北京平原地區(qū)森林、經(jīng)濟(jì)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(jì)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(shù)種造林模式、4種經(jīng)濟(jì)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(duì)地下水補(bǔ)給的角度評(píng)價(jià)典型森林、經(jīng)濟(jì)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(jì)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(jì)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(bǔ)給量最高可達(dá)93.6 mm，補(bǔ)給量最低也為61.5 mm，其平均補(bǔ)給量為75.9 mm，為農(nóng)作物補(bǔ)給量的1.9倍。經(jīng)濟(jì)植物平均地下水補(bǔ)給量為56.0 mm，為農(nóng)作物補(bǔ)給量的1.4倍。總體來(lái)說(shuō)，植樹(shù)造林和種植經(jīng)濟(jì)植物對(duì)地下水的補(bǔ)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(jì)植物；農(nóng)作物；耗水特征；北京平原地區(qū)

中圖分類號(hào) S271；S184；S715 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 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(qiáng)[1]。針對(duì)這一狀況，2012年，結(jié)合京津冀一體化生態(tài)建設(shè)，推進(jìn)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(guò)渡帶，北京市決定實(shí)施平原地區(qū)百萬(wàn)畝造林工程，營(yíng)造多處大規(guī)模、有特色、多功能的城市森林景觀。經(jīng)過(guò)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(jì)造林7萬(wàn)hm2、植樹(shù)5 400萬(wàn)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(jī)場(chǎng)周邊實(shí)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(yíng)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(shí)現(xiàn)了7萬(wàn)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(kāi)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(shù)種有金葉榆、白蠟、國(guó)槐、柳樹(shù)、楊樹(shù)、核桃，這些樹(shù)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?yàn)橹攸c(diǎn)，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(diǎn)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(shù)、梨樹(shù)、桃樹(shù)和西瓜的經(jīng)濟(jì)林地和種植小麥、玉米的農(nóng)耕地[5-6]。

1.2 氣候特征

項(xiàng)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(duì)最低氣溫為-22 ℃；最熱月（7月）平均氣溫為23～26 ℃，絕對(duì)最高氣溫為42.2 ℃。>0 ℃年積溫4 100～5 500 ℃，>10 ℃年積溫3 600～4 800 ℃，無(wú)霜期211 d。降水及溫度分布特征見(jiàn)圖1。

1.3 主要造林樹(shù)種、經(jīng)濟(jì)樹(shù)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(diǎn)進(jìn)行樣地林業(yè)調(diào)查，調(diào)查樣地內(nèi)的喬木樹(shù)種主要包括國(guó)槐、白蠟、楊樹(shù)+黃櫨、金葉榆+火炬樹(shù)、銀杏、柳樹(shù)。根據(jù)實(shí)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?shù)種配置模式有白蠟+樹(shù)莓、國(guó)槐+紫花苜蓿、柳樹(shù)+紫穗槐、楊樹(shù)+櫟樹(shù)、金葉榆+刺槐、白蠟+楊樹(shù)+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(jì)植物。在北京平原區(qū)造林試點(diǎn)進(jìn)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(shù)種外，還種植有蘋果樹(shù)、桃樹(shù)、梨樹(shù)以及西瓜等經(jīng)濟(jì)樹(shù)種。這些主要經(jīng)濟(jì)樹(shù)種的配置模式如表2所示。與喬木樹(shù)種相比，每年在這些經(jīng)濟(jì)樹(shù)種和作物的栽培過(guò)程中均采取了灌溉等人為經(jīng)營(yíng)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(jì)植物更為頻繁的灌溉等人為經(jīng)營(yíng)措施。

2 森林、經(jīng)濟(jì)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(shù)種除在造林初期有少量灌溉外，其在生長(zhǎng)生育階段吸收利用的水分均來(lái)自自然降水或地下水；而農(nóng)作物在整個(gè)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(shí)有所區(qū)別，森林植被耗水量?jī)H為植株蒸騰水量，而農(nóng)作物生長(zhǎng)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(shí)測(cè)數(shù)據(jù)并查閱相關(guān)文獻(xiàn)，對(duì)上述調(diào)查的森林植被和農(nóng)作物進(jìn)行耗水量化分析，得出以下結(jié)果：在所有造林試點(diǎn)的不同樹(shù)種配置模式中，白蠟、楊樹(shù)+胡枝子配置模式的生育期耗水量最大，達(dá)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(jì)植物耗水特征

平原區(qū)經(jīng)濟(jì)植物為了達(dá)到其最佳經(jīng)濟(jì)效益，每年需要對(duì)其采取灌溉等管理措施。因此，經(jīng)濟(jì)植物在整個(gè)生長(zhǎng)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(jì)植物植被耗水和森林喬木耗水時(shí)有所區(qū)別，森林植被耗水量?jī)H為植株蒸騰水量，而經(jīng)濟(jì)植物生長(zhǎng)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(jì)樹(shù)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(jì)算。蘋果、桃樹(shù)和梨的生育期約為6個(gè)月，西瓜的生育期為90 d左右。調(diào)查人員根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)并查閱相關(guān)文獻(xiàn)，對(duì)上述調(diào)查的主要經(jīng)濟(jì)樹(shù)種和作物進(jìn)行耗水量化分析，得出以下結(jié)果：在所有經(jīng)濟(jì)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(shù)樣地生育期耗水量最大，為612.8 mm；這些經(jīng)濟(jì)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(jì)其生育期為8個(gè)月（240 d），除去其休眠期，將小麥耗水天數(shù)計(jì)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(jì)其生育期為4個(gè)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(duì)當(dāng)?shù)刂饕吆乃魑锒←湣⒂衩椎暮乃卣鬟M(jìn)行對(duì)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(yuǎn)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(jì)植物及農(nóng)作物耗水特征比較

