楊貴羽，王 浩，呂 映，李爍陽，常 翠

（中國(guó)水利水電科學(xué)研究院 流域水循環(huán)模擬與調(diào)控國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，100038，北京）

我國(guó)是人口大國(guó)、 農(nóng)業(yè)大國(guó)，把中國(guó)人的飯碗牢牢端在自己手中是國(guó)家糧食安全的根本戰(zhàn)略方向。 水、土資源是影響糧食安全的兩大剛性約束，對(duì)其進(jìn)行合理開發(fā)利用、提高利用效率，成為保障國(guó)家糧食安全的關(guān)鍵要素。 然而，我國(guó)水資源稟賦差、可耕地資源有限且二者錯(cuò)位分布等因素均制約著我國(guó)糧食生產(chǎn)，尤其近些年城鎮(zhèn)化和工業(yè)化的快速發(fā)展，這些不利因素進(jìn)一步凸顯。 為保障國(guó)家糧食安全，我國(guó)確立了“藏糧于地、藏糧于技”戰(zhàn)略。 目前有關(guān)“藏糧于地”的解釋主要有兩種：一是保護(hù)現(xiàn)有耕地，提高其產(chǎn)能；二是在保護(hù)挖掘現(xiàn)有耕地產(chǎn)能的基礎(chǔ)上，發(fā)展新的耕地資源， 提高糧食生產(chǎn)能力。 “藏糧于技” 集中體現(xiàn)為用現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技和物質(zhì)裝備強(qiáng)化糧食產(chǎn)能，即圍繞糧食生產(chǎn)各環(huán)節(jié)和關(guān)鍵要素從根本上進(jìn)行精準(zhǔn)利用與管理。 水是糧食生產(chǎn)的核心要素，無論通過哪種方式提高耕地產(chǎn)能， 均離不開水的合理供給與調(diào)控。 本文綜合我國(guó)糧食產(chǎn)銷現(xiàn)狀及其發(fā)展中面臨的水資源形勢(shì)，立足水土資源自然稟賦特征，從全域尺度分析了保障我國(guó)糧食安全的水資源格局，揭示了促進(jìn)“藏糧于地、藏糧于技”戰(zhàn)略下國(guó)家水網(wǎng)建設(shè)的作用和意義。

一、我國(guó)糧食生產(chǎn)和消費(fèi)狀況

根據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)年鑒資料分析，進(jìn)入21 世紀(jì)以來， 我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)能力得到了極大提升，糧食總產(chǎn)量呈逐年增長(zhǎng)趨勢(shì)（見圖1），但由于生產(chǎn)重心逐漸向北方缺水地區(qū)轉(zhuǎn)移，產(chǎn)銷的不平衡加劇。 據(jù)統(tǒng)計(jì)，2020 年全國(guó)糧食產(chǎn)量達(dá)到6.69 億t，水稻、小麥、玉米三大糧食作物的自給率達(dá)到98.75%。從空間上看，北方糧食產(chǎn)量占全國(guó)糧食總產(chǎn)量的59.2%， 南方占40.8%，按照人均糧食占有量400 kg 的糧食安全保障標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算， 南方自給率在下降， 北方自給率在增加。 2007 年以來, 全國(guó)糧食生產(chǎn)對(duì)北方的依賴度逐年增大，“北糧南運(yùn)”的態(tài)勢(shì)愈加明顯（見圖2）。

圖1 我國(guó)糧食總產(chǎn)量及三大糧食作物產(chǎn)量變化

圖2 我國(guó)南北方糧食產(chǎn)量及人均糧食產(chǎn)量變化

從31 個(gè)省份糧食生產(chǎn)貢獻(xiàn)率來看，2018 年以來，全國(guó)糧食生產(chǎn)貢獻(xiàn)率較高的省份主要集中于黑龍江、河南、山東、安徽、吉林、河北、江蘇、內(nèi)蒙古、四川等9 省（自治區(qū)），2020 年這9個(gè)省份糧食產(chǎn)量占全國(guó)的63.26%。其中，北方6 省份（黑龍江、河南、山東、吉林、河北、內(nèi)蒙古）占46.42%。 糧食產(chǎn)能向北方集中，且向北方6 省份聚集，加劇了我國(guó)農(nóng)業(yè)水資源的壓力。

二、我國(guó)糧食生產(chǎn)面臨的水資源形勢(shì)

