基于綠水藍(lán)水的中國(guó)農(nóng)業(yè)用水分析

基于綠水藍(lán)水的中國(guó)農(nóng)業(yè)用水分析

谷物生產(chǎn)需要大量的水，而水資源的缺乏限制了高產(chǎn)和高效谷物的生產(chǎn)。隨著人口增加、經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)、人民生活水平的提高以及城市化進(jìn)程的加速,中國(guó)農(nóng)業(yè)水資源和農(nóng)業(yè)用水管理面臨著巨大的挑戰(zhàn)。在保證糧食安全的同時(shí),確保水資源安全及生態(tài)環(huán)境健康和可持續(xù)發(fā)展成為今后研究和決策的重點(diǎn)和難點(diǎn)。過去,對(duì)農(nóng)業(yè)用水分析主要集中于灌溉用水。近十年來,在國(guó)際水資源和農(nóng)業(yè)水資源管理領(lǐng)域出現(xiàn)了一場(chǎng)分析范式的變遷。這一范式變遷包含了一系列新的觀點(diǎn)、理念、概念和方法。其核心內(nèi)容涵蓋了藍(lán)水和綠水、水資源收支解析、真實(shí)節(jié)水、凈灌溉效率和有效灌溉效率、水分生產(chǎn)力以及虛擬水流動(dòng)和貿(mào)易。這些觀念和方法形成了一個(gè)相互關(guān)聯(lián)而統(tǒng)一的有機(jī)整體,從新的視角分析、解讀農(nóng)業(yè)用水和農(nóng)業(yè)水資源管理以及和其他用水部門的關(guān)系。在更大的空間尺度進(jìn)行農(nóng)業(yè)用水及管理的分析,為實(shí)現(xiàn)糧食安全、水資源安全、生態(tài)環(huán)境安全等多重目標(biāo)的水資源綜合利用與發(fā)展提供了有力的分析工具。目前,國(guó)內(nèi)利用上述新的觀點(diǎn)和方法的研究主要集中于單個(gè)方法的應(yīng)用和分析,本文在總結(jié)各個(gè)概念的基礎(chǔ)上,嘗試提出了一個(gè)綜合分析的理論和應(yīng)用框架,對(duì)中國(guó)近10年來(1998～2007年)的農(nóng)業(yè)用水、耗水、糧食作物水分生產(chǎn)力進(jìn)行了分析,并提出了相應(yīng)的政策建議。1基于swit模型的農(nóng)業(yè)水文觀分析根據(jù)農(nóng)業(yè)用水和管理領(lǐng)域的范式變遷的核心內(nèi)容,建立了農(nóng)業(yè)用水新的分析框架(圖1)。首先,以“藍(lán)水”和“綠水”為中心,提出了廣義農(nóng)業(yè)水資源的概念,它由兩個(gè)分量組成,即耕地有效降水“綠水”和耕地灌溉“藍(lán)水”。建立在廣義農(nóng)業(yè)水資源基礎(chǔ)上的農(nóng)田尺度水量平衡分析對(duì)理解農(nóng)田尺度水分轉(zhuǎn)化和利用具有重要意義。在水平衡分析的基礎(chǔ)上,著重分析農(nóng)田耗水,即農(nóng)作物經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量形成所實(shí)際消耗的水量,也即農(nóng)作物全生育期的實(shí)際蒸散量。農(nóng)作物實(shí)際蒸散量一部分是來源于耕地灌溉“藍(lán)水”的耗水量,另外一部分來源于耕地有效降水“綠水”的耗水量。兩個(gè)分量之和即為形成農(nóng)作物經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量的總耗水量。在確定總耗水量的基礎(chǔ)上,計(jì)算出農(nóng)作物的水分生產(chǎn)力(農(nóng)作物經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量除以總耗水量)。