權(quán)衡生產(chǎn)和耗水的區(qū)域小麥種植格局優(yōu)化

任頻頻，李保國,2,3，黃 峰,2,3*

（1.中國農(nóng)業(yè)大學(xué) 土地科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，北京 100193；2.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部華北耕地保育重點實驗室，北京 100193；3.自然資源部農(nóng)用地質(zhì)量與監(jiān)控重點實驗室，北京 100193）

0 引 言1

【研究意義】小麥（Triticum aestivumL.）是世界上的主要農(nóng)作物之一，其種植面積占全球耕地面積的1/6，對膳食熱量的貢獻(xiàn)達(dá)到了20%[1-2]。灌溉是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的重要農(nóng)事措施[3]，灌溉農(nóng)業(yè)對全球農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的貢獻(xiàn)達(dá)到了50%左右[4-5]。灌溉對作物增產(chǎn)貢獻(xiàn)巨大，尤其是對小麥產(chǎn)量的增加[6-7]。研究表明，若沒有灌溉，相對于20 世紀(jì)70 年代，20 世紀(jì)初印度小麥產(chǎn)量的增長將要減少13%[8]。從全球范圍看，灌溉和雨養(yǎng)小麥產(chǎn)量的差異可達(dá)34%±9%[9]。然而，對中國華北地區(qū)來說，小麥的集約種植及其巨大的灌溉需求正在加速該地區(qū)水資源的不可持續(xù)性利用。由于降水稀少、降水時期和小麥生育期不匹配等原因，抽取地下水灌溉成為保證華北地區(qū)小麥正常生產(chǎn)的普遍措施[10]，因此也加劇了該地區(qū)的水資源短缺現(xiàn)狀，導(dǎo)致地下水位快速下降，引發(fā)了一系列生態(tài)環(huán)境問題[11-14]。小麥生產(chǎn)和水資源短缺之間的矛盾正在影響該地區(qū)水資源的可持續(xù)利用，調(diào)整灌溉密集型的小麥種植，對實現(xiàn)該地區(qū)“糧-水”平衡的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

【研究進(jìn)展】可持續(xù)發(fā)展的理念推動國內(nèi)外學(xué)者探索了許多農(nóng)業(yè)節(jié)水生產(chǎn)措施，其中，調(diào)整農(nóng)作物種植制度[15-16]、優(yōu)化農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)[17-18]等成為熱點研究目標(biāo)。Osama 等[19]通過建立線性規(guī)劃模型，優(yōu)化了水資源和土地資源約束下的埃及地區(qū)28 種農(nóng)作物的種植面積。Van 等[11]基于模型模擬了地下水平衡的農(nóng)作物種植體系，并評估了作物種植變化對作物生產(chǎn)和耗水的影響。無論以上哪種方式，都引入了小麥季節(jié)性休耕或減少小麥種植面積的措施，這不僅可以直接節(jié)約水資源，還可以改善農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境和土地質(zhì)量[20]。然而，盡管小麥季節(jié)性休耕可以實現(xiàn)明顯的灌溉節(jié)水效果，但也會導(dǎo)致產(chǎn)量下降[21]。引進(jìn)春玉米種植可以提高糧食總產(chǎn)量[22]，但仍應(yīng)慎重考慮小麥、玉米和其他作物之間的種植權(quán)衡。在華北地區(qū)，小麥?zhǔn)亲钪匾闹魇持唬衩讋t主要用作動物飼料[23]。農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)優(yōu)化是指在一定的約束條件下，重新分配作物種植面積，從而實現(xiàn)作物總產(chǎn)量或總效益最大化，或總生產(chǎn)成本最小化等[24-26]。在華北地區(qū)，王璐等[27]、胡洪靜等[28]、Zhang 等[29]分別在不同地域尺度優(yōu)化了相關(guān)農(nóng)作物的種植結(jié)構(gòu)，但在華北區(qū)域尺度上，探索農(nóng)作物種植優(yōu)化格局的研究尚不多見。

