中国农业用水挑战与解决途径-桂林-20140809

中国农业用水与粮食安全

面临的挑战与解决途径李保国libg@中国农业大学资源与环境学院土壤物理学进展与生态安全学术研讨会

桂林，2014年8月8-10日提纲水资源和粮食安全我国农业用水现状农业节水与粮食安全对策实现农业节水的科学措施生产每公斤食品的需水量（美国加州）（Renault，2000）

食品种类

需水量方/公斤m3kg–1水分生产力kgm–3

蔬菜

0.156.7谷物（粮食）

0.7-1.40.71-1.42脂肪

11-180.055-0.09水果

0.452.22坚果

2.5-4.80.21-0.4牛奶

0.81.25鸡、猪肉

4.30.23牛羊肉

13.50.074每人每天所吃食物的耗水量如下：发达国家4方，其中美国5.4方；发展中贫困国家1.3方，生存1方；膳食营养平衡需3.56方（1/5来自动物产品）。如此，每人每年所吃食物的耗水量：美国1971方，发达国家1460方，膳食营养平衡需1300方。一、水资源和粮食安全“水是生命之源、生产之要、生态之基。”水是人类生存和社会发展最重要的战略资源，而水资源短缺是威胁粮食安全最为紧迫的问题。水资源短缺和粮食安全互为因果：一方面，水资源的短缺威胁到灌溉农业的有效灌溉量，从而影响到粮食产量和粮食安全；另一方面，粮食生产又消耗大量的水，由于水分利用效率的低下，在耗水同时造成水资源的紧缺。“水即粮，粮即水”。水在保证粮食安全中处于头等重要的位置。“谁来养活中国（WhowillfeedChina）”命题的关键在于解决“谁来为中国供水（WhowillwaterChina）”平均年降水量:>600mm

平均年降水量:>400mm

中国发展的警钟—土地和水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—耕地和水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，2012、2013）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1/3的优质耕地！初步估计2012年进口农产品折合成水资源大于1500亿方！全世界主要国家的用水量Fig.2.Virtualwaterbalancepercountryanddirectionofgrossvirtualwaterflowsrelatedtotradeinagriculturalandindustrialproductsovertheperiod1996–2005.Onlythebiggestgrossflows(>15Gm3∕y)areshown./cgi/doi/10.1073/pnas.11099361092011年11月FAO发布由于人口不断增长、消费水平逐渐提升，2050年全球粮食产量必须在目前基础上提高70%才能满足全人类需求。土地和水资源普遍退化，将对粮食生产造成影响，对世界粮食安全构成挑战。保证增产的措施包括提高农业用水效率、创新耕作方法以及加大对农业的投资力度。FAO结论一、水资源和粮食安全

-水即粮、粮即水我国用相对较少的灌溉水增长，换来了更多的粮食增长，农业和灌溉成就卓著人多水少、水资源时空分布不均是我国的基本国情、水情洪涝灾害频繁、农田水利建设落后、工业化和城镇化快速发展、全球气候变化等多种因素影响下，确保我国粮食安全的农业用水的任务越来越艰巨破解水-粮矛盾，实现水资源安全和粮食安全的双赢是当前和今后相当一段时期科研、推广和政策制定的重点、难点一、水资源和粮食安全

-水即粮、粮即水我国水资源直接短缺日趋严重2010年，人均水资源量2033方；2030年，1800方/人，接近国际1700的缺水临界线18个缺水省，其中9个严重缺水；13个粮食主产省中，9个缺水，其中严重缺水的4个气候变化引起极端天气事件造成水资源变率加大60年来，旱灾面积占水旱灾受灾面积的59%、成灾面积的54%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，加剧洪涝灾害建设占用和自然灾害,是耕地可持续利用的最大威胁水-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生产1公斤粮食需要消耗大约1方水，而生产1公斤的肉，则需要消耗至少10方水一、水资源和粮食安全

