――关于节水农业几个问题的思考
《中国水利报》第3548期 出版日期：2014-10-16
我国是一个水资源短缺的国家，又是一个人口大国，粮食安全要靠自己。保障粮食安全对中国来说是永恒的课题，任何时候都不能放松。随着经济社会发展，人民生活水平日益提高，生态文明建设不断推进，水资源供需矛盾日趋加剧。保障我国战略水安全，要求农业用水维持零增长或负增长；但要实现2020年增产1000亿斤粮食目标，按照现有农业生产用水技术水平，农业用水必须增加500亿~600亿立方米。这是一对难以调和的矛盾，也是无法回避的现实问题。
根据我国农业用水技术水平与现状，解决这一矛盾的有效战略途径只有大力发展节水农业，提高农业用水综合效率，科学降低农业用水总量。但如何发展节水农业，在发展节水农业过程中到底需要解决哪些问题呢？本期，我们邀请西北农林科技大学副校长、中国科学院水利部水土保持研究所研究员、国家节水灌溉杨凌工程技术研究中心主任、旱区作物高效用水国家工程实验室主任吴普特，请他谈谈事关我国节水农业发展的一些重大问题。
1 节水农业的科学内涵
节水农业（Water saving agriculture）的提法是中国独创，与水土保持(Soil and water conservation)一词类似。前者国外称之为农业高效用水(Water use efficency in agriculter)，后者国外称之为土壤保持(soil conservation)。
国外，特别是欧美国家更重视如何提高农业用水效率，包括水的利用率和水的利用效率，这是基于国家总体水资源较为丰富，且农业用水、工业用水、生活用水、生态用水比例基本趋于稳定与平衡的现实。在这种前提下，提高用水效率就成为发展的主线，用水效率的提高就为发展提供了一定的用水空间。
但中国与此不同，不仅水资源紧缺，而且工业用水、生活用水以及生态用水需求还正处于上升阶段，伴随着经济社会发展，这一需求还会增加，需要通过科学降低农业用水总量来满足这一需求。因此，单纯以提高用水效率作为发展节水农业的全部内涵，在中国是不全面的，这也是我国采用“节水农业”一词的主要原因。事实上，用水效率的提高并不一定能够降低农业用水总量，基于经济驱动作用，往往会产生一种“反弹效应”。人们会更加关注并重视效益较高的农业生产，很可能导致农业用水总量增加。
我国提倡的节水农业，实际上是“两高一低持续农业”。所谓“两高”，一是指农业用水效率高，二是指农业用水效益高；所谓“一低”，则是指降低农业用水总量；“持续”则是水资源的永续利用。这就有一个适度的问题，适度则是指科学利用。这里的高农业用水效率，包括两个方面：一是自然降水的利用率高，二是灌溉水的利用率高，而不是仅仅指提高灌溉水的利用效率。高用水效益，同样包括两个方面的内涵：一是单位体积或重量的农业用水产出效益高，二是生产单位重量的农产品所消耗的水资源量最少，这是一个相对复杂的问题。但上述的前提均为要保障区域水资源的可持续利用。
2 农业生产到底需要多少水
中国是一个人口大国，也是正处在经济转型关键期的发展中国家，中国人必须将饭碗牢牢端在自己手中。民以食为天，解决吃饭问题是天大的事，保障农业生产用水与中国粮食安全密切相关。
农业用水可以降低，但降低的前提是如何保障国家粮食安全生产用水，这是底线，也是红线。目前这一问题还没有很好解决，即农业生产到底需要多少水才能保障国家粮食安全。这是一个非常复杂的重大问题，不仅与国民消费需求有关，更与区域资源、膳食结构与消费方式密切关联，但这一问题在过去并未受到应有的重视。
随着人民生活水平的提高以及膳食结构的改善，保障国家粮食安全生产的水资源需求量也在不断变化，这与国内农业生产总量需求，国家粮食安全自给度有关，涉及自然、经济、社会诸多方面。急需基于国家发展战略与国家粮食安全的重大需求，深入研究中国农业生产用水的底线需求量。
廓清这一问题，对于实施最严格水资源管理制度，保障国家战略水安全，实现经济社会持续发展均有重要意义。不仅有利于确定我国发展节水农业的战略重点与突破口，对进一步量化我国粮食安全战略与膳食结构也有促进作用。
3 农业节水潜力到底有多大
农业节水潜力一直是非常重要的热点科学问题，研究与关注的人很多，也取得了较多的研究成果，但突破性进展并不大。目前，不论是节水农业工程建设项目，还是节水农业科技项目，均有一个重要的量化考核指标，即工程实施或项目完成后可实现节水多少立方米。我们不禁要问，到底农业节水的潜力有多大？年年节水，何时可实现我们的节水目标，我们的节水目标到底是什么？科学依据是什么？
