黃河中下游地區(qū)耐旱作物擴(kuò)種的節(jié)水降碳協(xié)同效應(yīng)評價

關(guān)鍵詞：耐旱作物；情景分析；節(jié)水效應(yīng)；降碳效應(yīng)；黃河中下游

中圖分類號：ＴＶ９３ 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：Ａ ｄｏｉ：１０．３９６９／ ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－１３７９．２０２４．０９．０１１

引用格式：鄧祥征，高云霄，程偉，等．黃河中下游地區(qū)耐旱作物擴(kuò)種的節(jié)水降碳協(xié)同效應(yīng)評價［Ｊ］．人民黃河，２０２４，４６（９）：７４－８２．

０引言

氣候變化和水資源短缺已成為全球農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展面臨的重大挑戰(zhàn)，發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè)是保障糧食安全的重要途徑［１］ 。聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會（ＩＰＣＣ）第六次評估報(bào)告指出，極端干旱事件發(fā)生頻率將顯著提高，嚴(yán)重影響全球農(nóng)業(yè)生產(chǎn)［２］ 。國際學(xué)術(shù)界認(rèn)為，發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè)是應(yīng)對氣候變化和水資源短缺的關(guān)鍵策略［３－４］ 。相關(guān)研究表明，在氣候變化的影響下，干旱地區(qū)加速擴(kuò)張對全球農(nóng)業(yè)生產(chǎn)構(gòu)成潛在威脅［５］ ；同時，灌溉活動顯著影響地表水和地下水資源，合理調(diào)控灌溉用水對緩解水資源短缺至關(guān)重要［６］ 。不少研究從技術(shù)創(chuàng)新、制度優(yōu)化、利益相關(guān)者參與等多個維度提出節(jié)水農(nóng)業(yè)發(fā)展的理論方法［７］ ，為其發(fā)展提供了支持。

我國不少地區(qū)缺水嚴(yán)重，特別是作為重要糧食主產(chǎn)區(qū)的黃河流域，亟須實(shí)施有效的節(jié)水措施以支撐糧食生產(chǎn)和生態(tài)保護(hù)。我國人均水資源占比僅為世界平均水平的１／４，其中農(nóng)業(yè)用水占比超過６０％，亟須加強(qiáng)水資源管理［８－９］ 。黃河流域糧食產(chǎn)量占全國的３０％，農(nóng)業(yè)用水量占全國農(nóng)業(yè)用水總量的２３％，但人均水資源量不足全國平均水平的３０％。黃河流域農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的水足跡評估發(fā)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)是水資源消耗的主要原因之一［１０－１１］ 。近年來，黃河局部區(qū)段斷流嚴(yán)重威脅區(qū)域農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)安全，迫切需要實(shí)施節(jié)水措施［１２］ 。研究表明，優(yōu)化灌溉方式和調(diào)整種植結(jié)構(gòu)是提高農(nóng)業(yè)用水效率的有效舉措［１３－１４］ 。此外，有研究基于水文模型和情景分析，探討了提高灌溉效率、調(diào)整種植制度等農(nóng)業(yè)節(jié)水措施在黃河流域的應(yīng)用潛力［１５］ 。然而，目前尚缺乏對具體節(jié)水技術(shù)的系統(tǒng)評估和優(yōu)化配置。

擴(kuò)種耐旱作物是干旱半干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)節(jié)水的重要途徑，具有顯著的節(jié)水增產(chǎn)效益。研究表明，氣候變化對中國不同區(qū)域作物產(chǎn)量的影響存在顯著差異，發(fā)展適應(yīng)性強(qiáng)的耐旱作物對保障糧食生產(chǎn)至關(guān)重要［１６－１７］ 。耐旱作物具有發(fā)達(dá)的根系和較高的水分利用效率等特性，能更好地適應(yīng)干旱環(huán)境［１８－１９］ 。田間試驗(yàn)證實(shí)，種植耐旱作物可使灌溉用水量減少３０％ ～５０％，水分利用效率提高１ ～２ 倍［２０］ 。區(qū)域尺度的研究發(fā)現(xiàn)，大面積推廣種植耐旱作物，可顯著緩解農(nóng)業(yè)用水壓力，保障糧食生產(chǎn)［２１］ ；近期研究進(jìn)一步揭示了耐旱作物的節(jié)水機(jī)理，為因地制宜配置耐旱作物提供了科學(xué)依據(jù)［２２］ 。因此，發(fā)展耐旱作物可以顯著提高農(nóng)業(yè)水資源利用效率，保障區(qū)域糧食生產(chǎn)和生態(tài)安全。

