吳炳方 閆娜娜 曾紅偉 蔣禮平 朱偉偉

1 中國(guó)科學(xué)院遙感與數(shù)字地球研究所數(shù)字地球重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 北京 100101

2 世界銀行北京代表處 北京 100004

節(jié)水灌溉農(nóng)業(yè)的空間認(rèn)知與建議*

吳炳方1閆娜娜1曾紅偉1蔣禮平2朱偉偉1

1 中國(guó)科學(xué)院遙感與數(shù)字地球研究所數(shù)字地球重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 北京 100101

2 世界銀行北京代表處 北京 100004

水資源危機(jī)已經(jīng)嚴(yán)重阻礙了社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。作為耗水大戶的農(nóng)業(yè)，現(xiàn)在以及未來(lái)很長(zhǎng)時(shí)間都將面臨“以較少的水資源消耗生產(chǎn)更多糧食”的艱巨任務(wù)。自1980 年以來(lái)，我國(guó)節(jié)水灌溉農(nóng)業(yè)發(fā)展迅速，農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉措施的實(shí)施極大地減少了農(nóng)業(yè)灌溉取用水量，顯著提高了灌溉效率，然而水資源危機(jī)并沒(méi)有得到緩解，流域地下水水位持續(xù)下降的趨勢(shì)并未得到遏制，這一現(xiàn)狀使人們不得不重新審視節(jié)水農(nóng)業(yè)存在的問(wèn)題。文章從水資源消耗的視角，充分利用遙感技術(shù)在作物分布、蒸散發(fā)、產(chǎn)量空間格局和時(shí)間動(dòng)態(tài)變化監(jiān)測(cè)的優(yōu)勢(shì)，在區(qū)域尺度上認(rèn)識(shí)節(jié)水灌溉農(nóng)業(yè)發(fā)展中存在的問(wèn)題和面臨的挑戰(zhàn)，提出利益相關(guān)者參與式的“耗水管理”是節(jié)水高效農(nóng)業(yè)發(fā)展以及成功實(shí)施的必然途徑。

耗水管理，高效節(jié)水農(nóng)業(yè)，水分生產(chǎn)率，節(jié)水潛力

1 引言

中國(guó)淡水資源總量豐富，達(dá) 28 000 億 m3，但人均只有 2 200 m3，僅為世界平均水平的 1/4，是全球人均水資源最為貧乏的 13 個(gè)國(guó)家之一。我國(guó)水資源空間分布不均，北方的水資源只有南方的 1/4，資源性缺水以及不當(dāng)?shù)乃Y源開(kāi)發(fā)利用方式，引發(fā)了一系列社會(huì)、經(jīng)濟(jì)以及生態(tài)環(huán)境問(wèn)題。北方地區(qū)尤為嚴(yán)重，地下水超采、河流斷流、入海流量銳減，有些地區(qū)如華北地區(qū)出現(xiàn)地面沉降、海水入侵、河流納污能力減弱、水污染問(wèn)題進(jìn)一步惡化等一系列災(zāi)害和生態(tài)環(huán)境問(wèn)題，都嚴(yán)重地阻礙著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。

2011 年中央一號(hào)文件明確提出，實(shí)行最嚴(yán)格的水資源管理制度，建立用水總量控制、用水效率控制和水功能區(qū)限制納污“三項(xiàng)制度”，即水資源管理“三條紅線”，力圖緩解水資源過(guò)度利用與水污染產(chǎn)生的問(wèn)題。隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，工業(yè)、生活以及生態(tài)等行業(yè)用水需求將持續(xù)增加，水資源在行業(yè)間的競(jìng)爭(zhēng)將減少分配給農(nóng)業(yè)的水資源量。針對(duì)嚴(yán)峻的水資源現(xiàn)狀，為了有效緩解水資源緊張狀況，促進(jìn)流域水資源可持續(xù)利用，作為耗水大戶的農(nóng)業(yè)一直是節(jié)水的重點(diǎn)，期望以較少的水資源消耗生產(chǎn)更多的糧食，擔(dān)負(fù)著保障國(guó)家糧食安全的重任。

