中國(guó)農(nóng)業(yè)用水挑戰(zhàn)與解決途徑-桂林-20140809

中國(guó)農(nóng)業(yè)用水與糧食安全

面臨的挑戰(zhàn)與解決途徑李保國(guó)libg@中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院土壤物理學(xué)進(jìn)展與生態(tài)安全學(xué)術(shù)研討會(huì)

桂林，2014年8月8-10日提綱水資源和糧食安全我國(guó)農(nóng)業(yè)用水現(xiàn)狀農(nóng)業(yè)節(jié)水與糧食安全對(duì)策實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)節(jié)水的科學(xué)措施生產(chǎn)每公斤食品的需水量（美國(guó)加州）（Renault，2000）

食品種類(lèi)

需水量方/公斤m3kg–1水分生產(chǎn)力kgm–3

蔬菜

0.156.7谷物（糧食）

0.7-1.40.71-1.42脂肪

11-180.055-0.09水果

0.452.22堅(jiān)果

2.5-4.80.21-0.4牛奶

0.81.25雞、豬肉

4.30.23牛羊肉

13.50.074每人每天所吃食物的耗水量如下：發(fā)達(dá)國(guó)家4方，其中美國(guó)5.4方；發(fā)展中貧困國(guó)家1.3方，生存1方；膳食營(yíng)養(yǎng)平衡需3.56方（1/5來(lái)自動(dòng)物產(chǎn)品）。如此，每人每年所吃食物的耗水量：美國(guó)1971方，發(fā)達(dá)國(guó)家1460方，膳食營(yíng)養(yǎng)平衡需1300方。一、水資源和糧食安全“水是生命之源、生產(chǎn)之要、生態(tài)之基。”水是人類(lèi)生存和社會(huì)發(fā)展最重要的戰(zhàn)略資源，而水資源短缺是威脅糧食安全最為緊迫的問(wèn)題。水資源短缺和糧食安全互為因果：一方面，水資源的短缺威脅到灌溉農(nóng)業(yè)的有效灌溉量，從而影響到糧食產(chǎn)量和糧食安全；另一方面，糧食生產(chǎn)又消耗大量的水，由于水分利用效率的低下，在耗水同時(shí)造成水資源的緊缺?！八醇Z，糧即水”。水在保證糧食安全中處于頭等重要的位置?！罢l(shuí)來(lái)養(yǎng)活中國(guó)（WhowillfeedChina）”命題的關(guān)鍵在于解決“誰(shuí)來(lái)為中國(guó)供水（WhowillwaterChina）”平均年降水量:>600mm

平均年降水量:>400mm

中國(guó)發(fā)展的警鐘—土地和水15億人，人均財(cái)富為世界人均的1/3，這塊土地已經(jīng)吃不消，污染不可逆轉(zhuǎn)，資源需要外援（澳洲的礦、美國(guó)的糧、全球的油氣）。如果人均財(cái)富達(dá)到美國(guó)人均的1/3，那這塊土地只能承載現(xiàn)在的一小半人口（根據(jù)不同模型測(cè)算，在5億~7億之間）。這個(gè)時(shí)間大約需要十年左右……現(xiàn)在把住不下的幾億人交給你，你看咋辦？（不勞而活，2012）中國(guó)發(fā)展的警鐘—耕地和水滿(mǎn)足如今中國(guó)人的生活現(xiàn)狀，所進(jìn)口的農(nóng)產(chǎn)品折算成土地面積，大概為7-8億畝（快接近所謂耕地紅線(xiàn)1/2）糧食九連增，已造成農(nóng)業(yè)各生產(chǎn)要素沒(méi)有彈性。

（陳錫文，2012、2013）中國(guó)做到了基本不進(jìn)口糧食，但實(shí)際上已進(jìn)口了是自己耕地面積1/3的優(yōu)質(zhì)耕地！初步估計(jì)2012年進(jìn)口農(nóng)產(chǎn)品折合成水資源大于1500億方！全世界主要國(guó)家的用水量Fig.2.Virtualwaterbalancepercountryanddirectionofgrossvirtualwaterflowsrelatedtotradeinagriculturalandindustrialproductsovertheperiod1996–2005.Onlythebiggestgrossflows(>15Gm3∕y)areshown./cgi/doi/10.1073/pnas.11099361092011年11月FAO發(fā)布由于人口不斷增長(zhǎng)、消費(fèi)水平逐漸提升，2050年全球糧食產(chǎn)量必須在目前基礎(chǔ)上提高70%才能滿(mǎn)足全人類(lèi)需求。土地和水資源普遍退化，將對(duì)糧食生產(chǎn)造成影響，對(duì)世界糧食安全構(gòu)成挑戰(zhàn)。保證增產(chǎn)的措施包括提高農(nóng)業(yè)用水效率、創(chuàng)新耕作方法以及加大對(duì)農(nóng)業(yè)的投資力度。FAO結(jié)論一、水資源和糧食安全

