提高綠水生產(chǎn)效率之探析

丁二峰　劉　穎

摘要：綠水是一種通過土壤蒸發(fā)和植被蒸騰等流向大氣圈的水汽蒸散流。中國的綠水資源量為3.4萬億m³，占降水資源總量的54％?，F(xiàn)綜述了綠水在陸地生態(tài)系統(tǒng)中的作用及影響綠水流因素，結(jié)合國外相關(guān)研究進(jìn)展，給出了提高綠水生產(chǎn)效率的幾種途徑，為進(jìn)一步開發(fā)利用綠水資源提供參考。

關(guān)鍵詞：綠水；提高；生產(chǎn)效率

中圖分類號：TV213.4文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B文章編號：1672—1683(2009)01—0043—02

1引言

一般意義上的水資源指能夠?yàn)樯鷳B(tài)環(huán)境和人類所利用的淡水，其補(bǔ)給來源為大氣降水，形式為地表水、地下水和土壤水。我國水資源總量2.8萬億m³，水資源可利用量8 140億m³。僅占水資源總量的29％，人均水資源量2 173 m³，僅為世界人均水平的1/4，水資源供需矛盾突出。

綠水概念的提出拓寬了傳統(tǒng)水資源的內(nèi)涵，為解決我國水資源危機(jī)開辟了新的途徑，也引起了科學(xué)界對水資源概念和水文功能的重新思考。斯德哥爾摩國際水資源研究中心將綠水資源視為關(guān)系人類福祉的重要資源。中國的綠水資源量為3.4萬億m³，占降水資源總量的54％，空間上分布很不均勻，西北地區(qū)綠水占降水的比例在70％以上，而南方地區(qū)的平均比例為48％。

2綠水含義及作用

綠水概念由Falkenmark于1995年在世界糧農(nóng)組織召開的水土大會上首次提出，目的是為了能更好地評價(jià)半濕潤、半干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)中水資源的作用。他將陸地生態(tài)系統(tǒng)中的降水分為藍(lán)水和綠水兩部分。藍(lán)水是降水中形成地表水、地下水的部分，是可見的液態(tài)水流，包括河流、湖泊及土壤中的水；綠水是垂向進(jìn)入大氣的不可見水，即蒸散的水，包括農(nóng)田、濕地、水面、自然植被等不同地表蒸發(fā)的水汽流。其中，植物蒸騰部分稱為生產(chǎn)性綠水，植物截留和地表蒸發(fā)稱為非生產(chǎn)性綠水。

綠水是維持陸地生態(tài)系統(tǒng)協(xié)調(diào)和平衡的重要水源，在維護(hù)陸地生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)功能和服務(wù)功能方面具有不可替代的作用。全球尺度上總降水量的65％通過森林、草地、濕地和雨養(yǎng)農(nóng)田蒸散返回到大氣中形成綠水流，僅有35％的降水存儲在河流、湖泊及地下含水層中。其次，綠水支撐著雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)。人類人均每年需要1 700 m³的水資源來滿足各種生活需要，但是通常只有約190 m³來自藍(lán)水。全球范圍內(nèi)80％的農(nóng)田是通過降雨補(bǔ)充水分的，這些雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)提供了全球60％～70％的糧食產(chǎn)量，幾乎全部的畜牧業(yè)肉產(chǎn)品和林產(chǎn)品都依賴綠水。

3影響綠水資源的因素

綠水實(shí)質(zhì)是通過蒸散流向大氣圈的水汽蒸散流，因此影響蒸散的因素都影響綠水。在全球尺度上，綠水主要受氣候因素影響；在生物群落內(nèi)部，綠水還受植物吸水能力、遺傳特征和生理特征(如根系深度、冠幅和植株密度)以及土壤水分有效性(水分時(shí)空分布、持水能力)的影響。

其次人類通過改變土地利用方式，大面積砍伐森林、建造人工儲水工程等活動影響綠水流，影響藍(lán)水和綠水相互轉(zhuǎn)化。因?yàn)檗r(nóng)業(yè)作物的根系深度遠(yuǎn)小于森林植被，相應(yīng)的植被截留損失較小，生長期相對較短，導(dǎo)致蒸散小，而休耕期內(nèi)綠水流以土壤蒸發(fā)代替，森林蒸散要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于農(nóng)田。伴隨全球耕地面積的增加，森林面積的縮減，導(dǎo)致綠水流減少。人工儲水工程卻能加速藍(lán)水和綠水相互轉(zhuǎn)化。目前全球人工儲水工程所蓄水量約為6 000 km³，覆蓋面積超過50萬km³，尤其是在干旱地區(qū)的水庫能導(dǎo)致相當(dāng)數(shù)量的水面無效蒸發(fā)，這也是一種影響藍(lán)、綠水相互轉(zhuǎn)化的一個(gè)因素。

4提高綠水生產(chǎn)效率的途徑

很早以前人類就懂得充分利用綠水資源，如對農(nóng)田進(jìn)行深耕蓄墑、耙耱保墑等。Falkenmark和Rockstrom對綠水資源的管理和利用進(jìn)行了研究，將綠水的高效利用方式分為減少徑流，增加水分入滲和降低土壤蒸發(fā)。提高綠水生產(chǎn)效率對于保障人類糧食供應(yīng)，解決全球糧食危機(jī)具有舉足輕重的作用。在中國大部分雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)，尤其是季節(jié)性干旱，降雨相對集中的地區(qū)，開展綠水和藍(lán)水相互轉(zhuǎn)化的生態(tài)研究，保持合理的綠水和藍(lán)水分配比例，對于提高綠水生產(chǎn)效率顯得尤為重要。