我國(guó)水資源稟賦差、耕地畝均水資源量不足、 水土資源匹配錯(cuò)位，農(nóng)業(yè)發(fā)展對(duì)灌溉水的依賴性較大（見圖3）。 糧食生產(chǎn)區(qū)向北方轉(zhuǎn)移，更加劇了對(duì)灌溉水的依賴。 然而，受全球氣候變化和高強(qiáng)度人類活動(dòng)的共同影響，農(nóng)業(yè)可利用水資源有限，未來灌溉用水面臨著嚴(yán)峻形勢(shì)。

圖3 我國(guó)糧食產(chǎn)量與農(nóng)田灌溉面積的作用關(guān)系

1.糧食作物種植布局向缺水區(qū)域轉(zhuǎn)移，對(duì)灌溉水的需求增加

全國(guó)七大農(nóng)業(yè)主產(chǎn)區(qū)中的5 個(gè)區(qū)（東北平原、黃淮海平原、汾渭平原、 河套灌區(qū)和甘肅新疆主產(chǎn)區(qū)）集中分布在常年灌溉區(qū)和補(bǔ)充灌溉區(qū)。全國(guó)800 多個(gè)糧食主產(chǎn)縣，60%集中在常年灌溉區(qū)和補(bǔ)充灌溉區(qū)。2010 年以來，我國(guó)三大糧食作物播種面積逐年向北轉(zhuǎn)移、向常年灌溉區(qū)和補(bǔ)充灌溉區(qū)集中，增加了灌溉用水需求。據(jù)《中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒2011》和《中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒2021》數(shù)據(jù)分析，近10 年全國(guó)水稻播種面積增加了303 萬 畝（1 畝=1/15 hm2，下同），其中北方6 省份增加了2 062萬畝，且主要集中在黑龍江省（增加1 655 萬畝），南方僅湖北、江西有增長(zhǎng)，其他各省份均在減少；全國(guó)小麥播種面積盡管減少了1 314 萬畝，北方仍占全國(guó)的68.2%， 其中黃淮海地區(qū)河北、山東和河南占全國(guó)的50.6%；全國(guó)玉米播種面積增長(zhǎng)了1.32 億畝，79.8%增加在北方， 且以河北、 內(nèi)蒙古、遼寧、吉林和黑龍江5 ?。ㄗ灾螀^(qū)）增長(zhǎng)為主（見圖4）。

圖4 2020 年較2010 年31 省份三大糧食作物產(chǎn)量變化

另外，根據(jù)相關(guān)研究，未來灌溉面積的發(fā)展重頭仍在東北和黃淮海區(qū)域。 據(jù)分析，綜合考慮我國(guó)水土資源承載狀況，要保障人口增長(zhǎng)和生活水平提高對(duì)糧食的需求，按照“穩(wěn)固合理存量、退減超載存量、科學(xué)發(fā)展增量” 的灌溉面積發(fā)展思路，2030 年仍需在東北、 黃淮海發(fā)展灌溉面積。屆時(shí)，北方農(nóng)業(yè)灌溉水的緊張態(tài)勢(shì)還將進(jìn)一步增加。

2.高強(qiáng)度人類活動(dòng)和氣候變化影響，農(nóng)業(yè)生境破壞，可利用水資源下降

隨著農(nóng)業(yè)種植面積的北移，北方地區(qū)可利用的降水資源不足，增加了對(duì)當(dāng)?shù)貜搅餍运Y源的開發(fā)。 根據(jù)《中國(guó)水資源公報(bào)2019》，除松花江區(qū)外，我國(guó)北方地區(qū)水資源開發(fā)利用率均超過國(guó)際公認(rèn)的40%警戒線，其中華北地區(qū)最高，達(dá)到118.6%。 同時(shí)地下水資源開發(fā)利用率逐年增加，黃淮海平原、松遼平原及西北內(nèi)陸盆地山前平原等地區(qū)地下水水位持續(xù)下降，華北更是形成了世界級(jí)的地下水超采漏斗區(qū)，引發(fā)嚴(yán)重生態(tài)環(huán)境問題。由于高強(qiáng)度開發(fā)利用， 水土流失嚴(yán)重，東北黑土地黑土層以每年0.3～2 mm的速度變薄， 有機(jī)質(zhì)含量由20 世紀(jì)80 年代的3%～6%下降到目前2%～3%。西北作為我國(guó)后備耕地集中分布區(qū)，由于不合理的地下水開發(fā)，耕地鹽漬化和荒漠化并存問題凸顯。 據(jù)統(tǒng)計(jì)，新疆、內(nèi)蒙古、甘肅、青海、陜西和寧夏6 省（自治區(qū)）的荒漠化土地面積達(dá)213.81 萬km2， 占全國(guó)荒漠化土地總面積的81.5%； 沙化土地面積143.42萬km2，占全國(guó)沙化土地總面積的82.9%。區(qū)域農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境破壞、可利用的徑流性水資源減少等嚴(yán)重制約糧食生產(chǎn)。