-水即糧、糧即水我國(guó)用相對(duì)較少的灌溉水增長(zhǎng)，換來(lái)了更多的糧食增長(zhǎng)，農(nóng)業(yè)和灌溉成就卓著人多水少、水資源時(shí)空分布不均是我國(guó)的基本國(guó)情、水情洪澇災(zāi)害頻繁、農(nóng)田水利建設(shè)落后、工業(yè)化和城鎮(zhèn)化快速發(fā)展、全球氣候變化等多種因素影響下，確保我國(guó)糧食安全的農(nóng)業(yè)用水的任務(wù)越來(lái)越艱巨破解水-糧矛盾，實(shí)現(xiàn)水資源安全和糧食安全的雙贏是當(dāng)前和今后相當(dāng)一段時(shí)期科研、推廣和政策制定的重點(diǎn)、難點(diǎn)一、水資源和糧食安全

-水即糧、糧即水我國(guó)水資源直接短缺日趨嚴(yán)重2010年，人均水資源量2033方；2030年，1800方/人，接近國(guó)際1700的缺水臨界線(xiàn)18個(gè)缺水省，其中9個(gè)嚴(yán)重缺水；13個(gè)糧食主產(chǎn)省中，9個(gè)缺水，其中嚴(yán)重缺水的4個(gè)氣候變化引起極端天氣事件造成水資源變率加大60年來(lái)，旱災(zāi)面積占水旱災(zāi)受災(zāi)面積的59%、成災(zāi)面積的54%近幾年干旱不僅在北方持續(xù)，而且擴(kuò)展到水資源豐富的南方省份和流域耕地?cái)?shù)量和質(zhì)量的改變影響水資源時(shí)空分配模式，加劇洪澇災(zāi)害建設(shè)占用和自然災(zāi)害,是耕地可持續(xù)利用的最大威脅水-土之間的關(guān)系緊密，耕地?cái)?shù)量和質(zhì)量的變化會(huì)直接影響陸地生態(tài)系統(tǒng)水循環(huán)模式消費(fèi)模式和膳食結(jié)構(gòu)改變?cè)黾恿藢?duì)水資源的壓力生產(chǎn)1公斤糧食需要消耗大約1方水，而生產(chǎn)1公斤的肉，則需要消耗至少10方水一、水資源和糧食安全

-我國(guó)糧食安全面臨挑戰(zhàn)華北、東北糧食主產(chǎn)區(qū)降水量減少！

（%/10年）1958-2007年我國(guó)年降水量變化幅度資料來(lái)源：中國(guó)氣象局氣候變化中心中國(guó)干旱化趨勢(shì)吉林梨樹(shù)—沙地玉米絕收（2009）干旱對(duì)我國(guó)糧食生產(chǎn)威脅加大二、農(nóng)業(yè)用水-現(xiàn)狀和趨勢(shì)12年來(lái)，我國(guó)降水總量和可再生水資源總量不斷減少。水資源下降幅度大于降水量下降幅度降水量和水資源量我國(guó)人均水資源量2033方，人均可實(shí)際利用的水資源量不足550方2009年人均實(shí)際用水量為448方，占可利用水量的4/5強(qiáng)繼續(xù)增加供水量的潛力有限，用水緊張形勢(shì)更加嚴(yán)峻二、農(nóng)業(yè)用水-現(xiàn)狀和趨勢(shì)增加供水潛力有限！13年間，農(nóng)業(yè)用水量從3920億方下降到3723億方，減少了200億方農(nóng)業(yè)用水在總用水中的比例從70.4%下降到60.4%，減少8個(gè)百分點(diǎn)農(nóng)業(yè)用水量和百分比二、農(nóng)業(yè)用水-現(xiàn)狀和趨勢(shì)“利用地質(zhì)歷史時(shí)期的地下水生產(chǎn)糧食猶如糧食生產(chǎn)中的‘次貸危機(jī)’，由此形成的糧食生產(chǎn)‘泡沫’最終會(huì)破裂”-Postel，2008糧食生產(chǎn)中的泡沫二、農(nóng)業(yè)用水-現(xiàn)狀和趨勢(shì)13個(gè)糧食主產(chǎn)省中，河北、河南、內(nèi)蒙古、山東、遼寧的地下水供水比例都超過(guò)了50%，河北更是高達(dá)80%河北近12年平均可再生地下水資源量?jī)H110億方，而同期平均地下水提取量卻達(dá)到了166億方，缺口56億方二、農(nóng)業(yè)用水-現(xiàn)狀和趨勢(shì)糧食生產(chǎn)中的泡沫2008年11月由李文鵬總工程師提供區(qū)域糧食新增潛力（李振聲院士）東南增產(chǎn)250億斤東北增產(chǎn)250億斤華北增產(chǎn)

