綠水管理機(jī)制及其應(yīng)用前景

裘巧俊, 李 建, 余凱波

(1.湖北省水利水電規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)院, 湖北 武漢 430064; 2.長(zhǎng)江水資源保護(hù)科學(xué)研究所,湖北 武漢 430051)

水資源短缺嚴(yán)重威脅著糧食安全和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。聯(lián)合國(guó)發(fā)布的世界水資源開(kāi)發(fā)報(bào)告統(tǒng)計(jì)表明,20世紀(jì)以來(lái)全球用水量的增長(zhǎng)速度是人口增長(zhǎng)速度的2倍,并且預(yù)計(jì)到2025年水資源短缺危機(jī)將蔓延至48個(gè)國(guó)家的35億人口[1]。中國(guó)是一個(gè)水資源短缺的國(guó)家,由于時(shí)空分布不均,據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前全國(guó)約有400多個(gè)城市處于缺水狀態(tài),其中100多個(gè)城市嚴(yán)重缺水[2]。

從水資源利用角度,地表水和地下水(也被稱為藍(lán)水)一直以來(lái)是人們利用且關(guān)注的重點(diǎn)。但是,維持陸地生態(tài)系統(tǒng)的重要水源——綠水,卻長(zhǎng)期沒(méi)有得到應(yīng)有的重視[3]。綠水和藍(lán)水概念最早由Falkenmark[4]在1995年提出的,全球約2/3的降水通過(guò)森林、草地、濕地和雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)的蒸散返回到大氣中,成為綠水,而僅有約1/10的降水儲(chǔ)存于河流、湖泊及地下含水層中,成為藍(lán)水[5]。這部分被稱為綠水的水資源量相當(dāng)可觀,雖不能被人類直接利用,但可以被植物利用,間接轉(zhuǎn)化成可被利用的水資源量。綠水支撐著約占全球耕地面積83%的雨養(yǎng)農(nóng)業(yè),為世界70%的人口提供糧食保障,是世界糧食生產(chǎn)最重要的水源[6]。因此,開(kāi)展綠水管理研究在解決水資源短缺糧食安全危機(jī)方面具有重要意義。

綠水管理是世界土壤信息中心、國(guó)際水資源研究中心和國(guó)際農(nóng)業(yè)發(fā)展基金會(huì)等單位開(kāi)發(fā)的通過(guò)生態(tài)補(bǔ)償方法改善環(huán)境的一種管理機(jī)制。該機(jī)制通過(guò)水資源下游用戶付給水資源上游用戶,即農(nóng)戶一定費(fèi)用,用于安排水管理活動(dòng),加強(qiáng)農(nóng)村水資源管理,改善居住和生產(chǎn)環(huán)境,從而最終達(dá)到保護(hù)環(huán)境的目的[7]。該機(jī)制旨在通過(guò)綠水管理,增加降水土壤入滲率、減少水分無(wú)效蒸發(fā)、提高生產(chǎn)效率,其意義在于能夠優(yōu)化傳統(tǒng)的土地管理模式、完善水資源管理機(jī)制和提高水資源保護(hù)的全民參與水平。目前該機(jī)制在非洲肯尼亞和摩洛哥等國(guó)家得到實(shí)施,效果顯著,并積累了豐富的經(jīng)驗(yàn),其中肯尼亞Tana河流域是實(shí)施綠水管理的示范區(qū)。

筆者從綠水概念與作用、綠水管理措施、綠水信貸等方面,重點(diǎn)探討綠水管理機(jī)制的構(gòu)成模式和應(yīng)用前景,以期為國(guó)內(nèi)水資源管理和綠水資源的評(píng)價(jià)與研究提供參考。

1 綠水的概念與作用

1.1 綠水的概念

1995年在世界糧農(nóng)組織(FAO)召開(kāi)的水土大會(huì)上,瑞典斯德哥爾摩國(guó)際水資源研究所水文學(xué)家Falkenmark在會(huì)上針對(duì)雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)與糧食安全問(wèn)題首次提出綠水(Green Water)和藍(lán)水(Blue Water)的概念。Falkenmark[4]認(rèn)為,降水在陸地生態(tài)系統(tǒng)中可以分為綠水和藍(lán)水兩部分。藍(lán)水是降水中儲(chǔ)存于河流、湖泊及含水層中可見(jiàn)的水,而綠水則是降水滲透到非飽和土壤中用于植物生長(zhǎng)的不可見(jiàn)的水。具體可定義為源于降水、存儲(chǔ)于土壤并被植被蒸散發(fā)消耗的水資源[5]。因此,綠水由兩部分組成,一部分是通過(guò)植被蒸散發(fā)流向大氣圈的綠水流,另一部分是存儲(chǔ)于土壤中的綠水存儲(chǔ)。

