裘巧俊, 李 建, 余凱波

(1.湖北省水利水電規(guī)劃勘測設(shè)計院, 湖北 武漢 430064; 2.長江水資源保護科學(xué)研究所,湖北 武漢 430051)

水資源短缺嚴重威脅著糧食安全和社會經(jīng)濟發(fā)展。聯(lián)合國發(fā)布的世界水資源開發(fā)報告統(tǒng)計表明,20世紀以來全球用水量的增長速度是人口增長速度的2倍,并且預(yù)計到2025年水資源短缺危機將蔓延至48個國家的35億人口[1]。中國是一個水資源短缺的國家,由于時空分布不均,據(jù)統(tǒng)計，目前全國約有400多個城市處于缺水狀態(tài),其中100多個城市嚴重缺水[2]。

從水資源利用角度,地表水和地下水(也被稱為藍水)一直以來是人們利用且關(guān)注的重點。但是,維持陸地生態(tài)系統(tǒng)的重要水源——綠水,卻長期沒有得到應(yīng)有的重視[3]。綠水和藍水概念最早由Falkenmark[4]在1995年提出的,全球約2/3的降水通過森林、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的降水儲存于河流、湖泊及地下含水層中,成為藍水[5]。這部分被稱為綠水的水資源量相當可觀,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,開展綠水管理研究在解決水資源短缺糧食安全危機方面具有重要意義。

綠水管理是世界土壤信息中心、國際水資源研究中心和國際農(nóng)業(yè)發(fā)展基金會等單位開發(fā)的通過生態(tài)補償方法改善環(huán)境的一種管理機制。該機制通過水資源下游用戶付給水資源上游用戶,即農(nóng)戶一定費用,用于安排水管理活動,加強農(nóng)村水資源管理,改善居住和生產(chǎn)環(huán)境,從而最終達到保護環(huán)境的目的[7]。該機制旨在通過綠水管理,增加降水土壤入滲率、減少水分無效蒸發(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、完善水資源管理機制和提高水資源保護的全民參與水平。目前該機制在非洲肯尼亞和摩洛哥等國家得到實施,效果顯著,并積累了豐富的經(jīng)驗,其中肯尼亞Tana河流域是實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,重點探討綠水管理機制的構(gòu)成模式和應(yīng)用前景,以期為國內(nèi)水資源管理和綠水資源的評價與研究提供參考。

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)召開的水土大會上,瑞典斯德哥爾摩國際水資源研究所水文學(xué)家Falkenmark在會上針對雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)與糧食安全問題首次提出綠水(Green Water)和藍水(Blue Water)的概念。Falkenmark[4]認為,降水在陸地生態(tài)系統(tǒng)中可以分為綠水和藍水兩部分。藍水是降水中儲存于河流、湖泊及含水層中可見的水,而綠水則是降水滲透到非飽和土壤中用于植物生長的不可見的水。具體可定義為源于降水、存儲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,一部分是通過植被蒸散發(fā)流向大氣圈的綠水流,另一部分是存儲于土壤中的綠水存儲。

1.2 綠水的作用

圖1 綠水管理機制框架

綠水雖然是不可見的水,但是對生態(tài)環(huán)境及人類生存具有重要意義。在經(jīng)濟服務(wù)價值方面,綠水的利用可以分為直接用于經(jīng)濟生物的生長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,因為綠水主要蘊藏于地球陸生生態(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,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來自藍水,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,雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)在未來仍是生產(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 綠水管理機制

2.1 綠水管理機制框架

綠水管理機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)戶通過清潔農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式參與流域的水管理活動,即綠水管理,需要外界資金的支持。同時,經(jīng)濟發(fā)展相對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的農(nóng)戶提供資金幫扶。反過來,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現(xiàn)水源涵養(yǎng)和水質(zhì)保護,為下游提供清潔水源。綠水管理機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)各方長效而穩(wěn)定地參與流域的水資源管理活動。

