华北寒旱区位于内蒙古高原南缘的冀、晋、蒙长城沿线，主要包括河北省的坝上、山西省的雁北和内蒙古自治区的中段南部地区，土地面积约1×105km²,垦殖率30%~40%,人口近800万[1].区域农牧生产资源匮乏、人畜超载严重。参照联合国粮农组织（FAO）半干旱区资源人口承载力标准，华北寒旱区人口超载1.4~3.0倍；按照国家小康社会建设标准，依1987~2006年 数 据 综 合 评 价 区 域 人 口 则 超 载69.4%[2],华北寒旱区为距北京最近的生态退化、经济落后地区。
1996年以来，依据作物生态适应性原则与凭借国家市场经济环境，通过改变区域传统的自给性生产结构，建立以冷凉蔬菜 “适地适季生产，异地错季销售”为核心的市场型农作制度，实现了农民收入快速增长与生态环境的同步改善，支持了社会农产品的有效供给。
1区域农业资源特征及存在的问题
1.1区域农业资源特征
1.2.1气候资源
华北寒旱区地势高亢，地表平缓且处于东南季风北进的尾闾区以及东亚冷空气南下的通道上，从而形成高寒、干旱、辐射强、风速大的气候特点。区域海拔1 000~1 700m,年均温1~3℃，≥10℃积温1 600~2 200℃，无霜期仅80~110d;年均降水350~450mm,蒸发量为降水的4~5倍，干燥度2.0~2.3,属干旱-半干旱偏旱气候区[3],雨热基本同季，作物主要生育季降水量约占全年的80%以上；光照资源丰富，年总辐射量552.7~611.3KJ/cm²,日照时数2 500~3 050h;区域年均风速4.5~5.0m/s,春季七级以上大风日数超过60d[4].
1.2.2土地资源
该区人口密度低，人均耕地面积约为全国平均水平的5倍。受地质过程与成土作用影响，地貌波状起伏，高位风水侵蚀的坡梁土地与低位水土富集的滩洼土地镶嵌分布。坡梁地为砂质栗钙土壤，占了全部耕地面积65%以上，土层浅薄粗骨、保蓄力差，作物生产力低，植被覆盖度差，易于起沙扬尘；低位滩地草甸栗钙土壤，由于长期风水侵蚀物的滞留与淀积作用，土壤质地较细，肥力高，一些地域地下水位较浅，具有补充灌溉条件，光温水土资源生产潜力比坡梁地高45%以上，是目前作物生产的主要区域[5,6].
1.2存在的问题
华北寒旱区自成型农业后的百余年间，历代劳动人民在实践中逐渐形成了适应区域农业资源特点的马铃薯、亚麻、春小麦、裸燕麦、蚕豆、豌豆等短季喜凉耐寒旱作物一年一熟的种植制度，和秋季翻耕、畜粪还田的土地利用方式[7].随着农业资源的逐步开发利用，最终超出了自然生态的可恢复阈值，虽为满足区域日益增长的粮食需求，缓解人口压力做出了重要贡献，但也出现了很多问题。
1.2.1低产不稳、粮草短缺、经济贫困
受制于匮乏的资源环境及广种薄收、低投竭取的土地利用方式，农草生产力低下。粮食产量750~1 125kg/hm²,天然草场干草产量675~1500kg/hm²,约87.8%的光热水资源生产力由于土壤、作物、技术等因素而损失[5],作物产量年际间变异系数24.9%,高于华北农区13.7个百分点。
1995年前长期不能实现稳定的粮食自足。
1991年-1995年河北坝上四县人均可消费粮食200kg,为同期全国农民平均消费水平的77%[8];人 均 收 入 仅457.27元，为 全 国 平 均 水 平 的43.9%[9].
1.2.2生态恶化、地力下降
资源匮乏、环境脆弱加之耗取式的农作制度，使该区域造成了以土壤侵蚀沙化、盐碱化与贫瘠化为特征的退化演替。一般岗梁旱地及过载草场，风蚀模数为800t/km²,重蚀地则高达3000t/km²,从而成为京津等下风地区的重要沙尘源地。同时低位滩地垦草农作后的土壤盐碱化面积，也已比新中国建立之初增加了3倍。只用不养的耗取式生产使地力下降，据测定，张北县土壤有机质含量1960年为3.65%,1978年降到2.21%,1989年降至1.50%.