之后,從農(nóng)田尺度上升到灌區(qū)和流域尺度,需要對(duì)灌區(qū)或流域內(nèi)上下游的水文循環(huán)、農(nóng)田用水、農(nóng)作物水分生產(chǎn)力進(jìn)行綜合分析。主要研究灌區(qū)和流域內(nèi)上下游之間的農(nóng)田用水和農(nóng)作物水分生產(chǎn)力之間的關(guān)系,從而確定區(qū)域內(nèi)(灌區(qū)、流域)真實(shí)節(jié)水的潛力,由此為部門間水資源的合理和優(yōu)化分配建立理論和實(shí)踐基礎(chǔ)。同時(shí),可以確定區(qū)域內(nèi)農(nóng)作物生產(chǎn)所蘊(yùn)含的虛擬水含量,為進(jìn)一步研究區(qū)域間虛擬水流動(dòng)和貿(mào)易,優(yōu)化水資源限制條件下的區(qū)域農(nóng)作物生產(chǎn)格局和農(nóng)作物種植制度提供科學(xué)保障和政策支持。根據(jù)所建立的研究框架(圖1),利用“藍(lán)水”和“綠水”的概念對(duì)全國(guó)農(nóng)業(yè)水資源可利用的總量進(jìn)行評(píng)估;以此為基礎(chǔ),對(duì)水土資源的匹配進(jìn)行重新評(píng)估;進(jìn)一步結(jié)合“藍(lán)水”、“綠水”以及糧食生產(chǎn),建立并驗(yàn)證了以流域水文模型和行政區(qū)域統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的研究方法?；赟WAT模型建立和校驗(yàn)水文模型,收集處理了模型運(yùn)行需要的基本數(shù)據(jù),包括:全國(guó)1km分辨率數(shù)字高程模型(DEM)、全國(guó)1km土地利用和覆被數(shù)據(jù)、全國(guó)土壤空間和屬性數(shù)據(jù)、全國(guó)氣象站點(diǎn)數(shù)據(jù)等;利用全國(guó)18個(gè)水文站點(diǎn)數(shù)據(jù)對(duì)模型模擬地表徑流結(jié)果進(jìn)行了校驗(yàn)和檢驗(yàn)。結(jié)果表明:SWAT模型可以進(jìn)行大尺度水文循環(huán)的模擬。最終,計(jì)算分析了全國(guó)分省、分區(qū)域的糧食作物水分生產(chǎn)力,并討論了進(jìn)一步提高的潛力和途徑。研究的地理范圍是全國(guó)省級(jí)行政單位,具體區(qū)域劃分為:東北(黑龍江、吉林、遼寧);華北(北京、天津、河北、河南、內(nèi)蒙古、山東、山西);東南(上海、浙江、江蘇、安徽、江西、湖南、湖北、福建、廣東、海南);西南(廣西、云南、四川、重慶、貴州、西藏);西北(陜西、甘肅、寧夏、青海、新疆)。其中的斜體省份是全國(guó)13個(gè)糧食主產(chǎn)省。本文對(duì)水稻、小麥、玉米和大豆這4種主要糧食作物(下文簡(jiǎn)稱為“糧食作物”或“主要糧食作物”)進(jìn)行了分析。本文分析的農(nóng)業(yè)用水指的是這4種作物的用水狀況。本文收集并處理的數(shù)據(jù)還有:①水資源利用統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),包括中國(guó)水資源公報(bào)(1998～2007年)、中國(guó)水利年鑒(1999～2008年)、一級(jí)流域(松遼、海河、黃河、淮河、長(zhǎng)江、珠江、東南、西北內(nèi)陸、西南諸河)和糧食主產(chǎn)省份水資源公報(bào)數(shù)據(jù);②農(nóng)業(yè)和糧食生產(chǎn)數(shù)據(jù),包括中國(guó)農(nóng)業(yè)統(tǒng)計(jì)資料、中國(guó)農(nóng)業(yè)統(tǒng)計(jì)提要、全國(guó)縣級(jí)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