“雙碳”目標(biāo)為發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè)提供了新的機(jī)遇和動力，擴(kuò)種耐旱作物在減排固碳方面具有重要作用。農(nóng)業(yè)活動導(dǎo)致的溫室氣體排放量占全球總排放量的１２％［２３］ ，節(jié)水灌溉、保護(hù)性耕作等措施可顯著降低農(nóng)田溫室氣體排放強(qiáng)度［２４］ 。有研究評估了土地利用變化對中國黃淮海平原溫室氣體凈排放的影響，發(fā)現(xiàn)農(nóng)田管理措施的優(yōu)化可有效降低農(nóng)業(yè)碳排［２５］ ；同時，耐旱作物根系分泌物可促進(jìn)土壤碳固定，提高農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳匯功能［２６］ 。在“雙碳”背景下推廣種植耐旱作物，有利于減緩農(nóng)業(yè)溫室氣體排放，提升農(nóng)田固碳能力。

本研究基于不同作物差異化的節(jié)水降碳機(jī)制，設(shè)計(jì)了多種耐旱作物擴(kuò)種情景，評估了黃河中下游地區(qū)不同耐旱作物擴(kuò)種規(guī)模下的節(jié)水與降碳協(xié)同效應(yīng)；同時，將耐旱作物種植與農(nóng)業(yè)節(jié)水降碳雙重目標(biāo)相結(jié)合，豐富了節(jié)水農(nóng)業(yè)研究內(nèi)涵，拓展了情景分析方法的應(yīng)用場景，以期為黃河流域節(jié)水農(nóng)業(yè)發(fā)展規(guī)劃布局、政策制定和“雙碳”目標(biāo)實(shí)現(xiàn)提供科學(xué)參考。

１研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來源

１．１研究區(qū)概況

本研究選取黃河中下游甘肅、寧夏、陜西、內(nèi)蒙古、山西、河南、山東七?。▍^(qū)）的２６４ 個縣級單元，總面積為４２．９ 萬ｋｍ^２。黃河中下游地區(qū)地形以高原和平原為主，地勢為西高東低，水系較為發(fā)達(dá)。在各土地利用類型中，耕地和草地約占總面積的７０．６％，水域面積不足２．０％。２０２０ 年《中國水資源公報(bào)》顯示，黃河流域降水量為５０７．３ ｍｍ，水資源量為９１７．４ 億ｍ^３，農(nóng)業(yè)用水量為２６２．６ 億ｍ^３、占總用水量的６６．９％。黃河流域農(nóng)業(yè)用水量集中在上游，中游和下游所占比例較低，但中下游人口更加密集，對水資源的需求量較大。另外，據(jù)中國碳核算數(shù)據(jù)庫（ＣＥＡＤｓ）統(tǒng)計(jì)，在過去的２０多年中，黃河流域ＣＯ 排放量顯著增加，其中黃河中下游地區(qū)為主要增長區(qū)域。因此，在黃河中下游研究耐旱作物擴(kuò)種的多重效應(yīng)，對實(shí)現(xiàn)該地區(qū)節(jié)水農(nóng)業(yè)的發(fā)展具有重要意義。

