農業用水分析新框架和中國糧食作物水分生產力李保國，黃峰（中國農業大學資源和環境學院、農業部土壤和水重點開放實驗室，北京100193）摘要：糧食安全和水資源短缺是一個互為因果的關系。農業用水在我國農業用水結構中占很大的比例，因此提高農業水分生產力是實現節水種植和糧食安全的重要因素。本文應用國際上近年來農業水資源利用和管理領域的觀念變革，提出了廣義農業水資源的概念分析了全國廣義農業水土資源匹配。同時，計算并分析了全國主要糧食作物水分利用率的變化趨勢。指出在工程節水措施的真正節水潛力已經接近極限的情況下，在不同空間尺度上的農藝節水措施將發揮巨大的作用。結合國內外相關研究成果得出結論：我國未來糧食安全主要應通過提高糧食水分生產力來實現。關鍵詞：藍水；綠水；作物水分生產力；糧食安全；水資源安全1中國水資源和糧食安全基本概況中國糧食安全和水資源短缺問題的相互關系中國的糧食安全問題成為國內外普遍關心的問題，1995年美國經濟家萊斯特·布朗提出了著名的“誰來養活中國”[1]命題后，世界上許多研究機構進行了更加深入的研究。美國國家情報委員會（NationalIntelligenceCouncil）的研究結果認為：中國總有一天會“不得不大量進口糧食”[2]。而國際應用系統分析研究所（InternationalInstituteforAppliedSystemAnalysis）的《中國能養活自己嗎？-中國糧食安全和水資源》研究項目認為：中國擁有足夠的自然資源物質條件在未來的30年里養活不斷增長的人口[3]。在幾乎所有有關中國糧食安全的研究中，研究者都一致強調中國水資源短缺是威脅中國糧食安全最為重要的問題。因此，水和糧是一個相互依存、相互影響的問題。一方面，水資源的短缺威脅到灌溉農業的有效灌溉量，從而影響到糧食產量和糧食安全；另一方面，糧食生產又消耗大量的水，由于水分利用效率的低下，在耗水同時造成水資源的緊缺。從這個意義上說，水和糧的關系是一個互為因果的互動關系。因此，解決糧食安全問題必須首先解決農業水資源尤其是種植業水資源短缺的問題。中國農業用水和糧食水分生產力現狀1998-2007年的十年間，10年間，我國平均水資源總量呈下降趨勢，其中2004年為最低點，與降水量的變化趨勢吻合。但是水資源總量下降幅度要大于降水總量的下降幅度。如2007年降水總量比10年平均值減少4.06%，而水資源總量比10年平均值減少8.25%；2007年降水總量比2006年降水總量，減少0.13%，而水資源量則減少0.30%。降水總量和水資源總量的變化趨勢將影響農業用水。農業用水量10年間一直呈小幅下降趨勢。全國農業用水總量從1998年的3766.3×108m3減少到2007年的3598.5×108m3。但是農業部門用水量占總用水量的比例下降幅度較大，從1998年的69.3%下降到2007年的61.8%，下降了7.5%。2007年農業用水量比10年平均值減少了2.38%。而2007年全國總用水量比10年平均增加了4.42%。說明了在總用水量增加的情況下，農業用水無論是從絕對數量還是比重都在下降。中國農業用水分析新框架過去，對我國農業用水分析主要集中于灌溉用水。近十年來，在國際水資源和農業水資源管理領域出現了一場觀念的變革，這一變革包含了一系列新的觀點、理念、概念和方法。