)資料;③全國(guó)灌溉和糧食生產(chǎn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),包括灌溉試驗(yàn)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)數(shù)據(jù)、農(nóng)業(yè)區(qū)劃數(shù)據(jù)、作物生長(zhǎng)站點(diǎn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、主要農(nóng)作物氣候資源數(shù)據(jù);④全國(guó)水文和土壤墑情監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),包括主要水文站點(diǎn)水文監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、土壤墑情監(jiān)測(cè)站點(diǎn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。在廣泛的數(shù)據(jù)收集、模型計(jì)算、結(jié)果校驗(yàn)和驗(yàn)證的基礎(chǔ)上,證明了本文所建立的分析計(jì)算方法基本上適用于全國(guó)流域和區(qū)域尺度的糧食作物水分生產(chǎn)力的計(jì)算和評(píng)價(jià)。2應(yīng)用結(jié)果和指導(dǎo)方針的建議2.1農(nóng)業(yè)水資源量、降水降水是一切“藍(lán)水”和“綠水”資源的最終來源。1998～2007年的10年間,全國(guó)降水量呈小幅下降趨勢(shì)(圖2)。全國(guó)10年平均降水量為60206.2億m3,降水量最高年份是1998年,為67630.7億m3;最低值是2004年的56876.4億m3。10年來全國(guó)降水量基本上在60000億m3上下小幅波動(dòng)。2007年降水總量為57763.0億m3,比平均值減少2443.2億m3,減幅4.06%,比2006年減少76.6億m3,減幅0.13%。10年間,中國(guó)平均水資源總量呈下降趨勢(shì),其中2004年為最低點(diǎn),與降水量的變化趨勢(shì)吻合。但是水資源總量下降幅度要大于降水總量的下降幅度。2007年降水總量比10年平均值減少4.06%,而水資源總量比10年平均值減少8.25%;2007年降水總量比2006年減少0.13%,而水資源量則減少0.30%。降水總量和水資源總量的變化趨勢(shì)將直接影響農(nóng)業(yè)用水。農(nóng)業(yè)用水量10年間一直呈小幅下降趨勢(shì)。全國(guó)農(nóng)業(yè)用水總量從1998年的3766.3億m3減少到2007年的3598.5億m3。而農(nóng)業(yè)部門用水量占總用水量的比例下降幅度較大,從1998年的69.3%下降到2007年的61.8%,下降了7.5個(gè)百分點(diǎn)。2007年農(nóng)業(yè)用水量比10年平均值減少了2.38%。而2007年全國(guó)總用水量比10年平均增加了4.42%。說明了在總用水量增加的情況下,農(nóng)業(yè)用水無論是絕對(duì)數(shù)量還是比重都在下降。2.2農(nóng)業(yè)水平衡量的估算“藍(lán)水”指的是天然降水降落到地球表面形成徑流,進(jìn)入河道、湖泊等天然地表水體以及補(bǔ)充到天然地下水體的水。天然降水中的另外一部分直接降落于各種地表植被覆蓋物上,其中一部分被植被冠層截留并以蒸發(fā)的方式返回大氣,另外部分直接降落于土壤表面。降落于土壤表面的部分其中一部分以土壤表面蒸發(fā)的方式返回大氣,而另外一部分則通過入滲進(jìn)入土壤,供給植物生長(zhǎng)發(fā)育的需要,最終以植物蒸騰的方式返回大氣。