１．２數(shù)據(jù)來源

本研究所用２０１０—２０２０ 年各類作物種植面積源于ＳＰＡＭ（Ｓｐａｔｉａｌ Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ Ａｌｌｏｃａｔｉｏｎ Ｍｏｄｅｌ）數(shù)據(jù)集，水資源數(shù)據(jù)源于各地區(qū)水資源公報(bào)和《中國水資源公報(bào)》，農(nóng)作物系數(shù)和生育期參考聯(lián)合國糧農(nóng)組織數(shù)據(jù)庫，２０１０—２０１９ 年黃河中下游地區(qū)農(nóng)作物種植碳排放強(qiáng)度縣域數(shù)據(jù)源于Ｌｉ 等［２７］ 的研究成果，歷史與未來情景碳排放數(shù)據(jù)源于Ｍｅｉｎｓｈａｕｓｅｎ 等［２８］ 的研究成果，土地利用數(shù)據(jù)源于中國科學(xué)院資源環(huán)境數(shù)據(jù)中心（ｈｔｔｐｓ：／／ ｗｗｗ．ｒｅｓｄｃ．ｃｎ），ＤＥＭ 數(shù)據(jù)源于地理空間數(shù)據(jù)云（ｈｔｔｐｓ：／／ ｗｗｗ．ｇｓｃｌｏｕｄ．ｃｎ／ ）。

２研究方法

２.１農(nóng)業(yè)節(jié)水潛力修正模型

參考已有研究成果［２９－３０］ ，本研究從農(nóng)作物需水量視角計(jì)算了農(nóng)業(yè)節(jié)水潛力。在農(nóng)業(yè)節(jié)水潛力模型中，通過計(jì)算農(nóng)作物生長過程中的需水量、凈灌溉需水量、毛灌溉需水量，得到了農(nóng)作物的灌溉需水量。農(nóng)業(yè)節(jié)水潛力則通過現(xiàn)狀年的灌溉需水量減去情景設(shè)定年的灌溉需水量獲得。本研究引入月有效降水量［３１］ 對凈灌溉需水量進(jìn)行修正，以提高模型的準(zhǔn)確性。本研究設(shè)定現(xiàn)狀年為２０２０年， 情景設(shè)定年為２０３０年、２０６０年。

２.３耐旱作物選取

主要糧食作物和經(jīng)濟(jì)作物在正常年景、較干旱、極端干旱情景下，其生長周期的需水量存在較大差異（見表１）。黃河流域中下游地區(qū)總體處于干旱少雨、蒸發(fā)量大的氣候環(huán)境，作物生長環(huán)境與較干旱情景類似，主要農(nóng)作物有小麥、玉米、大豆、馬鈴薯、棉花、蔬菜等。在較干旱情景下，燕麥的需水量為３００～４００ ｍｍ，高粱和馬鈴薯需水量為３５０ ～５００ ｍｍ，小麥、大豆、花生、煙葉的需水量為４００ ～ ５５０ ｍｍ，玉米的需水量為４５０～６００ ｍｍ。本研究將小麥、玉米作為耐旱作物，馬鈴薯作為日常主糧具有較強(qiáng)的耐旱性，同樣選為本研究的研究對象；另外，考慮到高粱的強(qiáng)耐旱性和作為酒產(chǎn)業(yè)的重要原料，將其納入本研究的耐旱作物。綜上，本研究選取的耐旱作物為小麥、玉米、高粱、馬鈴薯，其中玉米和高粱為Ｃ４ 作物、小麥和馬鈴薯為Ｃ３ 作物。Ｃ４ 作物是指ＣＯ 同化的最初產(chǎn)物為蘋果酸或天門冬氨酸的植物，而Ｃ３ 作物為ＣＯ同化的最初產(chǎn)物為光合碳循環(huán)中的三碳化合物３－磷酸甘油酸的植物，二者最大的區(qū)別是光合作用機(jī)制不同。

２．４耐旱作物節(jié)水降碳協(xié)同效應(yīng)機(jī)制

本研究以玉米和小麥為例，就其節(jié)水降碳機(jī)制進(jìn)行解析。玉米通過高效的光合作用在氣孔開放較短時間內(nèi)完成光合作用，因而水分蒸騰損失較少，通過氣孔調(diào)節(jié)在高溫干旱條件下可有效減少水分散失，通過蠟質(zhì)葉面減少水分蒸發(fā)以及通過發(fā)達(dá)的根系結(jié)構(gòu)吸收深層土壤中的水分。