1.2.3系统封闭、熵增运行
市场经济背景下的华北寒旱区传统农业，缺乏具有市场竞争能力的产品与产业，区域生产自给性封闭运行。资源匮乏、人口超载条件下低而不稳、难以自足的农牧生产水平，使系统内积累与投入微少，导致资源环境难以更新与恢复而退化。生产力的持续下降，进一步刺激了提高对资源的利用强度的冲动。经济建设与资源环境保护之间产生尖锐矛盾，系统呈熵增运行，不断降低着农业生产的持续性。
综上，难以自足、经济贫困、资源环境恶化问题，使得华北寒旱区传统农业生产方式难以为继，寻求与创新一个增产增收、经济-生态良性互动的新型农作制度，成为促进区域农业生产可持续发展的迫切需求。
2区域农作制度的设计思想
国家旱区农业重点科技攻关专题张北试验区自“七五”建立以来，一直致力于华北寒旱区农牧业综合治理与发展，通过科研人员的不懈努力取得了大量提高水、肥、土资源利用率的重要技术成果，生产力显着提高，基本实现了口粮自给。但封闭运行，以增产粮草为主的发展道路也已经走到了尽头。快速突破区域封闭生产格局，实现社会经济与生态环境的协同发展、良性互动，必须创建开放式的农业生产结构，以充分发挥区域间互补性合作生产优势。凭借国家市场经济条件，大力发展比较优势明显的资源适应型且高商品价值的生产项目，成为利用环境资源获取发展动力的最重要手段。然而华北寒旱区传统作物缺乏竞争优势，需引进与开发适生性新型经济作物，这虽十分困难，但至关重要。
为此张北试验区在分析区域农业资源特点的基础上，自1996年以来，尝试在低位滩地打井补灌、种植高价值的冷凉蔬菜取得了成功。为规模化发展蔬菜生产，变区域低温劣势为冷凉蔬菜生产优势、并进一步转化为市场优势，试验区针对蔬菜产业发展所涉及的蔬菜种类、播期、栽培技术，以及市场等进行了广泛而深入的研究，形成了一套以冷凉蔬菜高效生产为核心的开放型的集约农作制度，在提高农作产值、增加农民收入方面成效显着。蔬菜集约化栽培是一项劳动密集型产业，具有较高的纯收益、成本盈利率和劳动盈利率，因而由蔬菜生产所引发的农业劳动力紧缺，为国家实施政策性退耕创造了基本条件。如此，凝聚农民与国家两股力量，依靠科技启动、政府促动、市场拉动、农民自动的“多力联动”机制，促进华北寒旱区经济-生态协同发展，成为建立区域可持续农作制度的重要途径。
3区域农作制度的创新与实践
3.1作物结构与布局设计
3.1.1滩地冷凉蔬菜集约高效生产
滩地具有较好的水土资源条件，适合蔬菜生产。根据华北寒旱区气候特点和市场需求信息，筛选并确定了以“三白、一绿、一红”即大白菜、白萝卜、圆白菜、西芹、红胡萝卜为主体菜，约占总面积的70%;以花椰菜、结球生菜、莴笋、架芸豆等为搭配菜的蔬菜生产结构。冷凉蔬菜生产以区域降水为主，辅以关键期人工补水灌溉。
3.1.2坡梁地林草与残茬覆被生态恢复
坡梁旱地土层浅薄粗骨、干旱贫瘠、风蚀严重，以获取生态效益为主，是区域“一退双还”的重点地貌。根据华北寒旱区坡梁地土壤风蚀特点，提出农田退耕建设林草生态结构，进行乔灌生态林网和退耕人工草生产，形成立体的林草冬春覆被、固土减尘体系。部分水土资源较好的未退耕地，承担部分粮经饲及燃料等生产功能，采取农田保护性耕作和地表残茬覆盖的生产力保护性开发技术。
3.2开放型农作制的实施效果
3.2.1高效稳产增收
通过调整区域农作系统结构，利用高寒气候特点，在滩洼良地上由冷凉蔬菜替代传统的春小麦、裸燕麦生产，于夏秋季节销往华中、华南等广大温热带地区。适地适季生产，易地错季销售，具有明显的市场独占性与经济效益。由于蔬菜进行集约生产，水肥、资本、技术及劳动力等成本投入较传统的春小麦提高3.0~3.6倍（表1），一般栽培条件下大白菜、白萝卜的单产分别达78.3t/hm²和85.4t/hm²,产值和纯收益是春小麦的8.9~9.7倍和11.1~12.6倍，实现了“一亩园，十亩田”的种菜经济效益；同时灌溉水、资本及劳力利用效率分别较春小麦高约7.5~7.8倍、2.4~3.2倍和3~3.4倍，实现了有限农业资源的高效生产（表1）。