300億斤西北增產(chǎn)100億斤西南增產(chǎn)100億斤水能保證未來(lái)中國(guó)的糧食安全碼？全國(guó)中低產(chǎn)田面積12.9億畝

占耕地總面積的70%農(nóng)業(yè)部2008全國(guó)耕地面積18.28億畝現(xiàn)問(wèn)題嚴(yán)峻??！未來(lái)如何！！科學(xué)對(duì)策是什么？？擴(kuò)大農(nóng)業(yè)用水視野“藍(lán)水”加“綠水”構(gòu)成的

“廣義農(nóng)業(yè)水資源”河流流域的綜合管理（Integratedriverbasinmanagement）真實(shí)節(jié)水（Realwatersaving）水資源收支解析（Wateraccounting）有效灌溉效率（Effectiveirrigationefficiency）綠水和藍(lán)水（Greenwaterandbluewater）水分生產(chǎn)力（Waterproductivity）虛擬水（Virtualwater）農(nóng)業(yè)水管理范式變遷天然降水（藍(lán)水和綠水的總來(lái)源）生產(chǎn)性綠水流（植物蒸騰）非生產(chǎn)性綠水流（土面蒸發(fā)或白水流）降水陸地生態(tài)系統(tǒng)城市上游下游農(nóng)田耗水綠水流（灌溉和雨養(yǎng)作物）工業(yè)水生生態(tài)系統(tǒng)流域邊界回歸流藍(lán)水流（河流、湖泊、地表和地下水體）海岸生態(tài)系統(tǒng)（Falkenmark,2000）土壤貯水-綠水以農(nóng)田土壤水平衡（FWB)和土壤-植物-大氣連續(xù)體為核心的“藍(lán)水和綠水”和“四水”轉(zhuǎn)化SWAT流域水循環(huán)模擬模型輸入:DEM-土地利用-作物監(jiān)測(cè)-土壤-天氣 -灌溉監(jiān)測(cè)作物和水資源統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù):-作物生產(chǎn)水資源模型輸出:降水-蒸散-徑流-滲漏行政區(qū)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)整合到流域流域作物生產(chǎn)數(shù)據(jù)疊加-作物水分生產(chǎn)力作物生產(chǎn)的綠水和藍(lán)水研究方法（2009）2008年中國(guó)廣義農(nóng)業(yè)水資源和藍(lán)水綠水比例保證中國(guó)糧食安全的水資源總量!!降水量(毫米)耕地面積(千公頃)耕地降水量(億方)耕地灌溉量（億方）廣義農(nóng)業(yè)水資源（億方）綠水比例

