華北寒旱區位于內蒙古高原南緣的冀、晉、蒙長城沿線，主要包括河北省的壩上、山西省的雁北和內蒙古自治區的中段南部地區，土地面積約1×105km2,墾殖率30%~40%,人口近800萬[1].區域農牧生產資源匱乏、人畜超載嚴重。參照聯合國糧農組織（FAO）半干旱區資源人口承載力標準，華北寒旱區人口超載1.4~3.0倍；按照國家小康社會建設標準，依1987~2006年 數 據 綜 合 評 價 區 域 人 口 則 超 載69.4%[2],華北寒旱區為距北京最近的生態退化、經濟落后地區。
1996年以來，依據作物生態適應性原則與憑借國家市場經濟環境，通過改變區域傳統的自給性生產結構，建立以冷涼蔬菜 “適地適季生產，異地錯季銷售”為核心的市場型農作制度，實現了農民收入快速增長與生態環境的同步改善，支持了社會農產品的有效供給。
1區域農業資源特征及存在的問題
1.1區域農業資源特征
1.2.1氣候資源
華北寒旱區地勢高亢，地表平緩且處于東南季風北進的尾閭區以及東亞冷空氣南下的通道上，從而形成高寒、干旱、輻射強、風速大的氣候特點。區域海拔1 000~1 700m,年均溫1~3℃，≥10℃積溫1 600~2 200℃，無霜期僅80~110d;年均降水350~450mm,蒸發量為降水的4~5倍，干燥度2.0~2.3,屬干旱-半干旱偏旱氣候區[3],雨熱基本同季，作物主要生育季降水量約占全年的80%以上；光照資源豐富，年總輻射量552.7~611.3KJ/cm2,日照時數2 500~3 050h;區域年均風速4.5~5.0m/s,春季七級以上大風日數超過60d[4].
1.2.2土地資源
該區人口密度低，人均耕地面積約為全國平均水平的5倍。受地質過程與成土作用影響，地貌波狀起伏，高位風水侵蝕的坡梁土地與低位水土富集的灘洼土地鑲嵌分布。坡梁地為砂質栗鈣土壤，占了全部耕地面積65%以上，土層淺薄粗骨、保蓄力差，作物生產力低，植被覆蓋度差，易于起沙揚塵；低位灘地草甸栗鈣土壤，由于長期風水侵蝕物的滯留與淀積作用，土壤質地較細，肥力高，一些地域地下水位較淺，具有補充灌溉條件，光溫水土資源生產潛力比坡梁地高45%以上，是目前作物生產的主要區域[5,6].
1.2存在的問題
華北寒旱區自成型農業后的百余年間，歷代勞動人民在實踐中逐漸形成了適應區域農業資源特點的馬鈴薯、亞麻、春小麥、裸燕麥、蠶豆、豌豆等短季喜涼耐寒旱作物一年一熟的種植制度，和秋季翻耕、畜糞還田的土地利用方式[7].隨著農業資源的逐步開發利用，最終超出了自然生態的可恢復閾值，雖為滿足區域日益增長的糧食需求，緩解人口壓力做出了重要貢獻，但也出現了很多問題。
1.2.1低產不穩、糧草短缺、經濟貧困
受制于匱乏的資源環境及廣種薄收、低投竭取的土地利用方式，農草生產力低下。糧食產量750~1 125kg/hm2,天然草場干草產量675~1500kg/hm2,約87.8%的光熱水資源生產力由于土壤、作物、技術等因素而損失[5],作物產量年際間變異系數24.9%,高于華北農區13.7個百分點。
1995年前長期不能實現穩定的糧食自足。
1991年-1995年河北壩上四縣人均可消費糧食200kg,為同期全國農民平均消費水平的77%[8];人 均 收 入 僅457.27元，為 全 國 平 均 水 平 的43.9%[9].
1.2.2生態惡化、地力下降
資源匱乏、環境脆弱加之耗取式的農作制度，使該區域造成了以土壤侵蝕沙化、鹽堿化與貧瘠化為特征的退化演替。一般崗梁旱地及過載草場，風蝕模數為800t/km2,重蝕地則高達3000t/km2,從而成為京津等下風地區的重要沙塵源地。同時低位灘地墾草農作后的土壤鹽堿化面積，也已比新中國建立之初增加了3倍。只用不養的耗取式生產使地力下降，據測定，張北縣土壤有機質含量1960年為3.65%,1978年降到2.21%,1989年降至1.50%.