在降碳機(jī)制上，玉米通過高效的Ｃ４ 光合作用途徑提高碳固定速率；通過在束鞘細(xì)胞內(nèi)隔離Ｏ 減少光呼吸帶來的碳損失；通過高光合效率和生長速率快速積累生物量，固定更多的ＣＯ；通過深根系統(tǒng)將大氣中的碳固定在更深的土壤層中，減少碳的再釋放。

在節(jié)水機(jī)制上，小麥通過高效水分利用，即根系較深能吸收深層土壤水分，調(diào)節(jié)氣孔開閉，因而水分蒸騰損失較少、水分利用效率較高；通過葉片的角度和結(jié)構(gòu)減少暴露在陽光下的面積以及葉片表面的蠟質(zhì)層減少水分蒸發(fā)；通過根系分泌物改善土壤結(jié)構(gòu)，增加土壤有機(jī)質(zhì)含量，提高土壤保水能力，從而保持土壤中的水分和養(yǎng)分。在降碳機(jī)制上，小麥通過高效的光合作用固定ＣＯ，產(chǎn)生的有機(jī)碳儲存在根系、莖稈和籽粒中，從而減少大氣中的ＣＯ。

２．５情景設(shè)計(jì)

根據(jù)黃河中5b9b1579a9975966022c76d442d25deaa778f01286e22e8a90b7e39ffb87edb5下游作物種植的實(shí)際情況和耐旱作物全面推廣的技術(shù)與政策，以及共享社會經(jīng)濟(jì)路徑（Ｓｈａｒｅｄ Ｓｏｃｉｏ?ｅｃｏｎｏｍｉｃ Ｐａｔｈｗａｙｓ，ＳＳＰｓ）與典型濃度路徑（Ｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｖｅ Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ Ｐａｔｈｗａｙｓ，ＲＣＰｓ） 聯(lián)合情景框架的未來氣候數(shù)據(jù)，本研究設(shè)計(jì)了趨勢照常、緩慢增長、技術(shù)引導(dǎo)、政策扶持４ 種情景。在趨勢照常情景下，選取了ＲＣＰ８．５ 和ＳＳＰ２ 的組合情景，此情景為參考情景，節(jié)水率和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)碳減排比例均為５％。在緩慢增長情景下，選用了ＲＣＰ４．５ 和ＳＳＰ２ 的組合情景，該情景下耐旱作物表現(xiàn)為小幅增量推廣，節(jié)水率和降碳率均為１０％。在技術(shù)引導(dǎo)情景下，選取了ＲＣＰ４．５和ＳＳＰ１ 的組合情景，該情景依托技術(shù)進(jìn)步，大量擴(kuò)種耐旱、節(jié)水、減少碳排放的品種，實(shí)現(xiàn)節(jié)水率和降碳率均為３０％。在政策扶持情景下，選用了ＲＣＰ８．５ 和ＳＳＰ１ 的組合情景，該情景充分利用政策扶持，實(shí)施技術(shù)引導(dǎo)、政策支持及補(bǔ)貼等，節(jié)水率和降碳率均達(dá)最高值３５％。

３結(jié)果分析

３．１耐旱作物種植面積

黃河中下游地區(qū)耐旱作物種植面積在作物、時序以及?。▍^(qū)） 之間均呈現(xiàn)出顯著的差異性（見表２）。２０１０ 年，小麥、玉米的種植面積分別達(dá)到４１６．２７ 萬、４１１．７１ 萬ｈｍ２，在總種植面積中占據(jù)絕對優(yōu)勢。從各?。▍^(qū)）情況來看，陜西的小麥、玉米種植面積最大，河南和山西次之。到２０２０ 年，盡管小麥、玉米的總種植面積略有下降，但仍然維持在３４６．６７ 萬、４０９．５６ 萬ｈｍ^２。值得注意的是，陜西的種植面積顯著下降，而河南和山西則有所增長。高粱和馬鈴薯的種植規(guī)模相對較小。在七?。▍^(qū)）中，山西的高粱種植面積最大，甘肅和陜西的馬鈴薯種植面積位居前兩位。由表２分析得出，小麥和玉米在黃河中下游占據(jù)了主要地位，而高粱和馬鈴薯占比較低，且四者均呈下降趨勢。