綠水管理機制的實施程序為:①通知流域內(nèi)利益相關(guān)方,宣講綠水管理的目的和時間框架,提高各方對綠水管理的認識;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)等水土評估模型定量計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)濟效益評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?shù)貙嵤┑木G水管理措施;④下游水用戶通過綠水信貸為上游農(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”,通過提高降水的土壤入滲率阻斷暴雨徑流和減少水分無效蒸發(fā)這兩個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]。通過控制徑流,這些做法保護了土壤,增加了地下水的補給,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較成熟的實踐措施,草帶或其他永久性植被帶能夠有效阻擋土壤和營養(yǎng)物質(zhì)流速。這些植被緩沖帶建立在等高線上,徑流流動更緩慢,能夠起到攔截泥沙的作用,同時也增加了農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的多樣性。這種植被帶其實是一種廉價梯田替代品。

b. 地表覆蓋。在農(nóng)業(yè)種植區(qū)地表進行秸稈或者雜草覆蓋可以有效保護土壤免受侵蝕,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,提高生物多樣性和增加土壤碳儲量。

c. 修建魚鱗坑。魚鱗坑主要由平均寬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橫層。橫層約為土脊高度的2/3,因此發(fā)生溢流時,水流沿犁溝流動,而不是沿等高線流動。雖然構(gòu)建魚鱗坑需要付出較多的精力,但是魚鱗坑的集水效率和防治土壤侵蝕效果較好。同時,在土脊上種植的農(nóng)作物生長速度高于比那些無脊地塊。

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?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,在坡度相對較緩、石材相對豐富的區(qū)域比較適合。

e. 修筑梯田。通過沿等高線筑堤來檔蓄土壤,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。

綠水管理實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等水土評估模型,綠水管理措施的效益成本比一般利用WEAP等效益評估模型進行量化計算。

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的費用。迄今為止,流域上游農(nóng)戶參與水資源管理的工作沒有得到下游受益方的承認,也沒有得到任何的獎勵。通過綠水信貸,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,也可以使農(nóng)民收入多樣化,進而擺脫貧困。這種綠水信貸模式是支付環(huán)境服務(wù)的一種特例。

3 綠水管理機制與生態(tài)補償機制比較

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

a. 在內(nèi)容方面。中國的生態(tài)補償措施,特別是小流域綜合治理,實際上已經(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、修建魚鱗坑和梯田、進行地表覆蓋等措施。生態(tài)補償?shù)姆秶鷦t涉及較廣,在森林、水資源和礦產(chǎn)開發(fā)等領(lǐng)域均有體現(xiàn),主要包括退耕還林、天然林保護、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. 運作方式方面。綠水信貸以市場為主導(dǎo),通過下游水用戶向上游農(nóng)戶直接提供貨幣補償?shù)姆绞竭\行,最終落實到農(nóng)戶的耕作方式上。而中國的生態(tài)補償措施則以市場為主導(dǎo),一般通過財政轉(zhuǎn)移支付的方式運作,最終落實到工程項目上。

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

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

因此,建議將綠水管理機制引入中國的生態(tài)補償機制,二者取長補短,實現(xiàn)優(yōu)勢互補。

4 綠水管理機制的應(yīng)用

綠水管理機制是對水資源管理和傳統(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。我國是季風(fēng)作用非常明顯的國家,而且地理環(huán)境、氣候條件差異很大,綠水資源的時空過程都有不同特點,因此在管理方式和途徑上都存在差別。針對濕潤多雨地區(qū),重點開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;針對干旱和半干旱地區(qū),重點開展能夠有效增加植被蒸騰、減少無效蒸發(fā)的綠水管理措施,通過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)補償領(lǐng)域,綠水管理在生態(tài)補償機制的探索和生態(tài)補償措施的效果評估兩方面發(fā)揮重要作用。一是綠水信貸的實施可以探索出一種以市場為主導(dǎo)的生態(tài)補償模式,在流域上下游之間建立起一種基于補償關(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,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估模式可以用來量化評估我國生態(tài)補償措施的實施效果。我國以小流域綜合治理為代表的生態(tài)補償措施,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估模式來量化以小流域綜合治理為代表的生態(tài)補償措施,具有較大的可行性。

c. 在水資源管理領(lǐng)域,在豐富水資源評價內(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)利用問題。這是人類對水資源認識上的一個重要突破,也是對“綠水”未來在全球發(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)水資源范疇由藍水拓寬到綠水,綠水資源評價將更加豐富傳統(tǒng)水資源評價的內(nèi)容;二是綠水管理與評估模式可以用來指導(dǎo)流域水資源保護、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指導(dǎo)流域的相關(guān)規(guī)劃,在進行規(guī)劃時預(yù)先通過綠水管理措施的效益評估來預(yù)測和指導(dǎo)規(guī)劃的相關(guān)具體內(nèi)容。三是綠水管理機制的應(yīng)用可以與國家和地區(qū)的虛擬水戰(zhàn)略聯(lián)系起來，從提高虛擬水利用效率的角度，緩解因藍水資源缺乏導(dǎo)致的經(jīng)濟發(fā)展瓶頸問題。

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