（地图学与地理信息系统专业论文）基于gis的张家口坝上地区农业分区研究.pdf

摘要 张家口坝上地区位于农牧交错带上，是北京地区一道生态屏障。其生态环境质量直 接关系到北京地区生态环境的安全，因此坝上地区成为政府和科学家们关注的热点。本 区数百年前土地利用方式为草地，生态环境良好，而近几十年随着经济的发展，坝上地 区出现了土地沙化、湖淖干涸和地下水水位下降的现象，环境退化日益严重。造成环境 退化的原因既有自然因素，也有人为因素，但主要还是人为所致。鉴于此，目前对坝上 地区的研究主要集中在生态环境治理和生态农业发展模式等方面。张家口坝上地区的生 态环境治理与当地的经济发展密切相关，尤其与农业发展相关。2 0 世纪末到本世纪初， 坝上地区开始实施退耕还林、还草工程，该工程有效的遏制了坝上地区生态环境退化趋 势。但是坝上地区在退耕过程中有两个问题没有得到充分的重视：一是当地政府在落实 退耕还林、还草过程中缺乏对土地资源科学的调查和认识，坝上地区盲目退耕还林、还 草现象时有发生，例如在某些适合还草的地区却大量还林；二是对坝上地区农作物种植、 畜牧养殖缺乏科学的规划。由于上述原因，阻碍了坝上地区生态环境的好转。 本文致力于坝上地区农业发展方向的研究，分析了坝上地区影响农牧业发展的自然 资源( 气候资源、水资源、土地资源) ，认为影响坝上地区农业发展的限制因素主要是土 地坡度、土地质量和水资源( 有效积温也是一项重要的影响因素，但是坝上地区的有效 积温对已经在坝上地区种植的农作物不构成重要影响，因此暂不予以考虑) 。 坝上地区农业灌溉主要依靠畦灌，而坡度对灌溉效率影响较大( 土地坡度对灌溉影 响的数据引自张家口市水务局，并经过专家论证) ，因此利用坝上地区的d e m 图，首先 借助a r c i n f o 软件，对影响坝上地区灌溉效率的坡度因子进行了分析，并将坝上地区分 成三个坡度区，即：小于1 度区、1 3 度区、大于3 度区，依次将其命名为农牧区、畜 牧区、林牧区。而后对坝上地区土地质量、降水量和地下水资源进行评价分析后分别生 成单因子图，将单因子图叠加后得到坝上地区综合土地单元图。最后结合坝上地区农作 物生长期的需水量、农作物经济效益、畜种经济效益，确定坝上地区农业产业布局。 本文研究的主要结论有：( 1 ) 坝上可以分为三个农业产业发展地区，即农牧区、畜 牧区、林牧区；( 2 ) 坝上目前规模种植的蔬菜品种不合理，应该发展耗水少的菜花和胡 萝卜；( 3 ) 耕地主要分布在坡度平缓、地下水丰富的农牧区小块耕地上，例如沽源县平 定堡镇；( 4 ) 农牧区耕地种植大田的作物，以饲草玉米的经济效益最好，应该大力发展； m ( 5 ) 坝上多数地区由于水土资源的限制，只能发展成为草场；( 6 ) 从经济角度来看，畜牧 品种以奶牛最佳；( 7 ) 坝上地区的自然条件不适合发展林业，以保护林牧区现有林业资 源为优。 。 关键字：张家口坝上地区g i s 农业分区 a b s t r a c t z h a n f i j i a k o ub a s h a n gd i s t r i c t , w h i c hl i e si nt h et r a n s i t i o n a lb e l tb e t w e e na g r i c u l t u r ea n d a n i m a lh u s b a n d r y ，i st h ee c o l o g i c a ld e f e n s eo fb e i j i n g t h ee n v i r o n m e n tq u a l i t yo ft h i sa r e a , h a sd i r e c ti n f l u e n c et ot h ee c o l o g i c a ls e c u r i t yo ft h ec i t yo fb e i j i n g a sar e s u l t ，i ti s c o n c e r n e db yt h eg o v e r n m e n ta n dm a n ys c i e n t i s t s f o ra b o u ts e v e r a lc e n t u r i e s ，t h i sd i s t r i c t h a sb e e nc o v e r e dm a i n l yb yg r a s s ，w h i c hm a k e st h eg o o de n v i r o n m e n t h o w e v e r , i nt h ep a s t d e c a d e s ，t h ee n v i r o n m e n to ft h i sa r e ah a v ed e c a y e d ，l a k e sw e r er u n n i n gu pw i t h o u tw a t e r , t h e g r o u n dw a t e rl e v e ld e s c e n d e do b v i o u s l y b e c a u s eo ft h i s ，r e s e a r c h e so