我國(guó)節(jié)水灌溉農(nóng)業(yè)發(fā)展至今，取得顯著成效的同時(shí)，也存在很多的問(wèn)題[1]。然而現(xiàn)有的管理方法和技術(shù)手段都不能很好地回答或者解決目前水資源危機(jī)帶來(lái)的問(wèn)題，亟需新的手段和技術(shù)方法的創(chuàng)新。在中科院知識(shí)創(chuàng)新工程重大項(xiàng)目“海河流域治理工程生態(tài)環(huán)境效應(yīng)遙感監(jiān)測(cè)與評(píng)估”課題和世界銀行環(huán)球基金“海河流域水資源與水環(huán)境綜合管理”項(xiàng)目支持下，經(jīng)過(guò)近 10 年對(duì)海河流域水資源問(wèn)題的研究提出了“耗水管理”理念[2,3]。耗水管理是對(duì)“供水管理”和“需水管理”的補(bǔ)充和完善，著眼于控制水資源的消耗量（ET），強(qiáng)調(diào)目標(biāo) ET 控制，通過(guò)減少耗水，提高水分生產(chǎn)率，實(shí)現(xiàn)水資源的可持續(xù)與高效利用。本文以海河流域?yàn)楸狈剿Y源問(wèn)題的典型代表區(qū)，基于耗水管理理念，從耗水的視角來(lái)審視節(jié)水農(nóng)業(yè)發(fā)展中存在的問(wèn)題，重新認(rèn)識(shí)流域節(jié)水所面臨的問(wèn)題和艱巨的挑戰(zhàn)，針對(duì)節(jié)水灌溉農(nóng)業(yè)發(fā)展提出對(duì)策及建議。

2 節(jié)水灌溉農(nóng)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

早在 20 世紀(jì) 60 年代，我國(guó)就開(kāi)始進(jìn)行了節(jié)水灌溉技術(shù)的研究和推廣。20 世紀(jì) 90 年代，隨著干旱缺水問(wèn)題的日趨嚴(yán)重，我國(guó)節(jié)水農(nóng)業(yè)開(kāi)始出現(xiàn)了加速發(fā)展的局面。目前，節(jié)水農(nóng)業(yè)的發(fā)展，已從小面積試點(diǎn)，轉(zhuǎn)向較大面積的集中連片；從田間節(jié)水，開(kāi)始轉(zhuǎn)向全面節(jié)水。近 10 年來(lái)節(jié)水農(nóng)業(yè)發(fā)展勁頭十足。

節(jié)水灌溉發(fā)展的資金投入來(lái)源包括國(guó)家和地方政府財(cái)政、銀行信貸、自籌資金以及國(guó)外資金等，其中，國(guó)家財(cái)政投入主要負(fù)責(zé)水源和干支渠渠道等骨干工程，信貸和自籌資金主要是由地方和農(nóng)戶投入用于末端節(jié)水灌溉工程。根據(jù)《全國(guó)水利發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)》數(shù)據(jù)，2004 年、2008 年水利建設(shè)投資總額分別 783.5 億元和 1 088.2 億元，其中用于灌溉的財(cái)政投入為 87.6 億元和 116.6 億元。2014 年全國(guó)水利建設(shè)投資總額高達(dá) 4 083.1 億元，灌區(qū)建設(shè)與改造 114 億元，小型農(nóng)田水利建設(shè) 378 億元。2000 年以來(lái)，我國(guó)在灌溉農(nóng)業(yè)發(fā)展的投入呈持續(xù)增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)，節(jié)水農(nóng)業(yè)的發(fā)展得到了國(guó)家的高度關(guān)注。

我國(guó)有灌溉條件的農(nóng)田約占耕地總面積的 47%[1]。當(dāng)前農(nóng)業(yè)灌溉面積比建國(guó)初期增加了近 3 倍，引水輸水以及井灌區(qū)建設(shè)和改造等節(jié)水灌溉工程大大減少了農(nóng)業(yè)灌溉中的輸水損失。截至 2010 年，節(jié)水灌溉工程面積達(dá) 4 億畝，渠道防滲控制灌溉面積占總節(jié)水灌溉面積的 42%，低壓管道輸水灌溉占 25%，噴灌約占 11%，微灌約占 8%，其他占 14%[4]。以海河流域?yàn)槔?，?1980 年以來(lái)農(nóng)田灌溉面積迅速增長(zhǎng)，目前總有效灌溉面積約為 1 億畝 , 占耕地總面積的 60%[5]。截至 2010 年，海河流域節(jié)水灌溉面積約有 6 000 萬(wàn)畝，超過(guò) 4 050 萬(wàn)畝耕地（灌溉面積的 37.2%）使用了渠道襯砌和管道配水技術(shù)，而 738 萬(wàn)畝耕地（灌溉面積的 7%）使用了滴灌和噴灌技術(shù)，主要應(yīng)用于果園和大棚[6]。

