我國農(nóng)業(yè)用水與糧食安全

摘要：從我國水資源現(xiàn)狀出發(fā)剖析了農(nóng)業(yè)用水存在的主要問題，并從農(nóng)藝、生物、工程和管理4個(gè)方面提出了保障糧食安全的節(jié)水技術(shù)。

關(guān)鍵詞：水資源；農(nóng)業(yè)用水；糧食安全；節(jié)水技術(shù)

中圖分類號：F323.213 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：C 文章編號：0439-8114（2013）21-5174-04

Water Use in Agriculture and Food Security of China

HU Jin-hong1，HE Xun1，XIE Jun2，DAI Zhi-gang1，XIE Yong-feng1

（1.Soil and Fertilizer Station of Hubei Province， Wuhan 430070，China；

2. Hubei Provincial Bureau of Animal Husbandry and Veterinary Medicine，Wuhan 430064，China）

Abstract： This paper analyzed the main problems existed in the agricultural water use in China and proposed the water-saving technologies for ensuring food safety in China from the aspects of agronomy， biology， engineering and management.

Key words： water resources； agricultural water used； food security； water-saving technology

水是人類生存和社會(huì)發(fā)展重要的自然資源，在保證糧食安全中處于重要位置。我國是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國，農(nóng)業(yè)又是一個(gè)用水大戶。農(nóng)業(yè)用水約占總用水量的70%，其中農(nóng)田灌溉用水又占農(nóng)業(yè)用水的90%左右[1]。近年來，我國水資源短缺問題日益突出，農(nóng)業(yè)水資源緊缺已成為嚴(yán)重制約我國農(nóng)業(yè)發(fā)展的長期因素，也是威脅糧食安全最為緊迫的問題。

1 我國水資源現(xiàn)狀

我國水資源總量28 100億m3，人均水資源量2 100 m3，約為世界人均水資源量的28%。按聯(lián)合國人口行動(dòng)組織（PLA）提出的標(biāo)準(zhǔn)人均水資源占有量在2 000 m3為嚴(yán)重缺水、人均水資源占有量在1 000 m3為人類保障線來衡量，目前我國有18個(gè)?。ㄊ小⒆灾螀^(qū)）嚴(yán)重缺水，10個(gè)?。ㄊ?、自治區(qū)）在人類保障線之下，是世界上13個(gè)貧水國之一。

1.1 時(shí)空分布不均

我國位于大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，首先，水資源空間分布極不均衡。年降水量由東南沿海向西北內(nèi)陸遞減，大致是沿海多內(nèi)陸少，南方多北方少，山區(qū)多平原少，各地區(qū)差別很大。長江以北地區(qū)耕地面積占全國耕地面積的65%，人口占全國總?cè)丝诘?0%，而水資源量僅為全國水資源總量的20%，區(qū)域性缺水十分嚴(yán)重。其次，降水時(shí)間也極不平衡，夏秋兩季降水較多，冬春兩季降水較少。6～9月降水占年降水量的60%～70%，華北地區(qū)6～9月降水占年降水量的80%。

1.2 農(nóng)業(yè)用水資源短缺

灌溉在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中作用巨大。目前，我國灌溉面積已經(jīng)達(dá)到0.5億hm2以上，約占全國耕地面積的40%，居世界首位，但我國單位耕地面積的水資源量只為世界平均水平的67%，單位灌溉面積的水資源量僅為世界平均水平的19%。因缺水以及由此引發(fā)的灌溉成本逐年上升。近10年我國平均每年受旱面積約2 467萬hm2，減產(chǎn)糧食約300億kg[2]。水資源短缺已成為我國農(nóng)業(yè)發(fā)展的首要制約因素。

1.3 水質(zhì)惡化未有效控制

我國在廢污水的處理和利用方面處于較低水平，隨著人口不斷增長和工農(nóng)業(yè)的迅速發(fā)展，廢污水的排放量和農(nóng)業(yè)化學(xué)物質(zhì)的使用量與殘留量同步增長，水體污染日趨嚴(yán)重。每年約有1/3的工業(yè)廢水和2/3的生活污水未經(jīng)過處理就直接排入水體中，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中化肥和農(nóng)藥大量使用，污染長期積累，使水環(huán)境日益惡化。