以土面蒸發(fā)和植物蒸騰方式返回大氣的部分總稱為植物的蒸散發(fā)。而土壤中儲(chǔ)存的有效水其主要功能是供給植物生長(zhǎng)發(fā)育的蒸散發(fā)需要,又被稱為“綠水”。由于土壤中的綠水是以有效水的形式儲(chǔ)存起來的,因此被稱之為“綠水庫(kù)”。而被植物蒸散發(fā)的部分就被稱之為“綠水流”。上述分析表明,“藍(lán)水”和“綠水”對(duì)包括農(nóng)作物在內(nèi)的綠色植物的生長(zhǎng)發(fā)育以及生物量和最終經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量的形成都具有重要作用。因此,在評(píng)價(jià)農(nóng)作物可利用水量時(shí)要將“綠水”考慮在內(nèi)。農(nóng)業(yè)水資源不僅包括耕地灌溉“藍(lán)水”,還應(yīng)包括耕地有效降水的“綠水”?；谝陨显?本文提出了農(nóng)業(yè)廣義水資源的概念。農(nóng)業(yè)廣義水資源是指農(nóng)作物生長(zhǎng)發(fā)育可以潛在利用的耕地有效降水“綠水”資源和耕地灌溉“藍(lán)水”資源的總和。根據(jù)定義,廣義農(nóng)業(yè)水資源包括兩個(gè)分量:灌溉“藍(lán)水”和耕地有效降水“綠水”。計(jì)算公式如下:Qgbw=Qbw+Qgw(1)Qgbw=Qbw+Qgw(1)式中Qgbw為廣義農(nóng)業(yè)水資源總量,億m3;Qbw為耕地灌溉“藍(lán)水”資源量,億m3;Qgw為耕地有效降水“綠水”資源量,億m3。其中耕地灌溉“藍(lán)水”資源量的估算方法為Qbw=Qagpir(2)Qbw=Qagpir(2)式中Qbw為耕地灌溉“藍(lán)水”資源量,億m3;Qag為農(nóng)業(yè)總用水量,億m3;pir為耕地灌溉用水占農(nóng)業(yè)總用水量的百分比。灌溉“藍(lán)水”數(shù)據(jù)來源于《中國(guó)水資源公報(bào)》中報(bào)告的農(nóng)業(yè)用水量和農(nóng)田灌溉量。農(nóng)業(yè)用水量中不僅包括耕地灌溉量,還包括畜牧業(yè)用水量和農(nóng)村生活用水量等農(nóng)業(yè)其他部門的用水量。根據(jù)全國(guó)分省多年平均數(shù)據(jù)計(jì)算,耕地灌溉量一般占農(nóng)業(yè)用水量的90%～95%左右。相比較耕地灌溉“藍(lán)水”資源,耕地有效降水“綠水”資源的估算較為復(fù)雜,主要因?yàn)楹茈y測(cè)量和計(jì)算降落在耕地上的天然降水。本文提出了一個(gè)簡(jiǎn)易方法匡算全國(guó)耕地的有效降水“綠水”資源量,主要原理如下:天然降水中降落到耕地的部分,除了有一部分形成地表徑流補(bǔ)給河道、湖泊等水體外,其余部分則入滲到土壤中;入滲到土壤中的水量,其中一部分滲漏到深層補(bǔ)給地下水體或者側(cè)滲補(bǔ)給地表水體。耕地有效降水“綠水”估算的水平衡方程為Qgw=Ρcr-Rcr-Dcr(3)Qgw=Pcr?Rcr?Dcr(3)式中Qgw為耕地有效降水“綠水”量,億m3;Pcr為耕地降水量,億m3;Rcr為耕地徑流量,億m3;Dcr為耕地深層滲漏量。式(3)又稱為耕地有效降水量的估算方程。其中耕地降水的估算方程為Ρcr=ΡtAcrAld(4)Pcr=PtAcrAld(4)式中Pt為水資源公報(bào)報(bào)告的降水總量,億m3;Acr為耕地面積,103hm2;Ald為國(guó)土面積,103hm2;Acr/Ald為耕地面積占國(guó)土面積的百分比。該計(jì)算公式蘊(yùn)含的假設(shè)是:假定天然降水均勻地降落在地表各種類型的土地利用和覆被方式上,包括耕地、林地、草地、荒地等。各種土地利用方式所接受的降水和它們各自占國(guó)土面積的百分比相當(dāng);耕地接受的降水量應(yīng)該和耕地占國(guó)土面積的百分比相當(dāng)。