fb a s h a n gd i s t r i c ta r e m a i n l yo nf i e l d so fe n v i r o n m e n tt r e a t m e n ta n de c o l o g i c a la g r i c u l t u r ed e v e l o p m e n ta n de t c e n v i r o n m e n tt r e a t m e n ti s h i g h l yi n t e r r e l a t e dw i me c o n o m i cd e v e l o p m e n t ，e s p e c i a l l y a g r i c u l t u r e f r o mt h el a s tf e wy e a r so f2 0 伍c e n t u r yu pt i l ln o w ，t h eg o v e r n m e n to fb a s h a n g d i s t r i c tc a r d e do u tt h ep l a no fr e t u r n i n gf a r m l a n db a c kt of o r e s t r ya n dg r a s s ，t os t o pt h e t e n d e n c yo ft h ed e c a y i n go fl o c a le n v i r o n m e n t h o w e v e r , t w op r o b l e m s a r es t i l ln o t c o n c e r n e db yt h ep u b l i c ：f i r s t ，t h el o c a lg o v e r n m e n tc a r r i e do u tt h ep l a nw i t h o u tc l e a r k n o w l e d g ea n di n v e s t i g a t i o no fl a n dr e s o u r c e s s e c o n d ，t h e r ei sn os c i e n t i f i cp l a n n i n go f a g r i c u l t u r ea n da n i m a lh u s b a n d r y t h er e a s o n sa b o v e ， s l o wd o w nt h ep r o c e d u r eo f e n v i r o n m e n tt r e a t m e n t 。 t h i sa r t i c l ei sm a i n l yo nt h ed i r e c t i o no ft h ea g r i c u l t u r ed e v e l o p m e n t t h ea u t h o r a n a l y z e dt h en a t u r a lr e s o u r c ef a c t o r s ( c l i m a t e r e s o u r c e ，w a t e rr e s o u r c ea n dl a n dr e s o u r c e ) t h a t h a v ei n f l u e n c eo nt h ea g r i c u l t u r ea n da n i m a lh u s b a n d r yd e v e l o p m e n t ，a n dt h ea u t h o rg e t st h e r e s u l tt h a tt h em a i nf a c t o r st h a th a v ei n f l u e n c eo nt h ea g r i c u l t u r ed e v e l o p m e n ta r es l o p e ，s o i l q u a l i t ya n dw a t e rr e s o u r c e ( t h ee f f e c t i v ea c c u m u l a t e dt e m p e r t u r ei sa l s oo n eo ft h ei m p o r t a n t f a c t o r s ，h o w e v e ri th a sn oo b v i o u si n f l u e n c e s o ，t h ea u t h o rd i dn o tt a k ei ts e r i o u s l y ) t h ea g r i c u l t u r ed e v e l o p m e n to fb a s h a n ga r e al i e sm a i n l yo nt h er e g u l a t i o n , w h i c hh a s d i r e c ti n f l u e n c ef r o mt h es l o p e t h ea u t h o ru s ed e