其核心內容涵蓋了：藍水和綠水[4,5,6]；水資源收支解析[7,8,9]；真實節水[10,11,12,13]；凈灌溉效率和有效灌溉效率[10,13,14]；水分生產力[15,16]；虛擬水流動和貿易[17,18]。這些觀念和方法形成了一個相互關聯而統一的有機整體，從新的視角分析、解讀農業用水和農業水資源管理，以及和其他用水部門的關系。在更大的空間尺度進行農業用水及管理的分析，為實現糧食安全、水資源安全、生態環境安全的多目標的水資源綜合利用與發展提供了有力的分析工具。綜合上述新的觀念，本文提出了農業用水分析的新框架（圖1）。首先，從藍水和綠水的概念出發，建立了廣義農業水資源的概念，它由兩個分量組成，即農業藍水資源和農業綠水資源。建立在廣義農業水資源概念上的農田尺度的水平衡分析對于理解農田尺度水分轉化和利用具有重要意義。在水平衡分析的基礎上，著重分析農田耗水，即農作物經濟產量形成所實際消耗的水量，也即農作物全生育期的實際蒸散量。農作物實際蒸散量一部分是來源于灌溉“藍水”的耗水量，另外一部分來源于有效降水“綠水”的耗水量。兩個分量的總和即為形成農作物經濟產量的總耗水量。在確定了總耗水量后，農作物的水分生產力（農作物經濟產量除以總耗水量）便可確定。之后，從農田尺度上升到灌區和流域尺度，需要對灌區或流域內上下游的水文循環、農田用水、農作物水分生產力進行綜合分析。主要研究灌區和流域內上下游之間的農田用水和農作物水分生產力之間的關系，從而確定區域內（灌區、流域）真實節水的潛力，由此為部門間水資源的合理和優化分配建立理論和實踐基礎。同時，可以確定區域內農作物生產所蘊含的虛擬水的含量，為進一步研究區域間虛擬水流動和貿易，優化水資源限制條件下的區域農作物生產格局和農作物種植制度提供科學保障和政策支持。圖1中國農業用水綜合分析框架崗廣義達農業咱水資膠源和寄廣義們農業們水土均資源址匹配老“洋藍水相”奴指的對是天跑然降尸水降欄落到福地球倚表面餅形成蚊徑流聚，流仁入河花道、葵湖泊歇等天共然地忽表水殲體以快及補怕充到釣天然起地下繭水體圖的水幕。由洋于這良部分量的水佩資源跨可以外被人描類肉旋眼可刪見，鄉所以展被稱弓之為隱“剖藍水欠”肚資源勿。而跪天然鼠降水朋中的侮另外習一部盆分直戲接降意落于孩各種鳴地表方植被蓄覆蓋智物上貴，一棍部分西被植怠被的漲冠層勉截留爭并以祥蒸發忽的方缸式返局回大惱氣，圍另外沒部分卡直接開降落凳于土眠壤表碼面，島其中色一部倉分又豆以土順壤表房面蒸設發的帽方式劈返回仍大氣坐，而哥剩余激的部畝分入瘡滲土驅壤，梁供給午植被雀生長呈發育飼需要扁，最把終以鍬植物鞏蒸騰愁的方榴式返壞回大駁氣。危以土漂面蒸街發和增植物貝蒸騰夾方式擇返回棕大氣濁的部兆分總伸稱為漠植物慎的蒸您散發腿。而表土壤租中儲污存的標有效查水由緊于其串主要靠功能綢是供說給植爬物生怖長發待育的濕蒸散提發需袖要，預所以他被稱晚之為蘿“端綠水株”好。由合于土癢壤中贊的綠障水是耀以有嚼效水耍的形雄式儲擱存起蝶來的夠，因隆此被騰稱之陡為烈“陳綠水衛庫槐”愚。而炕被植嗎物蒸纖散發睛的部附分就萄被稱煉之為行“欲綠水基流難”驗。以倍上的滅簡要律分析商表明氏，繩“筆藍水遼”渣和舟“桶綠水桐”灶對包短括農送作物診在內港的綠單色植棒物的采生長刮、發賀育和悔生物瞇量以殿及經森濟產率量的施形成議具有尊重要逢的作鈔用，昌因此吳在評津價農判作物守可利乳用的爆水量另時要育將村“參綠水書”塌考慮永在內浴。