中国农田用水与水分生产力提高途径-20130305综述

1、中国农田用水与中国农田用水与水分生产力提高途径水分生产力提高途径中国农业大学资源与环境学院李保国中国发展的警钟土地15亿人，人均财富为世界人均的1/3，这块土地已经吃不消，污染不可逆转，资源需要外援（澳洲的矿、美国的粮、全球的油气）。如果人均财富达到美国人均的1/3，那这块土地只能承载现在的一小半人口（根据不同模型测算，在5亿7亿之间）。这个时间大约需要十年左右现在把住不下的几亿人交给你，你看咋办？（不劳而活，2012）中国发展的警钟耕地满足如今中国人的生活现状，所进口的农产品折算成土地面积，大概为7-8亿亩（快接近所谓耕地红线1/2） 粮食九连增，已造成农业各生产要素没有弹性。 （陈锡文，2

2、012、2013） 中国做到了基本不进口粮食，但实际上中国做到了基本不进口粮食，但实际上已进口了是自己耕地面积已进口了是自己耕地面积1/31/3的优质耕地！的优质耕地！提纲提纲水与生产力、水分生产力中国水资源、农田用水与水分生产力提高水分生产力途径提纲提纲水与生产力、水分生产力中国水资源、农业田水与水分生产力提高水分生产力途径耕地：水、热、土、生、气资源的协调水是生命之源、生产之要、生态之基（2011，中央一号文件）生产每公斤食品的需水量生产每公斤食品的需水量（美国（美国 加州）（加州）（RenaultRenault，20002000）食品种类食品种类需水量需水量方方/公斤公斤m3kg1水分生

3、产力水分生产力kgm3蔬菜蔬菜0.156.7谷物（粮食）谷物（粮食）0.7-1.40.71-1.42脂肪脂肪11-180.055-0.09水果水果0.452.22坚果坚果2.5-4.80.21-0.4牛奶牛奶0.81.25鸡、猪肉鸡、猪肉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：发达国家每人每天所吃食物的耗水量如下：发达国家 4 4方，其中美国方，其中美国 5.4 5.4 方；发展中贫方；发展中贫困国家困国家 1.31.3方，生存方，生存 1 1 方；膳食营养平衡需方；膳食营养平衡需3.56 3.56 方（方（1/5 1/5 来自动物产品）。如来自动物产品）。如

4、此，此， 每人每年所吃食物的耗水量：美国每人每年所吃食物的耗水量：美国 1971 1971 方，发达国家方，发达国家 1460 1460 方，膳食营方，膳食营养平衡需养平衡需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 全国近全国近100100万平方公里，万平方公里， 约占国土面积的约占国土面积的1/101/10半干旱区沙地资源分布宁夏盐池宁夏盐池-毛乌素沙地毛乌素沙地吉林梨树吉林梨树沙地玉米绝收（沙地玉米绝收（2009）半干旱区盐渍土资源分布吉林乾安（吉林乾安（2009-10）内蒙古凉城（内蒙古凉城（2009

5、-07）降水量减少超过降水量减少超过10% 10% （%/10年）年）1958-20071958-2007年我国年降水量变化幅度年我国年降水量变化幅度资料来源：中国气象局气候变化中心资料来源：中国气象局气候变化中心黄淮海平原近黄淮海平原近5050年呈干旱化趋势年呈干旱化趋势黄淮海近黄淮海近5050年降水量呈明显减少趋势年降水量呈明显减少趋势6060多个站点平均值多个站点平均值频旱多变缺水环境频旱多变缺水环境 20112011年近年近1 1亿亩小麦亿亩小麦受旱，受旱，FAOFAO干旱预警干旱预警20092009年大旱年大旱级级抗旱应急预案抗旱应急预案现问题严峻！未来如何！科学对策是什么？区域粮食

6、新增潜力区域粮食新增潜力（李振声院士李振声院士）东南增产东南增产 250250亿斤亿斤东北增产东北增产250250亿斤亿斤华北增产华北增产 300300亿斤亿斤 西北增产西北增产 100 100 亿斤亿斤 西南增产西南增产 100 100 亿斤亿斤全国新增千亿斤粮食全国新增千亿斤粮食 华北需贡献华北需贡献30%我国水资源直接短缺日趋严重l20102010年，人均水资源量年，人均水资源量20332033方；方；20302030年，年，18001800方方/ /人，接近国际人，接近国际17001700的缺水临界线的缺水临界线l1818个缺水省，其中个缺水省，其中9 9个严重缺水；个严重缺水；131

7、3个粮食主产省中，个粮食主产省中，9 9个缺水，其中严重缺水的个缺水，其中严重缺水的4 4个个气候变化引起极端天气事件造成水资源变率加大l6060年来，旱灾面积占水旱灾受灾面积的年来，旱灾面积占水旱灾受灾面积的59%59%、成灾面积的、成灾面积的54%54%l近几年干旱不仅在北方持续，而且扩展到水资源丰富的南方省份和流域近几年干旱不仅在北方持续，而且扩展到水资源丰富的南方省份和流域耕地数量和质量的改变影响水资源时空分配模式，加剧洪涝灾害l建设占用和自然灾害建设占用和自然灾害, , 是耕地可持续利用的最大威胁是耕地可持续利用的最大威胁l水水- -土之间的关系紧密，耕地数量和质量的变化会直接影响陆

