冀中南多样化种植模式的适水效应分析

杨晓琳 梁芳婷 闫菊萍 陈源泉* 贾秀领

(1.中国农业大学 水利与土木工程学院，北京 100083；2.中国农业大学 农学院，北京 100193；3.河北省农林科学院 粮油作物研究所，石家庄 050035)

河北省是全国13个粮食主产省之一，在国家粮食安全中占有重要地位，小麦和玉米产量分别占全国小麦和玉米产量的10%和9%[1]。但河北省水资源严重短缺，1999—2018年地表水资源量为61.3 亿m3/年，仅占全国地表水资源量的0.2%；年均地下水资源量为119.2 亿m3/年，仅占全国地下水资源量的1.5%。1999—2018年河北省年均地下水开采量高达149.7 亿m3/年，年均农田灌溉量为133.2 亿m3/年[2]。自20世纪80年代以来，冬小麦-夏玉米一年两熟制成为河北省主要的种植制度，但冬小麦生育期降水耦合度低，仅为0.4[3]，即冬小麦生育期约200～300 mm的需水依靠抽取地下水灌溉来补给，导致地下水位连年下降。邢台市为典型的地下水漏斗区，其深层地下水埋深已经从1975年的7.7 m下降至2014年的64.0 m，2018年的71.6 m，地下水位下降速率接近1 m/年[4]。多年来的地下水超采，导致一系列的地质和环境问题，如大面积的区域性地下水降落漏斗、地面沉降、咸水入侵和地下水污染等[5- 6]，从而对粮食生产产生负面影响。

在水资源短缺地区，除了节水灌溉和节水栽培技术之外，调整种植结构和建立适水种植制度也是农业节水的重要措施[7]。根据不同作物的需水量和需水规律，结合当地气候和水资源条件，适当减少河北省高耗水作物的种植面积，增加需水量较小、经济效益较大的作物种植面积，优化种植结构，从而达到减轻农业用水压力的目的[8]。马俊永等[9]研究发现，河北省地下水超载的主要原因之一是高耗水作物种植与水资量不匹配，调整农业种植结构，进行适水种植是治理地下水超采的根本措施之一。连煜阳等[10]研究发现，小麦播种比例越大，地下水水位下降越快。高耗水经济作物的栽培会使地下水超采状况愈演愈烈，玉米播种比例增大在一定程度上可缓解地下水超采状况。李爱国等[11]研究发现，在河北省中南部地下水超采综合治理中，用低耗水作物部分替代冬小麦种植是农业节水增效的手段之一。

目前，有关华北地区主要作物需水量的研究有一定进展。钟兆站等[12]利用FAO推荐的作物系数乘以参考作物蒸散量计算了1950—1980年中国北方主要旱地作物小麦、玉米、谷子、甘薯和马铃薯的作物需水量。同样，刘晓英等[13]也利用该方法计算1951—2000年华北地区6个站点的冬小麦和夏玉米的需水量；李春强等[14]计算了1965—1999年河北省主要作物冬小麦和玉米的需水量和缺水量。杨晓琳等[3,15]利用SIMETAW模型计算了1960—2009年黄淮海农作区夏玉米、春玉米和冬小麦的生育期需水量与灌溉需水量，并分析其时空变化特征及气象影响因素。杜玲等[8]结合SIMETAW模型计算了1994—2013年河北省平原地区的7个地级市主要作物灌溉需水量。遆晋松等[16]通过SIMETAW模型分析了1986—2015年华北地区棉花的生育期需水量、有效降雨量和灌溉需水量的变化趋势与水分生态适宜性时空变化特点。康西言等[17]计算分析了1965—2014年河北省冬麦区48个气象站冬小麦需水量及干旱时空特征。张雅芳等[18]基于作物系数法量化并比较2002和2012年华北平原冬小麦、夏玉米和棉花等7种主要作物的需水量，结果表明，缩减高耗水作物的种植比例是提高当地农业用水效率的主要途径，对不同作物需水量的系统量化是构建适水种植模式的重要基础。