开发浅层地下水资源进行蔬菜补充灌溉生产，或采用低位滩地地膜覆盖进行雨养旱作生产，使得蔬菜稳产性大幅提高。2007年统计，仅蔬菜产业一项就使河北坝上区域农民人均净收益达到了5 072元，这分别是同期全国农村人均纯收入的1.23倍和河北省农村人均纯收入的1.18倍，成为区域新兴的农村经济支柱性产业。
3.2.2生态环境改善
高产高效的冷凉蔬菜产业，将大量的资金、肥料、劳力等资源引向水土条件较好的滩地进行集约生产，这就为区域大面积的坡梁劣地主动退耕提供了条件和物质基础。结合国家粮款补贴的退耕激励政策，开启了该区域的生态恢复与重建。以减少土壤扰动、抑制起沙扬尘为目标的华北寒旱区退耕种草及残茬覆被生态建设，经监测表明（表2），劲风时人工草地输沙量最低，作物留茬地次之，两者较耕翻地对照分别平均降低了35.5%和1.6%.地表茬草覆被成为降低土地输沙量，改善本区及下风区域生态环境的有效措施。
华北寒旱区土壤侵蚀的主要动因是风力，而退耕营造乔灌生态林网是降低风速的有效手段。通过春季监测华北寒旱区防风林带对风速的减缓效果（表3），表明不同风速气流经过林带后普遍下降，但随着与林带距离加大，气流运行的速度又加快。林后2H处风速比林前风速平均降低了27.0%,之后依次为4H处23.2%、6H处20.2%、8H处16.8%和10H处10.4%,林带的有效防护距离大于6H.坡梁地农田退耕建设林草生态结构，起到了显着的防风、固土、减尘效果，有效改善了环境质量。
3.2.3可持续性增强
华北寒旱区通过发展本地冷凉蔬菜输出和与外地粮油产品输入的区域间农产品“生产-消费”合作的开放型农业，不但使农民收入大幅提高，从而解决了长期以来困扰当地的温饱问题，且为区域退耕还林还草的生态建设提供了条件和物质基础。但蔬菜种植耗水量较大，且水分随外销的产品几乎全部流出，而该区域水资源匮乏。冷凉蔬菜的长期大量种植，是否会加剧华北寒旱区水资源的紧缺，甚至导致生态环境的失衡引起了国内外学者的关注。
张北试验区科研人员的研究表明，在区域间蔬菜和粮食生产的水资源消耗量与水资源价值比较时（表4），从所出售商品的绝对水量上看，蔬菜出售直接输出的水资源量为71.9~72.1t/hm²,而出售小麦、水稻仅为0.6~0.8t/hm²,这就形成了社会上“卖菜即卖水”的表象性推论。然而粮食生产的田间耗水量却高于华北寒旱区的冷凉蔬菜，尤其是水稻生产的耗水量更大，达冷凉蔬菜生产的2.9~3.2倍，而这一部分水是粮-菜贸易过程当中所看不到的“虚拟水”资源。经计算，华北寒旱区冷凉蔬菜生产的水资源价值为11.0~13.4元/m3,而华北平原区粮食生产只有1.4~3.2元/m3,两者相差3.4~9.6倍（表4）；加之本区域蔬菜生产和外区域粮食生产的水资源消耗量差异，实现了本区用0.175~0.196m3的水，就能够换回外区域1m3水资源的交易。随菜、粮交易而进行的“虚拟水资源”运动，成为本区农作节水生产与改善水资源存量的过程。
区域内蔬菜与传统作物生产的水资源消耗量与水资源价值的比较（表5）表明，由于蔬菜的错季销售，市场独占性优势使其单位面积的经济产值为本区甜菜和马铃薯生产的3.5倍、燕麦的9.6倍和亚麻的11.1倍（表5）。种植蔬菜的经济高效益，使其消耗相对较少的水资源就可获得与原来传统作物生产相当的收益；当消耗与传统作物同样的水量时，可显着提高农民生活质量。从这层意义上讲，区域进行蔬菜生产则是在节省区域的水资源存量和减少土地的垦殖率，因此促进了区域农作系统生态与经济的稳定性和可持续发展。