我國(guó)農(nóng)業(yè)用水量占總用水量的比重從 1980 的 88%，1993 年的 66% 降至 2009 年的 62%，單位面積用水量從494 立方米/畝回落到 459 立方米/畝[1,4]。2000 年以來(lái)全國(guó)農(nóng)業(yè)用水量基本平穩(wěn)，2014 年農(nóng)業(yè)用水量（約 3 870 億 m3）占總量的 63.5%。海河流域的農(nóng)業(yè)用水量趨勢(shì)與我國(guó)情況基本一致，自 1980 年以來(lái)農(nóng)業(yè)用水在波動(dòng)中呈逐步下降的趨勢(shì)，農(nóng)業(yè)用水高峰年出現(xiàn)在 1989 年，達(dá)到 335 億 m3。但 2000 年以后，農(nóng)業(yè)用水量一直保持在 300 億 m3以下[7]。據(jù)《海河流域水資源公報(bào)》，2000 年和 2014 年全流域總用水量分別為 398 億 m3和 370 億 m3，其中農(nóng)業(yè)用水量分別為 281 億 m3和 233 億 m3，占總用水量的 70% 和 63%。

節(jié)水灌溉發(fā)展使得我國(guó)灌溉水利用系數(shù)從 20 世紀(jì) 80 年代不足 0.3 提高到 2000 年的 0.44，2010 年進(jìn)一步提高到 0.50[1,8]。2011 年中央一號(hào)文件提出到 2020 年灌溉水利用系數(shù)提高到 0.55。由于節(jié)水灌溉工程建設(shè)，如渠道襯砌、低壓管道等建設(shè)減少了從水源到農(nóng)田輸水損失量，因此灌溉效率明顯提高。2010 年華北地區(qū)的灌溉水利用系數(shù)平均為 0.6，變化范圍在 0.5—0.9 之間，為我國(guó)灌溉水利用系數(shù)最高的區(qū)域。該區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，水資源問(wèn)題最為嚴(yán)重，國(guó)家和地方政府在該區(qū)域的節(jié)水灌溉資金投入相對(duì)較高。

3 節(jié)水灌溉農(nóng)業(yè)發(fā)展的認(rèn)識(shí)與思考

國(guó)家在節(jié)水灌溉農(nóng)業(yè)方向投入了大量資金，在減少用水量和提高灌溉效率方面的確取得了顯著的成效，但是同時(shí)也要正確看待由此導(dǎo)致的問(wèn)題。

3.1 地下水超采問(wèn)題沒(méi)有得到減緩，反而愈演愈烈

地下水是我國(guó)重要的灌溉水源，全國(guó)農(nóng)業(yè)灌溉地下水開(kāi)采量 666 億 m3，占全國(guó)農(nóng)田灌溉總用水量的19%；在地下水實(shí)際開(kāi)采量中，用于農(nóng)田灌溉的地下水開(kāi)采量占 54.3 %。但由于水資源地區(qū)分配不均，地下水開(kāi)采利用程度呈現(xiàn)明顯的地區(qū)差異，最為嚴(yán)重的地區(qū)為華北地區(qū)。華北地區(qū)耕地面積約5.5億畝，約占全國(guó)總耕地的 28%[9,10]，地下水供農(nóng)業(yè)用水占38%，其中河北省占 75%，山西和河南占 50% 以上。

當(dāng)聚焦到地下水開(kāi)采地區(qū)，不難發(fā)現(xiàn)這樣一個(gè)現(xiàn)象：節(jié)水農(nóng)業(yè)快速發(fā)展的幾十年歷程里，盡管政府投入大量資金進(jìn)行灌溉工程措施的建設(shè)，如渠道襯砌、防滲加固、低壓管道以及先進(jìn)的噴滴灌技術(shù)手段，但是地下水超采問(wèn)題依舊，并沒(méi)有因?yàn)檫@些灌溉工程的建設(shè)得到減緩。以節(jié)水灌溉投資力度最大的河北省為例，井灌面積超過(guò)了總灌溉面積的 60%，節(jié)水灌溉面積超過(guò)40%，然而唐山、石家莊、保定、廊坊等城市淺層地下水水位每年以 1—2 m 的速度下降，深層水漏斗面積達(dá) 2.44 萬(wàn)km2[5]。由于地下水不易更新，其過(guò)度開(kāi)采使得水資源危機(jī)愈發(fā)嚴(yán)重，同時(shí)引發(fā)一系列的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題。