mt oc l a s s i f i e dt h ea r e ai n t ot h r e ed i s t r i c t s w i t ht h er e l a t i o nb e t w e e ns l o p ea n da g r i c u l t u r e ，t h ea u t h o rn a m e dd i f f e r e n td i t r i c ta f t e r p l a n t i n ga r e a , a n i m a lh u s b a n d r ya r e aa n df o r e s t r ya r e a t h e nt h ea u t h o rm a k e ss i n g l ef a c t o r m a pw i t ht h es o i lq u a l i t yd a t aa n dg r o u n d w a t e rd a t a a n dt h ea u t h o ro v e r p l a y e dt h e mt of o r m s y n t h e t i cm a p a tl a s t ，t h r o u g ht h ec o m p a r i s o nw i t hw a t e rc o n s u m p t i o n ，e c o n o m i c a l e f f i c i e n c y , t h ea u t h o rf i n d st h ep r o p e rl o c a t i o nf o re a c hd i f f e r e n tw o r k t h em a i nc o n c l u s i o n sa r e ：( 1 ) b a s h a n gd i s t r i c tc a i lb ed i v i d ei n t o3d i f f e r e n ta r e a sf o r a g r i c u l t u r e ，p l a n t i n ga r e a , a n i m a lh u s b a n d r ya r e aa n df o r e s t r ya r e a ；( 2 ) t h ev e g e t a b l e so f v b a s h a n gn o wa r en o ts u i t a b l e ，t h ed e v e l o p m e n to fl o ww a t e rc o n s u m p t i o nv e g e t a b l ea s c a u l i f l o w e ra n dc a r r o ta r en e c e s s a r y ；( 3 ) f a r ml a n dl i e sm a i n l yo nt h ep l a i na r e aw i t hp l e n t y w a t e r , a sp i n g d i n g b a ot o w ni ng u y u a nc o u n t y ；( 4 ) i np l a n t i n ga n da n i m a lh u s b a n d r ya r e a , c o i n p l a n t i n g ，f o r g em a i z e e c o n o m i ce f f i c i e n c yi st h eb e s t ；( 5 ) m o s ta r e a sa r el a c ko fw a t e r , s ot h e d e v e l o p m e n to fg r a s si sn e c e s s a r y ；( 6 ) f r o me c o n o m i cp o i n to fv i e w ，c o wi s s u i t a b l ef o r a n i m a lh u s b a n d r y ；( 7 ) t h en a t u r a le n v i r o n m e n to fb a s h i n g i sn o tf i t a b l ef o rf o r e s t r y d e v e l o p m e n t k e yw o r d s ：z h a n g j i a k o u b a s h a n gd i s t r i c tg e o g r a p h i c a l i n f o r m a t i o n s y s t e m a g r i c u l t u r ez o n e v i 学位论文原创性声明 本人所提交的学位论文基于g i s 的张家口坝上地区农业分区研究，是在导师的 指导下，独立进行研究工作所取得的原创性成果。除文中已经注明引用的内容外，本论 文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡 献的个人和集体，均已在文中标明。 本声明的法律后果由本人承担。 