因爪此，走農業癥水資躁源不易僅包壯括灌瓦溉弊“優藍水固”菠，還吉應包介括土絮壤己“奇綠水位”嚴?；M于以菠上原演理，填提出粗了農竭業廣羨義水頸資源蝶的概定念。憂農業笨廣義女水資凈源是不指農就作物根生長恒發育蕩可以乎潛在獻利用手的土風壤妄“狐綠水扎”擴和灌找溉逮“斤藍水傅”施資源吐的總目和。炭迫幫20崗07貢年全潔國降桶水量狠57診76龍3.惜0蔬×丹10足8娘m滴3伙，耕幫地面湊積共12興17神00瞧.1撒×蔥10燈3勤h哪m電2子。天世然降扣水被循耕地棵截流池的有櫻效降屢水量刻是撫32紙49碰.5臥×意10無8天m脆3璃，而百耕地窩灌溉禽量是則32取49盟.5詞×改10劇8抬m辛3酒，即降耕地遍可利艷用的摸藍水農量。匆兩者搜相加恭即廣黎義農徑業水獎資源繩量，責為搭75賊61弦.1拜×扮10現8芹m細3乘。在盛廣義氏農業竭水資遠源量行中，觸來源閘于耕漸地有盞效降皆水鉗“移綠水贊”榨的比宏例糞57召.0述%吩，而允來源音于耕濕地灌遙溉隨“詠藍水便”塔的比副例是今43殲.0遇%躲。證知明了炊農業嬸生產搞潛在堆可利妨用的春水量井中，效“響綠水批”河所占瘋有的難重要你地位例。簡水土度資源胞匹配磨是指獨單位前耕地貨面積尊所享違有的搜水資踏源量襲。但揭是，淚傳統潮的水囑土資略源匹進配計緊算時晃的水們資源咱量是泛指降“盞藍水頂”逮資源撤。這載個指朵標的定缺點近是：舍用總圓的棍“客藍水饑”爛資源子，即赴水資櫻源公踢報中咐所報撞告的毛水資屑源總主量和攔耕地薯面積拔匹配階，而犬這部色分水雕資源煙中只誼有其雙中一缺部分脈可以前被農潮業利坡用。廚為了振更確偶切地顫定量供分析齡農業麻可以寨潛在言利用辟的水豆量和握耕地蓮數量粒的匹網配，軟本文內從廣北義農緞業水悉資源飯出發暢計算粒了農夸業廣作義水宿土資趴源匹度配。敵表寧1敬2振00元7梁年各支省水敵土資墻源匹監配程反度末Ta摩bl蚊e榨2進Th胖e嫩ma制tc乓hn堂es推s木be膝tw苗ee尼n奮wa較te燥r惰re撕so壇ur捷ce致s據an土d兇cr斃op博la遭nd速a稍t嚴re捏gi著on箱al羞a純nd描n游at的io逝na師l舒le銳ve裙l叔of感C遣hi家na脂地區祖耕地鑰比例環/%型水資礦源總位量比候例嫌/%夠耕地閑灌溉盒水資篇源比匯例顧/%常廣義樹農業招水資耐源比予例先/%久水資扶源總疾量與腎耕地戀匹配業/(拉m烈3思·祝hm博-2答)靈耕地派灌溉詞水量休與耕左地匹藍配訂/(羅m糕3單·兔hm恢-2磨)撲廣義蜜農業扁水資筒源與涌耕地汪匹配士/(翼m賤3虜·械hm樂-2優)奉全國州10評0兄10累0痰10影0混10醋0驚20杰75漸2立26目70暈62免13膠華北丸27嘗.6燙2經5.產57棄17采.8嚴5進22兼.2碰6拍41盒83屢17盒26蔽50咸06勿東北羅17陵.6績3棗4.右35怕11歐.1資3晌12國.3些2微51法24授16貓85乓43廳41石東南嗓23簡.7膊5妹34喉.1打6掏37純.7抓3鄉34刷.5蒼5似29快89秒6獨42勾49谷90魄52株西南滑19佳.1過8不47跟.4王4蛋14威.9堵6評19仁.1虹8灑51煮36頑4傘20區84齡62夢17旗西北瞎11瓦.8攜6糠8.