從7種主要樹(shù)種造林模式、4種經(jīng)濟(jì)植物種植模式和2種主要農(nóng)業(yè)（作物）模式地下水補(bǔ)給量來(lái)看，所有森林造林地配置模式的年耗水量遠(yuǎn)低于玉米和冬小麥的生育期耗水量，經(jīng)濟(jì)植物雖然涉及灌溉但是年內(nèi)耗水量也遠(yuǎn)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(jì)植物平均耗水量高26.4%。農(nóng)作物雖然個(gè)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(shù)高、冠幅都超過(guò)農(nóng)作物，但其單位面積的植株量少，也無(wú)需農(nóng)業(yè)灌溉，故其蒸騰耗水總量要遠(yuǎn)小于農(nóng)作物。

3 不同植被地下水補(bǔ)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(shù)種）模式、4種經(jīng)濟(jì)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(jì)算得出所有種植模式的地下水補(bǔ)給量。

3.1 造林植被地下水補(bǔ)給量特征

北京平原地區(qū)森林植被地下水位補(bǔ)給量計(jì)算公式表示為地下水位補(bǔ)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(guò)水量平衡原理計(jì)算，7種主要造林模式地下水補(bǔ)給量不同，平均為75.9 mm；補(bǔ)給量最低值出現(xiàn)在白蠟、楊樹(shù)+胡枝子造林模式中，補(bǔ)給量為61.5 mm；補(bǔ)給量最高的造林模式為銀杏+油松，補(bǔ)給量高達(dá)93.6 mm；所有造林模式的地下水補(bǔ)給量相差不大，最高補(bǔ)給量為最低補(bǔ)給量的1.52倍（表7）。

3.2 經(jīng)濟(jì)植物地下水補(bǔ)給量特征

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

3.3 農(nóng)作物地下水補(bǔ)給量特征

北京種植農(nóng)作物地下水位補(bǔ)給量的計(jì)算方法與森林植被略有不同，與經(jīng)濟(jì)植物類似，種植農(nóng)作物水位補(bǔ)給量計(jì)算公式表示為地下水位補(bǔ)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(guò)水量平衡原理計(jì)算表明，小麥種植地補(bǔ)給量為31.3 mm，玉米種植地補(bǔ)給量為47.6 mm，平均補(bǔ)給量為39.4 mm。

3.4 森林、經(jīng)濟(jì)樹(shù)種和農(nóng)作物地下水補(bǔ)給量特征比較

從7種主要樹(shù)種造林模式、4種經(jīng)濟(jì)植物種植模式和2種主要農(nóng)業(yè)（作物）模式地下水補(bǔ)給量（圖3）來(lái)看，小麥地和玉米地地下水的平均補(bǔ)給量為39.4 mm，平均補(bǔ)給量不超過(guò)50 mm；而7種造林模式地下水的補(bǔ)給量最高可達(dá)93.6 mm，補(bǔ)給量最低也為61.5 mm，其平均補(bǔ)給量為75.9 mm，為農(nóng)作物補(bǔ)給量的1.9倍；經(jīng)濟(jì)植物平均地下水補(bǔ)給量為56.0 mm，為農(nóng)作物補(bǔ)給量的1.4倍。雖然農(nóng)作物有灌溉等人為經(jīng)營(yíng)措施，但森林植被和經(jīng)濟(jì)植物地下水補(bǔ)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(jì)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(shuō)明植樹(shù)造林和種植經(jīng)濟(jì)植物對(duì)地下水的補(bǔ)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(shù)種造林模式、4種經(jīng)濟(jì)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(duì)地下水補(bǔ)給的角度評(píng)價(jià)典型森林植被、經(jīng)濟(jì)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(jì)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(jì)植物生育期平均耗水量高26.4%，這說(shuō)明在北京平原地區(qū)植樹(shù)造林和種植經(jīng)濟(jì)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(bǔ)給量最高可達(dá)93.6 mm，補(bǔ)給量最低為61.5 mm，其平均補(bǔ)給量為75.9 mm，為農(nóng)作物補(bǔ)給量的1.9倍。經(jīng)濟(jì)植物平均地下水補(bǔ)給量為56.0 mm，為農(nóng)作物補(bǔ)給量的1.4倍。這說(shuō)明植樹(shù)造林和種植經(jīng)濟(jì)植物對(duì)地下水的補(bǔ)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(jì)植物的營(yíng)造取得了良好的節(jié)水效果和地下水補(bǔ)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(jìn)一步開(kāi)展工作，并將成功的種植經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行歸納、總結(jié)，并且進(jìn)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(jì)水平。

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