有機蔬菜產業園的水平衡分析

陳瑤+王樹進

導讀：世界有機農業發展呈現七大優勢：一是由單一、分散、自發的民間活動轉向全球性的農業運動；二是由關心環保到關注環保和食品安全；三是由綠色食品擴大到綠色產品；四是有機食品認證國際化；五是從事有機農業的農場數量空間增加；六是由區域性布局轉向全球性布局；七是銷售渠道多元化。由此為我們發展和生產綠色蔬菜提供了機遇，有機蔬菜產業園需嚴格按照相關標準建設，其中對水源質量的要求也很高，有機蔬菜產業園區域內部集蓄的雨水是有機農業灌溉用水的首選。

1 必要性

有機蔬菜產業園對水源質量的要求很高，而蔬菜種植耗水量又比較大，如果從產業園外部引水灌溉，則存在水源質量不可控的問題，所以有必要分析有機蔬菜產業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業園的本地水源可供量和需求量作比較分析，以便在產業園的規劃中合理安排種植結構，努力實現補水需求的最小化，盡可能使園區來水曲線與需水曲線相吻合，這樣有利于節約園區生產成本。

2 水平衡的基本原理

2.1 可利用水資源

蔬菜產業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降水和過境水（亦稱客水）。本文建議有機蔬菜產業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的地下水開采已經誘發地面沉降、海水入侵等問題；二是根據國土資源部調查，我國地下水環境污染嚴重，全國約有一半城市市區的地下水受污染比較嚴重，地下水水質呈下降趨勢，由污染造成的缺水城市和地區日益增多。

地表水中的過境水可能被區域上游利用，水質不能有效控制，用于有機農作物的灌溉存在一定風險。因此，有機蔬菜產業園應充分利用區域內降水形成的天然水資源。區域內部集蓄的雨水屬于可控水源，是有機農業灌溉用水的首選。

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降水。域內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。有機蔬菜產業園應盡量通過水利工程及設施的建設，增強域內的蓄水能力，留住這部分地表水。

設Q為區域內可積蓄的地表水源總量，Q1為區域內的水庫（或塘壩）的雨水徑流量，Q2為區域內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：

2.2 作物需水量及其對灌溉的要求

農業用水量與灌溉面積、灌溉技術和當年的降水量有關。降水量對灌區耗水量的影響主要表現在農業耗水和生態耗水上。一方面，大氣降水入滲可有效減少農田和生態環境（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，減少灌區的蒸發量，實現其降低耗水量的效果。

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

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，不同的降水量下農作物的灌溉次數不一樣，不同季節的農作物灌溉次數也不一樣。由于降水量年際之間存在差異，需要灌溉系統為農作物提供的補水量也會有很大差異。灌溉系統（包括蓄水設施、提水設備、輸水渠道等）的規劃設計通常以干旱年份的灌溉保證率要求為標準。根據《灌溉與排水工程設計規范》的相關規定，灌溉保證率的確定，應以充分考慮灌區水土資源、種植結構、水文氣象等因素為前提。有機蔬菜產業園一般采用噴灌、微灌等節水灌溉方式，灌溉保證率一般設計在85%～95%。

2.3 供需平衡原理

理想的有機蔬菜產業園應能做到水的供需平衡或供大于需。當一個園區內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，意味著園區內部水源不能支持作物的灌溉需求，要實現水的供需平衡，必須引用外部水源（此時牽涉到對客水水質的監控），或調整種植業結構，以降低其生產過程對水的需求。

農用水的供需平衡分析是水利工程建設的前提條件。一般而言，園區內水庫（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

以南京地區的有機蔬菜產業園為例。

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降水。根據1993-2013年《南京市統計年鑒》，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）。

根據相關文獻研究，本地區的水面蒸發量（即全年蒸騰系數K）為1 413.6 mm。徑流系數一般和降雨的歷時、降雨強度、平均降雨量有關，蔬菜產業園內部各類耕地的徑流系數可按0.6計算，其他路面等徑流系數可按0.9計算，綜合起來匯水面的徑流系數Φ可取0.7。

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

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

3.2 需水量測算

蔬菜產業園的需水量測算以蔬菜家庭農場為基本單元。以《長江蔬菜》2013年第23期《蔬菜家庭農場的模型設計與評價》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耗水量按水面蒸發量計算。蔬菜家庭農場中各類栽培模式的耗水量取值主要依據陳玉明等[1]、周立華等[3]對農作物耗水量的研究，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 結論

比較3.1和3.2的測算結果可知，從全年總需水量和可供水總量的角度看，有機蔬菜產業園的模型4和模型6可依靠區內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，其他模型則需從產業園之外引水來補充蔬菜的灌溉用水。

參考文獻

[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.蔬菜家庭農場的模型設計與評價[J].長江蔬菜，2013（23）：1-3.

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

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[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].節水灌溉，2012（8）：1-6.

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[13] 葉瀾濤，彭世彰，王仰仁，等.設施栽培菠菜需水規律與 作物系數研究[J].節水灌溉，2009（5）：1-3.

3.2 需水量測算

蔬菜產業園的需水量測算以蔬菜家庭農場為基本單元。以《長江蔬菜》2013年第23期《蔬菜家庭農場的模型設計與評價》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耗水量按水面蒸發量計算。蔬菜家庭農場中各類栽培模式的耗水量取值主要依據陳玉明等[1]、周立華等[3]對農作物耗水量的研究，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 結論

比較3.1和3.2的測算結果可知，從全年總需水量和可供水總量的角度看，有機蔬菜產業園的模型4和模型6可依靠區內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，其他模型則需從產業園之外引水來補充蔬菜的灌溉用水。

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3.2 需水量測算

蔬菜產業園的需水量測算以蔬菜家庭農場為基本單元。以《長江蔬菜》2013年第23期《蔬菜家庭農場的模型設計與評價》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耗水量按水面蒸發量計算。蔬菜家庭農場中各類栽培模式的耗水量取值主要依據陳玉明等[1]、周立華等[3]對農作物耗水量的研究，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 結論

比較3.1和3.2的測算結果可知，從全年總需水量和可供水總量的角度看，有機蔬菜產業園的模型4和模型6可依靠區內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，其他模型則需從產業園之外引水來補充蔬菜的灌溉用水。

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