8、地生态系统水循环模式土之间的关系紧密，耕地数量和质量的变化会直接影响陆地生态系统水循环模式消费模式和膳食结构改变增加了对水资源的压力l生产生产1 1公斤粮食需要消耗大约公斤粮食需要消耗大约1 1方水，而生产方水，而生产1 1公斤的肉，则需要消耗至少公斤的肉，则需要消耗至少1010方水方水水资源和粮食安全水资源和粮食安全- -我国粮食安全面临挑战我国粮食安全面临挑战l河流流域的综合管理河流流域的综合管理（Integrated river basin management ）l真实节水真实节水 （Real water saving）l水资源收支解析水资源收支解析 （Water accounting

9、）l有效灌溉效率有效灌溉效率 （Effective irrigation efficiency）l绿水和蓝水绿水和蓝水 （Green water and blue water）l水分生产力水分生产力 （Water productivity）l虚拟水虚拟水 （Virtual water）绿水和蓝水绿水和蓝水(adaptedfromRockstrom,1999)地表径流地表径流（蓝水）（蓝水）土壤绿水库土壤绿水库降水（绿水和蓝降水（绿水和蓝水总的来源）水总的来源）蒸散量蒸散量（绿水流）（绿水流）中国农业用水与农业可持续发展我国6万亿方降水2.8万亿方水资源量5600亿方供水量 71%4000(38

10、26)亿方农业用水量2001 （3400）灌溉用水 提高农业用水效率是关系到21世纪中国人能否养活、养好16亿人口的重大问题，目标是利用9400（其中3400亿左右灌溉用水）亿立方米左右的水，生产出16亿人口所需要的食物.农业高效用水的革命势在必行!农田有效降水（农田有效降水（6000亿）亿）2003，3433亿方农业用水量 64.5% （3100）灌溉用水 降水降水形成水资源形成水资源供水供水农业用农业用水水灌溉用灌溉用水水数值（亿方）数值（亿方）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 资未 形 成 水 资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数值（亿方）数值（亿方）6 2 06 2 000003400034000294002940060006000占 降 水 比 例占 降 水 比 例（）（）100100555547479.79.7农业总可用水（亿方）农业总可用水（亿方）94009400广义农业可用水广义农业可用水粮食安全应挖掘这9400亿方水的生产潜力！水资源水资源 粮食粮食农业水分利用效率WUE水分生产力WP ：粮食产量粮食产量kg耗水量耗水量m3适用不同尺度！0.550.460.67提纲提纲

12、水与生产力、水分生产力中国水资源、农田用水与水分生产力提高水分生产力途径SWAT流域水循环模拟流域水循环模拟模型输入模型输入:-DEM -土地利用土地利用 - 作物监测作物监测-土壤土壤 - 天气天气 - 灌溉监测灌溉监测 作物和水资源统计数据作物和水资源统计数据:- 作物生产作物生产 -水资源水资源模型输出模型输出:-降水降水 -蒸散蒸散-径流径流 - 渗漏渗漏 行政区统计数据行政区统计数据整合到流域整合到流域流域作物生产数据流域作物生产数据叠加叠加-作物水分生产力作物水分生产力- 作物生产的绿水和蓝水作物生产的绿水和蓝水（2009）中国粮食生产中蓝水和绿水的贡献率中国粮食生产中蓝水和绿水的

13、贡献率（2009）玉米玉米种植面积第一！种植面积第一！从耗水来看，水稻主要消耗的灌溉水！从耗水来看，水稻主要消耗的灌溉水！玉米主要是雨养！玉米主要是雨养！东北波动最大！低于东北波动最大！低于1.01.0！用于水稻中国主要粮食作物的水分生产力中国主要粮食作物的水分生产力中国粮食作物水分生产力中国粮食作物水分生产力提纲提纲水与生产力、水分生产力中国水资源、农田用水与水分生产力提高水分生产力途径不同尺度水资源高效利用的对策（Molden，2002）作作物物田田间间农农场场灌灌溉溉系系统统流流域域主要过程主要过程水分和养分水分和养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、地表秸秆覆盖；肥料秆覆盖；肥料施用施用水分在田块的分水分在田块的分布情况；农布情况；农场收入水平场收入水平的最大化的最大化水分在农场的水分在农场的分布；系分布；系统运行和统运行和维护；维护；灌溉水收费；灌溉水收费；排水排水不同部门水不同部门水资源的分资源的分配；配；水污染调控水污染调控学科领域学科领域植物生理学植物生理学作物育种学作物育种学土壤学；土壤学；作物学作物学农业工程；农业工程；农业经济农业经济灌溉工程；灌溉工程；社会科学社会科学经济学；水经济学；水文；工程文；工程学学水分生产力水分生产力的产出项的产出项公斤公斤公斤公斤公斤，货币单位公斤，货币单位 公斤，货币单公斤，货币单位位1货币单