1.4 水資源浪費(fèi)嚴(yán)重

由于灌區(qū)工程不配套，灌溉管理粗放等原因，我國一些大中型灌區(qū)現(xiàn)在仍然采用大水漫灌的灌溉方式，平均灌溉定額超過需水量的1倍左右，有的甚至高達(dá)2倍以上[3]，再加上耕作制度、栽培方式等方面的問題，我國農(nóng)業(yè)用水的利用率很低，灌溉水平均利用率只有43%，每立方米水的產(chǎn)出只有0.83 kg，比世界平均水平低30%。

2 農(nóng)業(yè)用水是保障糧食安全的基礎(chǔ)

水是作物的生命線，有水才有糧。農(nóng)業(yè)是我國水資源利用大戶，其用水量占到總用水量的70%。隨著人口的不斷增加和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，水資源的競爭不斷加劇，農(nóng)業(yè)進(jìn)入了長期缺水時(shí)期。水資源緊缺已經(jīng)成為我國農(nóng)業(yè)發(fā)展的長期制約因素。

2.1 保證農(nóng)業(yè)用水是穩(wěn)定糧食生產(chǎn)的必要條件

首先，從單位耕地面積占有水資源量來看，農(nóng)業(yè)水資源占有量低下。我國單位耕地面積的水資源量是世界平均水平的67%，單位灌溉面積的水資源量更是緊缺，僅為世界平均水平的19%，全國干旱缺水的耕地面積約占總耕地面積的72%。其次，隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，非農(nóng)業(yè)用水量將會(huì)持續(xù)增加，農(nóng)業(yè)用水與非農(nóng)業(yè)用水的矛盾將更加突出。

2.2 保證農(nóng)業(yè)用水是糧食需求增長的客觀要求

我國是世界上嚴(yán)重缺水國家之一。人均水資源占有量僅是世界水平的28%，尤其嚴(yán)重的是，隨著我國人口高峰期的到來，即使在降水不減少的情況下，我國人均水資源占有量仍將繼續(xù)下降，預(yù)計(jì)到2030年，人均水資源量將下降到1 760 m3，按聯(lián)合國人口行動(dòng)組織（PLA）提出的標(biāo)準(zhǔn)，屬于嚴(yán)重缺水[2]。目前，我國灌溉農(nóng)田有5 466.7萬hm2，約占耕地總面積的40%，正常年份農(nóng)業(yè)用水匱缺300余億m3，約667萬hm2灌溉農(nóng)田水源沒有保障。近10年來，平均每年旱災(zāi)面積約2 467萬hm2，減產(chǎn)糧食約300億kg。預(yù)測到2030年我國人口將增至16億，按人均年消費(fèi)糧食400～450 kg計(jì)，2030年我國的糧食需求量為6.4億～7.2億t，農(nóng)業(yè)缺水將達(dá)到500億～700億m3。保證農(nóng)業(yè)用水是糧食增產(chǎn)的客觀要求。

2.3 保證農(nóng)業(yè)用水是農(nóng)業(yè)持續(xù)發(fā)展的動(dòng)力

世界上約有90個(gè)國家、40%的人口面臨缺水和干旱威脅，我國是受干旱影響區(qū)域最廣、干旱發(fā)生頻繁的國家。據(jù)統(tǒng)計(jì)，1950～1990年全國共有11年發(fā)生重、特大干旱，而1991～2008年我國則有7年發(fā)生了重、特大干旱，平均不到3年就有一次重、特大干旱。據(jù)統(tǒng)計(jì)，1950～2010年旱災(zāi)受災(zāi)面積占水旱災(zāi)受災(zāi)面積的59%，旱災(zāi)成災(zāi)面積占水旱災(zāi)成災(zāi)面積的54%，而且，近幾年來，干旱不僅在北方持續(xù)，還擴(kuò)展到水資源豐富的南方省份。干旱已成為我國農(nóng)業(yè)持續(xù)發(fā)展的瓶頸。