近年来，华北地区关于种植制度的需水与耗水研究越来越受到学者的关注和重视。隋鹏[19]通过河北省栾城市定位试验得到不同种植模式的节水潜力表现为一熟制>黑麦-棉花>冬小麦-夏玉米。刘明等[20]与郭步庆等[21]在河北省吴桥实验站的田间试验表明，与传统麦玉模式相比，春玉米-冬小麦-夏玉米两年三熟制和春玉米一熟制周年耗水分别降低约16%和34%。孙宏勇等[22]研究报道河北低平原区12种不同种植模式中，传统麦玉模式的年均需水量高达842 mm，春玉米-冬小麦-夏玉米和棉花-冬小麦-夏玉米两年三熟的种植模式年均需水量比传统麦玉模式分别降低25%和22%。杨晓琳等[23-24]通过长期定位试验得到合理的替代轮作模式有显著节水效果；与麦玉模式相比，粮棉薯模式、粮油模式、粮棉油模式、棉花连作和能源作物柳枝稷可节水11%～30%。李爱国等[11]通过田间试验得到在河北省中南部低平原区用油葵、马铃薯和小黑麦3种低耗水作物部分取代冬小麦的种植，可达到节水增效目标。赵彦茜等[25]利用 APSIM 模型对华北平原1986—2015年不同种植模式的耗水情况进行模拟研究，得到需水量由高到低为麦玉两熟(724 mm)>春玉米-冬小麦-夏玉米两年三熟(631 mm)>春玉米一年一熟(534 mm)。

目前，关于冀中南地区的谷子、大豆、绿豆、马铃薯、甘薯和油葵的水分需求规律及灌溉需水量的研究鲜有报道。本研究以典型地下水漏斗区邢台市为例，利用作物需水模型SIMETAW模型系统量化1965—2018年邢台市10种主要农作物的作物需水量及灌溉需水量，对比分析时间变化规律及作物间差异，并根据当地气候和水资源条件以及不同作物的需水特性、生长发育特点和前后茬作物的农学特性等构建11种不同种植模式，旨在对所构建种植模式的生育期需水、灌溉需水及降水耦合度进行分析，以期为该地区适水种植模式的构建和水资源的可持续利用提供参考。

1 材料和方法

1.1 研究区域概况

本研究以河北省邢台市为例，邢台市位于河北省南部(36°50′～37°47′ N，113°52′～115°49′ E)，太行山脉南段东麓，华北平原西部边缘。该地区属于暖温带大陆性季风气候，四季分明，雨热同期，气温年较差大，降水集中。冬小麦-夏玉米一年两熟是该区域主要的种植模式。由图1可知，1965—2018年邢台市年均降水量为560.6 mm，年际间差异大，年降水量最高可达948.6 mm(2000年)，年降水量最低为196.5 mm(2017年)。由图2可知，1965—2018年邢台市降水年内分布不均匀，7月的平均降水最高(169.8 mm)，1月的平均降水最低(2.8 mm)，全年降水量的76%左右集中在6—9月，其中，全年降水量的54%左右集中在7—8月；该站点多年平均总辐射量5 498.7 MJ/，光资源丰富；多年平均气温为14 ℃，最高月平均温度出现在7月(27.2 ℃)，最低月平均温度出现在1月(-1.5 ℃)。邢台市深层地下水埋深正在以约1 m/年的速度下降[4]，是河北省非常严峻的地下水漏斗区。

图1 1965—2018年邢台市年降水的变化趋势Fig.1 Annual precipitation in Xingtai City from 1965 to 2018

图2 1965—2018年邢台市的月平均降水量和月平均温度Fig.2 Monthly average precipitation and monthly average temperature of Xingtai City from 1965 to 2018

1.2 数据来源

1.2.1气象数据

本研究选取邢台气象站点54年(1965—2018年)的逐日气象数据，包括最高气温、最低气温、平均气温、平均相对湿度、平均风速、日照时数和24 h累计降水量以及站点的地理特征数值(经纬度和海拔高度等)，来源于中国气象数据共享网。