论文作者( 签名) 穰 伽年莎月晌 指导教师确认( 签名) ：矿髟彩么荔 易绗多月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解河北师范大学有权保留并向国家有关部门或机构送交学 位论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权河北师范大学可以将学位论 文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其它复制手段保 存、汇编学位论文。 论文作者( 签名) 刁巍 伽年万月g 日 指导教师。签名，：少缓勰 z 水占月够日 1 引言 1 1 河北坝上地区研究综述 为了研究全球气候变化对生态环境的影响，对气候变化敏感的生态过渡带的研究就 具有了特殊的意义。张家口坝上地区位于生态交错带上，目前该区已经成为地理学者和 农业科学家研究的热点地区之一，总的来说研究主要涉及三个方面： 1 1 1 坝上地区脆弱的生态环境 哈斯定量分析了坝上高原近9 0 年以来降水变化趋势，结果表明坝上高原降水具有 明显的4 2 年和9 年厨期，自6 0 年初以来坝上地区进入了干旱少雨阶段，并持续到本世 纪初，因此沙漠化会进一步发展【。哈斯还对河北坝上高原土壤风蚀物垂直分布进行了 初步研究，在0 _ _ 2 0 c m 高度内土壤风蚀物以指数函数规律递减，反映了以跃移质为主的 风沙流结构；在2 0 - - - 1 0 0 c m 高度内土壤风蚀物以幂函数规律递减，反映的是悬移质为主 的风沙流结构。在风蚀物粒度组成中，随高度增加，砂级颗粒含量减少而粉砂及粘土含 量增多，随风速与输沙率的增加，砂级颗粒含量增多而粉砂及粘土含量减少。对风蚀物 各粒级含量与高度的相关分析表明：易以迁移形式运动的粒径o 2 5 珈1 m m 土粒百分量 以幂函数形式向上递减；沉降速度较低的粒径小于0 1 m m 土粒百分含量成幂函数形式向 上递增。此外，风蚀物平均粒径随高度变细且在5 0 e m 处细于0 1 m m ，因此，土壤颗粒成 为悬移物质而上升到5 0 c m 以上高度时可能搬运到较远的地区【2 】。赵文智对坝上土壤持水 特性进行了研究，结果表明田间持水量、毛管持水量、最大持水量与土壤中的0 0 5 眦r o o l m m 、0 0 1 m i i r 旬0 0 1 m m 两个粒级含量呈显著正相关，而与0 5o i i l m _ _ o 2 5 m m 颗粒含量呈 负相关【3 】。李志祥、田明中、武法东、孙洪艳对坝上地区进行了生态环境评价，结果表 明坝上地区生态环境遭到严重破坏，虽经过多年治理，但大部分地区仍有继续恶化的趋 势【4 1 。总之，坝上地区属于地理、经济多重过渡带，不利于生态系统稳定，表现在沙漠 化发展速度快、自然灾害群聚、经济水平低等方面，是我国北方农牧交错生态脆弱环境 带中最脆弱的地段。 1 1 2 人地关系及生态环境整治对策 王涛、李孝泽、哈斯、李启森对坝上地区沙漠化进行了初步研究得出了人类不合理 经济活动叠加半干旱气候因素造成坝上地区沙漠化发展【5 1 。胡孟春、张永春、缪旭波、 沈渭寿、马荣华对张家口市坝上地区生态足迹进行了初步研究，得出结论：张家口市坝 上地区与全国平均水平相比，人均生态足迹高0 2 0 8 4 7 h m 2 ( 高1 8 6 1 ) ，人均生态承载力 低o 1 1 2 0 8 h 1 2 ( 低1 4 0 1 ) ，生态赤字是全国平均赤字的1 6 0 倍【6 】。赵雪等对坝上脆弱生 态环境进行了较全面的研究并提出了环境整治方向，认为该区发展农业的限制因素之一 就是土壤风蚀与土地沙化。本区人地关系的基本矛盾主要表现在载畜量过大、传统的农 耕活动、人口压力与气候变化三个方面。本区生态脆弱带所具有的高频、高压力、高波 动、高危险的特征，使社会和生态环境处于恶性循环状态【7 1 。人类活动是影响土壤风蚀 和土地沙化的主要因素，冬季平均气温和降水量只是在气候变化的背景之上，加速或减 缓土壤风蚀和土地沙化过程。根据坝上地区降水量及冬季1 、2 月份气温，人类可适当 调整农业生产结构和生产方式，以减缓土地的风蚀沙化，实现农业的可持续发展【8 】。 1 1 3 农牧业发展模式 多名学者对坝上地区农牧业发展模式进行了研究：江占民探讨了农牧业结构调整方 向、途径与对策 9 1 ；杨福存、杜雄、贺玉海针对坝上地区客观条件，提出了旨在实现“更 换作物，集雨高效，以农养牧，农牧结合，良性循环，资源持续”的农牧业可持续发展 的技术策略【1 0 1 ；南秋菊、马礼、甘超华以沽源县为代表，运用灰色关联分析方法研究了 坝上地区农业产业结构优化问题“1 1 ；赵雪对河北坝上地区植被及其资源利用、坝上草地 旅游业的效益及对脆弱生态环境的影响两项做了研刭1 2 】。刘树庆、张立峰等从农学角度 对坝上土壤、水份、培肥、作物栽培、林草业等作了较深入研究，他们的研究得出：坝 上地区农业要建立“坝上牧农林草原生态经济结构 ，应“以牧为主 ，但存在三大困难 不好解决：( 1 ) 当前坝上农民还是以农业为主要经济来源和生活的保障，恢复草原生态， 退田还草林，短期内势必影响他们的生活和经济收入。( 2 ) 在草原生态恢复中，减少草 场载畜量过大是关键一环，那么减少草场放牧，牲畜的饲料来源靠什么? ( 3 ) 建立以牧 为主的生产结构。