３．２耐旱作物種植用水量變化

２０１０—２０２０年，黃河中下游各省（區(qū)）的耐旱作物種植用水量變化情況見圖１。山西的用水量從２０１０年的８４．４７ 億ｍ^３上升至２０２０年的９４．０８ 億ｍ^３，這反映了山西在這時期農(nóng)業(yè)發(fā)展速度較快；內(nèi)蒙古、山東的用水量略有下降，總體分別維持在１２ 億、５８ 億ｍ^３ 左右；河南的用水量變化較大，從２０１０ 年的７６．８１ 億ｍ^３上升到２０２０ 年的１０４．５０ 億ｍ^３；陜西則與河南相反，２０２０年的用水量顯著減少，可能與其農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)調(diào)整或用水效率提升有關(guān)。黃河中下游各省（區(qū)）總體用水量由２０１０年的４６７．９８ 億ｍ^３降為２０２０ 年的４３８．６２億ｍ^３，可能原因是作物種植面積減少以及廣泛技術(shù)進(jìn)步與管理優(yōu)化。

３．３黃河中下游地區(qū)作物種植碳排放變化

圖２ 展示了２０１５年與２０２０年黃河中下游各?。▍^(qū)）農(nóng)作物種植的碳排放強(qiáng)度［各?。▍^(qū)）碳排放強(qiáng)度以箱線圖形式展示，箱線圖中的點(diǎn)表示縣域碳排放強(qiáng)度］。２０２０年，黃河中下游作物種植碳排放強(qiáng)度在省與省之間存在顯著差異。河南一直是碳排放強(qiáng)度最高的省份，顯示出該省農(nóng)業(yè)活動對碳排放的顯著影響，可能源于該地區(qū)高強(qiáng)度的農(nóng)業(yè)活動，包括大面積的作物種植和高投入的農(nóng)業(yè)管理措施，例如化肥和農(nóng)藥的使用，都可能導(dǎo)致碳排放的增加；相比之下，內(nèi)蒙古、甘肅和寧夏的碳排放強(qiáng)度較低，原因是采用了較為傳統(tǒng)和低強(qiáng)度的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式。

３．４不同情景下耐旱作物擴(kuò)種面積

在４ 種耐旱作物擴(kuò)種情景下，黃河中下游各?。▍^(qū)）的玉米、小麥、高粱、大豆在２０３０ 年呈現(xiàn)出差異化的擴(kuò)種速度，其中馬鈴薯的增長幅度最大，其次是高粱、小麥和玉米［見圖３（ａ） ～圖３（ｄ）］。在趨勢照常情景下，甘肅、陜西的馬鈴薯種植面積分別為２４．３２萬、２２．０５萬ｈｍ^２；在緩慢增長情景下，各?。▍^(qū)）的耐旱作物種植面積呈小幅度增長；在技術(shù)引導(dǎo)情景下，玉米、小麥的種植面積占據(jù)了絕對優(yōu)勢，分別為４１５．３４萬、３５４．３７ 萬ｈｍ^２；在政策支持情景下，玉米、小麥、高粱、馬鈴薯的總種植面積分別為４１８．２３ 萬、３５８．２３ 萬、２１．４８ 萬、９５．１０ 萬ｈｍ^２，相較２０２０ 年，均有大幅度的提升。通過不同情景的對比，可以看出技術(shù)引導(dǎo)和政策支持對耐旱作物種植的顯著影響，為作物種植合理布局的重要因素。

相比２０３０年，黃河中下游各省（區(qū)）在２０６０ 年耐旱作物的種植面積均有顯著增加，其中馬鈴薯的增長幅度仍然是最大的［見圖３（ｅ） ～圖３（ｈ）］。在趨勢照常情景下，甘肅、陜西的馬鈴薯種植面積分別為２４．３８萬、２２．４９ 萬ｈｍ^２；在緩慢增長情景下，陜西的馬鈴薯種植面積也突破了２４．００ 萬ｈｍ^２；在技術(shù)引導(dǎo)情景下，馬鈴薯的總種植面積突破了１００ 萬ｈｍ^２，其中陜西種植面積最大；在政策支持情景下，玉米、小麥、高粱、馬鈴薯的總種植面積分別為４２６．８９ 萬、３６９．７９ 萬、３８．８２萬、１１５．３３ 萬ｈｍ^２，相比２０２０ 年分別增長了１７．３４ 萬、２３．１２ 萬、３４．６８ 萬、４０．４５ 萬ｈｍ^２，這說明在應(yīng)對干旱和氣候變化的背景下，耐旱作物的種植在未來農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中將占據(jù)越來越重要的位置，對區(qū)域糧食和水資源安全、居民收入增長以及氣候變化具有重要影響。