母48縱18槐.3蘋3均11溉.6連9捆14隆83逮4柔41凳26鵲61烏23傾分區謀結果活表明拋：現荷狀情光形下機，蹤糧食美主產鋒區華跟北的逗耕地腦面積趣占全遷國的差27灣.6泄3%悄，而葛水資峰源量響只占坦全國釀的蠅5.姨57鳴%其，葉從這扛個角線度看旗，水守土資板源嚴沿重不酷匹配蛇。綁但是南如果厚從灌悉溉水伐水土喉匹配己衡量賓，華喪北地神區灌續溉水喪占全念國的射17乞.8劍5%業。晝從廣廳義農陵業水吳資源董衡量岡，華錢北占塌全國糾的招22脾.2惱6%魄，接莊近耕啄地占重全國纏的比柏例。怪因此血，華攜北地遷區的脈農業覆生產份的水虛土資配源匹糊配闖程度陽的矛挖盾不釘是十星分突糾出饒，該圣區糧性食高值產的衛水資霧源是頌有基荷本青保障紋的山。同臘樣，化從水夸資源夠量角聞度衡真量，古東北住地區燃也是那水土示資源塵嚴重叨不匹蓬配的量地區謹，求用占紹全國駛4.疾35道%帖的水額資源紐量支春撐了也占全矩國逆17桑.6曲3%欠的耕拋地。澇但是帥，灌夫溉水順土資秋源和羽農業值廣義胸水資另與資叫源匹惰配的四結果蠻卻是陡：用線占全必國扁1祝1.攪13胳%派灌溉僵水另和屢12恰.3胸2%疑的農邁業廣壞義水喬資源轉，支奧撐了棄占全腹國菠17哀.6潛3%臥的耕草地川。押中國梯糧食清作物宗水分覆生產閘力變久化（阻19追98挨-2起00像7批年）婦表老2較1臭99引8-鴨20懸07研年全綿國米主要船糧食月單產鑄和年播際變姨化率正Ta榴bl傾e膛4狐Ch墳in第a尺g仿ra藥in壓y明ie圈ld飛a闖nd鵝c閉ro嫁p影wa貿te溝r勝pr偉od翼uc軟ti便vi灑ty述a充nd炒i約nt出er匠-a危nn疲ua祖l吐ch均an范gi童ng失r愈at忽e概(1艷99貧8-晨20餐07折)興年份蕩單產機/興（麥t晝·敢hm深-2斯）錘變化列率隱/售%神水分巨生產第力寶/(句kg猜·范m尺3傲)裳變化坊率稈/伙%悶19體98警4.洋82籃0.醒88童7逃19紡99宇4.印84哈0.冬36蒙0.膊90滲6尖2.遣13蘭20孩00炊4.暴60謝-4陜.9戚8林0.塵83隙9敵-7剖.4就0洽20迫01增4.脂61逐0.塞29棚0.觸82欄7綱-1振.4件0當20稼02秩4.胳71廚2.祥21王0.誰82爺7式0.集00攜20熟03永4.格62尊-1糖.9帆3概0.峽82剖9程0.哪23搏20耗04木4.遺92衫6.谷56譜0.塔88吹0乎6.肺08冶20商05李4.扯77涌-3誤.0星9結0.唇83餐1瓜-5案.5宗6哈20坦06摧5.綱07度6.題19貴0.指86兄1巧3.范65碗20頸07滾5.繩00勻-1喜.4吩1騎0.荷86沖3痛0.絮16基總體凡上，刻糧食段（著本文尚中，孔特指弊小麥喬、玉犁米、愧水稻床和大固豆四調種作券物墊）公單產煎和水壁分生跪產力蔽呈現拾正相醬關關耀系：掠糧食仙單產藥增加軌，水躺分生螞產力誰也會靠提高工；單建產降柄低，踢水分父生產引力會客隨之都降低嫌。因限此，霜糧食斷單產政是水戰分生如產力涉提高蘭的主再要原私因。新從真螞實節資水的潔角度嚇進行顏衡量指，糧姥食單閑產和魄相應摩的水轉分生貞產力標的提應高意深味著綁在耗拍水量律相同換的情阻況下輩可以磚達到亮更高指的產配量，蓄由此赴可以來節省版更多受的水寧資源紙。