3 我國農(nóng)業(yè)用水存在的問題

我國在面臨越來越嚴(yán)峻的水資源短缺形勢的同時(shí)，大水漫灌現(xiàn)象仍普遍存在，兩者之間的強(qiáng)烈反差使我國現(xiàn)有的農(nóng)業(yè)用水面臨著諸多問題，糧食安全問題首當(dāng)其沖。水資源和糧食安全密切相關(guān)：一方面，水資源短缺威脅灌溉農(nóng)業(yè)的有效灌溉量，從而影響糧食產(chǎn)量和糧食安全；另一方面，糧食生產(chǎn)消耗大量的水，水利用效率低，在用水的同時(shí)造成水資源更加緊缺。

3.1 水資源不足

我國是典型的大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，造成降水過度集中在夏季6～9月，全國范圍內(nèi)的降水季節(jié)分配不均勻以及較大的年變率與年際變率使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)常面臨冬春干旱和伏秋干旱的威脅。我國多年平均年降水總量為6.2萬億m3，除通過土壤水直接利用的天然生態(tài)系統(tǒng)和人工生態(tài)系統(tǒng)外，可通過水循環(huán)更新的地表水和地下水的多年平均水資源總量只有2.8萬億m3。1998～2009年我國年降水總量和可再生水資源總量不斷減少（圖1）。為了彌補(bǔ)供水的不足，地下水被過度開采。我國13個(gè)糧食主產(chǎn)?。ㄗ灾螀^(qū)）中，河北、河南、內(nèi)蒙古、山東、遼寧的地下水供水比例超過了50%，河北更是高達(dá)80%，導(dǎo)致北京地區(qū)地下水位近50年下降了45 m，京津冀已形成世界最大復(fù)合漏斗。

3.2 氣候變化加劇了水資源短缺

近年來，不但北方旱區(qū)旱情不斷加重、面積不斷擴(kuò)大，呈現(xiàn)干旱常態(tài)化趨勢，而且南方和東部多雨地區(qū)的季節(jié)性干旱也在擴(kuò)展和加重，受災(zāi)面積逐年增加。2011年湖北遭遇了50年來最大旱災(zāi)，66個(gè)縣、市的降雨量為近60年氣象記錄最少，截至2011年5月26日，全省農(nóng)作物受災(zāi)面積達(dá)102.20萬hm2，直接經(jīng)濟(jì)損失38.99億元。2012年湖北隨縣、曾都、廣水、襄州、宜城、應(yīng)城、云夢等地又出現(xiàn)了降水量不足的現(xiàn)象，2012年8月30日12時(shí)統(tǒng)計(jì)，旱災(zāi)造成湖北408.8萬人受災(zāi)，158.4萬人不同程度出現(xiàn)飲水、口糧等方面的困難，其中需飲水或口糧救助的104.8萬人。

3.3 農(nóng)田水環(huán)境惡化

隨著工業(yè)的發(fā)展和城市化程度的不斷提高，我國污水排放量不斷增加，很多地區(qū)大量未經(jīng)處理的污水直接或間接用于農(nóng)田灌溉。據(jù)報(bào)道，20世紀(jì)末我國遭受鎘、砷、鉻、鉛等污染的耕地面積大，其中工業(yè)“三廢”污染耕地1 000萬hm2，污水灌溉的農(nóng)田330多萬公頃。污水灌溉農(nóng)田后使土壤發(fā)生堿化、酸化和鹽化，土壤結(jié)構(gòu)遭到破壞，造成土壤板結(jié)。污水中的重金屬元素不僅會(huì)殘留積累在土壤中，使土壤環(huán)境質(zhì)量下降，而且會(huì)被作物吸收積累在可食部分，對食物鏈構(gòu)成嚴(yán)重威脅[4]。在黃河流域的山西省已發(fā)現(xiàn)大米中含有過量的鉻和鉛，部分蔬菜中含有鎘。沿著黃河流域，智力缺陷、發(fā)育不全等病癥的高發(fā)病率與水和食物中高濃度的砷和鉛有關(guān)。

