水量最小，為232.1 mm；桃樹樣地生育期耗水量最大，為612.8 mm；這些經(jīng)濟植物的平均耗水量為505.6 mm（表5）。endprint

2.3 農(nóng)作物耗水特征

北京平原區(qū)的冬小麥一般在9月下旬或10月上旬播種，次年1—2月為休眠期，6月初成熟收獲，計其生育期為8個月（240 d），除去其休眠期，將小麥耗水天數(shù)計為180 d。小麥按照等株行距5 cm×15 cm，因而單株所占面積為0.007 5 m2，小麥地單株耗水量即為單株小麥蒸騰量與0.007 5 m2土壤蒸發(fā)量之和。而玉米一般在每年的6月中下旬播種，10月初成熟收獲，計其生育期為4個月（120 d），耗水天數(shù)為120 d。玉米按照等株行距0.3 m×0.6 m，因而單株所占面積為0.18 m2，玉米地單株耗水量即為單株玉米蒸騰量與0.18 m2土壤蒸發(fā)量之和。對當(dāng)?shù)刂饕吆乃魑锒←湣⒂衩椎暮乃卣鬟M行對比分析，結(jié)果如表6所示。可以看出，在玉米和小麥的生育期內(nèi)，小麥的耗水量遠大于玉米的耗水量，而且典型晴天耗水量小麥也高于玉米。小麥和玉米生育期內(nèi)的耗水量分別為728.9、646.2 mm，主要農(nóng)作物生育期平均耗水量是687.5 mm。

2.4 森林、經(jīng)濟植物及農(nóng)作物耗水特征比較

從7種主要樹種造林模式、4種經(jīng)濟植物種植模式和2種主要農(nóng)業(yè)（作物）模式地下水補給量來看，所有森林造林地配置模式的年耗水量遠低于玉米和冬小麥的生育期耗水量，經(jīng)濟植物雖然涉及灌溉但是年內(nèi)耗水量也遠低于玉米的和小麥的生育期耗水量，具體如圖2所示。在一年內(nèi)，按照玉米和冬小麥輪作的耕作方式，農(nóng)田種植小麥和玉米的年平均耗水量比造林地的年平均耗水量高39.0%，比經(jīng)濟植物平均耗水量高26.4%。農(nóng)作物雖然個體較小，但單位面積的植株量巨大，導(dǎo)致其因灌溉需要蒸散消耗的總水量很大；造林植被雖然樹高、冠幅都超過農(nóng)作物，但其單位面積的植株量少，也無需農(nóng)業(yè)灌溉，故其蒸騰耗水總量要遠小于農(nóng)作物。

3 不同植被地下水補給特征

根據(jù)本次調(diào)查范圍內(nèi)樣地信息歸納、總結(jié)，將7種主要造林（樹種）模式、4種經(jīng)濟植物種植模式和2種主要農(nóng)業(yè)（作物）模式根據(jù)水量平衡原理，計算得出所有種植模式的地下水補給量。

3.1 造林植被地下水補給量特征

北京平原地區(qū)森林植被地下水位補給量計算公式表示為地下水位補給量=降水量-喬木截留量-灌木截留量-草本截留量-喬木耗水量-灌木耗水量-草本耗水量-土壤持水量。通過水量平衡原理計算，7種主要造林模式地下水補給量不同，平均為75.9 mm；補給量最低值出現(xiàn)在白蠟、楊樹+胡枝子造林模式中，補給量為61.5 mm；補給量最高的造林模式為銀杏+油松，補給量高達93.6 mm；所有造林模式的地下水補給量相差不大，最高補給量為最低補給量的1.52倍（表7）。

3.2 經(jīng)濟植物地下水補給量特征

北京種植經(jīng)濟植物地下水位補給量的計算方法與森林植被略有不同，因為經(jīng)濟作物涉及灌溉，所以水分的輸入還包括灌溉量。經(jīng)濟植物地下水位補給量計算公式表示為地下水位補給量=灌溉量+降水量-經(jīng)濟植物耗水量-林下灌草耗水量-經(jīng)濟植物截留量-林下灌草截留量-土壤持水量。通過水量平衡原理計算，其平均補給量為56.0 mm；補給量最大值出現(xiàn)在西瓜經(jīng)濟植物中，補給量為77.2 mm；補給量小植為梨樹經(jīng)濟植物中，補給量為42.5 mm；最高補給量為最低補給量的1.8倍（表8）。