1.2 綠水的作用

圖1 綠水管理機(jī)制框架

綠水雖然是不可見(jiàn)的水,但是對(duì)生態(tài)環(huán)境及人類生存具有重要意義。在經(jīng)濟(jì)服務(wù)價(jià)值方面,綠水的利用可以分為直接用于經(jīng)濟(jì)生物的生長(zhǎng)和間接用于濕地及草地等陸生生境功能的維持。一方面,維持地球陸生生態(tài)系統(tǒng)健康。綠水在維持陸地生態(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,因?yàn)榫G水主要蘊(yùn)藏于地球陸生生態(tài)系統(tǒng)[8]。從水循環(huán)角度分析,全球尺度上總降水的2/3以綠水形式存在,該部分雨水滲透到土壤中并能被植被根系吸收,是植被蒸騰作用和光合作用的重要組份。另一方面,綠水資源是雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)的支撐水源,關(guān)乎糧食安全和人類福祉。據(jù)統(tǒng)計(jì),全球約60%的糧食完全依賴于綠水資源,并且?guī)缀跞康男竽翗I(yè)肉產(chǎn)品和林產(chǎn)品來(lái)源于綠水[9]。另外,人類人均每年大約需要1 700 m3的水資源以滿足各種生活需求,但是通常只有約190 m3來(lái)自藍(lán)水,因此用于生產(chǎn)和生存所需的大多數(shù)水資源均為綠水資源[10]。而且不難預(yù)測(cè),雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)在未來(lái)仍是生產(chǎn)絕大多數(shù)糧食的基礎(chǔ),是人類生存繁衍的基本保障。

2 綠水管理機(jī)制

2.1 綠水管理機(jī)制框架

綠水管理機(jī)制由綠水管理措施和綠水信貸兩部分構(gòu)成(圖1),流域上游貧困地區(qū)的農(nóng)戶通過(guò)清潔農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式參與流域的水管理活動(dòng),即綠水管理,需要外界資金的支持。同時(shí),經(jīng)濟(jì)發(fā)展相對(duì)較好的下游水用戶又需要上游提供清潔水源,因此下游有義務(wù)為上游參與水管理活動(dòng)的農(nóng)戶提供資金幫扶。反過(guò)來(lái),上游農(nóng)戶在拿到下游水用戶的幫扶資金后,同樣有義務(wù)按照綠水管理方式實(shí)現(xiàn)水源涵養(yǎng)和水質(zhì)保護(hù),為下游提供清潔水源。綠水管理機(jī)制是一種互利共贏的水資源管理模式,該模式能夠引導(dǎo)流域利益相關(guān)各方長(zhǎng)效而穩(wěn)定地參與流域的水資源管理活動(dòng)。

綠水管理機(jī)制的實(shí)施程序?yàn)?①通知流域內(nèi)利益相關(guān)方,宣講綠水管理的目的和時(shí)間框架,提高各方對(duì)綠水管理的認(rèn)識(shí);②收集數(shù)據(jù),包括流域內(nèi)現(xiàn)有水量(降水、蒸發(fā)和徑流等)、土壤條件、上下游水資源利用情況、農(nóng)作物、經(jīng)營(yíng)成本等;③綠水管理措施篩選,即利用SWAT(Soil and Water Assessment Tool)等水土評(píng)估模型定量計(jì)算不同綠水管理措施的水量和水質(zhì)效益,然后利用WEAP(Water Evaluation and Planning)等經(jīng)濟(jì)效益評(píng)估模型分析不同綠水管理措施的效益成本比率,篩選出適合當(dāng)?shù)貙?shí)施的綠水管理措施;④下游水用戶通過(guò)綠水信貸為上游農(nóng)戶提供小額和定期付款,上游農(nóng)戶落實(shí)綠水管理措施,最終在流域上游和下游之間建立一種環(huán)境付費(fèi)模式。

