雙評價中的種植業承載能力計算方法分析

（中國城市規劃設計研究院，北京 100041）

2019年5月，《中共中央國務院關于建立國土空間規劃體系并監督實施的若干意見》中明確指出，國土空間規劃是國家空間發展的指南、可持續發展的空間藍圖，是各類開發保護建設活動的基本依據。按照《中共中央國務院關于建立國土空間規劃體系并監督實施的若干意見》要求，資源環境承載能力和國土空間開發適宜性評價（簡稱“雙評價”）是編制國土空間規劃、完善空間治理的基礎性工作，是優化國土空間開發保護格局、完善區域主體功能定位，劃定生態保護紅線、永久基本農田、城鎮開發邊界（簡稱“三條控制線”），確定用地用海指標的參考依據。雙評價主要包括農業和城鎮資源環境承載能力的計算以及從生態、農業、城鎮的角度對國土空間的開發適應性進行評價。

對資源環境承載力認知進行剖析是開展雙評價的基礎[1]，進行嚴謹科學的資源環境的承載能力計算，在土地資源和水資源的雙重約束條件下核定種植業發展邊界及增長潛力[2]，發揮雙評價工作的基礎性和約束性作用，也是支撐國土空間規劃的重要部分[3]。隨著國民經濟的不斷發展，工業化、城鎮化進程的不斷推進，耕地資源與水資源存在嚴重的農轉非現象，農業水資源和土地資源成為制約我國農業健康發展的兩大剛性約束[4]。借助對農業種植業承載力的核算，可為估計農業種植業增長潛力以及調整選擇農業生產結構提供依據，前瞻性地判斷種植業發展的環境邊界，為揭示農業發展面臨的挑戰和威脅、加強農業可持續發展能力建設提供依據。

咸陽市位于“一帶一路”的關鍵節點，經濟發展處于加速轉型的關鍵期。有研究表明，咸陽市的水環境壓力指數居陜西省之首，屬于水環境壓力最嚴重的地區[5]。計算咸陽市的種植業承載力，對了解咸陽市資源環境稟賦、支撐咸陽市國土空間規劃有著重要意義。

1 研究區概述

咸陽市位于107°39′E～109°11′E，34°12′N～35°34′N，地處陜西關中平原腹地，東部為西安、西咸新區，南部為長安、鄂邑區，西部為楊凌、扶風、麟游，北部為銅川及甘肅慶陽、平涼。咸陽市屬于暖溫帶大陸性季風氣候，四季分明。全市可劃分為渭北高原北暖溫帶半濕潤氣候區和關中渭河平原南暖溫帶半濕潤區兩個氣候區。

咸陽市沿渭河河道向北，地勢呈階梯形增高，由一、二級河流沖擊階地過渡到一、二級黃土臺塬，北部連接陜北高原南伸的山地。咸陽市南部屬于關中平原，地勢平坦，土地肥沃，農業灌溉條件優越，是全國重要的糧食和經濟作物產區。咸陽市由北至南可劃分為馬欄土石山區、黃土高原溝壑區、黃土丘陵溝壑區、黃土臺塬區和涇渭沖積平原區五個地貌分區。咸陽市北部塬面黃土厚度達數十米至百米，由于長期受涇水、渭水干支流的切割，自然生態環境相對脆弱。

2018年末，咸陽市耕地面積為48.6 萬hm2，其中水澆地面積為24.0 萬hm2，占比49%，高于全省水平，主要集中在南部涇渭沖積平原區。咸陽市水資源和土地資源本底條件南北差異較大，南部區縣土地和水資源條件相對較好，地勢平坦，灌溉條件較好，種植業相對發達；北部地區以土石山區和黃土高原丘陵溝壑為主，灌溉用水相對困難，種植業發展水平相對較低。

2 計算方法

根據2020年1月自然資源部發布的《資源環境承載能力和國土空間開發適宜性評價指南（試行）》（以下簡稱“指南”）要求，計算耕地承載規模的方法如下：從水資源的角度，可承載的耕地規模包括可承載的灌溉耕地面積和單純以天然降水為水源的耕地面積（雨養耕地面積）。從空間約束的角度，將生態保護極重要區和種植業生產不適宜區以外區域的規模，作為空間約束下耕地的最大承載規模。按照短板原理，取上述約束條件下的最小值，作為耕地承載的最大合理規模。

