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

中國農(nóng)業(yè)用水與糧食安全

面臨的挑戰(zhàn)與解決途徑李保國libg@中國農(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（美國加州）（Renault，2000）

食品種類

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)國家4方，其中美國5.4方；發(fā)展中貧困國家1.3方，生存1方；膳食營養(yǎng)平衡需3.56方（1/5來自動(dòng)物產(chǎn)品）。如此，每人每年所吃食物的耗水量：美國1971方，發(fā)達(dá)國家1460方，膳食營養(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來養(yǎng)活中國（WhowillfeedChina）”命題的關(guān)鍵在于解決“誰來為中國供水（WhowillwaterChina）”平均年降水量:>600mm

平均年降水量:>400mm

中國發(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、美國的糧、全球的油氣）。如果人均財(cái)富達(dá)到美國人均的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）中國發(fā)展的警鐘—耕地和水滿足如今中國人的生活現(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1/2）糧食九連增，已造成農(nóng)業(yè)各生產(chǎn)要素沒有彈性。

（陳錫文，2012、2013）中國做到了基本不進(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、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%才能滿足全人類需求。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、糧即水我國用相對(duì)較少的灌溉水增長，換來了更多的糧食增長，農(nóng)業(yè)和灌溉成就卓著人多水少、水資源時(shí)空分布不均是我國的基本國情、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，確保我國糧食安全的農(nóng)業(yè)用水的任務(wù)越來越艱巨破解水-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，接近國際1700的缺水臨界線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，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年我國年降水量變化幅度資料來源：中國氣象局氣候變化中心中國干旱化趨勢(shì)吉林梨樹—沙地玉米絕收（2009）干旱對(duì)我國糧食生產(chǎn)威脅加大二、農(nóng)業(yè)用水-現(xiàn)狀和趨勢(shì)12年來，我國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僅110億方，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中國的糧食安全碼？全國中低產(chǎn)田面積12.9億畝

占耕地總面積的70%農(nóng)業(yè)部2008全國耕地面積18.28億畝現(xiàn)問題嚴(yán)峻??！未來如何??！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年中國廣義農(nóng)業(yè)水資源和藍(lán)水綠水比例保證中國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)我國種植業(yè)和糧食安全中發(fā)揮的主導(dǎo)作用我國的灌溉對(duì)糧食生產(chǎn)的貢獻(xiàn)率高于全球水平我國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”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：通過提高單產(chǎn)來提升糧食水分生產(chǎn)力，實(shí)現(xiàn)“真實(shí)節(jié)水”我國糧食水分生產(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)說明：我國農(nóng)業(yè)用水在總體偏緊的情況下，用水效率有所提升國際有關(guān)研究表明：我國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)國家平均水平是0.47公斤/方?！胺撬竞坦阮惣Z食作物”（指小麥、玉米和其它粗糧）的水分生產(chǎn)力，中國、美國和巴西位于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：通過提高單產(chǎn)來提升糧食水分生產(chǎn)力，實(shí)現(xiàn)“真實(shí)節(jié)水”我國近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：通過提高單產(chǎn)來提升糧食水分生產(chǎn)力，實(shí)現(xiàn)“真實(shí)節(jié)水”

（中國農(nóng)業(yè)大學(xué)的計(jì)算）中國主要糧食作物的水分生產(chǎn)力中國糧食作物水分生產(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)在滿足國家糧食種類需求的前提下，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，但是小麥生長期