“地下水持續(xù)超采問(wèn)題依舊”“節(jié)約的農(nóng)業(yè)用水量究竟去哪了”等成為了管理部門(mén)與科研工作者最為困擾的一些問(wèn)題。在華北平原地區(qū)實(shí)施的渠道襯砌、防滲加固、低壓管道以及噴滴灌等手段減少了灌溉水的滲漏，提高了灌溉效率，但也減少了對(duì)地下水的補(bǔ)給[11]，原因是大多數(shù)節(jié)水措施實(shí)施前“損失的水資源”在流域尺度上并沒(méi)有從水系統(tǒng)中損失掉，如下滲到地下補(bǔ)充地下水的水量可以被再次取用，灌溉回流到河流的水量在下游也可以被再利用。因此，節(jié)水灌溉工程只是提高灌溉效率、提高田間的灌溉保證率，對(duì)修復(fù)地下水過(guò)度超采的狀況卻于事無(wú)補(bǔ)，減少的取水量不等于節(jié)水量。如果將灌溉工程減少的滲漏損失或減少的用水量，當(dāng)成節(jié)省的水量并用于擴(kuò)大灌溉面積，反而會(huì)惡化地下水的超采問(wèn)題，造成“越節(jié)水、越超采”的惡性循環(huán)。

更需注意的是，在地下水超采問(wèn)題突出的區(qū)域，以“節(jié)約用水量”以及“提高灌溉水分利用系數(shù)”為目標(biāo)的節(jié)水農(nóng)業(yè)發(fā)展不能改善地下水超采現(xiàn)象。

3.2 節(jié)水對(duì)區(qū)域水分生產(chǎn)率提高的貢獻(xiàn)率

水分生產(chǎn)率指的是消耗單位水資源量所獲得的產(chǎn)量（單位：kg/m3），是高效節(jié)水農(nóng)業(yè)發(fā)展評(píng)價(jià)的重要指標(biāo)。利用區(qū)域蒸散遙感模型 ETWatch 生產(chǎn)的月尺度蒸散（ET）遙感數(shù)據(jù)、基于遙感數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的 CASA 作物模型估算的生物量數(shù)據(jù)及收獲指數(shù)，結(jié)合冬小麥作物分布，得到了2003—2009 年海河流域平原區(qū)冬小麥的多年平均水分生產(chǎn)率為 1.049 kg/m3，變化范圍為 0.1—1.6 kg/m3[12]。冬小麥水分生產(chǎn)率的空間分布差異顯著，水分生產(chǎn)率高值區(qū)集中在海河流域的洪泛區(qū)和黃河灌區(qū)，該區(qū)域?qū)?yīng)較低的耗水量和較高干物質(zhì)量累積量。海河流域的東部地區(qū)水分生產(chǎn)率較低，對(duì)應(yīng)較高的耗水量和中等偏上水平的干物質(zhì)累積量。實(shí)驗(yàn)站作物ET與產(chǎn)量分析研究結(jié)果表明，當(dāng) ET 達(dá)到 460—463 mm 之前，產(chǎn)量與 ET 呈線性增長(zhǎng)的趨勢(shì)，之后產(chǎn)量變化趨于穩(wěn)定[13,14]?，F(xiàn)狀像元尺度冬小麥 ET 低于 460 mm 的臨界值，產(chǎn)量與 ET 的關(guān)系統(tǒng)仍然處于線性關(guān)系，說(shuō)明區(qū)域水分生產(chǎn)率仍然有提高的空間。

從同一地點(diǎn)不同時(shí)期的ET、產(chǎn)量與水分生產(chǎn)率的趨勢(shì)變化可以分析水分生產(chǎn)率提高的原因。表1 是基于1984—2002 年 8 個(gè)農(nóng)業(yè)氣象站的冬小麥產(chǎn)量數(shù)據(jù)和遙感反演的 ET 數(shù)據(jù)，采用線性趨勢(shì)分析方法建立的 ET、產(chǎn)量和水分生產(chǎn)率間的關(guān)系。所有站點(diǎn)的冬小麥產(chǎn)量自1984 年以來(lái)呈顯著增加的趨勢(shì)，變化范圍為 100.4— 211.4 kg/hm2，產(chǎn)量線性回歸方程的決定系數(shù) R2為 0.60—0.97，所有站點(diǎn)均通過(guò)了 95% 的置信度檢驗(yàn)。ET 在1984—2002 年間總體呈增加的趨勢(shì)，但增加輻度低于產(chǎn)量的增加輻度，斜率變化范圍為 0.09—4.49，所有站點(diǎn)的線性回歸分析均沒(méi)有通過(guò)顯著性檢驗(yàn)。水分生產(chǎn)率總體呈增加的趨勢(shì)，有 4 個(gè)站點(diǎn)線性回歸方程通過(guò)了 95% 置信度檢驗(yàn)，水分生產(chǎn)率的變化趨勢(shì)存在明顯的空間差異。以海河流域封丘縣為例，糧食（冬小麥）水分利用效率在 1949—1996 年間從 0.23 kg/m3增加到 0.90 kg/m3，糧食產(chǎn)量自 20 世紀(jì) 50 年代以來(lái)增加了5.98 倍，而耗水僅增加了 28.3%[15]。上述分析說(shuō)明了20年來(lái)產(chǎn)量的增加主要是由于灌溉保證率提高后，使得農(nóng)民有意愿投入，采用改良品種，增加氮肥和磷肥以及農(nóng)藥的用量，加強(qiáng)田間管理，從而提高了單產(chǎn)水平，但水量消耗的增加有限，原來(lái)的無(wú)效耗水轉(zhuǎn)變成了有效耗水。