3 水資源約束下的耕地最大承載規模

灌溉農業和雨養農業是全球最為典型的農業區，全球總耕地面積的18%為灌溉耕地面積（FAO，2005），灌溉耕地的糧食產量占全球糧食總產量的40%（UNCSD，1997），全球總耕地面積的82%為雨養耕地面積，雨養耕地糧食產量占全球糧食總產量的60%[6]。

我國的灌溉面積達11.1億畝，居世界第一，其中節水灌溉工程面積達5.14億畝，占比46.3%?？沙休d的灌溉耕地面積等于一定條件下灌溉可用水量和農田綜合灌溉定額的比值。灌溉可用水量要在區域用水總量控制指標基礎上，結合區域供用水結構、三產結構等確定。農田綜合灌溉定額根據當地農業生產實際情況，以代表性作物（水稻、小麥、玉米等）灌溉定額為基礎，根據不同種植結構、復種情況、灌溉方式（漫灌、管灌、滴灌、噴灌等）、農田灌溉水有效利用系數等確定。數據來源為《咸陽市統計年鑒》及《陜西省統計年鑒》。

（1）灌溉可用水量。

根據《咸陽市貫徹最嚴格的水資源管理制度考核辦法》和陜西省水利廳《關于下達“十三五”水資源管理控制目標的通知》中相關要求，2020年咸陽市用水總量的控制目標為14.47 億m3，2030年用水總量控制目標為15.50 億m3。規劃遠期2035年與2030年用水總量保持不變，保持15.50 億m3。

2014～2018年農田灌溉用水占比下降，2016～2018年穩定在52%左右，用水量下降至5.6 億m3。規劃2035年農田灌溉需水量占比下降至43%，農田灌溉可用水量為6.65 億m3，較2018年增長19%。

2014～2018年咸陽市用水總量和農田灌溉用水總量分析如圖1所示。

圖1 2014～2018年咸陽市用水總量和農田灌溉用水總量分析

（2）農田綜合灌溉定額的確定。

農田綜合灌溉定額根據當地農業生產實際情況，以代表性作物（水稻、小麥、玉米等）灌溉定額為基礎，根據不同種植結構、復種情況、灌溉方式（漫灌、管灌、滴灌、噴灌等）、農田灌溉水有效利用系數等確定。

統計咸陽市2016～2018年農業作物種植結構，選取小麥和玉米作為主要糧食作物，蔬菜作為主要的經濟作物。分析可知：小麥∶玉米∶蔬菜的種植結構在1∶0.687∶0.418上下浮動，具有較好穩定性，規劃種植比例為1∶0.687∶0.418。2016～2018年主要農作物和經濟作物種植比例如圖2所示。

圖2 2016～2018年主要農作物和經濟作物種植比例

統計2016～2018年咸陽市的總播種面積及各年度年末耕地面積，計算得到復種系數，規劃選取2016～2018年的平均值為1.42。

2016～2018年咸陽市復種系數計算如表1所示。

表1 2016～2018年咸陽市復種系數計算

2018年咸陽市總灌溉面積為21.869 萬hm2，其中節水灌溉面積為14.849 萬hm2，占比67.9%，略高于全省67.4%的水平。規劃2035年節水灌溉面積占比達到80%，農田灌溉水有效利用系數達到0.65以上，與發達國家持平。

根據《陜西省行業用水定額》，小麥的灌溉用水量定額取120 m3/畝，玉米100 m3/畝，蔬菜230 m3/畝。結合不同種植結構、復種情況、灌溉方式（漫灌、管灌、滴灌、噴灌等）、農田灌溉水有效利用系數，規劃2035年咸陽市農業綜合灌溉定額為127.84 m3/畝。