在估算耕地徑流量Rcr時(shí),需要做如下假定:首先,假定耕地徑流量和降水量的比例(耕地徑流系數(shù))與水資源公報(bào)中的地表水資源量和降水量的比例相同;其次,在主要糧食主產(chǎn)區(qū)東北、華北和長(zhǎng)江中下游平原,耕地相對(duì)平整,耕地徑流基本上可以忽略不計(jì);而在的丘陵地區(qū),徑流系數(shù)較大,需要計(jì)算耕地徑流Rcr。Rcr=ΡcrQΙRWRΡt(5)Rcr=PcrQIRWRPt(5)式中Pcr為耕地降水量,億m3;QIRWR為水資源公報(bào)報(bào)告的地表水資源量,億m3。耕地深層滲漏量Dcr的估算采用分布式水文模型的計(jì)算結(jié)果。Dcr=Ρcrdcrpcr(6)Dcr=Pcrdcrpcr(6)式中dcr為水文模型計(jì)算的區(qū)域耕地深層滲漏量,億m3;pcr為水文模型計(jì)算的區(qū)域降水量,億m3。具體的計(jì)算原理和過程,以及結(jié)果的驗(yàn)證見相關(guān)文獻(xiàn)。式(1)～式(6)的計(jì)算單元均為省級(jí)行政單位,計(jì)算結(jié)果根據(jù)需要再整合為全國(guó)和區(qū)域數(shù)據(jù)。根據(jù)2007年水資源公報(bào)中相關(guān)水資源數(shù)據(jù)和國(guó)土資源部的耕地面積數(shù)據(jù),本文計(jì)算了全國(guó)和區(qū)域廣義農(nóng)業(yè)水資源量(表1)。2007年全國(guó)降水量57763.0億m3,耕地面積121700.1×103hm2。耕地有效降水量是3249.5億m3,即耕地可以潛在利用的“綠水”量;而耕地灌溉量是3249.5億m3,即耕地可利用的“藍(lán)水”量。兩者相加即廣義農(nóng)業(yè)水資源量,為7561.1億m3。在廣義農(nóng)業(yè)水資源量中,來源于耕地有效降水“綠水”的比例57.0%,而來源于耕地灌溉“藍(lán)水”的比例是43.0%。說明農(nóng)業(yè)生產(chǎn)潛在可利用的總水量中,“綠水”占有重要的地位。水土資源匹配是指單位耕地面積所享有的水資源量。但是,傳統(tǒng)的水土資源匹配計(jì)算時(shí)的水資源量是指“藍(lán)水”資源。這個(gè)指標(biāo)的缺點(diǎn)是:用總的“藍(lán)水”資源,即水資源公報(bào)中所報(bào)告的水資源總量和耕地面積匹配,而這部分水資源中只有其中一部分可以被農(nóng)業(yè)利用。為了更確切地定量分析農(nóng)業(yè)可以潛在利用的水量和耕地?cái)?shù)量的匹配,本文從廣義農(nóng)業(yè)水資源出發(fā)計(jì)算了廣義農(nóng)業(yè)水土資源匹配,計(jì)算公式如下:Dmatch=QgbwAcr(7)式中Dmatch為廣義農(nóng)業(yè)水土資源匹配,m3/hm2;Qgbw為廣義農(nóng)業(yè)水資源量,億m3;Acr為耕地面積,103hm2。計(jì)算單元為省級(jí)行政區(qū),再整合為區(qū)域和全國(guó)數(shù)據(jù)。全國(guó)和分區(qū)廣義農(nóng)業(yè)水土匹配的結(jié)果表明(表2):如果按照水資源總量和耕地匹配計(jì)算,全國(guó)每hm2耕地平均擁有水資源量20752m3,如果按照灌溉水資源匹配,平均每hm2耕地占有水資源量2670m3,如果按照廣義農(nóng)業(yè)水資源匹配,平均每hm2耕地占有水資源量6213m3。分區(qū)計(jì)算表明:現(xiàn)狀情形下,糧食主產(chǎn)區(qū)華北的耕地面積占全國(guó)的27.62%,而水資源量只占全國(guó)的5.57%,即華北地區(qū)用僅占全國(guó)5.57%的水資源養(yǎng)活了占全國(guó)27.63%的耕地,水土資源矛盾突出。