1.2.2作物及作物参数

选取的农作物包括冬小麦、夏玉米、春棉花、春马铃薯、夏大豆、夏谷子、春甘薯、春玉米、春油葵和春绿豆，共10种。作物参数包括作物播种日期和收获日期等，见表1。播种面积和密度等来源于实地调研采集的数据。研究作物按播种日期分为冬播作物、春播作物和夏播作物三大类。其中，冬播作物为冬小麦，春播作物为春马铃薯、春棉花、春甘薯、春油葵、春玉米和春绿豆，夏播作物为夏玉米、夏大豆和夏谷子。

1.3 作物生育期需水量、灌溉需水量、有效降水量的计算方法

采用本地化的SIMETAW(simulation evapotranspiration of applied water)模型[34-36]对邢台市的冬小麦、夏玉米和马铃薯等10种主要作物的生育期需水量ETc、有效降水量Er和灌溉需水量 ETaw等指标进行系统模拟量化(模型得到的作物生育期灌溉需水量的值等于其需水量与有效降水量之差)。SIMETAW模型基于Penman-Montieth公式进行参考作物需水量的计算，利用作物系数法Kc计算作物需水量；其运行需要输入站点地理信息、逐日气象参数、作物参数和土壤参数。SIMETAW模型中各作物的作物系数基本采用FAO推荐的作物系数[35-38]。本研究中各作物参数与土壤参数结合实际情况进行参数调整，对于研究较少的作物的Kc采用模型推荐的区域最佳值。目前SIMETAW模型已经广泛应用在华北地区的小麦、玉米、甘薯和棉花等作物需水量的计算上[3,8,15-16,34,39-42]。

表1 本研究农作物的播种和收获日期Table 1 Sowing date and harvest date of tested field crops

参考作物需水量采用Penman-Montieth公式计算，如下：

(1)

式中：ETo，参考作物蒸散量，mm/d；Rn，冠层表面净辐射，MJ/(m2·d)；G，土壤热通量，MJ/(m2·d)；T，距地面2 m高度平均气温，℃；es，饱和水气压，kPa；ea，实际水气压，kPa；Δ，饱和水气压-温度曲线斜率，kPa/℃；γ，湿度计常数，kPa/℃；U2，距地面2 m 处的风速，m/s。运算时，根据实际情况对风速和太阳辐射等数据进行折算。

作物需水量计算公式如下：

ETc=ET0×Kc

(2)

式中：ETc，作物生育期需水量，mm；ETo，参考作物需水量，mm；Kc，作物系数。作物系数Kc，不同作物在不同发育阶段的作物系数不同，内置于SIMETAW模型内部，采用的是FAO-56推荐的作物系数[39]。

ETaw=ETc-Er

(3)

式中：ETaw，作物生育期灌溉需水量，mm；Er，作物生育期有效降水，mm，由SIMETAW模型计算所得[35-36]。当ETc-Er≥0 mm时，ETaw为两者之差；当ETc-Er<0 mm时，ETaw取值为0 mm。

1.4 邢台市1965—2018年降水年型的分类

目前国内比较常用的丰水年、平水年、枯水年的分类方法[43-46]为：

丰水年:

Pi>P+0.33σ

枯水年:

Pi

式中:Pi，逐年降水量,mm；P，多年平均降水量,mm；σ，标准偏差。

经计算，邢台市1965—2018年自然降水的平均值为560.6 mm，标准偏差为173.6 mm。根据上式，邢台市1965—2018年自然降水>617.9 mm的年份为丰水年，503.3 mm≤自然降水≤617.9 mm的年份为平水年，自然降水<503.3 mm的年份为枯水年，据此划分出邢台市1965—2018年各年的降水年型。邢台市1965—2018年有20个丰水年、13个平水年和21个枯水年，各降水年型下的年份多为不连续的，邢台市在丰水年、平水年和枯水年的平均降水分别为741.7、556.6和390.6 mm(表2)。

1.5 作物种植模式的构建

本研究利用作物需水量模型系统量化得到1965—2018年邢台市10种主要农作物的作物生育期需水量与灌溉需水量。借鉴荷兰瓦赫宁根大学耕作制度生态研究组开发的ROTAT模型[47-48]，根据当地气候和水资源条件以及不同作物的需水特性、生长发育特点和土壤条件，按照农学标准、作物属性、作物间相互作用、种植频次和轮作周期等系统构建出含传统冬小麦-夏玉米一年两熟制在内的11种不同的种植模式，并对各种植模式的生育期需水、灌溉需水、周年需水及降水耦合度等进行对比分析。

