中國農(nóng)田用水與水分生產(chǎn)力提高途徑-20130305綜述

1、中國農(nóng)田用水與中國農(nóng)田用水與水分生產(chǎn)力提高途徑水分生產(chǎn)力提高途徑中國農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院李保國中國發(fā)展的警鐘土地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)不同模型測算，在5億7億之間）。這個時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，2

2、012、2013） 中國做到了基本不進(jìn)口糧食，但實(shí)際上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已進(jìn)口了是自己耕地面積1/31/3的優(yōu)質(zhì)耕地！的優(yōu)質(zhì)耕地！提綱提綱水與生產(chǎn)力、水分生產(chǎn)力中國水資源、農(nóng)田用水與水分生產(chǎn)力提高水分生產(chǎn)力途徑提綱提綱水與生產(chǎn)力、水分生產(chǎn)力中國水資源、農(nóng)業(yè)田水與水分生產(chǎn)力提高水分生產(chǎn)力途徑耕地：水、熱、土、生、氣資源的協(xié)調(diào)水是生命之源、生產(chǎn)之要、生態(tài)之基（2011，中央一號文件）生產(chǎn)每公斤食品的需水量生產(chǎn)每公斤食品的需水量（美國（美國 加州）（加州）（RenaultRenault，20002000）食品種類食品種類需水量需水量方方/公斤公斤m3kg1水分生

3、產(chǎn)力水分生產(chǎn)力kgm3蔬菜蔬菜0.156.7谷物（糧食）谷物（糧食）0.7-1.40.71-1.42脂肪脂肪11-180.055-0.09水果水果0.452.22堅(jiān)果堅(jiān)果2.5-4.80.21-0.4牛奶牛奶0.81.25雞、豬肉雞、豬肉4.30.23牛羊肉牛羊肉13.50.074每人每天所吃食物的耗水量如下：發(fā)達(dá)國家每人每天所吃食物的耗水量如下：發(fā)達(dá)國家 4 4方，其中美國方，其中美國 5.4 5.4 方；發(fā)展中貧方；發(fā)展中貧困國家困國家 1.31.3方，生存方，生存 1 1 方；膳食營養(yǎng)平衡需方；膳食營養(yǎng)平衡需3.56 3.56 方（方（1/5 1/5 來自動物產(chǎn)品）。如來自動物產(chǎn)品）。如

4、此，此， 每人每年所吃食物的耗水量：美國每人每年所吃食物的耗水量：美國 1971 1971 方，發(fā)達(dá)國家方，發(fā)達(dá)國家 1460 1460 方，膳食營方，膳食營養(yǎng)平衡需養(yǎng)平衡需1300 1300 方。方。 平均年降水量平均年降水量: 600 mm 平均年降水量平均年降水量: 400 mm: 400 mm 全國近全國近100100萬平方公里，萬平方公里， 約占國土面積的約占國土面積的1/101/10半干旱區(qū)沙地資源分布寧夏鹽池寧夏鹽池-毛烏素沙地毛烏素沙地吉林梨樹吉林梨樹沙地玉米絕收（沙地玉米絕收（2009）半干旱區(qū)鹽漬土資源分布吉林乾安（吉林乾安（2009-10）內(nèi)蒙古涼城（內(nèi)蒙古涼城（2009

5、-07）降水量減少超過降水量減少超過10% 10% （%/10年）年）1958-20071958-2007年我國年降水量變化幅度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資料來源：中國氣象局氣候變化中心黃淮海平原近黃淮海平原近5050年呈干旱化趨勢年呈干旱化趨勢黃淮海近黃淮海近5050年降水量呈明顯減少趨勢年降水量呈明顯減少趨勢6060多個站點(diǎn)平均值多個站點(diǎn)平均值頻旱多變?nèi)彼h(huán)境頻旱多變?nèi)彼h(huán)境 20112011年近年近1 1億畝小麥億畝小麥?zhǔn)芎?，受旱，F(xiàn)AOFAO干旱預(yù)警干旱預(yù)警20092009年大旱年大旱級級抗旱應(yīng)急預(yù)案抗旱應(yīng)急預(yù)案現(xiàn)問題嚴(yán)峻！未來如何！科學(xué)對策是什么？區(qū)域糧食

6、新增潛力區(qū)域糧食新增潛力（李振聲院士李振聲院士）東南增產(chǎn)東南增產(chǎn) 250250億斤億斤東北增產(chǎn)東北增產(chǎn)250250億斤億斤華北增產(chǎn)華北增產(chǎn) 300300億斤億斤 西北增產(chǎn)西北增產(chǎn) 100 100 億斤億斤 西南增產(chǎn)西南增產(chǎn) 100 100 億斤億斤全國新增千億斤糧食全國新增千億斤糧食 華北需貢獻(xiàn)華北需貢獻(xiàn)30%我國水資源直接短缺日趨嚴(yán)重l20102010年，人均水資源量年，人均水資源量20332033方；方；20302030年，年，18001800方方/ /人，接近國際人，接近國際17001700的缺水臨界線的缺水臨界線l1818個缺水省，其中個缺水省，其中9 9個嚴(yán)重缺水；個嚴(yán)重缺水；131