4区域农作制度的发展
4.1机械化、规模化的农作制度创新
近年来社会经济的快速发展与多元化，加之区域间发展的不平衡性与户籍管理的放宽，吸引了寒旱区大量青壮年通过求学、务工等方式流向经济发达地区，或在本地转入收入更高的非农产业。在华北寒旱区的集中退耕实施区，人口的非农化转移则更为普遍。张北试验区对一个典型村庄的定点监测表明，从退耕前的1999年到退耕实施9年后的2008年，村庄实际居住人口从282人减少到178人，迁走27户计104人占总人口的36.9%.剩余人口中的49%以从事服务、商贸等非农产业为主；农业劳动力中45岁以上的占到82.9%.在有水源条件的蔬菜生产村庄，人口非农转移比例稍稍低，但45岁以上的农业劳动力比例同样高达70%以上。冷凉蔬菜种植是一项劳动密集型的产业，区域劳动力质量和数量的日趋不足，导致农作工时费标准不断攀升：农闲时60~70元/d,农忙时则高达100~120元/d,仍可能一人难求。据统计，目前劳动力成本已上升到蔬菜生产总成本的50%左右，劳动力的短缺和成本的快速提高，促发了对农田生产机械化、规模化的强烈需求。
与华北寒旱区大量青壮年外流或转入非农行业相对应，一些具有较强经济和技术实力的区域外企业或个人及本地逐步成长起来的经营者，看准了区域冷凉蔬菜产业的市场独占性，依托自身的资金、技术、管理及市场等优势进行机械化、规模化、专业化生产，显着提高了劳动生产率和生产水平。以机械化蔬菜生产为突破的新型集约农作制度创新，成为区域未来农业发展的重要方向。
4.2退耕种草的集约化畜牧生产制度创新
华北寒旱区位于农牧交错带，畜牧业作为其传统产业，是农民收入的重要来源。但由于区域资源匮乏饲草产量低下，加之畜群超载过度放牧，对脆弱的资源环境造成了破坏。
为保护环境，国家对牲畜放牧进行了控制，从而一定程度上限制了畜牧业 的发 展。在“一退双还”的生态建设中 有 约20%~40%的耕地用于还草，这为区域发展人工高产草地，创新放牧与舍饲结合的畜牧业生产提供了可能。张北试验区试验表明，退耕地自然产草量为1 699.5kg/hm²,人工种草的产草量为老芒麦3700.5kg/hm²、披碱草3207.0kg/hm²和苜蓿2 609.1kg/hm²,较自然产草增产53.5%~117.7%.兼顾环境恢复与经济效益的适度畜牧业生产制度，成为提高资源利用率、增加农民收入的重要途径。
4.3降水集蓄利用的资源培育制度创新
利用华北寒旱区独特的气候资源发展冷凉蔬菜生产，可创造较高的经济效益、促进农村劳动力就业、推动区域生态恢复与重建，具有显着的经济、社会和生态效益。但区域匮乏的水资源存量与低下的自然更新效率限制了蔬菜产业的进一步发展，降水资源化与高效利用便成为解决问题的重要突破口。华北寒旱区年降水350~450mm,雨热基本同季，雨季（5~9月）降水量占年降水量的88.1%.而雨季各月际间降水量变异系数却高达0.47~0.60,频发的随机性干旱导致农作生产效率和保障率低下。
华北寒旱区波状起伏、滩梁相间的地貌特征，具有降水人工集蓄的天然优势。张北试验区比较了水泥硬化（按照10年折旧）、塑膜覆盖和免耕草地三种覆被类型坡面产水效果（表6），结果表明水泥硬化、塑膜覆盖产流系数高达62%~76%,免耕草地仅为2%.水泥硬化产水方式由于使用寿命长，产水成本可降至5.32元/m3/a.降水集蓄并进一步配套喷灌、滴灌等节水技术，将有力推动华北寒旱区以水为核心的资源节约与资源培育型农作制度的发展。
参考文献
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