(%)藍(lán)水比例(%)全國(guó)654.8121715.945613304786558.042.0華北405.133634.81131584171466.034.1東北528.921450.0648373102163.536.5東南1481.128827.714801232271354.645.4西南960.223319.81038497153567.632.4西北238.014483.526561888330.070.0二、農(nóng)業(yè)用水-擴(kuò)大農(nóng)業(yè)用水視野初步估計(jì)2012年進(jìn)口農(nóng)產(chǎn)品折合成水資源大于1500億方！“綠水”對(duì)我國(guó)種植業(yè)和糧食安全中發(fā)揮的主導(dǎo)作用我國(guó)的灌溉對(duì)糧食生產(chǎn)的貢獻(xiàn)率高于全球水平我國(guó)和全球糧食耗水量中藍(lán)水和綠水比例（%）二、農(nóng)業(yè)用水-擴(kuò)大農(nóng)業(yè)用水視野中國(guó)糧食生產(chǎn)中藍(lán)水和綠水的貢獻(xiàn)率（2009）華北和東北的糧食生產(chǎn)是有其廣義農(nóng)業(yè)水資源稟賦為基礎(chǔ)的土地利用的決策就是水資源利用的決策18億畝耕地紅線(xiàn)的水資源含義廣義農(nóng)業(yè)水土資源匹配二、農(nóng)業(yè)用水-擴(kuò)大農(nóng)業(yè)用水視野繼續(xù)加強(qiáng)農(nóng)田灌溉用水的計(jì)量以保證灌溉“藍(lán)水”供給加強(qiáng)在農(nóng)田“綠水”評(píng)價(jià)和度量方面的科學(xué)研究和評(píng)價(jià)體系以保證農(nóng)田“綠水”的供給建議劃定“糧食安全的水資源紅線(xiàn)”3500億方灌溉水和4300億方的農(nóng)田降水兩者相加7800億方三、農(nóng)業(yè)節(jié)水與糧食安全對(duì)策之一：建立廣義農(nóng)業(yè)水資源評(píng)價(jià)體系，保證農(nóng)業(yè)用水供給三、農(nóng)業(yè)節(jié)水與糧食安全對(duì)策之二：從以“輸水”轉(zhuǎn)向以“耗水”為中心的節(jié)水農(nóng)業(yè)管理和評(píng)價(jià)體系農(nóng)業(yè)節(jié)水能夠節(jié)約下多余的水量嗎？糧食安全的實(shí)現(xiàn)需要更多的糧食總產(chǎn)，而更多的糧食總產(chǎn)則需要更多的耗水這個(gè)需求是剛性的，是不可減少的三、農(nóng)業(yè)節(jié)水與糧食安全對(duì)策之二：從以“輸水”轉(zhuǎn)向以“耗水”為中心的節(jié)水農(nóng)業(yè)管理和評(píng)價(jià)體系輸水耗水輸水或用水中減少的滲漏損失量單位耗水量增加的產(chǎn)出節(jié)水農(nóng)業(yè)的指標(biāo)，應(yīng)該符合國(guó)際體系，從“以‘輸水’為中心變成以‘耗水’為中心的”評(píng)價(jià)體系從“以輸水和用水中減少了多少滲漏損失”變成“以單位耗水量增加了多少產(chǎn)出”為評(píng)價(jià)指標(biāo)。三、農(nóng)業(yè)節(jié)水與糧食安全對(duì)策之三：通過(guò)提高單產(chǎn)來(lái)提升糧食水分生產(chǎn)力，實(shí)現(xiàn)“真實(shí)節(jié)水”我國(guó)糧食水分生產(chǎn)力和糧食單產(chǎn)的關(guān)系關(guān)聯(lián)度極高糧食水分生產(chǎn)力和單產(chǎn)均呈小幅上升的趨勢(shì)說(shuō)明：我國(guó)農(nóng)業(yè)用水在總體偏緊的情況下，用水效率有所提升國(guó)際有關(guān)研究表明：我國(guó)主要糧食作物的水分生產(chǎn)力在全球已經(jīng)處于較高水平。水稻生產(chǎn)的水分生產(chǎn)力較高，達(dá)0.4-0.6公斤/方，而發(fā)達(dá)國(guó)家平均水平是0.47公斤/方?！胺撬竞坦阮?lèi)糧食作物”（指小麥、玉米和其它粗糧）的水分生產(chǎn)力，中國(guó)、美國(guó)和巴西位于1.0-1.7公斤/方，西歐達(dá)1.7-2.4公斤/方。三、農(nóng)業(yè)節(jié)水與糧食安全對(duì)策之三：通過(guò)提高單產(chǎn)來(lái)提升糧食水分生產(chǎn)力，實(shí)現(xiàn)“真實(shí)節(jié)水”我國(guó)近12年平均糧食水分生產(chǎn)力為0.86公斤/方，即生產(chǎn)1噸糧需要消耗1168方水。其中：

華北1.07公斤/方東北0.85公斤/方東南0.90公斤/方西南0.83公斤/方西北0.40公斤/方。（西北的灌溉綠洲農(nóng)業(yè)區(qū)的水分生產(chǎn)力和華北區(qū)相當(dāng)，其它旱作區(qū)的水分生產(chǎn)力過(guò)低，造成整個(gè)西北的數(shù)值偏低）三、農(nóng)業(yè)節(jié)水與糧食安全對(duì)策之三：通過(guò)提高單產(chǎn)來(lái)提升糧食水分生產(chǎn)力，實(shí)現(xiàn)“真實(shí)節(jié)水”