1.5.1种植模式的需水量计算

由于本研究的11种种植模式中包含一年两熟和两年三熟的种植模式，因此，本研究以1年为单位进行各种植模式的生育期需水、生育期灌溉需水和年均需水量比较，如，两年三熟种植模式的生育期需水量为3种作物的生育期需水量之和除以两年的轮作周期求得的年均值。

(4)

Ej=OKc×ETo

(5)

式中：W，周年需水量,mm；ETci，第i季轮作作物的生育期需水量,mm；Ei，第j季休闲期土壤蒸发量,mm；OKc，休闲期的作物系数。

1.5.2降水耦合度

降水耦合度指在一定时间、一定地区内，自然降水对某作物或某种植模式生育期需水的满足程度，取值介于0～1，计算公式如下[42]：

表2 邢台市1965—2018年的降水年型划分Table 2 Classification of precipitation types in Xingtai City from 1965 to 2018

Pi≥ETci，λi=1；
Pi

式中：λi，各种植模式的需水与自然降水的耦合度；Pi，各种植模式的各作物生长季内的自然降水总量，mm；ETci，各种植模式的作物生长季内的总需水量，mm。

1.6 数据分析方法

本研究利用SPSS 26.0软件进行统计分析，采用ANOVA(analysis of variance)进行方差分析，显著性水平P=0.05。

2 结果与分析

2.1 1965—2018年邢台市10种主要农作物的生育期需水量比较

由图3可知，10种作物的生育期需水量表现为冬播作物(约470 mm)>春播作物(春棉花和春绿豆除外)(约400 mm)>夏播作物(约300 mm)。其中，春棉花和冬小麦的年均生育期需水量最大，分别为515.2和466.6 mm；其次是春玉米(424.9 mm)、春油葵(420.0 mm)，春甘薯和春马铃薯分别为362.1和354.2 mm。在春播作物中，春绿豆的年均生育期需水量最低，为288.1 mm。在夏播作物中，夏大豆和夏玉米的年均生育期需水量差异不大，分别为313.9和298.7 mm，夏谷子的年均需水量最小，仅为217.5 mm。1965—2018年邢台市10种作物的年均生育期需水量从大到小依次是春棉花>冬小麦>春玉米>春油葵>春甘薯>春马铃薯>夏大豆>夏玉米>春绿豆>夏谷子。

2.2 1965—2018年邢台市10种主要农作物的生育期有效降水量比较

由图4可知，1965—2018年不同降水年型下，邢台市各作物的年均生育期有效降水量从大到小依次是春棉花>春玉米>夏玉米>夏大豆>春甘薯>冬小麦>夏谷子>春油葵>春绿豆和春马铃薯；其中春棉花和春玉米的年均生育期有效降水分别为286.2和267.5 mm，其次为夏玉米(212.3 mm)、夏大豆(188.6 mm)、春甘薯(181.8 mm)、冬小麦(137.4 mm)、夏谷子(134.8 mm)和春油葵(128.7 mm)；春绿豆和春马铃薯的年均生育期有效降水量最低，分别为80.2和62.7 mm。

(6)绿色生活。2017年国家发展改革委、环境保护部、国家统计局、中央组织部印发的绿色发展指标体系中包含绿色生活这一方面，结合农业发展过程，本文使用农村改厕的政府投资(亿元)与农林水事务(亿元)的比值来表示绿色生活，用x6表示。在农村，由于自然经济条件、思想观念、生活习惯等因素的影响，农村居民所使用的厕所比较简陋，老旧厕所不仅污染环境，还滋生各种病菌，危害村民身体健康。近年来政府大力推广农村改厕，并进行相应投资，改善农村环境，促进社会经济发展，同时提高了村民的身体健康水平。

图3 1965—2018年邢台市10种主要农作物的生育期需水量Fig.3 Water requirement (ETc) of staple crops in Xingtai City from 1965 to 2018