綜上所述，從空間和時(shí)間尺度的分析結(jié)果表明冬小麥單產(chǎn)的顯著增加是近20 年來(lái)流域平原區(qū)冬小麥水分生產(chǎn)率顯著提高的根本原因。

3.3 高估了農(nóng)業(yè)節(jié)水的潛力

基于用水量的節(jié)水潛力估算是目前水管理部門(mén)中應(yīng)用最廣的一種方法?！霸诖筇锫嗍降墓嗨绞较拢覈?guó)的一些農(nóng)田每畝地需用 800 m3的水，而按照節(jié)水農(nóng)業(yè)的用水標(biāo)準(zhǔn)，只需要 200 m3。目前，如果全國(guó)灌溉用水的平均利用率提高 10%，每年即可節(jié)約 400 億 m3水用于農(nóng)業(yè)，相當(dāng)于全國(guó)每年農(nóng)業(yè)用水量的 10%，可以大大緩解我國(guó)農(nóng)業(yè)的干旱缺水矛盾”[16]。將這個(gè)方法應(yīng)用到海河流域，2000 年農(nóng)業(yè)用水量為 281 億 m3，灌溉用水利用率從 2000 年 0.44 提高到2010 年 0.6，提高了約 36%，意味著節(jié)約了101 億 m3的用水量。正如前面提到的減少的取水量不等于節(jié)水量，這種計(jì)算方法會(huì)嚴(yán)重誤導(dǎo)節(jié)水農(nóng)業(yè)的發(fā)展，并引發(fā)更嚴(yán)重的水資源短缺。

基于耗水量的節(jié)水潛力評(píng)估方法得出不同的結(jié)果[17]（表2）。選擇海河流域及周邊農(nóng)氣條件相近的實(shí)驗(yàn)區(qū)，通過(guò)對(duì)覆蓋/覆膜措施、調(diào)虧灌溉和種植結(jié)構(gòu)調(diào)整單項(xiàng)措施以及綜合措施實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的匯總分析，發(fā)現(xiàn)節(jié)水不減產(chǎn)的措施主要以覆蓋/覆膜措施和綜合措施（覆蓋+調(diào)虧灌溉）為主。對(duì)于覆蓋/覆膜措施來(lái)講，冬小麥秸稈覆蓋減少約 3% 水分消耗，增產(chǎn)約 18%；對(duì)于玉米，減少約 4% 水分消耗，同時(shí)增產(chǎn)約 5%；棉花塑料薄膜覆蓋的效果為節(jié)約 11%水分消耗，增產(chǎn)約 23%。對(duì)于綜合措施來(lái)講，小麥節(jié)省 9%的水分消耗且增產(chǎn) 19%，玉米節(jié)省 6% 的水分消耗同時(shí)增產(chǎn) 13%。利用流域 2010 年作物分布數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)得到海河流域的冬小麥面積 367 萬(wàn)hm2，玉米 522 萬(wàn) hm2，棉花 73萬(wàn) hm2[2]，根據(jù)節(jié)水措施節(jié)水效果，覆蓋/覆膜技術(shù)每年節(jié)水可達(dá) 16 億 m3，綜合節(jié)水措施每年節(jié)水量只有 26 億 m3，顯著低于前面提到的節(jié)約 101 億 m3的取用水量。假設(shè)維持產(chǎn)量不變，通過(guò)休耕、輪作等方式額外節(jié)水，得到冬小麥、玉米和棉花 3 種主要作物總的節(jié)水潛力為 41 億 m3[17]。