-我国粮食安全面临挑战华北、东北粮食主产区降水量减少！

（%/10年）1958-2007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中国干旱化趋势吉林梨树—沙地玉米绝收（2009）干旱对我国粮食生产威胁加大二、农业用水-现状和趋势12年来，我国降水总量和可再生水资源总量不断减少。水资源下降幅度大于降水量下降幅度降水量和水资源量我国人均水资源量2033方，人均可实际利用的水资源量不足550方2009年人均实际用水量为448方，占可利用水量的4/5强继续增加供水量的潜力有限，用水紧张形势更加严峻二、农业用水-现状和趋势增加供水潜力有限！13年间，农业用水量从3920亿方下降到3723亿方，减少了200亿方农业用水在总用水中的比例从70.4%下降到60.4%，减少8个百分点农业用水量和百分比二、农业用水-现状和趋势“利用地质历史时期的地下水生产粮食犹如粮食生产中的‘次贷危机’，由此形成的粮食生产‘泡沫’最终会破裂”-Postel，2008粮食生产中的泡沫二、农业用水-现状和趋势13个粮食主产省中，河北、河南、内蒙古、山东、辽宁的地下水供水比例都超过了50%，河北更是高达80%河北近12年平均可再生地下水资源量仅110亿方，而同期平均地下水提取量却达到了166亿方，缺口56亿方二、农业用水-现状和趋势粮食生产中的泡沫2008年11月由李文鹏总工程师提供区域粮食新增潜力（李振声院士）东南增产250亿斤东北增产250亿斤华北增产

300亿斤西北增产100亿斤西南增产100亿斤水能保证未来中国的粮食安全码？全国中低产田面积12.9亿亩

占耕地总面积的70%农业部2008全国耕地面积18.28亿亩现问题严峻！！未来如何！！科学对策是什么？？扩大农业用水视野“蓝水”加“绿水”构成的

“广义农业水资源”河流流域的综合管理（Integratedriverbasinmanagement）真实节水（Realwatersaving）水资源收支解析（Wateraccounting）有效灌溉效率（Effectiveirrigationefficiency）绿水和蓝水（Greenwaterandbluewater）水分生产力（Waterproductivity）虚拟水（Virtualwater）农业水管理范式变迁天然降水（蓝水和绿水的总来源）生产性绿水流（植物蒸腾）非生产性绿水流（土面蒸发或白水流）降水陆地生态系统城市上游下游农田耗水绿水流（灌溉和雨养作物）工业水生生态系统流域边界回归流蓝水流（河流、湖泊、地表和地下水体）海岸生态系统（Falkenmark,2000）土壤贮水-绿水以农田土壤水平衡（FWB)和土壤-植物-大气连续体为核心的“蓝水和绿水”和“四水”转化SWAT流域水循环模拟模型输入:DEM-土地利用-作物监测-土壤-天气 -灌溉监测作物和水资源统计数据:-作物生产水资源模型输出:降水-蒸散-径流-渗漏行政区统计数据整合到流域流域作物生产数据叠加-作物水分生产力作物生产的绿水和蓝水研究方法（2009）2008年中国广义农业水资源和蓝水绿水比例保证中国粮食安全的水资源总量!!降水量(毫米)耕地面积(千公顷)耕地降水量(亿方)耕地灌溉量（亿方）广义农业水资源（亿方）绿水比例

(%)蓝水比例(%)全国654.8121715.945613304786558.042.0华北405.133634.81131584171466.034.1东北528.921450.0648373102163.536.5东南1481.128827.714801232271354.645.4西南960.223319.81038497153567.632.4西北238.014483.526561888330.070.0二、农业用水-扩大农业用水视野初步估计2012年进口农产品折合成水资源大于1500亿方！“绿水”对我国种植业和粮食安全中发挥的主导作用我国的灌溉对粮食生产的贡献率高于全球水平我国和全球粮食耗水量中蓝水和绿水比例（%）二、农业用水-扩大农业用水视野中国粮食生产中蓝水和绿水的贡献率（2009）华北和东北的粮食生产是有其广义农业水资源禀赋为基础的土地利用的决策就是水资源利用的决策18亿亩耕地红线的水资源含义广义农业水土资源匹配二、农业用水-扩大农业用水视野继续加强农田灌溉用水的计量以保证灌溉“蓝水”供给加强在农田“绿水”评价和度量方面的科学研究和评价体系以保证农田“绿水”的供给建议划定“粮食安全的水资源红线”3500亿方灌溉水和4300亿方的农田降水两者相加7800亿方三、农业节水与粮食安全对策之一：建立广义农业水资源评价体系，保证农业用水供给三、农业节水与粮食安全对策之二：从以“输水”转向以“耗水”为中心的节水农业管理和评价体系农业节水能够节约下多余的水量吗？粮食安全的实现需要更多的粮食总产，而更多的粮食总产则需要更多的耗水这个需求是刚性的，是不可减少的三、农业节水与粮食安全对策之二：从以“输水”转向以“耗水”为中心的节水农业管理和评价体系输水耗水输水或用水中减少的渗漏损失量单位耗水量增加的产出节水农业的指标，应该符合国际体系，从“以‘输水’为中心变成以‘耗水’为中心的”评价体系从“以输水和用水中减少了多少渗漏损失”变成“以单位耗水量增加了多少产出”为评价指标。三、农业节水与粮食安全对策之三：通过提高单产来提升粮食水分生产力，实现“真实节水”我国粮食水分生产力和粮食单产的关系关联度极高粮食水分生产力和单产均呈小幅上升的趋势说明：我国农业用水在总体偏紧的情况下，用水效率有所提升国际有关研究表明：我国主要粮食作物的水分生产力在全球已经处于较高水平。水稻生产的水分生产力较高，达0.4-0.6公斤/方，而发达国家平均水平是0.47公斤/方。“非水稻禾谷类粮食作物”（指小麦、玉米和其它粗粮）的水分生产力，中国、美国和巴西位于1.0-1.7公斤/方，西欧达1.7-2.4公斤/方。三、农业节水与粮食安全对策之三：通过提高单产来提升粮食水分生产力，实现“真实节水”我国近12年平均粮食水分生产力为0.86公斤/方，即生产1吨粮需要消耗1168方水。其中：