2.2 綠水管理措施

綠水管理措施包括等高條作、地表覆蓋、修建魚(yú)鱗坑、堆積石坎、修筑梯田等內(nèi)容。綠水管理措施的核心是建立土壤“水庫(kù)”,通過(guò)提高降水的土壤入滲率阻斷暴雨徑流和減少水分無(wú)效蒸發(fā)這兩個(gè)最基本的土壤有效管理措施,可以明顯地提高水生產(chǎn)效率,消除洪澇和干旱災(zāi)害,確保雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)的糧食安全。研究表明,秸稈覆蓋可減少65%～90%的地表徑流,并減少25%以上的非生產(chǎn)性蒸發(fā);水土保持耕作可減少30%～90%的地表徑流;并列的山脊、梯田和蓄集雨水可以減少50%～100%的徑流[11]。通過(guò)控制徑流,這些做法保護(hù)了土壤,增加了地下水的補(bǔ)給,從而增加了河川基流。

a. 等高條作。農(nóng)作物和草帶交替條播是一個(gè)較成熟的實(shí)踐措施,草帶或其他永久性植被帶能夠有效阻擋土壤和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)流速。這些植被緩沖帶建立在等高線上,徑流流動(dòng)更緩慢,能夠起到攔截泥沙的作用,同時(shí)也增加了農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的多樣性。這種植被帶其實(shí)是一種廉價(jià)梯田替代品。

b. 地表覆蓋。在農(nóng)業(yè)種植區(qū)地表進(jìn)行秸稈或者雜草覆蓋可以有效保護(hù)土壤免受侵蝕,減少暴雨造成的沖刷,并且可以保持土壤濕度以及土壤溫度的穩(wěn)定。另外,地表覆蓋還可以防止雜草生長(zhǎng),提高生物多樣性和增加土壤碳儲(chǔ)量。

c. 修建魚(yú)鱗坑。魚(yú)鱗坑主要由平均寬30 cm，高20 cm的潛坑組成,沿等高線建立土脊,每隔一段距離垂直土脊建立一個(gè)橫層。橫層約為土脊高度的2/3,因此發(fā)生溢流時(shí),水流沿犁溝流動(dòng),而不是沿等高線流動(dòng)。雖然構(gòu)建魚(yú)鱗坑需要付出較多的精力,但是魚(yú)鱗坑的集水效率和防治土壤侵蝕效果較好。同時(shí),在土脊上種植的農(nóng)作物生長(zhǎng)速度高于比那些無(wú)脊地塊。

d. 堆積石坎。堆積石坎也叫堆積石線,是將石頭按照等高線方向堆積成一道坎或者一條線,石坎方向與坡度垂直,間距根據(jù)農(nóng)田的坡度和當(dāng)?shù)厥牡呢S富程度而定。石坎可以起到減緩暴雨徑流和阻擋土壤流失的作用。堆積石坎比修筑梯田的成本低,在坡度相對(duì)較緩、石材相對(duì)豐富的區(qū)域比較適合。

e. 修筑梯田。通過(guò)沿等高線筑堤來(lái)檔蓄土壤,形成可耕作的階梯狀田地。梯田適合于石材不夠充足且土層相對(duì)淺薄的坡耕地區(qū)域。

綠水管理措施與傳統(tǒng)的水土保持具有較大差異。從資金角度講,水土保持產(chǎn)生的效益并不能夠維持自身發(fā)展,而且水土保持由農(nóng)業(yè)推廣服務(wù)實(shí)施,與水的管理政策產(chǎn)生了隔離。但是,綠水管理措施能夠?qū)⑺Y源管理和土地管理較好地結(jié)合起來(lái)。

綠水管理實(shí)施的前提是需要利用相關(guān)模式篩選出因地適宜的綠水管理措施,要求這些措施不僅具有水源涵養(yǎng)、水質(zhì)保護(hù)和水土保持等方面的生態(tài)效益,而且其效益成本比要盡可能高。綠水管理措施的情景模擬和篩選一般選用SWAT等水土評(píng)估模型,綠水管理措施的效益成本比一般利用WEAP等效益評(píng)估模型進(jìn)行量化計(jì)算。