但是如果從灌溉水水土匹配衡量,華北用占全國(guó)17.85%的灌溉水,養(yǎng)活了27.63%的耕地,矛盾有所減輕。而從廣義農(nóng)業(yè)水資源衡量,華北用全國(guó)的22.26%的廣義農(nóng)業(yè)水資源,支撐了占全國(guó)27.62%的耕地,水土資源矛盾大為減輕。同時(shí),也解釋了華北糧食高產(chǎn)是有相當(dāng)?shù)乃Y源作為基本保障的。同樣,從水資源量角度衡量,東北地區(qū)也是水土資源嚴(yán)重不匹配的地區(qū),用占全國(guó)4.35%的水資源量支撐了占全國(guó)17.63%的耕地。但是,灌溉水土資源和農(nóng)業(yè)廣義水資與資源匹配的結(jié)果卻是:用占全國(guó)11.13%灌溉水和12.32%的農(nóng)業(yè)廣義水資源,支撐了占全國(guó)17.63%的耕地。全國(guó)各分區(qū)中只有東南和西南的水資源、灌溉水資源和廣義農(nóng)業(yè)水資源比例均高于耕地比例,是全國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水資源最為豐富的地區(qū)。2.3水分生產(chǎn)力糧食生產(chǎn)耗水量是指糧食作物經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量形成過程中消耗的實(shí)際蒸散量。水分生產(chǎn)力是指糧食作物單位耗水量(實(shí)際蒸散量)所形成的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量。Ρcw=YcEΤa(8)式中Pcw為省域作物水分生產(chǎn)力,kg/m3;Yc為省域糧食作物產(chǎn)量,kg;ETa為省域糧食作物產(chǎn)量形成過程中的耗水量,即實(shí)際蒸散量,m3。其中糧食產(chǎn)量來源于糧食生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),實(shí)際蒸散量由水文模型計(jì)算結(jié)果得出。表3說明,除2006年糧食總產(chǎn)量增加3.4%而糧食耗水減少0.24%之外,其余年份的糧食產(chǎn)量和糧食耗水量的變化呈正相關(guān)關(guān)系:糧食產(chǎn)量增加,耗水量增加;糧食產(chǎn)量減少,耗水量減少。因此糧食生產(chǎn)和總耗水量密切相關(guān),糧食總產(chǎn)的增加意味著糧食耗水量的增加。糧食作物水分生產(chǎn)力是指單位耗水生產(chǎn)出的糧食產(chǎn)量。本文計(jì)算了中國(guó)主要糧食作物水分生產(chǎn)力在10年間的變化(表4)。結(jié)果表明,中國(guó)主要糧食單產(chǎn)水平在10年間呈波動(dòng)上升趨勢(shì)。變化過程可以明顯地分成兩個(gè)階段,即1998～2003年和2004～2007年。前一階段單產(chǎn)總體下降;后一階段總體增加。主要糧食作物水分生產(chǎn)力的變化趨勢(shì)基本上和糧食單產(chǎn)變化趨勢(shì)一致。1999～2007年的9年間,1999、2000、2002、2004、2006年的糧食單產(chǎn)和糧食水分生產(chǎn)力的變化趨勢(shì)呈正相關(guān),其它年份的變化趨勢(shì)呈負(fù)相關(guān),這主要是由于計(jì)算方法和數(shù)據(jù)造成的誤差。在總體上,糧食單產(chǎn)和水分生產(chǎn)力呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系:糧食單產(chǎn)增加,水分生產(chǎn)力也會(huì)提高;單產(chǎn)降低,水分生產(chǎn)力會(huì)隨之降低。糧食單產(chǎn)的提高是水分生產(chǎn)力提升的主要原因。