图4 1965—2018年邢台市10种主要农作物的生育期有效降水量Fig.4 Effective precipitation (Er) of staple crops in Xingtai City from 1965 to 2018

各作物的多年生育期有效降水变异较大，主要因为长时间序列的年内与年间自然降水存在差异。1965—2018年邢台市降水年际间差异大，年内分布不均匀，全年降水量的76%集中在6—9月，其中，全年降水量的54%集中在7—8月。比如，夏玉米生育期在6月中旬—9月下旬，夏大豆生育期在6月上旬—9月中旬，夏谷子生育期在7月中旬—10月上旬，三者生育期有效降水量变化范围大小相近；春玉米生育期在5月上旬—9月上旬，春棉花生育期在4月下旬—9月中旬，二者生育期较长且包含自然降水量大的6—9月，故二者的生育期降水量变化范围大小相近且数据均偏大；冬小麦生育期在10月上旬—6月中旬、春马铃薯生育期在3月上旬—6月中旬、春绿豆生育期在4月中旬—6月底，春油葵生育期在3月中旬—7月初，其生育期有效降水量均较夏播作物低。

2.3 1965—2018年邢台市10种主要农作物的生育期灌溉需水量比较

整体来看，1965—2018年邢台市的作物生育期灌溉需水量：冬播作物>春播作物>夏播作物。其中，冬小麦的生育期灌溉需水量最大，夏玉米和夏谷子最小，见图5。

1965—2018年邢台市各作物的年均生育期灌溉需水量从大到小依次是冬小麦>春马铃薯>春油葵>春棉花>春绿豆>春甘薯>春玉米>夏大豆>夏玉米和夏谷子。其中，冬小麦的年均生育期灌溉需水量最大，为329.2 mm，其次为春马铃薯(291.5 mm)和春油葵(291.3 mm)，春棉花、春绿豆和春甘薯的年均生育期灌溉需水量分别为229.0、207.9和180.4 mm；春玉米和夏大豆的平均生育期灌溉需水量分别是 158.2 和125.3 mm，夏玉米和夏谷子的年均生育期灌溉需水量最低，分别为87.5 和82.8 mm(图5)。

图5 1965—2018年邢台市10种主要农作物的生育期灌溉需水量Fig.5 Irrigation need (ETaw) of staple crops in Xingtai City from 1965 to 2018

2.4 多样化种植模式的需水分析

结合各作物长时间序列的需水规律与灌溉需水规律，并结合邢台市长时间序列的自然降水规律与各作物的生育期、生长发育规律和生物学特性等参数，初步构建含传统冬小麦-夏玉米一年两熟制在内的11种种植模式，包括5种一年两熟模式和6种两年三熟模式，见表3。

2.4.111种种植模式的生育期需水与灌溉需水量分析

由表4可知，从生育期需水来看，冬小麦-夏玉米一年两熟模式在丰水年、平水年和枯水年下的生育期需水量平均值为764.4 mm，多样化轮作模式各降水年型下的平均生育期需水量比传统麦玉模式显著降低15%～34%。春绿豆-夏谷子一年两熟的生育期需水量最低，各降水年型下平均值为504.4 mm，比传统麦玉模式降低34%。其次为春甘薯-冬小麦-夏谷子两年三熟，其生育期需水量为522.3 mm，比传统麦玉模式降低32%。春马铃薯-夏玉米一年两熟、春油葵-夏谷子一年两熟及春棉花-冬小麦-夏玉米两年三熟的年均生育期需水量比传统麦玉模式降低15%～17%，其他模式的年均生育期需水量比传统麦玉模式降低22%～28%。

表3 邢台市不同种植模式Table 3 Different cropping systems in Xingtai city

从生育期灌溉需水量来看，冬小麦-夏玉米一年两熟模式在丰水年、平水年和枯水年下的生育期灌溉需水量平均值为412.0 mm，多样化轮作模式各降水年型下的平均生育期灌溉需水量比传统麦玉模式降低9%～32%。其中，春绿豆-夏谷子一年两熟、春玉米-冬小麦-夏玉米与春玉米-冬小麦-夏谷子两年三熟模式的生育期灌溉需水量比传统麦玉模式显著降低30%～32%。其他一年两熟模式的各年型下年均生育期灌溉需水量降低9%～10%，其他两年三熟模式的各年型下生育期平均灌溉需水量比传统麦玉模式降低 23%～29%(表4)。