2.3 綠水信貸

綠水信貸是付給農(nóng)戶用于水資源管理活動(dòng)的費(fèi)用。迄今為止,流域上游農(nóng)戶參與水資源管理的工作沒(méi)有得到下游受益方的承認(rèn),也沒(méi)有得到任何的獎(jiǎng)勵(lì)。通過(guò)綠水信貸,上游貧困農(nóng)戶可以得到資金扶助用于綠水管理措施的實(shí)施,從而保障下游受益方獲得清潔水源。

綠水信貸在綠水管理機(jī)制中起到橋梁作用,由下游水用戶給中、上游農(nóng)戶提供小額、定期付款支持,可使這些農(nóng)戶采取可持續(xù)的土地利用和水資源管理措施。同時(shí),也可以使農(nóng)民收入多樣化,進(jìn)而擺脫貧困。這種綠水信貸模式是支付環(huán)境服務(wù)的一種特例。

3 綠水管理機(jī)制與生態(tài)補(bǔ)償機(jī)制比較

綠水管理機(jī)制實(shí)際上是一種改善環(huán)境的生態(tài)補(bǔ)償方式,并且是一種市場(chǎng)參與為主導(dǎo)的生態(tài)補(bǔ)償方式。綠水管理與中國(guó)的生態(tài)補(bǔ)償既存在相似之處,又略有區(qū)別,具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:

a. 在內(nèi)容方面。中國(guó)的生態(tài)補(bǔ)償措施,特別是小流域綜合治理,實(shí)際上已經(jīng)包含了綠水管理措施的大部分內(nèi)容,而綠水管理措施更多的是一種理念的創(chuàng)新。綠水管理措施主要針對(duì)農(nóng)耕地,與糧食安全密切相關(guān),具體包括堆積石線、等高耕作、修建魚(yú)鱗坑和梯田、進(jìn)行地表覆蓋等措施。生態(tài)補(bǔ)償?shù)姆秶鷦t涉及較廣,在森林、水資源和礦產(chǎn)開(kāi)發(fā)等領(lǐng)域均有體現(xiàn),主要包括退耕還林、天然林保護(hù)、小流域綜合治理、種植結(jié)構(gòu)調(diào)整、生態(tài)移民、水污染防治和水土保持等措施。

b. 運(yùn)作方式方面。綠水信貸以市場(chǎng)為主導(dǎo),通過(guò)下游水用戶向上游農(nóng)戶直接提供貨幣補(bǔ)償?shù)姆绞竭\(yùn)行,最終落實(shí)到農(nóng)戶的耕作方式上。而中國(guó)的生態(tài)補(bǔ)償措施則以市場(chǎng)為主導(dǎo),一般通過(guò)財(cái)政轉(zhuǎn)移支付的方式運(yùn)作,最終落實(shí)到工程項(xiàng)目上。

c. 優(yōu)勢(shì)方面。綠水管理能夠利用模型進(jìn)行效益量化,并且能夠理清補(bǔ)償雙方的關(guān)系。以政府為主導(dǎo)的生態(tài)補(bǔ)償措施則能夠保證其順利實(shí)施,并且便于進(jìn)行區(qū)域管理。

d. 存在的問(wèn)題。綠水管理機(jī)制的實(shí)施需要收集大量的水文、土壤等信息,大面積推廣和應(yīng)用會(huì)受到資料制約。另外,在說(shuō)服下游水用戶認(rèn)可上游農(nóng)戶綠水管理措施產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)和生態(tài)效應(yīng)方面還存在諸多難處。同樣,生態(tài)補(bǔ)償措施也存在一些問(wèn)題,例如補(bǔ)償措施的實(shí)施效果難以量化評(píng)估,以政府為指導(dǎo)、缺乏市場(chǎng)參與,缺乏系統(tǒng)的生態(tài)補(bǔ)償框架,生態(tài)補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)不夠合理,以項(xiàng)目工程為主的補(bǔ)償方式缺乏可持續(xù)性,以及缺乏廣泛的公眾參與等。

因此,建議將綠水管理機(jī)制引入中國(guó)的生態(tài)補(bǔ)償機(jī)制,二者取長(zhǎng)補(bǔ)短,實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。