３．５不同情景下耐旱作物擴(kuò)種的節(jié)水效應(yīng)

黃河中下游各省（區(qū)）２０３０年、２０６０年作物節(jié)水潛力見表３。２０３０年，在趨勢照常、緩慢增長、技術(shù)引導(dǎo)、政策扶持４ 種情景下的節(jié)水量分別為１５．３５ 億、３０．７０億、９２．１１ 億、１０７．４６ 億ｍ^３，陜西、河南的節(jié)水潛力較大。到２０６０ 年，這４ 種情景下的節(jié)水量進(jìn)一步提升，分別為２１．９３ 億、４３．８６ 億、１３１．５９ 億、１５３．５２ 億ｍ^３，除陜西、河南兩省外，其他?。▍^(qū)）如山東、山西和甘肅也展現(xiàn)了顯著的節(jié)水潛力。通過技術(shù)引導(dǎo)和政策扶持，顯著提高了節(jié)水效率，尤其是在用水量較大?。▍^(qū)）。有效的節(jié)水措施對于實(shí)現(xiàn)水資源的可持續(xù)利用和農(nóng)業(yè)發(fā)展至關(guān)重要，不僅大幅減少用水量，而且能為未來水資源管理提供可靠依據(jù)和支持。

不同情景下，黃河中下游各?。▍^(qū)）中不同縣域２０３０ 年耐旱作物擴(kuò)種的節(jié)水效果呈現(xiàn)出顯著的差異性，各?。▍^(qū)）節(jié)水潛力以箱線圖形式展示，箱線圖中的點(diǎn)表示縣域的節(jié)水量［見圖４（ａ） ～４（ｄ）］。在趨勢照常情景下，河南、山東的縣域節(jié)水量平均值均較大，分別為８．９２×１０^６、８．２９×１０^６ｍ^３。緩慢增長情景下，整體節(jié)水量有所增加。技術(shù)引導(dǎo)情景下，節(jié)水量顯著增加，山西、陜西縣域節(jié)水量平均值分別為２．５１×１０^７、２．９２×１０^７ｍ^３，甘肅和寧夏節(jié)水量分布均勻。在政策扶持情景下，節(jié)水量達(dá)到最高水平，河南和山東的縣域節(jié)水量均值約為６×１０^７ｍ^３，其他?。▍^(qū)）的縣域節(jié)水量也呈現(xiàn)顯著的提升?？傮w來看，政策扶持情景下節(jié)水效果最為顯著，技術(shù)引導(dǎo)情景表明技術(shù)創(chuàng)新在節(jié)水方面的潛力巨大，而緩慢增長情景實(shí)現(xiàn)了小幅度的節(jié)水效果，趨勢照常情景的節(jié)水量最少。