2.4.211种种植模式的周年需水及降水耦合度

由图6，图7和图8可知，传统麦玉周年需水量在各降水年型下的平均值为764.4 mm。其中春绿豆-夏谷子一年两熟与春甘薯-冬小麦-夏谷子两年三熟模式在各降水年型下的周年需水量平均值分别为612.5和588.4 mm，比传统麦玉模式分别降低20%和23%。其他两年三熟模式(春玉米-冬小麦-夏玉米、春玉米-冬小麦-夏谷子、春棉花-冬小麦-夏谷子与春甘薯-冬小麦-夏玉米)和一年两熟模式(春马铃薯-夏谷子)在各降水年型下的周年需水量平均值介于622.9～671.4 mm，比传统麦玉模式降低12%～18%。春马铃薯-夏玉米、春油葵-夏谷子一年两熟模式和春棉花-冬小麦-夏玉米两年三熟模式在各降水年型下的周年需水量平均值为709.3～741.4 mm，比传统麦玉模式降低3%～7%。

传统麦玉模式在丰水年、平水年和枯水年下的周年平均需水量分别为753.4、759.5和780.3 mm。各模式在丰水与平水年下的周年需水量差异不大，但比枯水年下的周年需水量平均低3%～5%。在丰水年，各种植模式的周年需水量介于580.4～753.4 mm；在平水年，各种植模式的周年需水量介于583.9～759.5 mm；在枯水年，各种植模式的周年需水量介于600.8～780.3 mm。

如表5所示，根据这54年的年降水的概率分布，将年降水量>617.9 mm的年份划分为丰水年，20个丰水年的年均降水为741.7 mm；在丰水年，各模式的降水耦合度较高，≥0.82。年降水量在503.3～617.9 mm的年份划分为平水年，13个平水年的年均降水为556.6 mm；各种植模式的降水耦合度差异不大，介于0.62～0.82。其中，春玉米-冬小麦-夏玉米两年三熟在平水年的降水耦合度最高为0.82，其次是春绿豆-夏谷子一年两熟、春玉米-冬小麦-夏谷子、春棉花-冬小麦-夏玉米两年三熟模式，其在平水年的降水耦合度为0.77～0.78，春马铃薯-夏谷子与春油葵-夏谷子一年两熟模式的降水耦合度在平水年最低，分别为0.62和0.66。年降水量<503.3 mm的年份为枯水年，21个枯水年的年平均降水为390.6 mm；各种植模式在枯水年型的降水耦合度最低，仅为0.42～0.55。其中，春玉米-冬小麦-夏玉米两年三熟在枯水年的降水耦合度最高为0.55。

图6 1965—2018年邢台市不同种植模式在丰水年周年需水量Fig.6 Annual average water demand of diversified crop rotations in Xingtai city from 1965 to 2018 under wet year

图7 1965—2018年邢台市不同种植模式在平水年周年需水量Fig.7 Annual average water demand of diversified crop rotations in Xingtai city from 1965 to 2018 under normal year

图8 1965—2018年邢台市不同种植模式在枯水年周年需水量Fig.8 Annual average water demand of diversified crop rotations in Xingtai city from 1965 to 2018 under dry year

平水年型与枯水年型下，自然降水均不能满足各种种植模式的生育期需水，约40%～60%的需水要依靠抽取地下水来满足[22]。但与传统麦玉模式相比，春绿豆-夏谷子一年两熟和春玉米-冬小麦-夏玉米、春玉米-冬小麦-夏谷子、春棉花-冬小麦-夏玉米、春甘薯-冬小麦-夏玉米两年三熟模式在丰水年、平水年和枯水年年型的降水耦合度均高于传统麦玉模式；春马铃薯-夏玉米一年两熟模式在丰水年和平水年的降水耦合度均高于传统麦玉模式(表5)。因此，发展多样化的适水种植模式可提高自然降水的利用效率，同时增加物种多样性[24]。