4 綠水管理機(jī)制的應(yīng)用

綠水管理機(jī)制是對(duì)水資源管理和傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)耕作方式的提升,這種以土壤水高效利用為核心的水資源管理模式在農(nóng)業(yè)節(jié)水、流域生態(tài)補(bǔ)償和流域水資源管理等方面具有廣闊的應(yīng)用前景,主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:

a. 在農(nóng)業(yè)節(jié)水領(lǐng)域,由于綠水管理措施采用增加降水入滲的耕作方式,可以有效提高作物的用水效率,對(duì)于干旱和半干旱地區(qū)的農(nóng)業(yè)發(fā)展具有重要意義。我國(guó)是季風(fēng)作用非常明顯的國(guó)家,而且地理環(huán)境、氣候條件差異很大,綠水資源的時(shí)空過(guò)程都有不同特點(diǎn),因此在管理方式和途徑上都存在差別。針對(duì)濕潤(rùn)多雨地區(qū),重點(diǎn)開(kāi)展能夠有效控制土壤流失和農(nóng)業(yè)面源污染的綠水管理措施,同時(shí)結(jié)合小流域綜合治理等措施,增加生產(chǎn)性綠水在區(qū)域水資源總量中的比重;針對(duì)干旱和半干旱地區(qū),重點(diǎn)開(kāi)展能夠有效增加植被蒸騰、減少無(wú)效蒸發(fā)的綠水管理措施,通過(guò)綠水管理緩解因降水年內(nèi)分配不均引起的水資源短缺。

b. 在流域生態(tài)補(bǔ)償領(lǐng)域,綠水管理在生態(tài)補(bǔ)償機(jī)制的探索和生態(tài)補(bǔ)償措施的效果評(píng)估兩方面發(fā)揮重要作用。一是綠水信貸的實(shí)施可以探索出一種以市場(chǎng)為主導(dǎo)的生態(tài)補(bǔ)償模式,在流域上下游之間建立起一種基于補(bǔ)償關(guān)系的溝通橋梁。由下游水用戶向上游農(nóng)戶提供小額和定期付款,可使這些農(nóng)戶采取可持續(xù)的土地和水管理技術(shù)措施;同時(shí),也可使他們收入多樣化,幫助他們擺脫貧困;二是綠水管理的效益評(píng)估模式可以用來(lái)量化評(píng)估我國(guó)生態(tài)補(bǔ)償措施的實(shí)施效果。我國(guó)以小流域綜合治理為代表的生態(tài)補(bǔ)償措施,包含了水土保持農(nóng)業(yè)耕作措施、林草措施等內(nèi)容,與修筑梯田、地表覆蓋和等高耕作等綠水管理措施具有極大的相似性。因此,利用綠水管理措施的效益評(píng)估模式來(lái)量化以小流域綜合治理為代表的生態(tài)補(bǔ)償措施,具有較大的可行性。

c. 在水資源管理領(lǐng)域,在豐富水資源評(píng)價(jià)內(nèi)容和指導(dǎo)流域規(guī)劃方面具有一定的發(fā)展空間。一是“綠水”概念使人類跳出了傳統(tǒng)水資源定義的禁錮,能夠在更廣義的水資源范疇內(nèi)思考水資源的可持續(xù)利用問(wèn)題。這是人類對(duì)水資源認(rèn)識(shí)上的一個(gè)重要突破,也是對(duì)“綠水”未來(lái)在全球發(fā)展的最大意義所在。因此,綠水和綠水管理概念的提出是對(duì)傳統(tǒng)水資源管理理念的豐富和革新,將傳統(tǒng)水資源范疇由藍(lán)水拓寬到綠水,綠水資源評(píng)價(jià)將更加豐富傳統(tǒng)水資源評(píng)價(jià)的內(nèi)容;二是綠水管理與評(píng)估模式可以用來(lái)指導(dǎo)流域水資源保護(hù)、水土保持和水污染防治規(guī)劃。綠水管理能夠在水源涵養(yǎng)、水土保持和面源污染控制等方面起到很好的效果。因此,可以利用綠水管理模式來(lái)指導(dǎo)流域的相關(guān)規(guī)劃,在進(jìn)行規(guī)劃時(shí)預(yù)先通過(guò)綠水管理措施的效益評(píng)估來(lái)預(yù)測(cè)和指導(dǎo)規(guī)劃的相關(guān)具體內(nèi)容。三是綠水管理機(jī)制的應(yīng)用可以與國(guó)家和地區(qū)的虛擬水戰(zhàn)略聯(lián)系起來(lái)，從提高虛擬水利用效率的角度，緩解因藍(lán)水資源缺乏導(dǎo)致的經(jīng)濟(jì)發(fā)展瓶頸問(wèn)題。

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