3.4 農(nóng)業(yè)用水配置減少

農(nóng)業(yè)用水因?yàn)樗Y源緊缺而難以增加，而工業(yè)和城市的發(fā)展又進(jìn)一步削減明顯不足的農(nóng)業(yè)灌溉用水，使農(nóng)業(yè)缺水問題日益突出。據(jù)水利部水資源公報(bào)，2000年全國總用水量5 498億m3，較上年減少93億m3，其中農(nóng)業(yè)用水就減少85億m3。1979～1999年農(nóng)業(yè)用水減少327億m3，工業(yè)用水增加了895億m3，是農(nóng)業(yè)用水減少量的2.7倍（表1）。預(yù)計(jì)到2030年，農(nóng)業(yè)用水占全國總用水量的比例將由目前的70%下降到50%，而糧食總產(chǎn)量要達(dá)到6.4～7.2億t，農(nóng)業(yè)缺水程度將加劇。

3.5 節(jié)水農(nóng)業(yè)技術(shù)不普及

短缺與浪費(fèi)并存是我國農(nóng)業(yè)用水緊張的重要特征。一方面農(nóng)業(yè)用水匱缺，另一方面大水漫灌現(xiàn)象又浪費(fèi)嚴(yán)重。蓄水和保水的設(shè)施也不足，農(nóng)田對自然降水的利用率只有56%左右。長期的水管理以產(chǎn)量為目標(biāo)，忽略了水分的經(jīng)濟(jì)回報(bào)率，節(jié)水灌溉面積不到有效灌溉面積的1/2，噴灌和滴灌等節(jié)水灌溉方式不到灌溉總面積的20%。我國平均每公頃灌溉用水超出實(shí)際需水量的1倍左右，有的地方甚至超出2倍以上，農(nóng)作物水分生產(chǎn)率只有0.83 kg/m3左右，僅是發(fā)達(dá)國家的1/2。

4 節(jié)水農(nóng)業(yè)技術(shù)

我國容易開發(fā)的水資源多已利用，農(nóng)業(yè)和糧食生產(chǎn)再靠大量水資源的外延型增長已行不通，必須加快發(fā)展以提高水資源利用率為重點(diǎn)的節(jié)水農(nóng)業(yè)。節(jié)水農(nóng)業(yè)是節(jié)約和高效用水的農(nóng)業(yè)，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和農(nóng)村經(jīng)濟(jì)活動(dòng)中既節(jié)約用水提高水的利用率，又高效用水提高水的利用效益。通過節(jié)水農(nóng)業(yè)可以在水資源有限的條件下，提高農(nóng)業(yè)用水的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的效益最大化。

4.1 農(nóng)藝節(jié)水技術(shù)

4.1.1 耕作與覆蓋保墑技術(shù) 通過地表耕作與地面農(nóng)膜和生物覆蓋的途徑，降低土壤毛細(xì)管作用，控制田間雜草，減少土壤水分蒸發(fā)；通過適墑早耕或迎墑早耕，旋耕或淺耕滅茬，最大限度地接納保存雨水；通過耙耱鎮(zhèn)壓、雨后或灌溉后棵（行）間中耕與耬劃、免耕少耕等措施降低地面蒸發(fā)、蓄水保墑，實(shí)現(xiàn)節(jié)約用水，增產(chǎn)增效。在丘陵山區(qū)，把坡耕地修成梯田，在田坡邊種草植樹，形成植物籬，攔蓄地面徑流，涵養(yǎng)水源。

4.1.2 高效節(jié)水灌溉技術(shù) 大力推廣膜下滴灌、微灌、滲灌等節(jié)水技術(shù)。根據(jù)作物需水要求，通過管道系統(tǒng)與安裝在末級管道上的灌水器，將水輸送到作物根部附近的土壤表面或土層中。其優(yōu)點(diǎn)是對土壤及地形適應(yīng)性強(qiáng)；工作壓力低，節(jié)省能源；可結(jié)合灌水施肥，增產(chǎn)明顯；灌水流量小，水的利用率高，與地面灌溉相比，可節(jié)水50%以上。