1.2.3系統封閉、熵增運行
市場經濟背景下的華北寒旱區傳統農業，缺乏具有市場競爭能力的產品與產業，區域生產自給性封閉運行。資源匱乏、人口超載條件下低而不穩、難以自足的農牧生產水平，使系統內積累與投入微少，導致資源環境難以更新與恢復而退化。生產力的持續下降，進一步刺激了提高對資源的利用強度的沖動。經濟建設與資源環境保護之間產生尖銳矛盾，系統呈熵增運行，不斷降低著農業生產的持續性。
綜上，難以自足、經濟貧困、資源環境惡化問題，使得華北寒旱區傳統農業生產方式難以為繼，尋求與創新一個增產增收、經濟-生態良性互動的新型農作制度，成為促進區域農業生產可持續發展的迫切需求。
2區域農作制度的設計思想
國家旱區農業重點科技攻關專題張北試驗區自“七五”建立以來，一直致力于華北寒旱區農牧業綜合治理與發展，通過科研人員的不懈努力取得了大量提高水、肥、土資源利用率的重要技術成果，生產力顯著提高，基本實現了口糧自給。但封閉運行，以增產糧草為主的發展道路也已經走到了盡頭?？焖偻黄茀^域封閉生產格局，實現社會經濟與生態環境的協同發展、良性互動，必須創建開放式的農業生產結構，以充分發揮區域間互補性合作生產優勢。憑借國家市場經濟條件，大力發展比較優勢明顯的資源適應型且高商品價值的生產項目，成為利用環境資源獲取發展動力的最重要手段。然而華北寒旱區傳統作物缺乏競爭優勢，需引進與開發適生性新型經濟作物，這雖十分困難，但至關重要。
為此張北試驗區在分析區域農業資源特點的基礎上，自1996年以來，嘗試在低位灘地打井補灌、種植高價值的冷涼蔬菜取得了成功。為規?；l展蔬菜生產，變區域低溫劣勢為冷涼蔬菜生產優勢、并進一步轉化為市場優勢，試驗區針對蔬菜產業發展所涉及的蔬菜種類、播期、栽培技術，以及市場等進行了廣泛而深入的研究，形成了一套以冷涼蔬菜高效生產為核心的開放型的集約農作制度，在提高農作產值、增加農民收入方面成效顯著。蔬菜集約化栽培是一項勞動密集型產業，具有較高的純收益、成本盈利率和勞動盈利率，因而由蔬菜生產所引發的農業勞動力緊缺，為國家實施政策性退耕創造了基本條件。如此，凝聚農民與國家兩股力量，依靠科技啟動、政府促動、市場拉動、農民自動的“多力聯動”機制，促進華北寒旱區經濟-生態協同發展，成為建立區域可持續農作制度的重要途徑。
3區域農作制度的創新與實踐
3.1作物結構與布局設計
3.1.1灘地冷涼蔬菜集約高效生產
灘地具有較好的水土資源條件，適合蔬菜生產。根據華北寒旱區氣候特點和市場需求信息，篩選并確定了以“三白、一綠、一紅”即大白菜、白蘿卜、圓白菜、西芹、紅胡蘿卜為主體菜，約占總面積的70%;以花椰菜、結球生菜、萵筍、架蕓豆等為搭配菜的蔬菜生產結構。冷涼蔬菜生產以區域降水為主，輔以關鍵期人工補水灌溉。
3.1.2坡梁地林草與殘茬覆被生態恢復
坡梁旱地土層淺薄粗骨、干旱貧瘠、風蝕嚴重，以獲取生態效益為主，是區域“一退雙還”的重點地貌。根據華北寒旱區坡梁地土壤風蝕特點，提出農田退耕建設林草生態結構，進行喬灌生態林網和退耕人工草生產，形成立體的林草冬春覆被、固土減塵體系。部分水土資源較好的未退耕地，承擔部分糧經飼及燃料等生產功能，采取農田保護性耕作和地表殘茬覆蓋的生產力保護性開發技術。
3.2開放型農作制的實施效果
3.2.1高效穩產增收
通過調整區域農作系統結構，利用高寒氣候特點，在灘洼良地上由冷涼蔬菜替代傳統的春小麥、裸燕麥生產，于夏秋季節銷往華中、華南等廣大溫熱帶地區。適地適季生產，易地錯季銷售，具有明顯的市場獨占性與經濟效益。由于蔬菜進行集約生產，水肥、資本、技術及勞動力等成本投入較傳統的春小麥提高3.0~3.6倍（表1），一般栽培條件下大白菜、白蘿卜的單產分別達78.3t/hm2和85.4t/hm2,產值和純收益是春小麥的8.9~9.7倍和11.1~12.6倍，實現了“一畝園，十畝田”的種菜經濟效益；同時灌溉水、資本及勞力利用效率分別較春小麥高約7.5~7.8倍、2.4~3.2倍和3~3.4倍，實現了有限農業資源的高效生產（表1）。