【切入點】由于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的時空異質(zhì)性，全方位考慮作物生產(chǎn)的影響因素、并在區(qū)域尺度上開展作物種植優(yōu)化具有一定的挑戰(zhàn)性。聚焦于華北地區(qū)的“水糧”矛盾，在水資源短缺和小麥生產(chǎn)需求的背景下，如何構(gòu)建有限水資源條件下“耗水少、產(chǎn)量高”的區(qū)域小麥種植格局？基于此，本文以華北地區(qū)縣域尺度的小麥種植面積為優(yōu)化對象，通過引入權(quán)重系數(shù)權(quán)衡小麥生產(chǎn)和耗水，建立區(qū)域尺度小麥種植面積目標(biāo)規(guī)劃模型，旨在明確“生產(chǎn)-耗水平衡”視角下的小麥生產(chǎn)空間布局優(yōu)化潛力及其區(qū)域生產(chǎn)優(yōu)勢，為實現(xiàn)華北地區(qū)的“糧水平衡”可持續(xù)發(fā)展提供理論支撐與實踐支持。

【擬解決的關(guān)鍵問題】①華北地區(qū)小麥生育期的蒸散量耗水（Evapotranspiration，ET）特征；②以“生產(chǎn)多、耗水少”為權(quán)衡目標(biāo)，以縣域為最小研究單元，建立小麥種植面積目標(biāo)規(guī)劃模型，探討華北地區(qū)小麥種植格局在區(qū)域上的優(yōu)化潛力。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

本文研究區(qū)如圖1 所示，覆蓋了河北中南部、河南北部以及山東魯西北地區(qū)的151 個縣市，陸地總面積約15 萬km2。研究區(qū)內(nèi)的主要土地利用類型是耕地，主要農(nóng)作物種植制度是冬小麥夏玉米一年兩熟的種植制度，該種植制度的周年蒸散量耗水約800～900 mm，而該地區(qū)年平均降水量僅有500～600 mm，其中約60%～70%的降水集中在夏季。由于降水時期與小麥生育期的不匹配性，小麥生長季通常需要抽取地下水灌溉來補(bǔ)充作物所需水分，這也導(dǎo)致該地區(qū)地下水位呈逐年下降趨勢，其中淺層地下水下降速率達(dá)到了（0.46±0.37）m/a，深層地下水下降速率達(dá)到了（1.14±0.58）m/a[30]。

圖1 研究區(qū)位置示意圖及其主要土地利用類型Fig.1 Location of the study area, and its main land use types

1.2 數(shù)據(jù)源

本文所用到的數(shù)據(jù)包括：小麥生育期的ET和灌溉耗水（Irrigation Water Consumption，IWC）數(shù)據(jù)、小麥總產(chǎn)量、小麥種植面積、小麥單產(chǎn)等縣域尺度統(tǒng)計數(shù)據(jù)。2001—2018 年小麥生育期的ET和IWC數(shù)據(jù)來自Ren 等[31]，其中ET的計算是基于經(jīng)典的地表能量平衡模型SEBS（Surface Energy Balance System）[32]，IWC則是根據(jù)土壤水平衡由蒸散量和降水量估算得到，該方法廣泛應(yīng)用于作物灌溉估算與評價[33-34]。小麥總產(chǎn)量、種植面積和單產(chǎn)等統(tǒng)計數(shù)據(jù)來源于各省市農(nóng)業(yè)統(tǒng)計年鑒。為了反映總體現(xiàn)狀，本文以搜集到的2014、2016 年和2018 年的小麥單產(chǎn)均值作為單產(chǎn)平均水平，并以2018 年小麥種植面積作為當(dāng)前小麥種植規(guī)模。

