一、水资源短缺条件下华北地区农业发展的成就与面临的主要问题
（一）水资源短缺条件下华北地区农业发展成就
从全国范围来看，华北地区具有政治、科技、文化、经济、区位优势，它的兴衰对我国政治稳定、经济发展有着重要影响。本研究课题所涉及的华北地区（包括京、津、冀、鲁、豫五省市）人口占全国的24%，耕地占全国的17.9%，光热充足、土地肥沃，是我国重要的农牧业生产和商品粮基地。华北地区农牧业年产值占全国近25%，种养业是农业的主体，其中种植业产值占58%，牧业产值占32%。2014 年粮食产量为1.397×108 t，占全国的23%；作物产量构成中粮食占60%，其次为水果、蔬菜占34%。在粮食作物中，小麦、玉米是华北平原粮食生产的主体，小麦产量占粮食总产量的51%，其次为玉米占 40%。华北地区在我国小麦生产中占主导地位，2014 年小麦播种面积和产量分别占全国的48.3% 和56.2%，小麦单产为406.8 kg/ 亩（1 亩≈ 666.667 m2 ），明显高于全国349.6 kg/ 亩的平均水平。因此，华北地区食物生产在国家食物安全中占有十分重要的地位。
但还要认识到，华北平原农业的成就是在水资源严重短缺条件下取得的，该区域水资源量仅占全国水资源总量的6%，人均水资源、水土资源配置比例均大大低于全国平均水平，如海河流域人均水资源占有量只有250 m3 ，不足全国平均水平的1/8。由于该地区气候干旱导致的水资源量减少和工业城市发展对水资源需求量的增加，华北农业用水总量从1998 年的5.603×1010 m3 下降到2015 年的4.234×1010 m3 ，减幅达24.4%；农业用水量占该区域总用水量的比例从1998 年的72.2% 下降到2015 年的 61.7% [1]。虽然农业用水总量逐年减少，但随着农业生产条件改善，作物产量不断提高，如小麦、玉米主产省份河北、河南、山东近 30 年粮食总产增加了5.85×107 t，粮食单产的大幅增加是粮食总产增加的主导因素。粮食单产中小麦单产增加了200.9 kg/ 亩，增幅达120%；玉米单产增加了179 kg/ 亩，增幅达90%。而随着粮食单产增加，作物耗水量并没有明显增加，得益于农业科技进步和农业基础设施条件的大幅改善，实现了农业总用水量降低条件下农业产出的不断增加。
华北平原农业在水资源短缺条件下，为国家和区域食物安全及农村经济社会发展做出了重大贡献，但也带来了诸多生态环境负效应，特别是多年地下水超采形成的大幅度下降漏斗问题，威胁着该区域灌溉农业的可持续发展 [2]。为了治理该区域地下水超采问题，近几年华北平原在发展节水型农业中，认真落实**在新时期的治水思路，坚持“节水优先、空间均衡、系统治理、两手发力”，实施“以水定地、以水定产、以水定发展”，取得了显著成绩。特别是2014 年以来中央财政启动了地下水严重超采区“节水限采”试点行动，以 “节、引、蓄、调、管”五大工程为治理思路，即大力发展以节水灌溉为主的节水型社会，合理引用外调水，着力调整种植结构，因地制宜、因水制宜，禁限采管理、水位水量双管控和完善法规体系，形成从水源到田间、从工程到农艺、从建设到运行的综合治理体系。上述措施的实施，取得了一些初步成效，广大农民群众的节水意识明显增强，水是稀缺性资源、水资源有偿使用的理念逐步形成。试点区地下水超采得到一定遏制，在地下水超采综合治理方面积累了一些经验。未来，随着京津冀一体化和城镇化发展，华北平原农业用水会进一步向工业城镇转移，水资源短缺将是制约华北农业可持续发展的关键因素，协调作物生产 – 水资源 – 生态环境的关系，发展水资源短缺条件下的适水农业已成为一个亟需解决的重大课题。
（二）华北平原水资源短缺条件下农业发展面临的主要问题
目前，华北平原水资源短缺条件下农业发展主要面临以下问题。
一是农业没有适水发展，农业规模严重超过了水资源承载能力，导致了大范围地下水位降落漏斗等生态环境问题。华北平原灌溉节水技术已研究推广30 多年，并没有改变地下水资源继续恶化的现状，节水技术效应明显低于用水强度增加效应，甚至出现了“越节水越缺水”的怪象，作物种植结构逐步单一化，蔬菜、小麦、果树等需灌溉水较多的作物种植比例持续增加，该区农业没有“适水”发展是主要原因。
二是农业种植结构不合理，高耗水的蔬菜水果种植面积发展较快，单位面积耗水强度逐年增大，高水、高肥、高产的生产模式导致了低品质、低价格和低效益，不仅浪费水肥资源，而且造成环境污染和产能浪费。