表1 農(nóng)氣站點(diǎn) ET、產(chǎn)量和水分生產(chǎn)率趨勢(shì)變化信息

利用耗水平衡分析方法[2]，在保證生態(tài)流量的前提下，2003—2009 年海河流域地下水超采量為 62.5 億 m3，目前農(nóng)藝節(jié)水措施可達(dá)到的節(jié)水量只有地下水超采量的 2/3，剩下的 21.5 億 m3的缺口只能通過(guò)增加休耕規(guī)模或調(diào)虧灌溉來(lái)實(shí)現(xiàn)，而這兩種方法都會(huì)導(dǎo)致糧食產(chǎn)量的減少。通過(guò)分析調(diào)虧灌溉和種植結(jié)構(gòu)調(diào)整的 6 種方案情景，結(jié)果表明減少 21.5 億 m3的耗水量相應(yīng)的會(huì)有 400 萬(wàn)—780 萬(wàn) t 糧食產(chǎn)量的減產(chǎn)[17]。如果冬小麥種植面積減少 114.36 萬(wàn) hm2，約占目前冬小麥種植面積的 31%，其產(chǎn)量減少約 400 萬(wàn) t，或者對(duì) 118.95 萬(wàn) hm2的冬小麥夏玉米套種區(qū)域采用高度缺水的調(diào)虧灌溉方式，將造成產(chǎn)量損失 490 萬(wàn) t，這兩種方案都能減少 21.5億 m3的耗水量。

綜上所述，基于用水量的節(jié)水量估算結(jié)果遠(yuǎn)大于基于耗水量的節(jié)水量估算結(jié)果。在現(xiàn)有種植結(jié)構(gòu)下，前者估算得到的節(jié)水潛力是后者的 2 倍多?；诤乃繙p少的節(jié)水潛力反應(yīng)了一個(gè)事實(shí)“作物存在即產(chǎn)生消耗”。在地下水源為主的農(nóng)業(yè)灌溉區(qū)域，作物耗水量減少直接的效果就是地下水開(kāi)采量減少。

4 高效節(jié)水農(nóng)業(yè)發(fā)展對(duì)策和建議

高效節(jié)水農(nóng)業(yè)的發(fā)展是緩解用水矛盾、實(shí)現(xiàn)水資源可持續(xù)利用的一個(gè)重要手段，同時(shí)也是傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)化的一個(gè)重要標(biāo)志。但從前一節(jié)的分析可知，節(jié)水灌溉農(nóng)業(yè)發(fā)展需要新的理念和技術(shù)手段，“耗水管理”理念以及一系列的技術(shù)方法對(duì)于重新認(rèn)識(shí)節(jié)水誤區(qū)以及節(jié)水發(fā)展方向提供了支撐。然而在分析中也發(fā)現(xiàn)政府和農(nóng)民利益相關(guān)者的參與也不可小覷。因此，利益相關(guān)者特別是農(nóng)民參與的“耗水管理”是節(jié)水農(nóng)業(yè)發(fā)展措施得以實(shí)施的重要保障。

從耗水管理理念出發(fā)，通過(guò)重新認(rèn)識(shí)節(jié)水灌溉農(nóng)業(yè)發(fā)展中的“地下水超采”“提高水分生產(chǎn)率”以及“農(nóng)業(yè)節(jié)水潛力”，建立利益相關(guān)者參與式的“耗水管理”是節(jié)水高效農(nóng)業(yè)發(fā)展以及成功實(shí)施的必然途徑。

（1）明確流域的最大農(nóng)業(yè)耗水量。灌溉水利用效率的提高減少了取水量，提高了灌溉保證率，但不一定減少了耗水量。如果將減少的取水量當(dāng)作節(jié)省的水量投入使用，特別是用于擴(kuò)大灌溉面積，將使得耗水量增加，地下水超采問(wèn)題愈演愈烈。通過(guò)現(xiàn)象看本質(zhì)，充分認(rèn)識(shí)到“作物即耗水”，只有“耗水量的減少”才能從根本上解決流域水資源問(wèn)題。對(duì)于一個(gè)流域來(lái)講，水資源量是有限的，也是有數(shù)的，多年平均降雨量減去生態(tài)環(huán)境耗水量和河流的生態(tài)流量，是人類(lèi)活動(dòng)可以消耗的最大可耗水量，再減去工業(yè)和生活的耗水量，就是農(nóng)業(yè)的可耗水量。只有每個(gè)集水區(qū)、子流域、流域都明確了最大農(nóng)業(yè)耗水規(guī)模，“作物/農(nóng)田總耗水量的限制”才能從根本上解決水資源問(wèn)題，也是避免地下水超采的良策。

表2 覆蓋和綜合節(jié)水措施節(jié)水潛力[17]

（2）提高基于耗水量的區(qū)域水分生產(chǎn)率是高效節(jié)水農(nóng)業(yè)發(fā)展的目標(biāo)。20 世紀(jì) 80 年代以來(lái)節(jié)水農(nóng)業(yè)措施的實(shí)施，盡管用水取水量大幅減小，灌溉效率顯著提高，但是對(duì)于作物耗水量的減少效果有限，而水分生產(chǎn)率得到顯著改善的根本原因是產(chǎn)量的提高，因此厘清節(jié)水減耗和產(chǎn)量增加對(duì)提高區(qū)域水分生產(chǎn)率的貢獻(xiàn)度很重要?！耙圆粻奚Z食為代價(jià)的耗水量減少” 的農(nóng)藝節(jié)水措施可作為區(qū)域節(jié)水推廣的手段，提高單產(chǎn)、提高單位面積產(chǎn)出的效益是提高水分生產(chǎn)率的關(guān)鍵，如通過(guò)種植結(jié)構(gòu)的調(diào)整生產(chǎn)高品質(zhì)、高價(jià)值的農(nóng)產(chǎn)品。