2 小麥種植面積目標(biāo)規(guī)劃模型

2.1 模型建立

小麥生產(chǎn)直接關(guān)系到農(nóng)民利益和糧食生產(chǎn)安全，小麥蒸散量總體描述了小麥生產(chǎn)過程中的耗水特征。綜合小麥蒸散量、耗水量和小麥生產(chǎn)，本文建立了小麥種植面積的多目標(biāo)規(guī)劃模型，模型優(yōu)化總目標(biāo)為“小麥總產(chǎn)量最大，總蒸散量最小”，約束條件包括灌溉約束、種植面積約束、小麥需求約束等。此外，本文探討了不同情景下的目標(biāo)優(yōu)化結(jié)果，具體情景設(shè)置包括生產(chǎn)和耗水的不同權(quán)衡情景、不同水文年型情景、不同灌溉約束情景。

模型具體內(nèi)容如下：

1）目標(biāo)函數(shù)

式中：f為總目標(biāo)函數(shù)；a和b分別為總產(chǎn)量和總蒸散量的權(quán)重系數(shù)，且a和b滿足a+b=1；為總產(chǎn)量的目標(biāo)函數(shù)（t）；f1max為能達(dá)到的最大小麥總產(chǎn)量（t）；為總蒸散量的目標(biāo)函數(shù)（m3）；f2min為能達(dá)到的最少小麥蒸散量（m3），由于產(chǎn)量和蒸散量是2 個不同的變量且單位不同，本文利用f1max和f2min分別對產(chǎn)量目標(biāo)函數(shù)和蒸散量目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化；Xi為第i個縣的小麥種植面積（hm2）；Yi為第i個縣的小麥單產(chǎn)（t/hm2）；ETi為第i個縣的小麥蒸散量（m3/hm2）；n為縣域數(shù)目。

2）約束條件

灌溉約束：

式中：IWCi為第i個縣的小麥灌溉需水（m3）；Qj為第j個（j=1,2,3,4,5）灌溉水平（m3），由各個縣域的小麥IWC和種植面積計算。在這一部分中，本文分別在省、市兩級進(jìn)行了目標(biāo)優(yōu)化，即Qj分別在省和市級水平上進(jìn)行統(tǒng)計。

種植面積約束：

式中：Xi,min為第i個縣的最少小麥種植面積（hm2）；Xi,max為第i個縣的最大小麥種植面積（hm2）。本文將小麥最少種植面積設(shè)置為當(dāng)前種植面積的40%，最大種植面積設(shè)置為當(dāng)前種植面積的110%[35]。

小麥需求約束：

式中：λ為人均小麥需求量[36]；P為總?cè)丝跀?shù)目。

2.2 情景模擬

本文設(shè)置了5 個灌溉水平，包括根據(jù)IWC計算的現(xiàn)狀灌溉水平Q，以及分別減少灌溉10%、20%、30%、40%的4 個灌溉約束水平，分別表示為0.9Q、0.8Q、0.7Q、0.6Q。本文設(shè)置了3 組權(quán)重來研究小麥產(chǎn)量和蒸散量、耗水量之間的權(quán)衡關(guān)系，分別為：產(chǎn)量權(quán)重為1，蒸散量權(quán)重為0，此種情景下僅考慮小麥生產(chǎn)在區(qū)域尺度上達(dá)到最大化；產(chǎn)量權(quán)重為0，蒸散量權(quán)重為1，此種情景下僅考慮小麥蒸散量在區(qū)域尺度上達(dá)到最小化；產(chǎn)量和蒸散量的權(quán)重分別為0.5，此種情景下考慮區(qū)域尺度上小麥生產(chǎn)和蒸散量、耗水量的平衡。此外，本文考慮了水文年型的影響，基于降水?dāng)?shù)據(jù)，2001—2018 年小麥生育期觀測到4 個枯水年、6 個平水年和8 個豐水年?？紤]到小麥蒸散量和灌溉耗水量在不同水文年型間差異顯著（p<0.05，表1），本文開展了不同降水條件（多年平均，枯水年、平水年、豐水年）下的數(shù)據(jù)分析和小麥種植優(yōu)化。