华北平原粮食种植比例由1981 年的78.9% 下降到2014 年的66.3%，而高耗水的蔬菜和果树种植比例分别增加11.1% 和4.1%。目前华北平原蔬菜生产量占全国的37%、水果占29%，蔬菜成为仅次于粮食作物的灌溉耗水大户。蔬菜灌溉用水量多，不仅体现在蔬菜茬口多，也体现在由于灌溉技术和灌溉制度不合理引起的根层水分渗漏多、养分淋失量大，从而带来一系列环境问题。
三是农业节水补偿机制未形成，农业节水技术应用推广驱动力不足，农业节水技术服务体系不健全，节水工程建设标准低，影响了节水工程效益的发挥。
农业节水的受益人是全社会，而农业节水直接影响的主体是农民。由于灌溉水价低大田作物节水仅使农民减少少量的水费成本，经济效益非常有限，大部分效益是全社会受益的生态效益，而农民采用先进的节水技术需要大量投入和增加生产成本，所以农业节水技术应用推广缺乏驱动力，在实际生产中没有体现出多节水多补偿，缺乏长期有效的节水激励和补偿机制，影响了农民节水的积极性和对节水技术使用的主动性。
四是农业用水监测网络未形成，缺乏对区域农业用水的有效监控，特别是缺乏对严重超采区地下水的监控，影响了对区域农业用水总量和单位面积耗水强度的有效控制。
农业用水准确计量是推动节水技术应用和实施农业节水补偿的基础，但华北地区目前95% 以上的地表水灌区没有安装田间用水计量设备；关系到地下水压采策略实施的井灌区，还未形成严格的取水许可制度，对地下水的开采基本上还处于无序状态，管理难度较大。
五是不同部门的政策与措施缺乏协调，高效节水灌溉技术与农艺节水技术配套不紧密，缺乏可规模化应用的标准化农业节水技术模式。
目前，华北平原农业生产涉及到多个方面，缺乏部门之间的密切配合，甚至出现了在地下水严重超采区同一块农田执行着来自不同政府部门相互矛盾的政策措施，一方面是节水限采试点，以水定地、以水定产，农田休耕和粮食去产能；另一方面又是建设高产粮仓、扩大种植面积和消耗更多水资源。
六是地下水严重超采区节水限采试点资金投入巨大，但效果有限，而且某些补贴政策的节水限采效果不可持续。
综上，华北地区农业可持续生产的最大制约因素就是水资源。本文在研究课题大目标下，将系统分析1998—2015 年华北水资源、农业用水、用水效率的发展状况和未来发展方向，为国际化绿色化背景下华北地区食物安全可持续发展中农业水资源的保障提供科学决策的基础。
二、华北地区农业水土资源利用状况分析
（一）华北地区水资源量的变化状况
华北地区五省（市）和全区近 18 年来平均降水量与常年（1956—2000 年系列平均值）降水量相比，都有所下降（见图 1），但总体下降的幅度不大。其中北京下降15.6%，幅度最大；天津下降5.2%，河北下降9.6%，山东提高0.3%，河南下降1.9%，整个华北地区下降3.9%。对多年降水的频率分析表明，五省（市）以及全区的偏丰水年和平水年出现的频率在近年（2011—2015 年）明显偏多。说明近几年全区的降水形势属于偏丰的状态。这种偏丰的降水形势能否持续下去，取决于气候变化的程度。但目前最新的相关研究预测 [3]，华北地区在未来30 年将进入一个降水偏丰的时期。
图 1 华北五省（市）及全区 1998—2015 年平均降水量和常年（1956—2000 年系列平均值）降水量比较
尽管1998—2015 年的降水量下降幅度不大，但是由于经济快速成长，城市化进程加快，土地利用方式发生了巨大的变化，下垫面情况改变巨大，严重影响了降水所形成的地表水和地下水的数量。华北五省（市）和全区地表水资源形成量下降幅度巨大（见图 2），其中北京和河北分别下降54.4% 和52.7%，下降一半还多。天津下降21.8%。河南下降13.8%，山东下降6.7%，全区下降16.7%。作为粮食主产省的河北地表水资源量下降52.7%，势必对该省的各部门用水以及农业用水产生负面影响。
图 2 华北五省（市）及全区1998—2015 年平均地表水资源量和常年地表水资源量比较
降水形成的地下水资源量1998—2015 年来呈现波动下降态势，1998—2007 年，无论总量还是占比的变化都波动较大，2008—2015 年则呈现稳步下降的趋势，总量从5.89×1010 m3 下降到4.45×1010 m3 ，降幅达 24.4%，地下水资源量占全国的比例从6.27% 下降到5.71%（见图 3）。
图 3 华北地区地下水资源量变化以及占全国地下水资源占比的变化
总体上， 华北地区水资源量从1998年的1.212×1011 m3 ，下降到2015 年的6.303×1010 m3 ，降幅达48.0%（见图 4）。以上结果表明，虽然近几年华北地区降水形势偏丰，但由于下垫面发生的巨大变化，降雨形成的水资源总量却下降了将近一半。由此，农业可以利用的水量受到了极大限制。