（3） 農(nóng)業(yè)的節(jié)水潛力對(duì)于區(qū)域農(nóng)業(yè)發(fā)展規(guī)劃與水資源配置極其重要。作為耗水大戶的農(nóng)業(yè)，在很長(zhǎng)一段時(shí)間都會(huì)是節(jié)水的重中之重。當(dāng)前以用水量減少為核心的節(jié)水潛力評(píng)估嚴(yán)重高估了節(jié)水農(nóng)業(yè)的潛力，基于該節(jié)水量進(jìn)行的水資源分配和農(nóng)業(yè)規(guī)劃勢(shì)必導(dǎo)致水資源問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)重。以減少耗水量為核心的節(jié)水潛力評(píng)估結(jié)果表明，在水資源問(wèn)題突出地區(qū)，不影響糧食生產(chǎn)的情況下農(nóng)業(yè)節(jié)水潛力的空間很有限，充分認(rèn)識(shí)到節(jié)水潛力的合理估算對(duì)于如何在糧食安全與節(jié)水之間找到平衡點(diǎn)至關(guān)重要。

（4） 高效節(jié)水農(nóng)業(yè)發(fā)展需要政府管理和農(nóng)民參與的有機(jī)結(jié)合。從政府層面來(lái)講，需要制定合理的政策框架，明確水資源利用邊界（水權(quán)），限制無(wú)節(jié)制的、無(wú)補(bǔ)償?shù)乃Y源侵蝕行為，農(nóng)民才會(huì)積極主動(dòng)地去尋求“低投入高產(chǎn)出”的措施；通過(guò)發(fā)揮基于社區(qū)的農(nóng)民用水協(xié)會(huì)的作用，通過(guò)道德、信任、透明、可核查及水權(quán)交易方式推動(dòng)農(nóng)民的積極參與，重塑農(nóng)民用水的社區(qū)管理方式，才是減少耗水的根本。同時(shí)加大對(duì)農(nóng)民的教育投資，使其了解水資源危機(jī)的危害，意識(shí)到自己的利益與節(jié)水密切相關(guān)。

5 結(jié)語(yǔ)

當(dāng)前日益嚴(yán)重的缺水形勢(shì)下，節(jié)水高效農(nóng)業(yè)是我國(guó)現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)發(fā)展的一個(gè)主要內(nèi)容，也是解決我國(guó)水資源危機(jī)特別是北方地區(qū)水資源危機(jī)的重要環(huán)節(jié)，更是水資源可持續(xù)利用以及國(guó)家社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的重大舉措。農(nóng)業(yè)用水管理從“以需定供”時(shí)代發(fā)展到當(dāng)前的“以供定需”，仍然不能很好的解決目前水資源危機(jī)的問(wèn)題，亟需通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新，帶動(dòng)發(fā)展理念和體制機(jī)制的創(chuàng)新，從而走出一條全新的節(jié)水高效農(nóng)業(yè)發(fā)展之路。蒸散遙感技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展已能定量、精確地刻畫(huà)農(nóng)業(yè)的耗水量，從而為基于“耗水量”的農(nóng)業(yè)總耗水量控制、提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率等方面提供創(chuàng)新技術(shù)保證，利益相關(guān)者參與式的“耗水管理”是節(jié)水高效農(nóng)業(yè)發(fā)展以及成功的必然途徑。

1 山侖. 能否實(shí)現(xiàn)大量節(jié)約灌溉用水？我國(guó)節(jié)水農(nóng)業(yè)現(xiàn)狀與展望. 自然, 2006, 28(2): 71-74.

2 Wu B, Jiang L, Yan N, et al. Basin-wide evapotranspiration management: Concept and practical application in Hai Basin, China. Agricultural Water Management, 2014, 145: 145-153.

3 任憲韶, 吳炳方. 流域耗水管理方法與實(shí)踐. 北京: 科學(xué)出版社, 2014.

4 孫偉. 中國(guó)農(nóng)業(yè)節(jié)水技術(shù)推廣關(guān)鍵影響因素研究. 東北農(nóng)業(yè)大學(xué), 2012.

5 郭宏宇, 曹寅白. 海河流域50年治理成就和展望. 水利水電工程設(shè)計(jì), 2000, 19(2):1-4.