7、3個糧食主產(chǎn)省中，個糧食主產(chǎn)省中，9 9個缺水，其中嚴(yán)重缺水的個缺水，其中嚴(yán)重缺水的4 4個個氣候變化引起極端天氣事件造成水資源變率加大l6060年來，旱災(zāi)面積占水旱災(zāi)受災(zāi)面積的年來，旱災(zāi)面積占水旱災(zāi)受災(zāi)面積的59%59%、成災(zāi)面積的、成災(zāi)面積的54%54%l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空分配模式，加劇洪澇災(zāi)害l建設(shè)占用和自然災(zāi)害建設(shè)占用和自然災(zāi)害, , 是耕地可持續(xù)利用的最大威脅是耕地可持續(xù)利用的最大威脅l水水- -土之間的關(guān)系緊密，耕地?cái)?shù)量和質(zhì)量的變化會直接影響陸

8、地生態(tài)系統(tǒng)水循環(huán)模式土之間的關(guān)系緊密，耕地?cái)?shù)量和質(zhì)量的變化會直接影響陸地生態(tài)系統(tǒng)水循環(huán)模式消費(fèi)模式和膳食結(jié)構(gòu)改變增加了對水資源的壓力l生產(chǎn)生產(chǎn)1 1公斤糧食需要消耗大約公斤糧食需要消耗大約1 1方水，而生產(chǎn)方水，而生產(chǎn)1 1公斤的肉，則需要消耗至少公斤的肉，則需要消耗至少1010方水方水水資源和糧食安全水資源和糧食安全- -我國糧食安全面臨挑戰(zhàn)我國糧食安全面臨挑戰(zhàn)l河流流域的綜合管理河流流域的綜合管理（Integrated river basin management ）l真實(shí)節(jié)水真實(shí)節(jié)水 （Real water saving）l水資源收支解析水資源收支解析 （Water accounting

9、）l有效灌溉效率有效灌溉效率 （Effective irrigation efficiency）l綠水和藍(lán)水綠水和藍(lán)水 （Green water and blue water）l水分生產(chǎn)力水分生產(chǎn)力 （Water productivity）l虛擬水虛擬水 （Virtual water）綠水和藍(lán)水綠水和藍(lán)水(adaptedfromRockstrom,1999)地表徑流地表徑流（藍(lán)水）（藍(lán)水）土壤綠水庫土壤綠水庫降水（綠水和藍(lán)降水（綠水和藍(lán)水總的來源）水總的來源）蒸散量蒸散量（綠水流）（綠水流）中國農(nóng)業(yè)用水與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展我國6萬億方降水2.8萬億方水資源量5600億方供水量 71%4000(38

10、26)億方農(nóng)業(yè)用水量2001 （3400）灌溉用水 提高農(nóng)業(yè)用水效率是關(guān)系到21世紀(jì)中國人能否養(yǎng)活、養(yǎng)好16億人口的重大問題，目標(biāo)是利用9400（其中3400億左右灌溉用水）億立方米左右的水，生產(chǎn)出16億人口所需要的食物.農(nóng)業(yè)高效用水的革命勢在必行!農(nóng)田有效降水（農(nóng)田有效降水（6000億）億）2003，3433億方農(nóng)業(yè)用水量 64.5% （3100）灌溉用水 降水降水形成水資源形成水資源供水供水農(nóng)業(yè)用農(nóng)業(yè)用水水灌溉用灌溉用水水?dāng)?shù)值（億方）數(shù)值（億方）6 2 06 2 000002800028000560056003826382634003400占 降 水 比 例占 降 水 比 例（）（）100

11、100454510106.16.16 6 降降水水未 形 成 水 資未 形 成 水 資源源天然植被土地截留天然植被土地截留耕地截耕地截留留數(shù)值（億方）數(shù)值（億方）6 2 06 2 000003400034000294002940060006000占 降 水 比 例占 降 水 比 例（）（）100100555547479.79.7農(nóng)業(yè)總可用水（億方）農(nóng)業(yè)總可用水（億方）94009400廣義農(nóng)業(yè)可用水廣義農(nóng)業(yè)可用水糧食安全應(yīng)挖掘這9400億方水的生產(chǎn)潛力！水資源水資源 糧食糧食農(nóng)業(yè)水分利用效率WUE水分生產(chǎn)力WP ：糧食產(chǎn)量糧食產(chǎn)量kg耗水量耗水量m3適用不同尺度！0.550.460.67提綱提綱