表1 小麥蒸散量和灌溉耗水量的線性擬合系數(shù)Table 1 Linear fitting coefficients of ET and irrigation water consumption of wheat

3 結(jié)果與分析

3.1 小麥蒸散量和灌溉耗水量

小麥蒸散量和灌溉耗水量的年際變化如圖2 所示。河北、河南和山東的小麥蒸散量變化范圍分別為283～411、313～463 mm 和322～470 mm，年際變異系數(shù)分別為10.8%、9.5%和10.5%。小麥灌溉耗水量的年際波動較大，河北、河南、山東小麥灌溉需水的標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為65.0、65.7、73.5 mm，年際變異系數(shù)分別為28.2%、27.9%、28.1%。此外，2010 年以后，小麥蒸散量和灌溉耗水量均呈明顯的下降趨勢，進(jìn)一步對2001—2009 年和2010—2018 年的蒸散量和灌溉耗水量進(jìn)行線性擬合，結(jié)果表明（表1），2001—2009年小麥蒸散量顯著增加，2010—2018 年顯著減少（p<0.05）。2001—2009 年，小麥灌溉耗水量呈上升趨勢，2010—2018 年顯著下降（p<0.05）。

圖2 小麥蒸散量和灌溉耗水量的時序變化特征Fig.2 Temporal variations of ET and irrigation water consumption of wheat

表2 顯示了不同水文年型小麥蒸散量和灌溉耗水量的統(tǒng)計特征及其方差分析結(jié)果。河北省的小麥蒸散量最少（366.1 mm）、灌溉耗水量最少（231.9 mm），山東省的小麥蒸散量最大（414.3 mm）、灌溉耗水量最大（261.5 mm）。不同水文年型的小麥蒸散量和灌溉耗水量差異顯著（p<0.05），其中蒸散量由枯水年向平水年和豐水年遞減，在河北表現(xiàn)為396.7 mm>379.7 mm>340.5 mm，在山東表現(xiàn)為 449.7 mm>432.6 mm>382.8 mm，這可能歸因于枯水年較少的降水和較大的飽和水汽壓差，從而有利于蒸散量的進(jìn)行。受蒸散量和降水量的雙重差異，枯水年的小麥灌溉耗水最多，在河北、河南和山東分別達(dá)到了302.9、311.5 mm和336.3 mm；豐水年的小麥灌溉耗水量最少，在河北、河南和山東分別為180.5、181.9 mm 和207.4 mm。

表2 小麥蒸散量和灌溉耗水量在不同水文年型的統(tǒng)計分析（平均值±標(biāo)準(zhǔn)差）Table 2 Statistics on ET and irrigation water consumption of wheat in different hydrological year types

3.2 省級水平小麥種植面積優(yōu)化

表3 列出了省級水平下優(yōu)化后的小麥總產(chǎn)量和蒸散量相對于現(xiàn)狀的變化比例。當(dāng)前灌溉水平下，產(chǎn)量權(quán)重不低于0.5 時，通過優(yōu)化，小麥總產(chǎn)量可提高1.2%～2.3%；當(dāng)產(chǎn)量權(quán)重為0 時，河北、河南、山東的小麥總產(chǎn)量將會分別減少-1.3%、-1.2%、-0.2%。當(dāng)灌溉量減少10%（0.9Q）時，小麥總產(chǎn)量最少可以減少-7.1%（河北）、-7.3%（河南）、-7.9%（山東），此時蒸散量的減少量也在10%以下；當(dāng)僅優(yōu)化蒸散量時，河北、河南、山東的蒸散量分別減少-11.2%、-11.0%、-10.5%。

表3 小麥總產(chǎn)量和蒸散量的優(yōu)化結(jié)果（平均年，省級水平）Table 3 Optimization results of total yield and ET of wheat(average year, provincial level)