隨著全球氣候變化，極端干旱事件頻發(fā)。 未來50 年我國(guó)仍將面臨普遍升溫，屆時(shí)農(nóng)業(yè)需水量將進(jìn)一步增加。 根據(jù)《第三次氣候變化國(guó)家評(píng)估報(bào)告》，到21 世紀(jì)末我國(guó)可能增溫1.3～5.0℃。 按照溫度每升高1℃農(nóng)業(yè)灌溉需水量增加6%～10%計(jì)算， 我國(guó)農(nóng)業(yè)灌溉供需水矛盾將進(jìn)一步加劇。

糧食生產(chǎn)需水量的增加與可供水量的逆向變化，加劇了農(nóng)業(yè)灌溉水的短缺。

三、國(guó)家水網(wǎng)對(duì)保障糧食安全的作用分析

1.當(dāng)前配置格局下的水資源承載狀況

水資源承載能力是一個(gè)綜合水資源數(shù)量、質(zhì)量以及水生態(tài)良性發(fā)展的指標(biāo)。 以水量、水質(zhì)和水生態(tài)三大基本要素為約束條件，當(dāng)前我國(guó)水資源配置格局下區(qū)域承載能力狀況可歸為五類，即超過承載能力的不安全區(qū)域、 接近承載能力的較不安全區(qū)域、 承載能力有一定潛力的一般區(qū)域、有一定承載能力的較安全地區(qū)和水資源安全區(qū)。

根據(jù)全國(guó)水資源規(guī)劃相關(guān)成果分析，按照七大流域統(tǒng)計(jì)：

①超過承載能力的不安全區(qū)域：包括海河區(qū)、黃河中下游、淮河中游以及沂沭泗河、山東半島、遼河流域，區(qū)域水資源開發(fā)利用率均在70%以上。 該區(qū)域主要存在水資源與經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展匹配關(guān)系差、生態(tài)環(huán)境惡化等問題。

②接近承載能力的較不安全區(qū)域：主要分布于西北內(nèi)陸河、吐哈盆地、天山北麓、塔里木河等西北干旱地區(qū)。 該區(qū)域主要問題在于水資源稟賦差，生態(tài)環(huán)境脆弱，水資源開發(fā)利用率已超過50%，基本沒有可挖掘潛力， 屬于典型的資源型缺水地區(qū)，但是土地資源相對(duì)充足。

③承載能力有一定潛力的一般區(qū)域：主要包括松花江流域、淮河上游和下游地區(qū)、 內(nèi)蒙古高原及青藏高原內(nèi)陸河、東北和西北的跨界河流地區(qū)。該區(qū)域目前水資源開發(fā)利用程度已接近50%，水資源承載能力富裕度不高。

④有一定承載能力的較安全地區(qū)：包括長(zhǎng)江下游、岷江、沱江、嘉陵江、漢江等支流區(qū)域，珠江南北盤江、東江、珠江三角洲、浙東沿海諸河區(qū)域。 該區(qū)域水資源承載能力還有一定的富裕度，但太湖流域、珠江三角洲等地區(qū)水環(huán)境狀況較差，存在水質(zhì)型缺水問題，粵西、浙東等沿海地區(qū)水源和供水調(diào)蓄能力不足。

⑤水資源安全區(qū)域（仍具有一定開發(fā)潛力的區(qū)域）： 包括長(zhǎng)江上中游（除岷江、沱江、嘉陵江、漢江外）、珠江西江和北江、東南諸河（除浙東沿海諸河外）、西南諸河區(qū)域。 該區(qū)域水資源開發(fā)利用率維持在10%～30%，水資源富裕度較高， 尚有一定開發(fā)潛力，水生態(tài)環(huán)境狀況良好。