15、位，货币单位，价值价值水分生产力水分生产力的水分项的水分项蒸腾水蒸腾水蒸腾水，蒸发水蒸腾水，蒸发水蒸腾蒸发，蒸腾蒸发，灌溉供给灌溉供给灌溉输送，损灌溉输送，损耗，耗，有效水分有效水分有效水分有效水分灌区水分利用效率链（TC HsiaoTC Hsiao，20072007） 编号 单步效率定义定义或或输出与输入比输出与输入比单位单位实际实际效率值效率值管理不善管理不善管理完善管理完善1渠系输水效率 EconvWfg/Wvo田间渠首量田间渠首量/渠首引水量渠首引水量无无0.50.70.80.962田间输水效率 EfarmWfd/Wfg到田间水量到田间水量/田间渠首量田间渠首量无无0.40.60.75

16、0.953根区获水效率 EapplWrz/Wfd根区获水根区获水量量/到田间水量到田间水量无无0.30.50.70.954田间蒸散效率 EetWet/Wrz农田蒸散农田蒸散量量/根区获水根区获水量量无无0.850.920.970.995田间蒸腾效率 EtrWtr/Wet田间蒸腾田间蒸腾量量/田间蒸散田间蒸散量量无无0.250.50.70.926蒸腾水生产力 Easmas/Wtr同化同化CO2量量/田间蒸腾田间蒸腾量量kgCO2mwater36.08.09147光和生产效率 Ebmmbm/mas田间生物田间生物量量/同化同化CO2量量kgbiomasskgCO210.220.360.40.58作

17、物收获指数 Eyld*myld/mbm作物产作物产量量/田间生物田间生物量量无无0.240.360.440.529灌区水生产力灌区水生产力 Eallmyld/Wvo作物产作物产量量/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，只涉及到水资源的时空分配，没有真正节水！效率，只涉及到水资源的时空分配，没有真正节水！提高提高4-84-8， 是真正的节水，也是种植结构调整的基础和保证是真正的节水，也是种植结构调整的基础和保证雨养水分利用效率链（TC HsiaoTC Hsiao，20072007） 编号编号单步效率单步效率定义定义或或输出与输入比输出与输入比单位单

18、位实际效率值实际效率值管理不善管理不善管理完善管理完善10降水入渗效率 EinfilWinfil/Wppt入渗水量入渗水量/降水量降水量无无0.250.550.751.011根区贮水效率 ErzstorWrz/Winfil根区贮水量根区贮水量/入渗水量入渗水量无无0.350.550.751.0.12降水利用率降水利用率 EallWinfil /Wppt根区贮水量根区贮水量/降降水量水量无无0.180.77水分利用效率延长链水分利用效率延长链- -动物性生产动物性生产（TC HsiaoTC Hsiao，20072007） 编号 单步效率定义定义或或输出与输入比输出与输入比单位单位实际效率值实际效

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/田间生物田间生物量量无无0.040.30.60.8614草肉转化效率 Econvertmliveani/mbmeaten动物活体重动物活体重量量/可食草生物可食草生物量量无无0.010.080.180.2815放牧生产率放牧生产率 Eallmbmeaten/mbm动物活体重动物活体重量量/田间生物田间生物量量无无0.00770.168举例：举例： 在管理不善的雨养区，放牧的水分生产力为在管理不善的雨养区，放牧的水分生产力为 0.32 g 0.32 g 活体重活体重/ m/ m3 3,

20、 , 而而管理完善，管理完善， 则放牧的水分生产力为则放牧的水分生产力为 14.6 g 14.6 g 活体重活体重/ m/ m3 3, , 可提高可提高4040倍。这就倍。这就相当于在相当于在180 mm180 mm降雨地区，放牧的生产力从降雨地区，放牧的生产力从0.58 kg0.58 kg活体重活体重/ha /ha 提高到提高到26.3 26.3 kgkg活体重活体重/ha. /ha. 模式举例 :玉米全膜双垄沟栽培技术-集水、保水、增温综合作用提高水分生产力，改变当地种植模式集水、保水、增温综合作用提高水分生产力，改变当地种植模式-在甘肃黄土高原年降雨在甘肃黄土高原年降雨300-450mm地区推广地区推广4000,000hm2-1500kg/hm2小麦转变成小麦转变成600-10,000kg/hm2春玉米春玉米-降水的水分生产力降水的水分生产力 2-2.5kg/ m3 .吉林:玉米覆膜滴灌施肥栽培技术-供水、升温、增密、施肥等供水、升温、增密、施肥等综合作用提高水分生产力！综合作用提高水分生产力！-可在东北降雨可在东北降雨400400左右左右 mmmm地地区推广区推广 -春玉米春玉米6000-7000 kg/ hm6000-7000 kg/ hm2 2 变变成成 大于大于15,000 kg/ hm15,000 kg/ hm2 2-水分生产力水分生产力 1.5-3.0kg