當(dāng)僅優(yōu)化產(chǎn)量時，小麥總產(chǎn)量的減少幅度少于灌溉量的減少幅度（即少于優(yōu)化前小麥總產(chǎn)量的減少幅度），這體現(xiàn)了總產(chǎn)量的優(yōu)化潛力，其在河北為2.3%～3.0%，在河南為 2.0%～3.1%，在山東為1.2%～2.8%。當(dāng)僅優(yōu)化蒸散量時，小麥蒸散量的減少幅度多于灌溉的減少幅度（即多于優(yōu)化前小麥蒸散量的減少幅度），這體現(xiàn)了蒸散量耗水的優(yōu)化潛力，其在河北為0.1%～1.4%，在河南為0.7%～1.1%、在山東為0.4%～0.7%。此外，產(chǎn)量權(quán)重為1 和0.5 的2 種權(quán)衡情景下，小麥總產(chǎn)量和蒸散量的變化比較接近。

不同灌溉水平和不同權(quán)重情景下，小麥種植面積優(yōu)化結(jié)果的空間分布如圖3 所示（以小麥種植面積相對于現(xiàn)狀的變化比例表示，圖中Q表示當(dāng)前灌溉水平，0.9Q、0.8Q、0.7Q、0.6Q分別表示減少了10%、20%、30%和40%的灌溉水平。所有子圖共用同一個比例尺，下同。）。當(dāng)僅優(yōu)化產(chǎn)量時，當(dāng)前灌溉水平下，河北滄州東部和山東濱州北部的小麥種植面積減少，河北石家莊和邢臺西部的部分縣域也需要減少，其他縣可以保留較高的小麥種植面積。當(dāng)灌溉逐漸減少時，小麥種植面積減少區(qū)域主要分布在河北西部、河北東北部、河南北部以及山東的聊城和濱州地區(qū)，河北山東交界處縣域均能維持較高的小麥種植規(guī)模。

圖3 不同權(quán)重和灌溉水平下優(yōu)化后的小麥種植面積變化比例（平均年，省級水平）Fig.3 Change proportions of optimized wheat planting area under different weights and irrigation levels (average year, provincial level)

在相同灌溉水平下，當(dāng)產(chǎn)量權(quán)重減少、蒸散量權(quán)重增加時，可以維持較高小麥種植面積的區(qū)域呈現(xiàn)規(guī)律性的空間轉(zhuǎn)移，其中以河北省最為明顯。以情景“0.8Q”為例，產(chǎn)量權(quán)重為1 時，能保持較高小麥種植面積的縣域主要分布在邯鄲、邢臺和衡水，而蒸散量權(quán)重為1 時則主要分布在石家莊和保定地區(qū)。山東德州的縣域在實現(xiàn)小麥總產(chǎn)量最大化方面的潛力最大，而濱州在減少小麥蒸散量耗水方面具有優(yōu)勢。小麥生產(chǎn)和耗水不同權(quán)衡情景下，可以維持較高小麥種植規(guī)模的縣域及其空間變化，體現(xiàn)了充分發(fā)揮小麥區(qū)域生產(chǎn)優(yōu)勢的潛力和意義。

3.3 市級水平小麥種植面積優(yōu)化

圖4 展示了市級水平下小麥種植面積優(yōu)化結(jié)果的空間分布（平均年）。表4 為不同灌溉水平和不同權(quán)重情景下，市級水平上的小麥總產(chǎn)量和蒸散量耗水優(yōu)化結(jié)果。當(dāng)前灌溉水平下，河北、河南、山東的小麥總產(chǎn)量最多分別可提高1.4%、1.6%、0.7%，蒸散量最少可分別減少0.5%、0.4%、0.3%。在灌溉約束水平下，小麥總產(chǎn)量的減少幅度可以低于灌溉量的減少幅度，這個“低”的變化范圍在河北為1.9%～2.3%，在河南為1.9%～2.7%，在山東為1.0%～1.2%，此外，小麥蒸散量、耗水量的減少幅度也可以高于灌溉的減少幅度，這個“高”的變化范圍在河北為0.6%～0.8%，在河南為0.6%～0.8%，在山東為0.3%～0.5%。