畜牧业的发展，仅靠天然草场是不够的，必须有大量的精饲料和( 青) 干贮饲料作为第二饲料来源，而这些饲料以靠这些高寒作物是解决不了，青贮玉米只能 解决青( 干) 贮饲料，不能解决精饲料问题【1 3 】。方华、李启森提出了“立足于旱作农业， 发展高效农业生态模式；荒山荒坡改造与利用发展模式；草场改良发展高效畜牧业生态 模式 等三种生态农业模式可以解决精饲料问题【1 4 ”1 。而孙新章等认为：该区现行农牧 产值统计结果不能反映牧业的生产效益，畜牧业并不是该区的主导产业；牧业发展的重 点在于提高经济效益而不应过分注重农牧比例【1 6 】。当然这一观点也有定片面性，他过 于关注了经济效益。总之，随着退耕还林还草的大力推行，种植业的地位迅速下降，畜 牧业的龙头地位也将成为无可争辩的事实。 2 1 1 4 现有研究的不足 从以上对坝上地区的研究中可以看到研究成果已相当丰硕，但也有明显的不足，主 要表现在以下两个方面： 1 理论研究落后于实践。坝上地区是专家学者研究的热点，对坝上地区的研究成果 层出不穷，但是深入分析，全面探讨其生态一生产效应的总结还没有见到，扭转坝上地 区生态恶化趋势，应该借鉴国外经验，引入新理论。 2 对坝上地区农业发展的研究局限于个别领域，就事论事，缺乏在大范围、大背景 下，对生态环境脆弱区农业发展体系设计。坝上地区发展农业困难巨大，如何结合当地 的自然条件发展农业；如何既要注意保护生态环境，又要准确地对不同地区农业发展目 标进行定位；如何在生态安全评价的基础上，结合生态经济学对生态脆弱区进行生态农 业产业体系设计，这些都值得深入探讨。 生态脆弱区往往也是贫困地区，这些地区的农业的发展往往是与这些地区生态环境 的改善相联系的。 - 1 2 研究的目的和意义 张家口坝上地区位于对环境变化和人类影响反应敏感的生态交错带上，它的环境质 量直接关系到北京市环境安全，因此对坝上的研究就具有了重要的意义。 近几年，坝上地区经济蓬勃发展：由于蔬菜种植经济效益明显，许多农户都在或者 准备进行蔬菜生产；奶牛养殖业持续发展壮大，许多大型的奶业公司相继落户该区；旱 地灌溉农业也得到一定的发展。由于该区经济的发展，导致大量地下水被消耗，尤其是 深层地下水，再加上降水较少的原因，因此坝上耕地、草原退化严重。 实行退耕还林还草工程后，笔者实地调查了坝上地区一些地方，当地乡镇政府不考 虑当地自然条件，为了完成任务在草原上盲目的挖坑植树，树苗不仅难以成活，而且破 坏了草原土层。 考虑到该区耕地、草原一旦被破坏，沙化极易发生，从而加剧北京市西北地区沙漠 化，严重影响京津地区环境质量，所以本区的经济发展应该统筹考虑生态、环境因素， 对地下水的使用应该坚持有节制、有计划、有目的等原则，本区发展应该首先着重考虑 生态承载力。 因此，对坝上地区农业进行研究，确定农业分区，不仅对合理安排农业生产具有重 要意义，而且对推进坝上地区生态环境建设，进而为大北京的环境质量提供安全保障也 具有重要意义。 3 1 3 主要内容 论文利用张家口市水务局、畜牧局草原站提供的资料，系统分析了张家口坝上地区 自然、经济、社会发展特点及其生态环境存在的问题。在借鉴生态区划理论的基础上， 选择影响坝上地区农业发展的限制因子，进行农业分区。 本文主要研究内容包括： ( 1 ) 农作物需水量及其经济效益； ( 2 ) 不同畜种对坝上地区适应性及其经济效益； ( 3 ) 以现有的农作物为研究对象，利用空间叠加分析对坝上进行农业分区。 1 4 研究方法与技术路线 1 4 1 研究方法 ( 1 ) 实地调研 从张家口市水务局、畜牧局草原站、林业局、统计局搜集有关坝上地区的自然、社 会经济等基本资料和有关图件。 ( 2 ) g i s 分析 1 4 2 技术路线 第一步、通过实地调查，获取坝上地区的自然、社会经济资料。 第二步、利用坝上d e m 生成坡度图，初步将坝上分成几个不同的坡度区。 第三步、对坝上地区影响农业发展的因子进行分析，生成单因子图。 第四步、将影响坝上地区的农业发展的单因子图和坡度图叠加，生成综合土地单元 图。 第五步、结合坝上地区生物需水量和经济效益，确定农业作物布局。 具体技术路线如下所示： 4 实地调查获取资料 土地质量评价l- i 土地等级图 地下水水质评价 数据处理与分析地下水水量评价 水质图 水量图 坡度分析 l- l 坝上坡度图 降雨量空间分析多年雨量分布图 综合土地单元图 农业分区 畜种经济效益分析 农作物经济效益分析 农作物需水量分析 图1 技术路线图 5 2 研究区概况 2 1 自然概况 张家口坝上地区位于河北省西北部，包括康保、沽源、张北、尚义( 包括坝上、坝 下两个区) 四县和察北牧场、塞北牧场两个管理区。该区位于东经1 1 3 8 3 。一1 1 6 0 7 。， 北纬4 0 7 3 。4 1 5 3 。，土地总面积1 3 9 0 3 k m 2 ，属于内蒙古高原的一部分，海拔1 3 0 0 i i r 1 5 0 0 m 之间，地势南北高，中间低，其间残丘、岗地、滩地、湖淖相间分布，呈典型的 波状高原景观。 