但倦是，擴糧食連單產慚和耗辨水量葬的相要關關倍系表帖明：枝糧食午產量承的增睡加意逝味著暈耗水鋸量的躍增加捆，尤內其是形在單赴產處蜂于中刃等或偶較高魚水平獅的區蠟間姑。拌根據掌對全率國主葛要糧爛食生戀產流責域的爽主要嫂糧食狹作物刑的計吧算研暖究，剩糧食愁單產起水平鋪和糧寶食作林物的刃耗水朱量佩（信ET諷）水婚平呈貝直線閑正相鍵關粉[1粗9鹿]槍。我仍國糧永食單桿產在廳世界尿范圍乖內處孫于中華等偏春上的抖水平母，在楚某些禍糧食愿主產舞區，更糧食救單產窯水平百很高變。因病此，則未來禍的糧盈食增懲產意升意味同著耗腳水量喇的增驚加。弊因此膛，寄例希望歇于絕朵對提遺高糧父食產真量的勢同時滴而減毯少糧顛食作傘物耗纏水量膏是不拍切實杜際的辟。繩正確目的途餓徑是盞應該啦是必通過壞提高址糧食碧作物言單產鈴水平徐來減勁緩糧小食匠作物賊耗水協量增風加的羊速度瞧。以饞20據05武年和茂20拖06割年為侵例，編糧食釣單產諸從渣20始05案年的故4.毫77敲t暢·h勾m已-2賀增長獻到籍20鈔06呼年的摘5.閱07董t紋·h釋m洲-2捐，而堪水分悼生產意力則鳴從重0.丸83臂1俱kg得m諸-3石提高拒到底0.準86帝1鄰kg叫m拔-3蝶，提尖高了睜0.傲0腐30錦kg池m閉-3幸。頂20慢05絡年的舟糧食蠟總產耽是勸43臨37橫5.豪2恨×勻10遙4俗t敢，耗焰水拜5淹21燈9.諒6×接10更8桃m畫3蟻，淘20圣06漿年糧束食總雪產就44滔84祖8.滾7矩×貨10姨4舌t牌，耗郊水巧52抵08屠.9塌×陜10遇8匙m體3枕。如鳳果戀20唱06生年的脫水分蒼生產筐力水現平維臺持在拍20粘05贊年的亞水平輝，則距在惑20膛06絮年總烈產水隆平下印，耗矮水量擴為蕩53猶97郊.0慕×公10溪8柄m蛙3賤。通他過提維高水區分生沿產力稱而節礙省的飼耗水竿量是員53嘗97掛.0床×肚10誼8砌m勵3鑄減去禍52錦08柴.9宅×肯10市8目m仍3勢，霉18考8.船0雙×廈10姨8曉m久3益，這礎也是巨通過貿提高宮作物嫂水分挑生產椅效率記而節陽省下躺來的舟‘惹真實芽節水瘋量疾’永。遙5橡我國答糧食禮作物飽水分悄生產遲力在訊全球羞位置樹根據陽國際懂糧食炮政策蹄研究譜所的喝計算星[2輛0]常，牙全球普范圍庫內水足分生使產力橋的大拒致狀殖況如涉下口：聽19僵95來年，爽在水褲稻作榴物上咸，中誘國和曉一些朗東南治亞國頌家的要水稻恥生產裙的單梨位水味分生肅產力借較高乒，能礦夠達莫到添0.玉4欲-0么.6魚kg節m怕-3香。對挪于發嘉達國眠家來怒說，番它們陸的平摧均水抱平是槽0.礎47鳥kg早m憶-3拾。對塔于其敢他谷裕物來冤說，規在南惑亞、業中亞宵和撒雪哈拉別沙漠駱以南左的中返部和剛北部專國家掌低于勝0.繞4萄kg浮m議-3交，在念中國際、美男國和延巴西俘達到織1.田0拔-1注.7群kg酒m億-3走，在惜西歐鎖國家煌達到臟1.討7因-2盈.4們kg繳m鵲-3古。總厚體上澤來說彈，在少其他靜谷物胞作物欠上，晚發達榮國家燃的平敘均水煩分生盞產力播是觸1.卻0扮kg輩m豆-3該，而貞發展豬中國統家的辜平均痛數是房0.去56剪kg岸m絕-3任。錢19鬼95忍年，挖中國勸水稻效作物江的單洪位水鐮分生最產力電是冶0.辨4什-0普.6套kg慰m秋-3囑，而游其他目谷物朝作物洲是臘0.孟4抱-1言.4棒kg訴m搞-3灑。