表4 小麥總產(chǎn)量和蒸散量的優(yōu)化結(jié)果（平均年，市級水平）Table 4 Optimization results of total yield and ET of wheat(average year, municipal level)

圖4 不同權(quán)重和灌溉水平下優(yōu)化后的小麥種植面積變化比例（平均年，市級水平）Fig.4 Change proportions of optimized wheat planting area under different weights and irrigation levels (average year, municipal level)

與省級水平下的優(yōu)化結(jié)果相比，市級水平優(yōu)化情景下小麥總產(chǎn)量和蒸散量、耗水量的變化幅度均較?。阂院颖笔〉那榫啊?.8Q”為例，省級水平下總產(chǎn)量最少可減少17.0%，市級水平下則是17.7%；省級水平下的蒸散量、耗水量最多可減少21.4%，市級水平則是20.8%。省級水平的優(yōu)化結(jié)果從較大的地域?qū)用娣从沉诵←溕a(chǎn)或耗水的管理優(yōu)勢，市級水平的優(yōu)化結(jié)果進(jìn)一步細(xì)化了這種優(yōu)勢的縣域差異，可為地市級的小麥種植優(yōu)化提供更多參考價值。

4 討 論

為了緩解地下水位下降、實現(xiàn)水資源的永續(xù)利用，已有研究探討了許多農(nóng)業(yè)實踐措施，包括：①采用可減少灌溉的農(nóng)作物種植制度；②優(yōu)化灌溉時間、灌溉水量和灌溉方式，減少無效水分損失，提高灌溉水利用效率[37]；③農(nóng)業(yè)節(jié)水措施的應(yīng)用（如地膜或秸稈覆蓋等）；④以上措施的綜合實踐[38-39]；⑤其他措施，如土壤耕作方法和作物基因型改進(jìn)等[40-41]。然而，許多研究都是基于田間試驗或模型模擬，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的空間異質(zhì)性在一定程度上限制了研究結(jié)果的區(qū)域應(yīng)用性。此外，使用特定儀器（如TDR）實時監(jiān)測土壤水分、制定灌溉措施對農(nóng)民來說也具有一定的挑戰(zhàn)[22]。研究指出，在華北區(qū)域尺度上，減少小麥種植面積是減少地下水開采的最直接有效途徑之一[42]。

合理的農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)是實現(xiàn)區(qū)域水土資源優(yōu)化配置的基礎(chǔ)，國外已開展了許多農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究[43-45]。在國內(nèi)，有學(xué)者在東北[18]、西北[46]、全國[24]等不同尺度開展了研究。在華北地區(qū)的相關(guān)研究中[27-29]，由于研究區(qū)相對較小、水資源的年際變異性，已有研究結(jié)果在區(qū)域應(yīng)用方面具有一定的局限。在華北區(qū)域?qū)用嫔?，Zhong 等[47]提出通過調(diào)整農(nóng)作物種植制度來維持區(qū)域糧食生產(chǎn)水平和恢復(fù)當(dāng)?shù)氐叵滤唬颖钡貐^(qū)小麥大面積休耕可能會對糧食安全帶來影響，Zhong 等[48]的研究結(jié)果也顯示了類似的局限性。由于氣候特征、土壤屬性、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、作物耗水等因素的空間異質(zhì)性，獲取完善的區(qū)域尺度農(nóng)作物種植優(yōu)化具有一定的挑戰(zhàn)，基于田間試驗尋找區(qū)域?qū)用娴淖顑?yōu)解決方案也由于其耗時耗力而降低了可行性[49]。本文聚焦于華北地區(qū)面臨的“水糧”矛盾，以生產(chǎn)和耗水為主要權(quán)衡目標(biāo)，以種植廣泛、灌溉密集的小麥為研究對象，建立面向種植面積和種植格局優(yōu)化的目標(biāo)規(guī)劃模型，通過綜合考慮小麥生產(chǎn)、耗水和灌溉水資源等因素，研究思路和研究結(jié)果可為區(qū)域農(nóng)作物種植優(yōu)化提供一定參考。