面對(duì)各流域（片）的水資源承載狀況，近些年南水北調(diào)東中線供水工程通水和后續(xù)配套工程建設(shè)，引江濟(jì)淮工程落地以及引黃濟(jì)青、膠東調(diào)水工程建設(shè)、 三江連通工程的推進(jìn)，均對(duì)緩解海河、淮河以及山東半島和東北地區(qū)水資源短缺發(fā)揮了重要作用，加上“四水四定”政策貫徹落實(shí)，以及調(diào)整種植結(jié)構(gòu)和壓減高耗水農(nóng)作物種植面積，可從根本上改善區(qū)域農(nóng)業(yè)用水保障。 但是，由于氣候變化影響和能源化工高耗水產(chǎn)業(yè)的分布，黃河流域上游區(qū)、 西北內(nèi)陸河等傳統(tǒng)的干旱區(qū)仍面臨著資源型和水質(zhì)型缺水共同威脅。同時(shí)，黃河中下游區(qū)域也面臨著嚴(yán)峻的水資源不足威脅。盡管黃河中下游區(qū)降水量多年平均（1956—2000 年）為600 mm 左右，相比北方地區(qū)整體偏多，但是在氣候變化的影響下，保障全流域主要用水水源的黃河來水已遠(yuǎn)低于“八七分水” 方案的本底。 黃河徑流量減少將導(dǎo)致占近10%的沿黃灌溉區(qū)域面臨水資源進(jìn)一步縮減的威脅，影響國(guó)家糧食安全，也影響黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展。

2.國(guó)家水網(wǎng)的重要作用

面對(duì)嚴(yán)峻的水資源情勢(shì)，在守住農(nóng)業(yè)基本用水底線， 按照以水定地、量水發(fā)展、適水種植，建設(shè)高標(biāo)準(zhǔn)節(jié)水灌溉農(nóng)田，保障合理灌溉用水需求的前提下， 要保障黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展， 提升我國(guó)耕地后備資源的藏糧能力，合理調(diào)配全國(guó)水資源，將是保障糧食安全，促進(jìn)農(nóng)業(yè)發(fā)展的根本出路。國(guó)家水網(wǎng)工程建設(shè)可通過天然的江河湖泊和人工引蓄水工程的建設(shè)與有機(jī)連通， 實(shí)現(xiàn)將一方之“余”調(diào)劑給他地之“缺”，提高水資源的調(diào)蓄能力， 實(shí)現(xiàn)水資源南北調(diào)配、 東西互濟(jì)的配置格局，同時(shí)也可規(guī)模化推進(jìn)農(nóng)業(yè)水土資源合理調(diào)控技術(shù)的推廣和落地，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的支撐。

（1）有利于提高耕地產(chǎn)能，支撐“藏糧于地”戰(zhàn)略

我國(guó)耕地資源有限，人均耕地面積不足1.5 畝，加之光熱水土資源區(qū)域分布不匹配， 耕地旱澇保收農(nóng)田比重小，抗御自然災(zāi)害能力弱。 據(jù)相關(guān)部門統(tǒng)計(jì)，在現(xiàn)有耕地中，扣除受到坡度制約、侵蝕限制、水分限制和鹽堿限制的耕地，無限制的耕地面積僅占耕地總面積的28.92%； 直接受到水分限制的占8.32%； 中產(chǎn)田和低產(chǎn)田面積占70%以上，且大部分受水分所限。

與此同時(shí)，我國(guó)耕地后備資源有限，主要集中在新疆、黑龍江、河南、甘肅等地。 這些區(qū)域大多受水資源制約，如新疆目前耕地面積高達(dá)1 億多畝，但水土資源嚴(yán)重失衡，不能承受繼續(xù)大規(guī)模開墾。 黑龍江東部的三江平原是我國(guó)重要的濕地保護(hù)區(qū)，適宜開墾區(qū)域有限；松嫩平原西部為鹽堿地分布區(qū)，近年來過度開墾導(dǎo)致土地鹽堿化進(jìn)一步加劇。

開展國(guó)家水網(wǎng)工程建設(shè)，一方面可為耕地后備資源的合理開發(fā)提供必要的水資源支撐，另一方面也可有效緩解現(xiàn)狀有限耕地上的水分限制，改善耕地的立地環(huán)境質(zhì)量，改良中低產(chǎn)田，提升現(xiàn)有耕地的產(chǎn)能，支撐國(guó)家“藏糧于地”戰(zhàn)略落實(shí)落地。