黃河中下游地區(qū)２０６０年耐旱作物擴(kuò)種的節(jié)水效果相比２０３０年更加顯著［見圖４（ｅ） ～４（ｈ）］。在趨勢照常情景下，河南和山東的縣域節(jié)水量平均值均較大，分別為１．３３×１０^７ｍ^３和１．２３×１０^７ｍ^３，而河南的縣域節(jié)水量分布較為分散。在緩慢增長情景下，同樣各縣域的整體節(jié)水量有所增加，河南和山東的節(jié)水量仍舊較大。技術(shù)引導(dǎo)情景下，節(jié)水量顯著增加，山東和河南的縣域節(jié)水量平均值均超過了７×１０^７ ｍ^３，表現(xiàn)出較大的節(jié)水潛力，甘肅和寧夏的縣域節(jié)水量分布較為均勻，且大部分縣域節(jié)水量較大。政策扶持情景下，節(jié)水量達(dá)到最高水平，河南、山東的縣域節(jié)水量平均值分別為０．９億、０．８ 億ｍ^３左右，表現(xiàn)出顯著的節(jié)水效果，內(nèi)蒙古、甘肅的縣域節(jié)水量分布較為集中，大部分縣域節(jié)水量較高?？傮w來看，技術(shù)引導(dǎo)和政策扶持情景下的節(jié)水效果較為顯著，表明通過技術(shù)進(jìn)步和政策支持可大幅提升耐旱作物擴(kuò)種的節(jié)水潛力，特別是在河南、山東節(jié)水效果尤為顯著。

３．６不同情景下耐旱作物擴(kuò)種的降碳效應(yīng)

２０３０年、２０６０年黃河中下游各?。▍^(qū)）在不同情景下的作物種植降碳潛力見表４。河南在所有情景下的降碳潛力均為最大，表明該省在減排方面有顯著的潛力。在趨勢照常和緩慢增長情景下，河南的降碳潛力相對于其他?。▍^(qū)）為最大，這可能與河南的農(nóng)業(yè)活動密集有關(guān)，從而在減排措施實(shí)施后顯現(xiàn)出更大的降碳效果。隨著情景從趨勢照常和緩慢增長轉(zhuǎn)變?yōu)榧夹g(shù)引導(dǎo)和政策扶持，河南和其他省（區(qū)）的降碳潛力顯著增加。通過引入先進(jìn)農(nóng)業(yè)技術(shù)和實(shí)施有效政策措施，不僅可以顯著提高各?。▍^(qū)）的降碳潛力，而且能推動區(qū)域農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

２０３０年黃河中下游各?。▍^(qū)）不同情景下耐旱作物擴(kuò)種降碳潛力差異明顯［見圖５（ａ） ～圖５（ｄ）］，趨勢照常情景下河南的降碳潛力中位數(shù)約為１７ ｔ／ ｋｍ^２；山東降碳潛力中位數(shù)約為１２ ｔ／ ｋｍ^２，僅次于河南；山西、陜西的降碳潛力中位數(shù)分別約為３．２１、４．６１ ｔ／ ｋｍ^２；其他省（區(qū)）如內(nèi)蒙古、甘肅和寧夏的降碳潛力較低，中位數(shù)均在３．１２ ｔ／ ｋｍ^２以下。在技術(shù)引導(dǎo)情景下，河南、山東的降碳潛力都有所增加，中位數(shù)分別約為８６、６２ｔ／ ｋｍ^２；山西、陜西的降碳潛力中位數(shù)分別約為１６、２３ｔ／ ｋｍ^２；其他?。▍^(qū)）的降碳潛力同時也有所增加，范圍為１２～１６ ｔ／ ｋｍ^２。在政策扶持情景下河南的降碳潛力中位數(shù)約為１１８ ｔ／ ｋｍ^２，山西、陜西的降碳潛力中位數(shù)范圍為２２～３２ ｔ／ ｋｍ^２。

２０６０年黃河中下游各?。▍^(qū)）不同情景下耐旱作物擴(kuò)種降碳潛力如圖５（ｅ） ～圖５（ｈ）所示。在趨勢照常情景下，河南的降碳潛力中位數(shù)為２４ ｔ／ ｋｍ^２，是７ 個?。▍^(qū)）中最高的；山東的降碳潛力次之，中位數(shù)約為１７ ｔ／ ｋｍ^２；山西、陜西的降碳潛力中位數(shù)分別約為４．５２、６．４２ ｔ／ ｋｍ^２；其他?。▍^(qū)）如內(nèi)蒙古、甘肅和寧夏的降碳潛力中位數(shù)均在４．５１ ｔ／ ｋｍ^２ 以下。在技術(shù)引導(dǎo)情景下，河南的降碳潛力顯著增加、中位數(shù)約為８２ ｔ／ ｋｍ^２，陜西的降碳潛力中位數(shù)約為２２ｔ／ ｋｍ^２。在政策扶持情景下，河南的降碳潛力中位數(shù)顯著增加到１６６ ｔ／ ｋｍ^２，同時山西、陜西的降碳潛力提高到３１～４５ ｔ／ ｋｍ^２。