從代以上動的全提球大舒范圍雁水分偵生產面力水縮平來榆看，搬我國陰總的拐單位同水分毒生產砍力在吐水稻嗽作物置上市丈處于家世界鏈較高癥水平劍的，蘿在其姓他谷宋物作域物上摧，其上水分俊生產仇力的豬平均奉水平蜜已經瘡或達淡到世地界的箭先進累水平桌，但臟是在即地理致分布棗上差揪異很遠大，就我國很最大板的水苦分生蔥產力脾水平支出現眾在長顯江流缺域和礙東北醬的松棵花江保流域薯和遼用河流里域。波在未孩來的舉水分轎生產脂力水腫平的花預測塑中，擇國際克糧食香政策載研究黎所的知研究撿報告犯認為允除了勇水稻川的谷侵物作嫩物，寨發達洲國家惱可以墾達到百1.然0突-1叛.醋4造kg康m舟-3治，發荒展中米國家皆可以助達到伐0.享6湊-1稠.0后kg墳m波-3革，全乓球平旨均水中平可獎以達膨到位0.座7較-1款.1榆kg竟m乞-3慌。根確據對葵于未墨來水棒資源重消費巷分析謹，它馬們認絲為未舉來谷特物水秩分生升產力御的提瓶高主犯要取躍決于賠農作條物產誘量的肢提高嗽。不本文于根據嚼水文暴模型汁和統神計數倍據計冤算的熄全國馬水稻史作物讓水分岡生產群力是讓0.龍85翅k炸g擦m蠢-3瞞，非律水稻持類禾現谷類翁作物徒是所1.盯29柴k繭g叼m缺-3季，兩閉者均蚊高于肺國際勞糧食譜政策報研究推所的睡結論溪。這專主要頃是由選于計燥算中五水分酒項的滾差異姓造成腎的。貌從以漏上聚國際字和國匙內的攏水分僑生產涼力狀欠況的計回顧慣和探陣討中沾，我枕們可忌以看翠到：徐中國顆糧食言作物同的水第分生胃產潛節力已召經達瞧到或睬接近紀發達冊國家題的水傾平，跡尤其饒是水幻稻的港水分境生產案力在香全世燙界范反圍內沫處于仇比較覽高的蒜水平基。而鑼對于玻除了長水稻譽以外肢的其作他谷誠物來障說，徹雖然若存在偏著不窗同作恩物和沾不同隙流域梁之間得較大誠的差民異性嫁，我混國的皺平均戀水平拼也已吳接近基世界歡較高化的水闊平。宮所以貴，今封后我揀國提陵高作姿物水渴分生俯產力鼻的關餃鍵就打在于叛作物位品種同的改梯良和庫在各遷個空虎間尺梳度上爽的作愚物和趟資源瘋綜合縫管理壯水平巖的提卷高，免從而寬盡可曾能地溪提高拌作物翠產量爺水平澤。結語倒通過趨以上巷的探全討，票我們沉可以妖得到跑以下服幾點慣主要谷結論微：巷（聰1翼）橋19厘98德-2游00聰7宗年，斥全國呈平均糞降水掙量呈畜小幅轎下降錢的趨派勢，貴水資凱源總訪量相眉應地游也呈離下降逗趨勢聾，下時降的屈幅度濾要大藝于降葬水總動量的州下降腐幅度頃。根摘據形“配藍水啊”子和鍬“湖綠水鑰”撈的觀海點，嚷天然鵝降水頑是一鐮切蘇“算藍水糠”券和厚“具綠水耽”幟資源傳的總獲來源宇。雖螞然躲10調年來毒我國繳降水液總量連和水唐資源亡量座均有猾所減測少養，但蜂是如痛果從誦長時臣間系如列考遇察，企這種傻減少假應該紐屬于栽正常研的氣騎候波礙動范孤圍損，所詠以，晝對于瓦農業老用水樸來源意的影寄響不舍大。虜（2廟）飲從農淺業水偏土資波源匹途配角尖度看摩，我塊國地底區間萌差異方較大刻。傳騎統上雜的水驅土資扭源匹竭配主既要計穗算水霜資源減總量趨和灌耽溉量疑和耕若地面廟積的松匹配彈，本豐文則船從藍逝水和顏綠水嚼的角罩度出是發，演定義慣了廣南義農燥業水纖資源昆的概速念，眠并用搬它和訂耕地碎面積刊計算驗了廣播義農尼業受水土朝資源設匹配到。分言區計婆算結奇果表顯明，礙傳統債上認妻為