坝上地区属于寒温带半干旱大陆性季风气候，年平均降雨量3 4 0 n u n - - 4 5 0 m m ，蒸发量 1 8 5 0 m m ，降水量年际变化比较大，年大风日6 5 7 0 d ，年平均气温一0 3 3 5 。c ，日温差变 化较大。本区无霜期为9 卜1 0 7 d ，年有效积温少，作物易受春寒影响。 张家口坝上地区位置图 麓 图2 1张家口坝上四县位置图 坝上地区土壤保蓄能力差，土体障碍层明显，土壤以栗钙土为主，该土多粗沙、养 分含量低，保水、保肥能力差，氮、磷含量低且比例失调。 坝上地区有利条件是土地辽阔、土壤资源丰富；草场面积大、天然草地资源丰富； 光照充足、昼夜温差大；降雨集中、雨热同期。 6 2 2 社会经济概况 张家口坝上地区2 0 0 3 年总人口1 0 6 9 6 万人，其中农村人口9 1 9 万人，占总人口的 8 5 6 ；城镇入口1 5 0 6 万人，占总人口的1 4 0 8 。坝上四县人口从1 9 9 4 年的1 0 5 8 4 万人增长到2 0 0 0 年1 0 7 7 7 万人，平均每年增长率0 3 1 。从2 0 0 0 年开始，人口稍有下 降，从2 0 0 0 年的1 0 7 7 7 万人下降到2 0 0 3 年的1 0 6 9 6 万人，平均每年下降率0 2 5 。 全区人口密度从1 9 9 4 年的7 6 人k m 增长到2 0 0 3 年的7 7 人k m 2 ，增长缓慢。城镇化水 平从1 9 9 4 年的8 6 增长到2 0 0 3 年的1 4 0 8 ，增长将近2 倍。 坝上地区属于农牧交错区，受自然条件限制，农牧业在国民经济中占有重要地位。 表2 1 坝上地区各县2 0 0 3 年生产总值情况表 单位：万元 从坝上地区发展统计资料看，坝上地区国内生产总值虽然保持年均增长7 6 的 发展速度，但发展不平衡。工业基础薄弱，表现为规模小、效益差、发展速度慢。 农业所占比重在各县都是最大的，但是农业产值不高。坝上地区农业的进一步发展 受到自然条件的限制。第三产业所占比重最低，这与坝上地区优越的旅游资源不相 适应。坝上地区经济发展的缓慢与坝上地区生态环境质量有着千丝万缕的联系。 2 3 生态环境 本区位于季风气候与大陆气候、干旱与半干旱、华北温带落叶阔叶林与草原、 农区与牧区的过渡带，这种特有的自然地理环境形成了层次简单、食物链短、自我 调节能力差的生态系统。这种生态系统的平衡很容易被打破，既经受不起自然灾害 的冲击又经受不住人为活动的影响。近些年，由于全球环境变化和人类活动的影响 的加大，造成了本区一系列生态环境问题： ( 1 ) 气候恶劣 坝上地区8 级以上大风年平均5 0 _ - 7 0 次，最大风速可达1 5 2 0 耐s ，大风日数最多 为1 1 9 d a ，大风出现频率高，持续时间长，平均持续时间2 _ - 3 d 。2 0 世纪初到2 0 世纪 7 五十年代末，旱灾连续两年出现的共8 次；2 0 世纪六十年代以来，旱灾发生频率在7 5 叫o 之间，形成十年九旱的气候特点；由于本区受西伯利亚高寒气流影响，常出现冻 灾，平均每年出现寒潮降温天气2 卜3 0 次，每次均造成大量牲畜死亡。 ( 2 ) 土地沙漠化、盐碱化 土地沙漠化，盐碱化严重。本区土地平坦、降水少、地表存在松散物质，加上人类 活动影响，致使土壤沙化非常容易发生。2 0 世纪7 旺8 0 年代，沙漠化土地面积由 3 5 4 9 4 k 一增长到7 1 6 5 5 1 k m z ，净增3 6 1 6 1 k m 2 ，强烈发展中的沙漠化土地面积从1 1 7 2 o k m 2 增长到2 9 0 8 3 0 k m 2 ，净增1 7 3 6 3 k 辞，严重沙漠化土地面积由1 8 3 7 k m 2 增长到8 7 7 9 k m 2 ， 净增6 9 4 2 k m 2 。坝上地区由于湖淖干涸，土地盐碱化面积也迅速增长。截至到2 0 0 3 年， 坝上地区土地沙化和盐渍化面积合计已占其土地总面积的4 7 ，草场盖度仅为4 4 ，较 5 0 年代下降了4 6 个百分点。由此可见，坝上是我国北方地区沙漠化、盐碱化发展较快 且比较严重的地区之一【1 7 1 。 ( 3 ) 水域缩小 由于全球增温，降水量减少、蒸发量增加、用水量增加，造成地下水位下降，致使 水域面积缩小，甚至干涸，淡水湖淖向碱化发展，有的成为碱滩 1 8 】。 ( 4 ) 草场退化 建国以来，由于人类开垦草场，将草场变为农田的人类活动使草场面积减少了4 0 ， 草场覆盖度降低了5 0 以上，适口性差的草甚至毒草占优势。 3 农业资源开发利用调查 3 1 气候资源情况 3 1 1 光能资源 坝上地区具有太阳辐射强、日照时间长、光合潜力大的特点。该区空气稀薄，云量 少，空气中的尘埃和水汽含量少，透明系数大，四季阳光充足，辐射强度大。较强的太 阳辐射和较长的日照时间本身是发展设施农业的有利条件，可以有效的缓解高寒区因无 霜期短、热量资源不足所造成的作物生长期短、作物种植受限制的矛盾。 坝上地区的年平均日照时数在2 8 0 0 - - - ：3 1 0 0 h 之间，年平均日照百分率达6 5 一7 0 ， 较长的日照有利于作物充分地进行光合作用，加快作物生长发育。 依据联合国粮农组织( f a 0 ，1 9 7 9 ) 推荐的公式计算坝上地区莜麦、春小麦的光温生 产潜力可达7 5 6 2 7 8 2 6 2 8 k g h m 2 ，马铃薯的光温生产潜力达1 3 3 2 4 9 k g h m 2 ，此时的光 能利用率达o 8 0 。