3.3 農(nóng)作物地下水補給量特征

北京種植農(nóng)作物地下水位補給量的計算方法與森林植被略有不同，與經(jīng)濟植物類似，種植農(nóng)作物水位補給量計算公式表示為地下水位補給量=灌溉量+降水量-農(nóng)作物植物耗水量-林下灌草耗水量-農(nóng)作物植物截留量-林下灌草截留量-土壤持水量。通過水量平衡原理計算表明，小麥種植地補給量為31.3 mm，玉米種植地補給量為47.6 mm，平均補給量為39.4 mm。

3.4 森林、經(jīng)濟樹種和農(nóng)作物地下水補給量特征比較

從7種主要樹種造林模式、4種經(jīng)濟植物種植模式和2種主要農(nóng)業(yè)（作物）模式地下水補給量（圖3）來看，小麥地和玉米地地下水的平均補給量為39.4 mm，平均補給量不超過50 mm；而7種造林模式地下水的補給量最高可達93.6 mm，補給量最低也為61.5 mm，其平均補給量為75.9 mm，為農(nóng)作物補給量的1.9倍；經(jīng)濟植物平均地下水補給量為56.0 mm，為農(nóng)作物補給量的1.4倍。雖然農(nóng)作物有灌溉等人為經(jīng)營措施，但森林植被和經(jīng)濟植物地下水補給量顯著高于小麥地和玉米地，這主要是由于森林植被和經(jīng)濟植物耗水量要低于農(nóng)作物，而持水量要大于農(nóng)作物，土壤的理化性質(zhì)可能要優(yōu)于農(nóng)作物地塊，說明植樹造林和種植經(jīng)濟植物對地下水的補給要優(yōu)于種植農(nóng)作物。

4 結(jié)論

此次調(diào)查從7種典型樹種造林模式、4種經(jīng)濟植物種植模式和2種主要農(nóng)業(yè)（作物）模式的耗水特性及對地下水補給的角度評價典型森林植被、經(jīng)濟植物及農(nóng)作物耗水特性，結(jié)果如下。

（1）平原地區(qū)主要農(nóng)作物生育期平均耗水量687.5 mm，而森林植被和經(jīng)濟植物的耗水量分為419.3 mm和505.6 mm。在一年內(nèi)，種植小麥和玉米農(nóng)田的平均耗水量比森林植被的生育期平均耗水量高39.0%，比經(jīng)濟植物生育期平均耗水量高26.4%，這說明在北京平原地區(qū)植樹造林和種植經(jīng)濟植物比種植農(nóng)作物更節(jié)水。

（2）平原地區(qū)森林植被地下水的補給量最高可達93.6 mm，補給量最低為61.5 mm，其平均補給量為75.9 mm，為農(nóng)作物補給量的1.9倍。經(jīng)濟植物平均地下水補給量為56.0 mm，為農(nóng)作物補給量的1.4倍。這說明植樹造林和種植經(jīng)濟植物對地下水的補給要優(yōu)于種植農(nóng)作物。

調(diào)查結(jié)果表明，北京平原區(qū)森林植被和經(jīng)濟植物的營造取得了良好的節(jié)水效果和地下水補給效應(yīng)，已有的成功種植模式可以在京津區(qū)其他區(qū)進一步開展工作，并將成功的種植經(jīng)驗進行歸納、總結(jié)，并且進行推廣學(xué)習(xí)，從林業(yè)方面為當(dāng)?shù)匕傩仗峁┝己玫纳姝h(huán)境，提高地下水下滲量，保證和提高當(dāng)?shù)厝嗣竦纳钏胶徒?jīng)濟水平。

5 參考文獻

[1] 陳麗華，王禮先.北京市生態(tài)用水分類及森林植被生態(tài)用水定額的確定[C]//北京：海峽兩岸水土保持學(xué)術(shù)研討會，2001：161-164.

[2] 王彥輝，熊偉，于澎濤，等.干旱缺水地區(qū)森林植被蒸散耗水研究[J].中國水土保持科學(xué)，2006，4（4）：19-25.

[3] 王瑞輝，馬履一.北京15種園林樹木耗水性的比較研究[J].中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報，2009，29（4）：16-20.

[4] 仝國棟.北京平原區(qū)非充分灌溉下櫻桃和桃樹耗水規(guī)律及蒸散量估算研究[D].北京：中國農(nóng)業(yè)大學(xué)，2016.

[5] 譚鑒利.北京地區(qū)夏玉米耗水與生長規(guī)律田間試驗研究[D].揚州：揚州大學(xué)，2013.

[6] 鄭煜，陳阜，張海林，等.北京市主要農(nóng)作物水分利用的系統(tǒng)參數(shù)評價[J].中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報，2007，15（5）：128-131.endprint