通过替代种植制度缓解华北平原的水资源短缺

这为何关系到我们的粮食与用水

在全球许多粮仓地区，农户抽取地下水的速度超过了自然补给的能力。华北平原的情况尤其令人担忧——这里养活着数以亿计的人口。本研究提出了一个看似简单但具全球意义的问题：我们能否通过调整农民种什么以及种植频率，既保持高产，又让地下水位恢复，而不是年复一年持续下降？

在压力下口渴的土地

在华北平原，大多数田地遵循一种高强度的种植节奏：先种冬小麦，收获后在同一块地上再种夏玉米。这样的双季种植带来高产，但消耗的水量远超当地降水能提供的量。由于年降雨中只有约三分之一落在小麦生长期，农民严重依赖抽取地下水灌溉。几十年来，抽取量与天然补给之间的缺口不断扩大，导致一些地区地下水位每年大约下降一米左右。

在虚拟农场上测试新种植模式

为探索出路，研究人员使用了一个详尽的作物—土壤—水分模型APEX，并用1994年至2023年30年的真实气象数据进行模拟。他们将传统的麦—玉米体系与八种替代种植模式进行比较。其中一些模式减少了种植频率，例如每年只种植一种作物；另一些则在保持较高收获次数的同时混合种植不同作物，包括一种新的轮作方案：两年一周期，交替种植春花生与传统的冬小麦—夏玉米组合。对每种种植模式，研究者还测试了四种供水策略，从充足灌溉到完全雨养、无额外供水的情形。

平衡产量与用水

模型显示，传统的麦—玉米体系在充分灌溉下确实产生最高产量，但代价沉重且隐蔽：地下水位每年约下降0.7米。减少灌溉可以放缓水位下降，但除非完全转为依靠降水，否则无法停止下降，而完全依赖降水会显著降低产量。替代种植模式则带来了更乐观的前景。那些在两年内安排三次收获的体系，尤其是包含春花生的方案，总体上将作物和土壤的水分损失减少了12%–49%，且在水资源受限时产量与传统体系相差不大。一个突出选项——春花生随后接冬小麦和夏玉米的组合，在适度灌溉下几乎达到传统体系的产量，同时几乎遏制了地下水的长期下降。

小小坚果为何能产生大影响

为何引入花生能产生如此大效果？花生的用水方式不同于小麦和玉米，并带来额外好处。其根系在生长季节内探索不同土壤层，有助于改善降雨的储存与利用。作为豆科作物，花生能从空气中固氮，留下一部分可供后茬作物利用，从而降低化肥需求。模型中的轮作若包含春花生，总体用水更少，“每滴产量”效率更高，并且年际产量更稳定。在某些减少种植频率或降低灌溉的情形下，这些体系甚至允许更多水向下渗透，有助于补充含水层而非继续抽空它。

走向共同的水与粮食安全之路

研究结论是，仅仅对现有作物组合微调灌溉不足以解决地下水下降问题。相反，重新思考栽培作物的种类与种植频率，是一项有力的工具。在华北平原，从持续的麦—玉米连作转向包含春花生的多样化轮作，可能大幅放缓甚至几乎停止地下水枯竭，同时维持可靠的粮食生产。因为这种方法依赖于改变种植模式而非昂贵的新基础设施，它也可在其他缺水的农业区推广。归根结底，这项工作表明，更聪明的种植安排可以让农田在水资源承受范围内持续生产，而不牺牲社会所依赖的产量。

引用: Zhao, J., Yang, Y., Meki, M.N. et al. Alleviating water scarcity by alternative cropping systems in the North China Plain. npj Sustain. Agric. 4, 33 (2026). https://doi.org/10.1038/s44264-026-00145-w

关键词: 地下水枯竭, 种植制度, 灌溉, 华北平原, 可持续农业