但是，目前坝上地区大田莜麦、春小麦、马铃薯的实际产量只有理 论产量的1 1 0 ，光能利用率仅为0 2 0 。因此，坝上地区的光温生产潜力还有待于进一 步开发【1 9 1 。 3 1 2 热量资源 坝上地区热量资源不太丰富。以康保县为例，康保县在1 9 7 1 1 0 0 3 年平均气温为1 7 ，平均无霜期1 0 7 d 。 零摄氏度以上的积温是作物可利用的热量。从反映热量资源的有效积温看，坝上地 区日平均温度大于o 。c 积温2 3 2 1 8 0 。c ，日平均温度大于1 0 积温为1 7 5 4 8 0 。总的来 看，坝上地区的热量条件总体不高，适宜牧草生长。 9 表3 1 坝上地区积温表 注：表中数据为张家口市气象台1 9 7 9 - - - 1 9 9 9 年气象资料的平均值 3 1 3 降水资源 坝上地区年降水量少，年降水量仅为3 0 0 m m 一4 5 0 m m ，且降水量由东南向西北、逐渐 减少，如尚义县永胜地乡年降水量为4 5 0 m m ，而康保县的达布沟乡年降水量为3 0 0 r a m ， 沽源县的丰源店乡年降水量为4 5 0 m m ，尚义县的哈拉沟乡降水量只有3 7 5 m m 。坝上地区的 年降水量集中分布于5 叫月，此期降水占全年降水的8 2 1 一8 6 4 ，降水变率大，平 均为2 4 。坝上地区蒸发量高于降水量，达到1 7 2 2 6 m m ，是坝上平均降水量的5 倍，干 燥度在2 2 左右。 1 0 因此，总的来看坝上地区在光热资源方面占有相对比较优势，但是降水较少、 蒸发量大，生态环境极为脆弱。 3 2 土地资源利用情况 2 0 0 0 年全区土地利用面积为1 3 3 9 7 k m 2 ，其中张北县3 7 6 6 k n ? ，康保县3 3 3 6 k m 2 ，沽 源县3 6 4 6 k m 2 ，尚义县2 6 4 9 k m 2 。截至到2 0 0 3 年，全区土地共有灌溉面积9 4x1 0 5 h m 2 ， 占耕地总面积的1 3 5 ，十年变化呈平缓递增趋势；有效灌溉面积为9 1x1 0 5 h 辞，占耕 地总面积的1 0 5 ，十年变化呈平缓递增趋势；节水灌溉面积3 1 1 0 5 h m 2 ，占灌溉面积 的4 2 ，十年变化呈递增趋势。 1 2 19 8 7 年坝上地区土地利用图 n f 一 图3 6 坝上地区1 9 8 7 年土地利用图 2 0 0 0 年坝上地区土地利用图 1 0 0k m _ i 图3 7 坝上地区2 0 0 0 年土地利用图 3 2 1 蔬菜用地 九十年代中期坝上开始种植蔬菜，主要蔬菜品种有芹菜、大白菜、圆白菜、胡萝卜。 大白菜种植面积最大，占主要蔬菜种植面积的4 4 。坝上地区蔬菜种植面积达到4 7 5 5 1 0 5 h 砰，张北、康保、沽源、尚义四县的蔬菜种植面积分别是1 6 4 0 1 0 5 1 瓣、1 2 5 9 1 0 5 h 辞、1 0 2 4 1 0 5 h 1 2 和8 3 2 1 0 4 t 讲。虽然蔬菜种植面积较小，但是产值很高，约占当 年农业产值收入的4 4 以上。坝上地区发展蔬菜种植极易受到影响，其中重要的因素之 一即是蔬菜种植需要大量的水，而坝上地区干旱缺水，发展蔬菜生产使之成为坝上地区 主要农业生产方式是不现实的。 3 2 2 旱地 坝上地区旱地面积较大，由于退耕还林还草工程的进行，旱地面积逐年下降。据统 计，坝上地区旱地面积在总耕地面积中的比重由2 0 0 2 年的4 2 下降到2 0 0 3 年的3 3 。 主要旱地作物为：小麦、燕麦、亚麻籽、土豆等。 坝上地区旱地作物产量严重依赖降水，产量极不稳定，单产量极低。旱地虽然占用 了近9 0 的耕地，但产值仅占农业总产值的6 0 。旱地作物产值低的主要原因是：降水 少且不稳定，农民几乎不使用化肥。另外，作物品种也是一个影响因素。 3 2 3 草地 二、三百年前，坝上地区主要土地利用方式是草地。但是由于坝上地区经济发展、 人口增长，现有耕地、林地、建筑用地占用了多数好地，草地只是位于贫瘠的土地上。 2 0 0 3 年，坝上四县草场总面积5 9 5 2 3 1 0 6 h j n 2 ，大牲畜存栏2 4 8 8 1 0 5 头，其中牛 存栏2 1 5 8 x1 0 5 头，产值2 4 8 6 6 万元；羊存栏6 5 9 8 x1 0 5 只，产值2 1 8 4 7 万元。 近些年，坝上地区草场产草量明显降低，主要原因有二：草场土质差，过度放牧。 草的平均高度由二十世纪六十年代的7 0 c m 降到2 0 0 3 年的l o c m - - 2 5 c m 。平均产草量由二 十世纪六十年代的15 0 k g h m 2 下降到2 0 0 3 年的2 8 k g h n l 2 。 3 2 4 林地 坝上地区发展林业种植受到水分、气温、土质等因素的影响。由于受到上述因素的 影响，坝上地区树木生长缓慢，林业生产效益不高。 尽管林业效益低下，但是由于坝上地区生态环境比较脆弱，为了保护脆弱的生态环 境，政府采取补助措施鼓励农民退耕还林还草，截至到2 0 0 3 年，坝上地区林地面积占 土地总面积的1 7 ，为本地生态环境的恢复起到了一定的作用。 