12、水與生產(chǎn)力、水分生產(chǎn)力中國水資源、農(nóng)田用水與水分生產(chǎn)力提高水分生產(chǎn)力途徑SWAT流域水循環(huán)模擬流域水循環(huán)模擬模型輸入模型輸入:-DEM -土地利用土地利用 - 作物監(jiān)測作物監(jiān)測-土壤土壤 - 天氣天氣 - 灌溉監(jiān)測灌溉監(jiān)測 作物和水資源統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)作物和水資源統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù):- 作物生產(chǎn)作物生產(chǎn) -水資源水資源模型輸出模型輸出:-降水降水 -蒸散蒸散-徑流徑流 - 滲漏滲漏 行政區(qū)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)行政區(qū)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)整合到流域整合到流域流域作物生產(chǎn)數(shù)據(jù)流域作物生產(chǎn)數(shù)據(jù)疊加疊加-作物水分生產(chǎn)力作物水分生產(chǎn)力- 作物生產(chǎn)的綠水和藍(lán)水作物生產(chǎn)的綠水和藍(lán)水（2009）中國糧食生產(chǎn)中藍(lán)水和綠水的貢獻(xiàn)率中國糧食生產(chǎn)中藍(lán)水和綠水的

13、貢獻(xiàn)率（2009）玉米玉米種植面積第一！種植面積第一！從耗水來看，水稻主要消耗的灌溉水！從耗水來看，水稻主要消耗的灌溉水！玉米主要是雨養(yǎng)！玉米主要是雨養(yǎng)！東北波動最大！低于東北波動最大！低于1.01.0！用于水稻中國主要糧食作物的水分生產(chǎn)力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)力中國糧食作物水分生產(chǎn)力提綱提綱水與生產(chǎn)力、水分生產(chǎn)力中國水資源、農(nóng)田用水與水分生產(chǎn)力提高水分生產(chǎn)力途徑不同尺度水資源高效利用的對策（Molden，2002）作作物物田田間間農(nóng)農(nóng)場場灌灌溉溉系系統(tǒng)統(tǒng)流流域域主要過程主要過程水分和養(yǎng)分水分和養(yǎng)分的吸收的吸收和利用；和利用；光合作光合作用用耕作方式；地表秸耕作方式；

14、地表秸稈覆蓋；肥料稈覆蓋；肥料施用施用水分在田塊的分水分在田塊的分布情況；農(nóng)布情況；農(nóng)場收入水平場收入水平的最大化的最大化水分在農(nóng)場的水分在農(nóng)場的分布；系分布；系統(tǒng)運(yùn)行和統(tǒng)運(yùn)行和維護(hù)；維護(hù)；灌溉水收費(fèi)；灌溉水收費(fèi)；排水排水不同部門水不同部門水資源的分資源的分配；配；水污染調(diào)控水污染調(diào)控學(xué)科領(lǐng)域?qū)W科領(lǐng)域植物生理學(xué)植物生理學(xué)作物育種學(xué)作物育種學(xué)土壤學(xué)；土壤學(xué)；作物學(xué)作物學(xué)農(nóng)業(yè)工程；農(nóng)業(yè)工程；農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)灌溉工程；灌溉工程；社會科學(xué)社會科學(xué)經(jīng)濟(jì)學(xué)；水經(jīng)濟(jì)學(xué)；水文；工程文；工程學(xué)學(xué)水分生產(chǎn)力水分生產(chǎn)力的產(chǎn)出項(xiàng)的產(chǎn)出項(xiàng)公斤公斤公斤公斤公斤，貨幣單位公斤，貨幣單位 公斤，貨幣單公斤，貨幣單位位1貨幣單

15、位，貨幣單位，價(jià)值價(jià)值水分生產(chǎn)力水分生產(chǎn)力的水分項(xiàng)的水分項(xiàng)蒸騰水蒸騰水蒸騰水，蒸發(fā)水蒸騰水，蒸發(fā)水蒸騰蒸發(fā)，蒸騰蒸發(fā)，灌溉供給灌溉供給灌溉輸送，損灌溉輸送，損耗，耗，有效水分有效水分有效水分有效水分灌區(qū)水分利用效率鏈（TC HsiaoTC Hsiao，20072007） 編號 單步效率定義定義或或輸出與輸入比輸出與輸入比單位單位實(shí)際實(shí)際效率值效率值管理不善管理不善管理完善管理完善1渠系輸水效率 EconvWfg/Wvo田間渠首量田間渠首量/渠首引水量渠首引水量無無0.50.70.80.962田間輸水效率 EfarmWfd/Wfg到田間水量到田間水量/田間渠首量田間渠首量無無0.40.60.75