開發淺層地下水資源進行蔬菜補充灌溉生產，或采用低位灘地地膜覆蓋進行雨養旱作生產，使得蔬菜穩產性大幅提高。2007年統計，僅蔬菜產業一項就使河北壩上區域農民人均凈收益達到了5 072元，這分別是同期全國農村人均純收入的1.23倍和河北省農村人均純收入的1.18倍，成為區域新興的農村經濟支柱性產業。
3.2.2生態環境改善
高產高效的冷涼蔬菜產業，將大量的資金、肥料、勞力等資源引向水土條件較好的灘地進行集約生產，這就為區域大面積的坡梁劣地主動退耕提供了條件和物質基礎。結合國家糧款補貼的退耕激勵政策，開啟了該區域的生態恢復與重建。以減少土壤擾動、抑制起沙揚塵為目標的華北寒旱區退耕種草及殘茬覆被生態建設，經監測表明（表2），勁風時人工草地輸沙量最低，作物留茬地次之，兩者較耕翻地對照分別平均降低了35.5%和1.6%.地表茬草覆被成為降低土地輸沙量，改善本區及下風區域生態環境的有效措施。
華北寒旱區土壤侵蝕的主要動因是風力，而退耕營造喬灌生態林網是降低風速的有效手段。通過春季監測華北寒旱區防風林帶對風速的減緩效果（表3），表明不同風速氣流經過林帶后普遍下降，但隨著與林帶距離加大，氣流運行的速度又加快。林后2H處風速比林前風速平均降低了27.0%,之后依次為4H處23.2%、6H處20.2%、8H處16.8%和10H處10.4%,林帶的有效防護距離大于6H.坡梁地農田退耕建設林草生態結構，起到了顯著的防風、固土、減塵效果，有效改善了環境質量。
3.2.3可持續性增強
華北寒旱區通過發展本地冷涼蔬菜輸出和與外地糧油產品輸入的區域間農產品“生產-消費”合作的開放型農業，不但使農民收入大幅提高，從而解決了長期以來困擾當地的溫飽問題，且為區域退耕還林還草的生態建設提供了條件和物質基礎。但蔬菜種植耗水量較大，且水分隨外銷的產品幾乎全部流出，而該區域水資源匱乏。冷涼蔬菜的長期大量種植，是否會加劇華北寒旱區水資源的緊缺，甚至導致生態環境的失衡引起了國內外學者的關注。
張北試驗區科研人員的研究表明，在區域間蔬菜和糧食生產的水資源消耗量與水資源價值比較時（表4），從所出售商品的絕對水量上看，蔬菜出售直接輸出的水資源量為71.9~72.1t/hm2,而出售小麥、水稻僅為0.6~0.8t/hm2,這就形成了社會上“賣菜即賣水”的表象性推論。然而糧食生產的田間耗水量卻高于華北寒旱區的冷涼蔬菜，尤其是水稻生產的耗水量更大，達冷涼蔬菜生產的2.9~3.2倍，而這一部分水是糧-菜貿易過程當中所看不到的“虛擬水”資源。經計算，華北寒旱區冷涼蔬菜生產的水資源價值為11.0~13.4元/m3,而華北平原區糧食生產只有1.4~3.2元/m3,兩者相差3.4~9.6倍（表4）；加之本區域蔬菜生產和外區域糧食生產的水資源消耗量差異，實現了本區用0.175~0.196m3的水，就能夠換回外區域1m3水資源的交易。隨菜、糧交易而進行的“虛擬水資源”運動，成為本區農作節水生產與改善水資源存量的過程。
區域內蔬菜與傳統作物生產的水資源消耗量與水資源價值的比較（表5）表明，由于蔬菜的錯季銷售，市場獨占性優勢使其單位面積的經濟產值為本區甜菜和馬鈴薯生產的3.5倍、燕麥的9.6倍和亞麻的11.1倍（表5）。種植蔬菜的經濟高效益，使其消耗相對較少的水資源就可獲得與原來傳統作物生產相當的收益；當消耗與傳統作物同樣的水量時，可顯著提高農民生活質量。從這層意義上講，區域進行蔬菜生產則是在節省區域的水資源存量和減少土地的墾殖率，因此促進了區域農作系統生態與經濟的穩定性和可持續發展。