6 朱曉春, 王白陸, 王韶華, 等．海河流域節(jié)水和高效用水戰(zhàn)略.天津: 水利部海河水利委員會(huì), 2009．

7 Jia S F, Ge Z, Fang X. Less water, more grain in dry Hebei Province, China. Water International, 2011, 36(7): 861-872.

8 郭珺, 龍海游, 郭振苗. 對(duì)今后我國(guó)節(jié)水灌溉發(fā)展對(duì)策的思考.節(jié)水灌溉, 2009, 2: 47-48.

9 于靜潔, 任鴻遵. 華北地區(qū)糧食生產(chǎn)與水供應(yīng)情勢(shì)分析. 自然資源學(xué)報(bào), 2001, 16(4): 360-365.

10 杜森. 華北地區(qū)節(jié)水農(nóng)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及對(duì)策. 中國(guó)農(nóng)技推廣, 2013, 6: 43-44.

11 Kendy E, Zhang Y, Liu C, et al. Groundwater recharge from irrigated cropland in the North China Plain: case study of Luancheng County, Hebei Province, 1949-2000. Hydrol. Process, 2004, 18: 2289-2302.

12 Yan N N, Wu B F. Integrated Spatial-Temporal Analysis of Crop Water Productivity of Winter Wheat in Hai Basin. Agricultural Water Management, 2014, 133: 24-33.

13 Kang S Z, Zhang L, Liang Y L, et al. Effects of limited irrigation on yield and water use efficiency of winter wheat in the Loess Plateau of China. Agric. Water Management, 2002, 55(3): 203-216.

14 Li H J, Zheng L, Lei Y P. Estimation of water consumption and crop water productivity of winter wheat in North China Plain using remote sensing technology. Agricultural Water Management, 2008, 95: 1271-1278.

15 徐富安, 趙炳梓. 封丘地區(qū)糧食生產(chǎn)水分利用效率歷史演變及其潛力分析. 土壤學(xué)報(bào), 2001, 38(4): 491-497.

16 姜長(zhǎng)云. 中國(guó)節(jié)水農(nóng)業(yè): 現(xiàn)狀與發(fā)展方向. 農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)問(wèn)題, 2001, 10: 19-23.

17 Yan N N, Wu B F, Perry C, et al. Assessing potential water savings in agriculture on the Hai Basin plain, China. Agricultural Water Man agement, 2015, 154: 11-19.

Keywordswater consumption management, water conservation agriculture, water productivity, water saving potential

吳炳方 中科院遙感與數(shù)字地球所研究員，博士生導(dǎo)師，數(shù)字地球科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/數(shù)字農(nóng)業(yè)研究室主任，研究領(lǐng)域包括農(nóng)業(yè)遙感、水資源遙感與管理、生態(tài)遙感研究。E-mail: wubf@radi.ac.cn

Wu Bingfang Received Ph.D. degree from Tsinghua University in 1989, is Full Professor at Key Laboratory of Digital Earth Science, Chinese Academy of Sciences (CAS). His research interests include agriculture remote sensing, water resource and management, and ecology remote sensing. E-mail: wubf@radi.ac.cn

Outlook on Water Saving Agriculture

Wu Bingfang1Yan Nana1Zeng Hongwei1Jiang Liping2Zhu Weiwei1
（1 Key Laboratory of Digital Earth Science, Institute of Remote Sensing and Digital Earth, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100101, China; 2 Beijing Representative Office of World Bank, Beijing 100004, China）

Water resources crisis is a critical issue that had seriously hampered the development of social economy. As a major water consumption user, the development of agriculture will face the challenge of “l(fā)ess water consumption and more food production”. Since 1980s, agriculture experienced the rapid development period of water conservation irrigation in China. The implementation of water conservation measures greatly reduced the irrigation water retrieval amount, and improved the irrigation efficiency. The crisis, however, has not been eased, and the ground water table is continually decreasing. We have to re-examine and review the water conservation agriculture schemes. Taking the advantage of remote sensing on dynamically monitoring crop evapotranspiration, crop pattern, and crop yield in temporal-spatial scales, this study aims to explore the existed problems and challenges in the development of water conservation irrigation agriculture from the new perspective of water consumption, and proposes that the water consumption management with stakeholders participation would be an inevitable way for the sustainable development of water resources.

*資助項(xiàng)目：中科院知識(shí)創(chuàng)新工程重大項(xiàng)目（KZCX1-Y W-08-03），全球環(huán)境基金（GEF）海河流域水資源與水環(huán)境綜合管理項(xiàng)目（ TF05 3183）

修改稿收到日期：2016年9月10日

DOI10.16418/j.issn.1000-3045.2017.01.009