表5 不同降水年型下不同种植模式降水耦合度Table 5 Rainfall coupling of different cropping systems in different rainfall years

3 讨论与结论

总体上，邢台市的各作物生育期需水量大于其有效降水量，即该地区降水不能满足其生育期需水。只有少部分作物在某些丰水年的自然降水可满足其需水。1965—2018年邢台市10种作物的生育期需水量表现为春棉花(515.2 mm)>冬小麦>春玉米>春油葵>春甘薯>春马铃薯>夏大豆>夏玉米>春绿豆>夏谷子(217.5 mm)；生育期平均灌溉需水量：冬小麦(329.2 mm)>春马铃薯>春油葵>春棉花>春绿豆>春甘薯>春玉米>夏大豆>夏玉米>夏谷子(82.8 mm)。夏谷子的平均生育期需水量和灌溉需水量均为最低。冬小麦和春棉花为高耗水作物，夏谷子、夏玉米和春绿豆为低耗水作物。适当减少高耗水作物的种植面积，适当增加低耗水作物的种植面积，是减缓当地地下水位下降的有效途径之一。

张瀚文[49]报道邢台市1981—2015年冬小麦的平均生育期降水量为144.9 mm、生育期理论需水量平均为448.6 mm(391.1～487.6 mm)、生育期缺水量为302.8 mm；夏玉米的平均生育期降水量为334.7 mm、生育期理论需水量平均为273.5 mm(241.6～299.2 mm)、生育期缺水量为54.9 mm；杨晓琳等[3,15]利用SIMETAW模型计算得到的黄淮海农作区1960—2009年50个气象站点的冬小麦、夏玉米和春玉米的年均生育期需水量分别为 452.4、321.7和456.7 mm，灌溉需水量分别为247.5～335.7、89.1～138.0和96.7～202.2 mm；遆晋松等[16]利用SIMETAW模型得到华北棉区47个气象站点1986—2015年棉花的年均生育期需水量为560.2 mm。孔箐锌等[34]利用SIMETAW模型得到北京地区1951—2006年的春甘薯和春大豆年均生育期需水量为439.0 和323.2 mm；刘朋程等[50]利用Penman-Monteith公式计算得到河北省保定市1955—2013年夏谷子的需水量为372.4 mm；马凤莲等[51]采用FAO推荐的参考作物蒸散法计算得到冀北地区1969—2018年马铃薯的年均需水量和缺水量分别为497.8 和349.1 mm。绿豆具有适播期长、生育期短和耐旱耐瘠等特点[52]，张丽华等[53]通过在河北省石家庄市藁城区田间观测得到夏绿豆不同品种平均耗水量为225 mm，仅为同期降水量的一半。本研究得到的各作物需水量等结果与上述前人的研究结果一致。

本研究表明，传统麦玉两熟周年需水量最大，为753.4～780.3 mm，与前人研究结果一致[22-24]。与传统麦玉模式相比，多样化轮作模式可降低生育期需水量，约15%～34%；生育期灌溉需水量降低9%～32%。其中，春玉米-冬小麦-夏玉米[20-21, 25]、春玉米-冬小麦-夏谷子、春甘薯-冬小麦-夏玉米、春甘薯-冬小麦-夏谷子等两年三熟在丰水年、平水年和枯水年下的生育期需水量、灌溉需水量和周年需水量均较低。春绿豆-夏谷子一年两熟模式的年均生育期需水量最低为504.4 mm，年均生育期灌溉需水量为286.8 mm。

因此，为减缓邢台市地下水位不断下降的趋势，在保证粮食安全的前提下，邢台市可考虑适当减少高耗水作物的种植面积，将生育期需水量和灌溉需水量均偏小的春播作物部分代替冬小麦与夏播作物复种或轮作种植，冬季地表可采用填闲作物进行覆盖降低土壤蒸发[54]，适当发展多样化的适水种植模式。

本研究主要关注不同作物及不同种植模式的需水量对比分析，对其产量、水分利用效率和经济效益等有待进一步研究。