4區域農作制度的發展
4.1機械化、規?；霓r作制度創新
近年來社會經濟的快速發展與多元化，加之區域間發展的不平衡性與戶籍管理的放寬，吸引了寒旱區大量青壯年通過求學、務工等方式流向經濟發達地區，或在本地轉入收入更高的非農產業。在華北寒旱區的集中退耕實施區，人口的非農化轉移則更為普遍。張北試驗區對一個典型村莊的定點監測表明，從退耕前的1999年到退耕實施9年后的2008年，村莊實際居住人口從282人減少到178人，遷走27戶計104人占總人口的36.9%.剩余人口中的49%以從事服務、商貿等非農產業為主；農業勞動力中45歲以上的占到82.9%.在有水源條件的蔬菜生產村莊，人口非農轉移比例稍稍低，但45歲以上的農業勞動力比例同樣高達70%以上。冷涼蔬菜種植是一項勞動密集型的產業，區域勞動力質量和數量的日趨不足，導致農作工時費標準不斷攀升：農閑時60~70元/d,農忙時則高達100~120元/d,仍可能一人難求。據統計，目前勞動力成本已上升到蔬菜生產總成本的50%左右，勞動力的短缺和成本的快速提高，促發了對農田生產機械化、規?；膹娏倚枨?。
與華北寒旱區大量青壯年外流或轉入非農行業相對應，一些具有較強經濟和技術實力的區域外企業或個人及本地逐步成長起來的經營者，看準了區域冷涼蔬菜產業的市場獨占性，依托自身的資金、技術、管理及市場等優勢進行機械化、規?；?、專業化生產，顯著提高了勞動生產率和生產水平。以機械化蔬菜生產為突破的新型集約農作制度創新，成為區域未來農業發展的重要方向。
4.2退耕種草的集約化畜牧生產制度創新
華北寒旱區位于農牧交錯帶，畜牧業作為其傳統產業，是農民收入的重要來源。但由于區域資源匱乏飼草產量低下，加之畜群超載過度放牧，對脆弱的資源環境造成了破壞。
為保護環境，國家對牲畜放牧進行了控制，從而一定程度上限制了畜牧業 的發 展。在“一退雙還”的生態建設中 有 約20%~40%的耕地用于還草，這為區域發展人工高產草地，創新放牧與舍飼結合的畜牧業生產提供了可能。張北試驗區試驗表明，退耕地自然產草量為1 699.5kg/hm2,人工種草的產草量為老芒麥3700.5kg/hm2、披堿草3207.0kg/hm2和苜蓿2 609.1kg/hm2,較自然產草增產53.5%~117.7%.兼顧環境恢復與經濟效益的適度畜牧業生產制度，成為提高資源利用率、增加農民收入的重要途徑。
4.3降水集蓄利用的資源培育制度創新
利用華北寒旱區獨特的氣候資源發展冷涼蔬菜生產，可創造較高的經濟效益、促進農村勞動力就業、推動區域生態恢復與重建，具有顯著的經濟、社會和生態效益。但區域匱乏的水資源存量與低下的自然更新效率限制了蔬菜產業的進一步發展，降水資源化與高效利用便成為解決問題的重要突破口。華北寒旱區年降水350~450mm,雨熱基本同季，雨季（5~9月）降水量占年降水量的88.1%.而雨季各月際間降水量變異系數卻高達0.47~0.60,頻發的隨機性干旱導致農作生產效率和保障率低下。
華北寒旱區波狀起伏、灘梁相間的地貌特征，具有降水人工集蓄的天然優勢。張北試驗區比較了水泥硬化（按照10年折舊）、塑膜覆蓋和免耕草地三種覆被類型坡面產水效果（表6），結果表明水泥硬化、塑膜覆蓋產流系數高達62%~76%,免耕草地僅為2%.水泥硬化產水方式由于使用壽命長，產水成本可降至5.32元/m3/a.降水集蓄并進一步配套噴灌、滴灌等節水技術，將有力推動華北寒旱區以水為核心的資源節約與資源培育型農作制度的發展。
參考文獻
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