4.1減少徑流，增加水分入滲

林草措施的水文功能主要表現(xiàn)在樹冠截留、樹干滯流、林下植被及枯枝落葉層滯流和增加土壤入滲。森林植被的截留作用受植被類型、覆蓋度、降雨類型等影響，其截留率在12％～35％之間。地表枯枝落葉層能截蓄降水、滯緩地表徑流、增加水分入滲，抑制土壤蒸發(fā)。

雨水集流是通過改變降水的傳輸路徑與方向，對降水進(jìn)行重新分配，提高綠水生產(chǎn)效率的一種人工措施。主要分為田間集雨和田外集雨。田間集雨分為魚鱗坑、溝壟種植和梯田等形式，田外集雨主要指水窖集雨補(bǔ)灌。這些方式都可以一定程度上減少徑流，增加生產(chǎn)性綠水比重，提高綠水生產(chǎn)效率。

4.2降低土壤無效蒸發(fā)，增加生產(chǎn)性綠水比重

大量資料表明，在陸面蒸發(fā)中，土壤無效蒸發(fā)占有一定比例。以冬小麥為例，在全生育期間土壤蒸發(fā)量占總蒸發(fā)量的16.03％～25.82％。在休耕期，農(nóng)田的總蒸發(fā)量全部為無效土壤蒸發(fā)。在植物蒸騰量不變的情況下，降低土壤無效蒸發(fā)量能夠提高綠水生產(chǎn)效率。

地表覆蓋、間作套種、耕作方式等集成技術(shù)可以顯著提高綠水生產(chǎn)效率。地表覆蓋是指在種植區(qū)內(nèi)覆蓋礫石、秸稈、地膜等收集貯存雨水，減少無效蒸發(fā)，適合我國干旱半干旱的北方地區(qū)。間作套種是指在一塊地上按照一定的行、株距和占地的寬窄比例種植幾種莊稼。這樣的種植方式能夠使作物高矮成層，縮短土壤休閑期，降低土壤無效蒸發(fā)，適合我國雨水豐沛的南方地區(qū)。保墑耕作技術(shù)適用于干旱發(fā)生頻率高，降雨量相對集中的地區(qū)。試驗(yàn)證明，無論降雨還是灌溉過后，都要盡快對土地進(jìn)行保墑耕作，以縮短土壤表層濕潤時(shí)期，減少蒸發(fā)損失。具體的耕作方式可分為深耕蓄墑、耙耱保墑、鎮(zhèn)壓提墑、中耕保墑等，這些耕作技術(shù)科技含量低、易操作，既能蓄存雨水資源，又可以減少蒸發(fā)。

4.3發(fā)展節(jié)水灌溉農(nóng)業(yè)

節(jié)水灌溉農(nóng)業(yè)包括咸淡水混交、地表再生水和淺層地下微咸水的開發(fā)利用等多種方式。據(jù)資料顯示，1980年全球消耗的淡水總量為2 570 km³/a，其中灌溉農(nóng)業(yè)消耗的淡水量超過了90％。對于耗水大戶的灌溉農(nóng)業(yè)來說，適當(dāng)利用地表再生水和微咸水補(bǔ)充降雨的不足，滿足蒸騰以保證作物產(chǎn)量，也能提高綠水生產(chǎn)效率。利用再生水來灌溉農(nóng)田可以大大降低無效水分損失，變無效水面蒸發(fā)為植物蒸騰，這不但提升了綠水生產(chǎn)效率，也提升了水資源的利用率。淺層地下水具有易補(bǔ)給、易開采的特點(diǎn)。在我國季節(jié)性干旱的北方，枯季適當(dāng)開采淺層地下水補(bǔ)給雨水的不足，能夠使地下水位降低，包氣帶增厚，這對增強(qiáng)雨季土壤水分的入滲和貯存有一定作用。發(fā)展節(jié)水灌溉農(nóng)業(yè)的關(guān)鍵在于保持合理的藍(lán)水和綠水分配比例，只要均衡利用兩種水資源，就能有效提高水資源利用率。

5結(jié)語

基于綠水的概念和中國綠水資源分布，分析了綠水的影響因素，探討了提高綠水生產(chǎn)效率的幾種途徑。通過集流雨水，改變土地利用方式，降低土壤蒸發(fā)，發(fā)展節(jié)水灌溉農(nóng)業(yè)，開展綠水和藍(lán)水相互轉(zhuǎn)換的生態(tài)研究，保持合理的綠水和藍(lán)水分配比例，對維持區(qū)域乃至世界生態(tài)平衡，緩解世界性水資源短缺有重要的意義。從全國尺度上講，綠水資源的空間分布很不均勻，深入開展綠水研究，在提高中國廣大地區(qū)尤其是西北、華北等干旱半干旱地區(qū)的水資源利用率，促進(jìn)糧食增收方面具有廣泛地應(yīng)用空間。