從真實(shí)節(jié)水的角度進(jìn)行衡量,糧食單產(chǎn)和相應(yīng)水分生產(chǎn)力的提高意味著在耗水量相同的情況下可以達(dá)到更高的產(chǎn)量,并可以節(jié)省更多的水資源。但糧食單產(chǎn)和耗水量的相關(guān)關(guān)系同時(shí)表明,在單產(chǎn)處于中等或較高水平的區(qū)間時(shí),糧食總產(chǎn)的增加又意味著總耗水量的增加。根據(jù)對(duì)全國(guó)主要糧食生產(chǎn)流域的主要糧食作物的計(jì)算研究,糧食單產(chǎn)水平和糧食作物的耗水量(ET)水平呈直線正相關(guān)。中國(guó)糧食單產(chǎn)在世界范圍內(nèi)處于中等偏上水平,在糧食主產(chǎn)區(qū),糧食單產(chǎn)水平已經(jīng)很高。因此,未來糧食增產(chǎn)意味著耗水量的增加。從而,寄希望于在提高糧食總產(chǎn)的同時(shí)減少總耗水量是不切實(shí)際的。正確的途徑是通過提高糧食作物單產(chǎn)水平來減緩糧食總耗水量增加的速度。以2005年和2006年為例,糧食單產(chǎn)從2005年的4.77t/hm2增長(zhǎng)到2006年的5.07t/hm2,而水分生產(chǎn)力則從0.831kg/m3提高到0.861kg/m3,提高了0.030kg/m3。2005年的糧食總產(chǎn)是43375.2萬t,耗水5220.4億m3,2006年糧食總產(chǎn)44848.7萬t,耗水5207.8億m3。如果2006年的水分生產(chǎn)力水平維持在2005年的水平,則在2006年總產(chǎn)水平下,耗水量為5397.0億m3。通過提高水分生產(chǎn)力而節(jié)省的耗水量是5397.0億m3,減去5207.8億m3,得到的189.2億m3才是通過提高作物水分生產(chǎn)效率而節(jié)省下來的‘真實(shí)節(jié)水量’。2.4如何準(zhǔn)確把握“糧食安全水資源紅線”的測(cè)量和監(jiān)督?本文根據(jù)以上主要結(jié)果,初步提出了如下農(nóng)業(yè)用水和糧食生產(chǎn)的政策建議。(1)在劃定糧食安全的18億畝耕地紅線的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步劃定糧食安全的水資源紅線,并建立相應(yīng)的測(cè)量和監(jiān)控體系。耕地是吸納糧食生產(chǎn)用水的重要載體,耕地有效降水“綠水”是糧食生產(chǎn)的重要保證。根據(jù)“藍(lán)水”和“綠水”的概念計(jì)算,耕地所接受的有效降水”綠水”在廣義農(nóng)業(yè)水資源量中占有大部分比例(57%)。這也從水資源的角度詮釋了國(guó)家嚴(yán)格保護(hù)18億畝耕地紅線的重要意義。在18億畝耕地條件下,耕地有效降水“綠水”應(yīng)該在4300億m3左右。土地利用決策實(shí)際上就是水資源利用的決策,保證18億畝耕地的紅線實(shí)際上是保證了耕地“綠水”的紅線。但是,由于降雨和作物生育期需水的不完全匹配,耕地灌溉“藍(lán)水”是保證穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)的必要條件?？梢赃@樣說:“有產(chǎn)無產(chǎn)在‘綠水’,穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)靠‘藍(lán)水’”。因此,國(guó)家不僅應(yīng)該從政策和立法角度保證18億畝耕地紅線,還應(yīng)該劃定一個(gè)相應(yīng)的農(nóng)業(yè)灌溉“藍(lán)水”的紅線。這條水資源紅線就是本文建立并計(jì)算的“廣義農(nóng)業(yè)水資源量”。