1 3 3 3 水资源利用现状 3 3 1 水资源总量 坝上地区水资源包括两部分：地表水资源、地下水资源。具体数据引自张家1 ：3 市水 务局( 2 0 0 3 年) 。 表3 2 坝上地区水资源总量表 单位：万l n 3 3 3 2 地表水资源 ( 1 ) 降水量 坝上地区降水较为均匀，年际变化大( 见图3 8 ) ，年内降水集中在夏秋季节，年降 水量在3 0 0 m i i r - 4 0 0 m m 之间( 见表3 3 ) 。 表3 3 坝上1 9 8 4 - - 2 0 0 3 年逐年降水量表 1 4 单位：m m e 昌 删 * 鳖 + 康保 卜尚义 张北 澎沽源 图3 8 坝上地区降水量 ( 2 ) 径流量 坝上地区年径流深在5 m m - - - 3 0 m m 之间，径流多年的变化规律受降水的多年平均变化 规律及下垫面因素的影响，年际变化程度比降水更剧烈。 表3 4 坝土地区各水系径流极值统计表 ( 3 ) 出入境水量 坝上地区主要河流除了闪电河流入内蒙古外，其他河流均为内陆河。 表3 5闪电河不同年代出入境水量变化 单位：亿l n 3 3 3 3 地下水资源 1 5 秽秽毋 妒价年 妙拶妒妒妙 表3 6 坝上地区盆地地下水资源量及可开采量 单位：万l n 3 3 3 4 供水量调查 ( 1 ) 水资源现状利用量 2 0 0 3 年坝上四县供水总量为1 2 4 8 1 万m 3 ，其中地表水供水量1 2 7 8 万一，占总供水 量的1 0 2 ；地下水开采量1 1 2 0 3 万m 3 ，占总供水量的8 9 9 。其中工业用水量为3 4 9 万m 3 ，占总供水量的2 8 ；农业用水量为1 1 0 0 3 万一，占总用水量的8 8 1 ；农村生活 用水量为8 9 6 万m 3 ，占总用水量的7 2 ；城镇生活用水量为2 3 3 万m 3 ，占总用水量的 1 9 。 表3 7 坝上地区2 0 0 3 年供水情况统计表 1 6 表3 82 0 0 3 年坝上地区水资源在不同行业间的水量分配 表3 92 0 0 3 年坝上地区不同行业单位用水量 ( 2 ) 水资源用水水平及用水效率分析 坝上地区工农业十年间年均用水量为7 9 8 7 万m 3 ，用水量由1 9 9 4 年的4 3 4 2 万一增 长到2 0 0 3 年的1 0 0 5 5 万一，平均年增长率为9 。十年间平均单位水产值为1 1 元m 3 ， 其中工业平均单位水产值1 2 6 元m 3 ，农业灌溉平均单位水产值7 元m 3 ，农业仅仅是工 业水产值的1 1 8 。 3 4 作物适应性分析 3 4 1 作物对气候资源的适应性分析 坝上地区光照时间居河北省之冠，年日照时数2 8 0 0 - - 3 1 0 0 h ，日照百分率6 5 一 7 0 ，光照不是作物生产的主要限制因子。从生长季各旬热量状况来看( 具体情况见下 图) ：气温自5 月上旬开始较快回升，至5 月下旬达到1 5 9 0 后，上升速度趋缓，在7 月下旬出现全年最高气温，旬平均温度2 1 5 0 ，此后开始回落。从主要生长季6 、7 、8 三个月来看，旬平均气温变化于1 6 。c - - 2 2 c 之间，变化幅度较小，从而为喜凉作物创造 了一个稳定的生长环境。 1 7 资料来源：孙新章河北坝上高原生态经济型农牧业发展对策研究河北农业大学硕士学位论文 依据作物播种和成熟早晚，将区域内作物划分为早种早收( 4 月下旬一8 月中旬) 、 早种晚收( ( 4 月下旬一9 月中旬) 、晚种早收( 5 月中旬一8 月下旬) 和晚种晚收( 5 月中旬 叫月中旬) 四种类型，分别以春小麦、马铃薯、大白菜和筱麦为代表。从各作物的温度 适应性来看( 见不同作物温度适应性分析表) ，早种早熟型作物春小麦，需有效积温1 5 0 0 _ 2 1 0 0 ，生长季实际积温1 8 7 0 ，积温满足率为8 9 o 一1 0 0 ，热量条件基本可满 足春小麦需求；晚种晚熟型作物筱麦的积温满足率达1 0 0 ，可保证安全成熟；早种晚 熟型作物马铃薯充满了整个生长季，积温保证率为8 2 9 一1 0 0 ，由于马铃薯具有无限 生长习性，所以积温不是马铃薯生产的主要限制因素，但受初霜影响，长生育期品种的 生产潜力难以发挥；晚种早熟型作物大白菜播种期可从5 月下旬一直到6 月下旬，收获 期从8 月初持续到9 月上旬，热量满足一熟有余，而两熟不足，通过品种搭配与育苗移 栽技术有可能实现一年两熟。从适宜生长温度与生长季实际温度来看，基本都较适合【2 0 1 。 表3 1 0 不同作物温度适应性分析 单位： 资料来源：张北县气象局，刘忠宽河北坝上高寒区市场导向型蔬菜生产分析及决策研究河北农业大学硕士学位 论文，1 9 9 8 3 4 2 作物对水资源的适应性分析 坝上高原干湿季节明显，雨热基本同步( 见图3 9 、图3 1 0 ) 。作物生长季4 月中旬 叫月中旬，多年平均降水为3 2 0 9 3 m m ，占全年总降水量的8 1 5 。但是，生长季各旬 间降水差异较大，5 月上旬最低，仅为5 3 6 m m ，8 月上旬最高，达3 6 4 8 n , a n ，在6 月中旬 出现增长前的