4.1.3 水肥一體化技術(shù) 水肥一體化是利用管道灌溉系統(tǒng)，將肥料溶解在水中，同時(shí)進(jìn)行灌溉與施肥，適時(shí)、適量地滿足農(nóng)作物對水分和養(yǎng)分的需求，實(shí)現(xiàn)水肥同步管理和高效利用的節(jié)水農(nóng)業(yè)。主要是“以水調(diào)肥”和“以肥促水”的水肥耦合技術(shù)[5]。將水變成莊稼的“復(fù)合水溶劑”，把單一給作物澆水轉(zhuǎn)變?yōu)闈矤I養(yǎng)液，減少田間作業(yè)次數(shù)，節(jié)約農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本，實(shí)現(xiàn)節(jié)水50%以上，節(jié)肥30%，糧食作物增產(chǎn)20%。

4.2 生物節(jié)水技術(shù)

4.2.1 抗旱品種和旱作栽培技術(shù) 建立節(jié)水抗旱的主要農(nóng)作物品種的原種繁育基地，形成主要農(nóng)作物節(jié)水抗旱品種繁育體系，加快抗旱新品種的推廣。根據(jù)不同作物的需水耗水規(guī)律，確定不同地區(qū)節(jié)水種植結(jié)構(gòu)，大力推廣耐旱節(jié)水高產(chǎn)作物品種，優(yōu)化和建立與農(nóng)業(yè)水資源分布相適宜的農(nóng)作物區(qū)域布局和節(jié)水高效種植結(jié)構(gòu)。

4.2.2 生物、化學(xué)制劑保水技術(shù) 近年來，我國生物和化學(xué)抗旱保水節(jié)水制劑的研制和開發(fā)應(yīng)用發(fā)展很快，已在多種作物上大面積應(yīng)用。農(nóng)用保水劑主要用于拌種和苗木移栽、扦插之前的浸根，以增強(qiáng)作物根部的吸水保水能力，提高出苗率、成活率。葉面噴施黃腐酸可使葉片氣孔開張度縮小、水分蒸騰減少，不僅能減少水分蒸發(fā)，而且可以顯著提高作物抗病和抗逆性，但要根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂?、土壤條件與作物特點(diǎn)，有針對性地選擇應(yīng)用。

4.3 工程節(jié)水技術(shù)

4.3.1 田間輸水設(shè)施節(jié)水技術(shù) 修建池、塘、坑、窖、庫、堤等攔水、蓄水設(shè)施是保證節(jié)水灌溉措施實(shí)施的基本條件。在田間輸水設(shè)施上采用渠道防滲和引水溝由寬變窄、改大畦為小畦等措施，將過去的大水漫灌變?yōu)榭鞚?，達(dá)到節(jié)水目的。

4.3.2 集雨水池（窖）集流技術(shù) 利用集雨面，將雨水富集，加以蓄存（水池、水窖），使降水在時(shí)間和空間上進(jìn)行人工分配，增加補(bǔ)灌面積，提高水的利用效益。

4.4 管理節(jié)水技術(shù)

根據(jù)水資源承載能力和國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展總體要求，合理進(jìn)行農(nóng)業(yè)區(qū)劃，對農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)布局、作物種植結(jié)構(gòu)、品種結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，從根本上控制超出水資源承載力的農(nóng)業(yè)用水不合理需求，優(yōu)化農(nóng)業(yè)和農(nóng)村產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)。開展土壤墑情監(jiān)測，建立評價(jià)指標(biāo)體系，將不同地區(qū)的監(jiān)測點(diǎn)連成網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)土壤含水量和作物不同生育期需水量，及時(shí)做好土壤墑情診斷或評價(jià)，為農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和生產(chǎn)布局、組織引導(dǎo)適播適種和適時(shí)灌溉提供科學(xué)依據(jù)。

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