４結(jié)論與建議

４．１結(jié)論

總體來看，２０１０—２０２０ 年黃河中下游各?。▍^(qū)）小麥和玉米面積減少趨勢明顯。未來情景分析顯示，在技術(shù)引導(dǎo)和政策扶持下，耐旱作物種植面積將顯著增加，特別是馬鈴薯和高粱；在政策扶持情景下，２０６０ 年小麥、玉米、高粱、馬鈴薯的擴(kuò)種規(guī)模分別為２３．１２ 萬、１７．３４ 萬、３４．６８ 萬、４０．４５ 萬ｈｍ^２。

２０１０—２０２０ 年，黃河中下游地區(qū)作物種植用水量存在顯著變化。河南用水量增加顯著，而陜西用水量顯著減少。技術(shù)引導(dǎo)和政策扶持情景下的節(jié)水潛力顯著提升，２０６０ 年，政策扶持情景下的節(jié)水潛力可達(dá)１５３．５２ 億ｍ^３。河南、山東的縣域節(jié)水潛力平均值一直保持較高水平，在２０６０ 年的政策扶持情景下分別為０．９億、０．８ 億ｍ^３左右。

２０１５年、２０２０年黃河中下游作物種植的碳排放強(qiáng)度顯示，河南碳排放強(qiáng)度最高。在政策扶持情景下的降碳潛力最大，２０３０ 年、２０６０ 年的碳減排量均值分別達(dá)到４６．７０、６５．９３ ｔ／ ｋｍ^２。在技術(shù)引導(dǎo)和政策扶持情景下各?。▍^(qū)）的碳減排潛力顯著提升，河南的降碳潛力中位數(shù)最大，在２０６０年的政策扶持情景下增長至１６６ｔ／ ｋｍ^２。

４．２建議

１）提升農(nóng)業(yè)灌溉技術(shù)與管理。加強(qiáng)對先進(jìn)節(jié)水灌溉技術(shù)的研發(fā)和推廣，鼓勵農(nóng)民使用高效灌溉設(shè)備，如滴灌和噴灌；推動農(nóng)業(yè)水資源的精準(zhǔn)管理，通過物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)對農(nóng)田土壤濕度、耐旱作物需水量等參數(shù)的實(shí)時監(jiān)測和動態(tài)調(diào)控；建立健全農(nóng)田灌溉管理制度，規(guī)范黃河中下游灌溉用水行為，提高灌溉水利用效率。

２）推廣適應(yīng)性強(qiáng)的耐旱作物。制定耐旱作物種植的技術(shù)規(guī)范和推廣方案，鼓勵農(nóng)民大面積種植高效耐旱作物；提供優(yōu)質(zhì)種子和配套種植技術(shù)服務(wù)，確保耐旱作物的種植效益；組織農(nóng)業(yè)技術(shù)培訓(xùn)，提升農(nóng)民對耐旱作物種植技術(shù)的掌握和應(yīng)用能力；建立耐旱作物種植示范基地，通過示范帶動周邊地區(qū)的推廣種植，提升區(qū)域耐旱作物種植面積和覆蓋率，從而實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)節(jié)水和碳減排的雙重效益。

３）優(yōu)化農(nóng)業(yè)政策支持體系。政府應(yīng)加大對耐旱作物種植的資金投入，設(shè)立專項(xiàng)資金用于支持耐旱作物的研發(fā)、推廣和技術(shù)培訓(xùn)；制定優(yōu)惠政策，如提供種子和設(shè)備補(bǔ)貼、減免種植貸款利息等，降低農(nóng)民的種植成本和風(fēng)險(xiǎn)；建立節(jié)水和降碳獎勵機(jī)制，對在耐旱作物種植中表現(xiàn)突出的農(nóng)戶和地區(qū)進(jìn)行表彰和獎勵，激勵更多農(nóng)民參與耐旱作物的種植。