（中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)的計(jì)算）中國(guó)主要糧食作物的水分生產(chǎn)力中國(guó)糧食作物水分生產(chǎn)力建立完善的農(nóng)田土壤墑情監(jiān)測(cè)體系；改善土壤理、化、生性質(zhì)，提高有效土壤水分含量增加

“生產(chǎn)性綠水流（植物蒸騰）”在“總綠水流（實(shí)際蒸發(fā)蒸騰）”中的比例減少“非生產(chǎn)性綠水流（土面蒸發(fā)）”的比例；盡量將土面蒸發(fā)轉(zhuǎn)化為植物蒸騰。四、實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)節(jié)水的科學(xué)措施之一：加強(qiáng)以農(nóng)田土壤水為中心的農(nóng)業(yè)用水和耗水管理建立完善的農(nóng)田土壤墑情監(jiān)測(cè)體系改善土壤理、化、生性質(zhì)，提高有效土壤水分含量增加“生產(chǎn)性綠水流（植物蒸騰）”在“總綠水流（實(shí)際蒸發(fā)蒸騰）”中的比例減少“非生產(chǎn)性綠水流（土面蒸發(fā)）”的比例盡量將土面蒸發(fā)轉(zhuǎn)化為植物蒸騰。四、實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)節(jié)水的科學(xué)措施之一：加強(qiáng)以農(nóng)田土壤水為中心的農(nóng)業(yè)用水和耗水管理降水增加生產(chǎn)性綠水流（植物蒸騰）減少非生產(chǎn)性綠水流（土面蒸發(fā)）增加土壤有效含水完善土壤墑情監(jiān)測(cè)土面蒸發(fā)轉(zhuǎn)化為植物蒸騰四、實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)節(jié)水的科學(xué)措施之二：提高灌溉保證度和旱澇保收耕地面積和比例，

確保農(nóng)田土壤水供給需要進(jìn)一步加強(qiáng)東北、華北、西北和西南的耕地灌溉保障能力在關(guān)系糧食安全安危的華北和東北，要繼續(xù)加大農(nóng)田基礎(chǔ)設(shè)施投資，提高旱澇保收農(nóng)田的面積和比例四、實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)節(jié)水的科學(xué)措施之三：加強(qiáng)農(nóng)藝和生物節(jié)水在農(nóng)田水管理上的作用西北和東南最應(yīng)該加強(qiáng)農(nóng)藝生物節(jié)水技術(shù)措施的應(yīng)用力度各個(gè)地區(qū)針對(duì)不同特點(diǎn)創(chuàng)造出經(jīng)濟(jì)實(shí)用的節(jié)水技術(shù)，如西北和東北的膜下滴灌，水肥同時(shí)施入，可以成倍地提高作物水分生產(chǎn)力。模式舉例:玉米全膜雙壟溝栽培技術(shù)--集水、保水、增溫綜合作用提高水分生產(chǎn)力，改變當(dāng)?shù)胤N植模式

--在甘肅黃土高原年降雨300-450mm地區(qū)推廣4000,000hm2

--1500kg/hm2

小麥轉(zhuǎn)變成600-10,000kg/hm2春玉米--降水的水分生產(chǎn)力2-2.5kg/m3.吉林:玉米覆膜滴灌施肥栽培技術(shù)--供水、升溫、增密、施肥等綜合作用提高水分生產(chǎn)力！

--可在東北降雨400左右mm地區(qū)推廣

--春玉米6000-7000kg/hm2

變成

大于15,000kg/hm2--水分生產(chǎn)力1.5-3.0kg/m3.四、實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)節(jié)水的科學(xué)措施之四：利用當(dāng)?shù)厮疅豳Y源特點(diǎn)，調(diào)整種植結(jié)構(gòu)在滿(mǎn)足國(guó)家糧食種類(lèi)需求的前提下，如何匹配糧食作物需水及種植區(qū)天然降水時(shí)空分布，針對(duì)各地區(qū)水熱資源特點(diǎn)，調(diào)整種植結(jié)構(gòu)，建立水資源高效利用的種植體系是今后需要加強(qiáng)的政策和科技和推廣措施研究的方向華北主要實(shí)行冬小麥-夏玉米種植制度，但是小麥生長(zhǎng)期