當(dāng)前，針對華北地區(qū)的水資源短缺現(xiàn)狀，多數(shù)地區(qū)頒布了相關(guān)政策法規(guī)，旨在通過制定地下水壓采目標(biāo)等實現(xiàn)水資源的可持續(xù)利用。從調(diào)整小麥種植面積壓采地下水的角度出發(fā)，本文中不同灌溉約束水平下的小麥種植面積優(yōu)化結(jié)果為一定地下水壓采目標(biāo)（即本文中的灌溉減少量）下的小麥種植格局優(yōu)化提供了優(yōu)化方向和優(yōu)化區(qū)域方面的參考。此外，地下水壓采目標(biāo)通常是正常供水條件下或多年平均供水條件下的壓采目標(biāo)。丁躍元等[50]指出，枯水年灌溉會增加，相應(yīng)的壓采目標(biāo)應(yīng)該降低；反之，豐水年灌溉需求會減少，相應(yīng)的壓采目標(biāo)應(yīng)增加，這也是地下水“調(diào)豐補(bǔ)枯”特點的具體表現(xiàn)。然而，根據(jù)本文分析結(jié)果，“枯水年小麥蒸散量高、灌溉需求大，豐水年小麥蒸散量低、灌溉需求小”，從“適應(yīng)降水種植”的角度考慮，應(yīng)該探討“豐水年多種，枯水年少種”的種植策略。此外，當(dāng)小麥生育期降水條件較好時（如平水年和豐水年），較高的灌溉節(jié)水目標(biāo)會帶來較大的小麥減產(chǎn)，盡管作物蒸散量耗水也會減少，但從“適水種植”的角度考慮，也應(yīng)該考慮“多水年多種，少水年少種”，并根據(jù)各年降水情況確定地下水壓采目標(biāo)。

本文也存在一些不足之處，例如，在沒有精確小麥空間分布數(shù)據(jù)的情況下，提取旱地像元的蒸散量來代表小麥蒸散量，盡管華北地區(qū)的小麥生長季基本沒有其他作物生長，但后續(xù)研究中規(guī)劃模型的數(shù)據(jù)輸入需要進(jìn)一步優(yōu)化。

5 結(jié) 論

無論是現(xiàn)狀灌溉水平還是灌溉約束下，華北地區(qū)的小麥總產(chǎn)量有進(jìn)一步提升的潛力、小麥蒸散量有進(jìn)一步減少的潛力，其中在現(xiàn)狀灌溉水平下，優(yōu)化后的小麥總產(chǎn)量最多可提升1.2%～2.3%，優(yōu)化后的小麥蒸散量最多可減少0.4%～0.8%，在灌溉約束下，小麥總產(chǎn)量減少量可以比灌溉減少量最多低3.1%，蒸散耗水量減少量可以比灌溉減少量最多高1.4%。在同一灌溉水平下，當(dāng)產(chǎn)量權(quán)重降低、蒸散量權(quán)重增加時，能維持較高小麥種植規(guī)模的區(qū)域呈現(xiàn)規(guī)律性的空間轉(zhuǎn)移，體現(xiàn)了不同縣域在發(fā)揮小麥生產(chǎn)或耗水管理方面的優(yōu)勢。此外，由于小麥蒸散量和灌溉需水均呈“枯水年最多、平水年次之、豐水年最少”的顯著性差異（p<0.05），從“適應(yīng)降水種植”的角度考慮，應(yīng)該探討“多水年多種、少水年少種”的小麥種植策略。若從調(diào)整小麥種植面積以實現(xiàn)地下水壓采的角度考慮，地下水壓采目標(biāo)的設(shè)定應(yīng)該考慮不同降水年型帶來的影響。

（作者聲明本文無實際或潛在的利益沖突）