（3）可承載的灌溉耕地面積。

綜上，可承載的灌溉耕地面積等于一定條件下灌溉可用水量和農田綜合灌溉定額的比值，計算得出咸陽市可承載的灌溉耕地面積為22.245 萬hm2。

（4）雨養耕地面積。

雨養耕地面積，根據作物生長期內降水量、降水過程與作物需水量過程的一致性等確定。相關參數可采用聯合國糧農組織推薦值，并根據當地經驗進行修正。

農作物需水量ETC按照作物系數kc與參考作物需水量ET0之積計算。

計算農作物生長期內的需水量ET0，按照聯合國糧農組織（FAO）推薦的Penman-Monteith公式計算：

式中：ET0——參考作物蒸散量（mm/d）；Rn——作物表面凈輻射[MJ/（m2·d）]；T——距地面2 m高處的氣溫（℃）；G——土壤熱通量[MJ/（m2·d）]；u2——距地2 m高處的風速（m/s）；es——飽和水汽壓（kPa）；ea——實際水汽壓（kPa）；Δ——飽和水汽壓與溫度曲線斜率（kPa/℃）；γ——溫度計常數（kPa/℃）。

咸陽市多年平均各月參考作物需水量如表2所示。

表2 咸陽市參考作物需水量 單位：mm/d

根據冬小麥、夏玉米和棉花的生育期和咸陽市多年平均逐月降雨量，計算得到主要農作物的需水量。夏玉米的生長期內缺水較少，冬小麥和棉花的缺水量相對較高，冬小麥在生育期內缺水量達50%以上。

主要農作物生育期內需水量和降水量如表3所示。

表3 主要農作物生育期內需水量和降水量

以天然降水為源的雨養耕地面積的確定難以單純的通過計算農作物的需水量和降水量的一致性計算。本文采用現狀咸陽市旱地的面積作為承載力，計算中的雨養耕地面積，為16.42 萬hm2。

（5）耕地承載的最大合理規模。

計算咸陽市可承載的灌溉耕地面積與雨養耕地面積之和，為38.657 萬hm2。

4 空間約束條件的最大合理規模

根據咸陽市雙評價中種植業適宜性的結果，咸陽市扣除不適宜農業生產和生態極重要區的面積為65.845 萬hm2，超過38.657 萬hm2。

5 結果分析與討論

（1）短板原理。

取上述約束條件下的最小值，作為耕地承載的最大合理規模，為38.657 萬hm2。分析咸陽市農業生產的可承載規模與現狀耕地面積，各區縣農業生產均未超載。本次基本符合當地土地資源實際情況，采用的評價方法、體系基本可行。現行的“指南”對于市級的雙評價工作具有一定的指導意義。作為“雙評價”成果的一部分，咸陽市種植業承載力的計算成果如何對空間上與種植業適宜性評價成果進行融合，對“永久基本農田”邊界的劃定進行支撐，還需要進一步分析。

（2）雨養耕地面積的計算問題。

“指南”中要求根據作物生長期內降水量、降水過程與作物需水量過程的一致性等確定。在咸陽市的計算過程中，可操作性較差，本次選取現狀旱地面積作為可承載的雨養耕地面積。

天然降水的高效利用對提高雨養耕地和灌溉耕地均具有重要意義，雨養耕地與灌溉耕地既有對立性又有統一性，在促進農業生產和對水的需求上統一，在耕地的集水、保水、用水方面，雨養耕地的技術表現出明顯的先進性和有效性。若在灌溉耕地中引進雨養耕地的技術，將會節約大量的水資源，規劃可利用雨養耕地需水量的計算水資源最大承載力，即利用聯合國糧農組織推薦的計算作物需水量的公式，結合當地情況進行修正后得到作物需要的灌溉用水量。

（3）資源性缺水與工程性缺水并存。

水資源仍是制約咸陽種植業發展的主要因素之一，咸陽市北部渭北旱塬區地勢高低不平、溝壑縱橫，濕陷性大、地下水埋藏深、提水高程大、引水距離長、發展灌溉農業工程量大、需要投資多、建設周期長，因此為了實現農業的高效可持續發展，提高雨水的利用效率，發揮雨水的生產潛力尤為重要[7]。隨著城市發展對水資源需求的不斷增長，未來的農業用水形勢將更為嚴峻[8]。

目前咸陽市已成為陜西省級節水型城市，種植業也應從自身產業發展的角度為創建節水城市提供助力，提高水資源的承載力，大力發展節水灌溉，開發雨水集蓄利用工程，改變農藥和化肥施用方式等。