16、0.953根區(qū)獲水效率 EapplWrz/Wfd根區(qū)獲水根區(qū)獲水量量/到田間水量到田間水量無無0.30.50.70.954田間蒸散效率 EetWet/Wrz農(nóng)田蒸散農(nóng)田蒸散量量/根區(qū)獲水根區(qū)獲水量量無無0.850.920.970.995田間蒸騰效率 EtrWtr/Wet田間蒸騰田間蒸騰量量/田間蒸散田間蒸散量量無無0.250.50.70.926蒸騰水生產(chǎn)力 Easmas/Wtr同化同化CO2量量/田間蒸騰田間蒸騰量量kgCO2mwater36.08.09147光和生產(chǎn)效率 Ebmmbm/mas田間生物田間生物量量/同化同化CO2量量kgbiomasskgCO210.220.360.40.58作

17、物收獲指數(shù) Eyld*myld/mbm作物產(chǎn)作物產(chǎn)量量/田間生物田間生物量量無無0.240.360.440.529灌區(qū)水生產(chǎn)力灌區(qū)水生產(chǎn)力 Eallmyld/Wvo作物產(chǎn)作物產(chǎn)量量/渠首引水量渠首引水量kgm30.02431.22提高提高1 1、2 2、3 3效率，只涉及到水資源的時空分配，沒有真正節(jié)水！效率，只涉及到水資源的時空分配，沒有真正節(jié)水！提高提高4-84-8， 是真正的節(jié)水，也是種植結(jié)構(gòu)調(diào)整的基礎(chǔ)和保證是真正的節(jié)水，也是種植結(jié)構(gòu)調(diào)整的基礎(chǔ)和保證雨養(yǎng)水分利用效率鏈（TC HsiaoTC Hsiao，20072007） 編號編號單步效率單步效率定義定義或或輸出與輸入比輸出與輸入比單位單

18、位實(shí)際效率值實(shí)際效率值管理不善管理不善管理完善管理完善10降水入滲效率 EinfilWinfil/Wppt入滲水量入滲水量/降水量降水量無無0.250.550.751.011根區(qū)貯水效率 ErzstorWrz/Winfil根區(qū)貯水量根區(qū)貯水量/入滲水量入滲水量無無0.350.550.751.0.12降水利用率降水利用率 EallWinfil /Wppt根區(qū)貯水量根區(qū)貯水量/降降水量水量無無0.180.77水分利用效率延長鏈水分利用效率延長鏈- -動物性生產(chǎn)動物性生產(chǎn)（TC HsiaoTC Hsiao，20072007） 編號 單步效率定義定義或或輸出與輸入比輸出與輸入比單位單位實(shí)際效率值實(shí)際效

19、率值管理不善管理不善管理完善管理完善13食草效率 Egrazembmeaten/mbm可食草生物可食草生物量量/田間生物田間生物量量無無0.040.30.60.8614草肉轉(zhuǎn)化效率 Econvertmliveani/mbmeaten動物活體重動物活體重量量/可食草生物可食草生物量量無無0.010.080.180.2815放牧生產(chǎn)率放牧生產(chǎn)率 Eallmbmeaten/mbm動物活體重動物活體重量量/田間生物田間生物量量無無0.00770.168舉例：舉例： 在管理不善的雨養(yǎng)區(qū)，放牧的水分生產(chǎn)力為在管理不善的雨養(yǎng)區(qū)，放牧的水分生產(chǎn)力為 0.32 g 0.32 g 活體重活體重/ m/ m3 3,

20、 , 而而管理完善，管理完善， 則放牧的水分生產(chǎn)力為則放牧的水分生產(chǎn)力為 14.6 g 14.6 g 活體重活體重/ m/ m3 3, , 可提高可提高4040倍。這就倍。這就相當(dāng)于在相當(dāng)于在180 mm180 mm降雨地區(qū)，放牧的生產(chǎn)力從降雨地區(qū)，放牧的生產(chǎn)力從0.58 kg0.58 kg活體重活體重/ha /ha 提高到提高到26.3 26.3 kgkg活體重活體重/ha. /ha. 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在甘肅黃土高原年降雨300-450mm地區(qū)推廣地區(qū)推廣4000,000hm2-1500kg/hm2小麥轉(zhuǎn)變成小麥轉(zhuǎn)變成600-10,000kg/hm2春玉米春玉米-降水的水分生產(chǎn)力降水的水分生產(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、施肥等供水、升溫、增密、施肥等綜合作用提高水分生產(chǎn)力！綜合作用提高水分生產(chǎn)力！-可在東北降雨可在東北降雨400400左右左右 mmmm地地區(qū)推廣區(qū)推廣 -春玉米春玉米6000-7000 kg/ hm6000-7000 kg/ hm2 2 變變成成 大于大于15,000 kg/ hm15,000 kg/ hm2 2-水分生產(chǎn)力水分生產(chǎn)力 1.5-3.0kg