（2）有利于推進(jìn)農(nóng)業(yè)灌溉集約化、智能化生產(chǎn)，支撐“藏糧于技”戰(zhàn)略

土地長(zhǎng)期分散式經(jīng)營(yíng)方式下形成的用水模式，使現(xiàn)狀節(jié)水灌溉規(guī)模小，高效節(jié)水灌溉面積占比低，規(guī)?；?jié)水灌溉制度推行難，水資源利用效率偏低。2021 年全國(guó)農(nóng)業(yè)灌溉水有效利用系數(shù)為0.565， 不足發(fā)達(dá)國(guó)家的80%。 同時(shí)，灌區(qū)監(jiān)測(cè)體系難以系統(tǒng)構(gòu)建，用水計(jì)量缺位，制約著節(jié)水灌溉的集約、精準(zhǔn)發(fā)展。 通過構(gòu)建國(guó)家水網(wǎng)，可實(shí)現(xiàn)多戶協(xié)調(diào)，使引水、供水、排水更加開放，打破過去一個(gè)流域、一座水庫、一條河道、一個(gè)灌區(qū)的單一供水方式，在節(jié)水的前提下有效保障農(nóng)業(yè)發(fā)展的實(shí)時(shí)用水需求。

另外，隨著國(guó)家水網(wǎng)工程建設(shè)與監(jiān)控一體化發(fā)展，可實(shí)現(xiàn)國(guó)家尺度—流域尺度—灌區(qū)尺度—田塊尺度的各級(jí)農(nóng)業(yè)用水精準(zhǔn)化管理。 以建設(shè)國(guó)家水網(wǎng)為契機(jī)，推動(dòng)各級(jí)農(nóng)業(yè)用水管理改革，逐步實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)“需可滿、用可管” 的各級(jí)尺度農(nóng)業(yè)水資源管理體系，全面提升灌溉用水效率，有效支撐“藏糧于技”戰(zhàn)略。

（3）倒逼農(nóng)藥化肥的合理施用量，促進(jìn)綠色農(nóng)業(yè)發(fā)展

據(jù)統(tǒng)計(jì)，2020 年我國(guó)化肥單位面積施用量約為506 kg/hm2， 分別是英國(guó)、美國(guó)的2.05 倍、3.69 倍；農(nóng)作物農(nóng)藥使用量約為10.3 kg/hm2， 也遠(yuǎn)高于發(fā)達(dá)國(guó)家水平。長(zhǎng)期大量使用化肥，致使耕地質(zhì)量下降，且化肥隨著降水、灌溉的淋溶外排至河道，成為影響我國(guó)水環(huán)境質(zhì)量的重要因素之一。 國(guó)家水網(wǎng)建設(shè)可有效提高排水溝、 河道、湖泊水質(zhì)監(jiān)控能力。 基于國(guó)家水網(wǎng)水量水質(zhì)的強(qiáng)有力監(jiān)管，可倒逼減少農(nóng)田農(nóng)藥、化肥的施用量，促進(jìn)有機(jī)肥、菌肥等綠色肥料推廣應(yīng)用， 從原有的“高投入、高產(chǎn)出”農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式，向“適度投入、合理產(chǎn)出”的農(nóng)業(yè)發(fā)展方式轉(zhuǎn)變。 同時(shí)，利用云平臺(tái)、大數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)管理，一方面確保節(jié)約水資源，另一方面減少無節(jié)制開發(fā)對(duì)耕地資源造成的破壞， 實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化、綠色、生態(tài)可持續(xù)發(fā)展。

四、結(jié) 論

面對(duì)農(nóng)業(yè)發(fā)展中水資源限制的嚴(yán)峻形勢(shì)，為保障糧食安全，圍繞水土資源相互支撐合理開發(fā)利用的核心， 在現(xiàn)有水資源配置格局的基礎(chǔ)上，開展國(guó)家水網(wǎng)建設(shè)，實(shí)現(xiàn)國(guó)家水資源優(yōu)化配置，為全國(guó)農(nóng)業(yè)發(fā)展提供有力的水資源保障，可盤活全國(guó)土地資源，提高水肥氣熱等農(nóng)業(yè)生產(chǎn)要素的綜合利用，尤其是以我國(guó)西北光熱資源充足但因缺水而閑置的土地為代表，從水資源利用上實(shí)現(xiàn)提高糧食生產(chǎn)能力，為實(shí)現(xiàn)我國(guó)糧食基本自給提供有力的保障。 ■