以2007年作為標(biāo)準(zhǔn)年,糧食安全的耕地灌溉“藍(lán)水紅線”應(yīng)該設(shè)在3500億m3左右,而耕地有效降水“綠水”紅線應(yīng)該設(shè)在4300億m3左右?！八{(lán)水”和“綠水”兩條紅線相加,每年主要糧食作物生產(chǎn)可得到廣義水資源7800億m3,這是最終的“糧食安全水資源紅線”。為了確保“糧食安全水資源紅線”,必須建立健全完整、完善的水資源測(cè)量和監(jiān)督體系。耕地的空間位置是固定的,“18億畝耕地紅線”的測(cè)量和監(jiān)督可以通過直接測(cè)量和統(tǒng)計(jì)的方法獲得。水是運(yùn)動(dòng)的,所以對(duì)其準(zhǔn)確測(cè)度更加困難。一方面,國(guó)家需加大灌溉水計(jì)量的基礎(chǔ)設(shè)施和技術(shù)設(shè)備建設(shè),加強(qiáng)對(duì)灌溉“藍(lán)水”的用水度量。另一方面,國(guó)家應(yīng)加強(qiáng)在田間和區(qū)域尺度準(zhǔn)確測(cè)度“綠水”的測(cè)量技術(shù)和設(shè)備的理論和方法研究。只有能夠相對(duì)準(zhǔn)確地測(cè)量耕地可利用的“藍(lán)水”和“綠水”,才能夠切實(shí)保證“糧食安全水資源紅線”落到實(shí)處。(2)充分利用主要糧食作物的需水和耗水特性,針對(duì)各地區(qū)水熱資源特點(diǎn),建立水資源高效利用的種植體系。在本文定義和計(jì)算的廣義農(nóng)業(yè)水資源中,灌溉“藍(lán)水”占相當(dāng)比例(43%),而灌溉用水中有相當(dāng)大的比例是用于水稻種植。水稻在生長(zhǎng)期內(nèi)需要長(zhǎng)期處于淹水狀態(tài),是用水量大的作物。在東南地區(qū),水稻是最主要的糧食作物。東北灌溉“藍(lán)水”占廣義農(nóng)業(yè)水資源量的39%左右,其中大部分也是用于水稻種植。華北雖然屬于小麥主產(chǎn)區(qū),但是水稻在灌溉水中也占相當(dāng)?shù)谋壤?。而在糧食作物中,玉米不僅水分生產(chǎn)力較高,而且大部分地區(qū)的玉米生長(zhǎng)季和天然降水的季節(jié)相匹配。因此,在滿足國(guó)家糧食品種需求的前提下,如何充分利用主要糧食作物的需水和耗水特性,合理優(yōu)化作物“藍(lán)水”資源的配置,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)的政策和科學(xué)技術(shù)的研究方向。從地區(qū)分布看,中國(guó)淮河以南各流域是天然降水最為豐富和穩(wěn)定的地區(qū),保持基本農(nóng)田面積,利用天然降水發(fā)展本區(qū)域的糧食生產(chǎn)尤為重要。華北地區(qū)是最重要的糧倉(cāng),但近年來的糧食生產(chǎn),如河北省,主要依靠開采地下水,越采越深,以致形成大面積的漏斗區(qū)。深層地下水的形成需要上千萬年的時(shí)間,一旦華北地區(qū)的地下水過度開采不能有效遏制,主要依靠地下水維持的糧食生產(chǎn)將會(huì)受到極大影響。由不可持續(xù)的地下水資源所支撐的“糧食生產(chǎn)增長(zhǎng)的泡沫”將會(huì)最終破裂,這在國(guó)際上被稱為“糧食生產(chǎn)的次貸危機(jī)”。因此,對(duì)華北地區(qū)糧食生產(chǎn)的用水結(jié)構(gòu)必須進(jìn)一步加強(qiáng)研究和調(diào)整,使得該區(qū)的糧食生產(chǎn)走向可持續(xù)發(fā)展的道路。(3)提高糧食水分生產(chǎn)力,從糧食生產(chǎn)內(nèi)部挖掘潛力,是解決糧食增產(chǎn)500億kg所需額外水量的主要途徑。最近,中央提出的到2020年增加500億kg糧食生產(chǎn)能力。那么,糧食總產(chǎn)所需要的水從