华北1.07公斤/方东北0.85公斤/方东南0.90公斤/方西南0.83公斤/方西北0.40公斤/方。（西北的灌溉绿洲农业区的水分生产力和华北区相当，其它旱作区的水分生产力过低，造成整个西北的数值偏低）三、农业节水与粮食安全对策之三：通过提高单产来提升粮食水分生产力，实现“真实节水”

（中国农业大学的计算）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建立完善的农田土壤墒情监测体系；改善土壤理、化、生性质，提高有效土壤水分含量增加

“生产性绿水流（植物蒸腾）”在“总绿水流（实际蒸发蒸腾）”中的比例减少“非生产性绿水流（土面蒸发）”的比例；尽量将土面蒸发转化为植物蒸腾。四、实现农业节水的科学措施之一：加强以农田土壤水为中心的农业用水和耗水管理建立完善的农田土壤墒情监测体系改善土壤理、化、生性质，提高有效土壤水分含量增加“生产性绿水流（植物蒸腾）”在“总绿水流（实际蒸发蒸腾）”中的比例减少“非生产性绿水流（土面蒸发）”的比例尽量将土面蒸发转化为植物蒸腾。四、实现农业节水的科学措施之一：加强以农田土壤水为中心的农业用水和耗水管理降水增加生产性绿水流（植物蒸腾）减少非生产性绿水流（土面蒸发）增加土壤有效含水完善土壤墒情监测土面蒸发转化为植物蒸腾四、实现农业节水的科学措施之二：提高灌溉保证度和旱涝保收耕地面积和比例，

确保农田土壤水供给需要进一步加强东北、华北、西北和西南的耕地灌溉保障能力在关系粮食安全安危的华北和东北，要继续加大农田基础设施投资，提高旱涝保收农田的面积和比例四、实现农业节水的科学措施之三：加强农艺和生物节水在农田水管理上的作用西北和东南最应该加强农艺生物节水技术措施的应用力度各个地区针对不同特点创造出经济实用的节水技术，如西北和东北的膜下滴灌，水肥同时施入，可以成倍地提高作物水分生产力。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

--在甘肃黄土高原年降雨300-450mm地区推广4000,000hm2

--1500kg/hm2

小麦转变成600-10,000kg/hm2春玉米--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、施肥等综合作用提高水分生产力！

--可在东北降雨400左右mm地区推广

--春玉米6000-7000kg/hm2

变成

大于15,000kg/hm2--水分生产力1.5-3.0kg/m3.四、实现农业节水的科学措施之四：利用当地水热资源特点，调整种植结构在满足国家粮食种类需求的前提下，如何匹配粮食作物需水及种植区天然降水时空分布，针对各地区水热资源特点，调整种植结构，建立水资源高效利用的种植体系是今后需要加强的政策和科技和推广措施研究的方向华北主要实行冬小麦-夏玉米种植制度，但是小麦生长期