实际上，这是一个非常前沿的重大科学问题，不仅与农业生产方式和农业生产用水有关；更重要的则是，有以下几个重大科学问题至今还没有完全搞明白。
一是生产单位干物质的极限用水量。这固然与作物种类有关，但与作物生长发育过程中水的转化与作用密切相关，当然也与区域自然条件等密切相关。目前，过多地关注了抗旱节水品种的筛选与利用、作物水分胁迫，作物整体抗旱性能等。近几年，也开始关注植物生命健康需水过程。如果我们能够从生命科学角度，揭示出植物生长过程中的水分作用机理与动转过程，进而量化不同作物生产单位干物质所需要的极限需水量，这无疑将对揭示农业节水潜力产生重要的理论支撑作用。
二是降水资源利用的极限量。对于农业生产来讲，降水是最廉价的水资源，无论对于旱作农业，还是灌溉农业，科学合理提高降水资源的利用率与利用效率，对发展节水农业都是有益的。问题的核心在于，不同区域降水资源科学合理利用的极限量到底是多大？这一问题一直没有得到很好的回答。如甘肃发展的全膜双垄覆盖技术，可以说几乎全部降水被农业生产所利用，这种技术持续性如何？这些问题的回答急需明晰不同区域雨水资源利用的极限量，即区域雨水资源科学合理的利用量到底是多少？也就是基于技术发展的适度利用量。这对回答区域农业节水潜力同样重要。
三是灌区输水损失的极限量。灌溉农业区输水损失是发展节水农业的一个重要环节，也一直是节水农业工程建设的重点。但灌区输水损失的合理极限量一直也没有一个明确的说法。这不仅与技术的可行性与先进性有关，也与经济可行性密切关联。在我国经济发展到一定程度时，是否有必要实施改明渠输水为暗渠输水，是否需要将渠道输水改为管道输水，是五级渠道都需要改变还是改变其中的若干级，这些问题急需提到议事日程进行研究。这些问题如果没有得到解决，农业节水潜力也难以回答清楚。
四是发展节水农业对区域生态与环境的影响。节水农业是“两高一低持续农业”。发展节水农业必须走持续发展的道路，必须做到水资源永续利用。在制定区域节水农业发展规划时，一定要对发展方案进行区域生态与环境评价评估，要研究节水农业发展对区域生态与环境的影响，并做出科学评价。这是目前我们比较薄弱的环节，需要加强。如灌溉面积是否要扩大？依据是什么？是否会引起区域地下水水位大幅度下降？大面积开采地下水是否会对区域环境与生态造成影响？影响有多大？都需要研究。实际上，这方面的教训是很多的。
五是植物光合效率的极限量。植物生产实际上是太阳能转化为生物能的过程，也是一个物理化学反应过程，一旦种子播入土壤，影响这一反应过程的因素主要是水与肥，水肥因素在这里相当于催化剂的作用。水肥调控有助于提高太阳能转化为生物能的利用效率，增加作物干物质生产量，这也是挖掘农业节水潜力的有效途径。对于现有作物品种，如何通过水肥调控来提高其转化效率，提升的空间到底有多大？如何通过品种改良提高这一转化效率？这些问题均没有很好解决。
4 农业用水与农业生产结构的关系
农业用水与农业生产结构密切相关，不仅种植业与畜牧业之间用水有差距，就是种植业内部，不同作物的用水量也有明显差异。同理，畜牧业内部不同畜种之间用水也有明显差异。高效节水型农业生产结构无疑对发展节水农业具有重要促进作用，从这个意义上讲，节水型农业生产结构应是今后农业生产的重要发展方向之一。
如何确定节水型农业生产结构？不同区域节水型农业生产结构、发展模式如何？仍是至今没有完全解决的问题。其核心在于我们还没有完全搞清楚农业用水与农业生产结构之间的关系。
据一些专家研究，同样的土地和水资源，生产饲用作物可收获能量比谷物多3~5倍，蛋白质比谷物多4~8倍；单位热量牛肉的水足迹（L/kcal）是谷物和根茎类植物的20倍左右，牛奶、鸡蛋每克蛋白质的水足迹约是豆类植物的1~5倍，牛肉则是豆类的6倍左右。就是小麦与玉米作物生产，其用水也有较大差异。从满足人们获取的能量需求出发，考虑解决国家食物安全问题，调整农业生产结构显然是一条有效节水途径。
目前，我们国家紧缺的还不是人们所需要的口粮，而是饲料粮。目前我国粮食总产量的约40%用做饲料生产。基于这一现状，无论从保障国家粮食安全，还是国家战略水安全角度考虑，均需尽快研究农业用水与农业生产结构的关系。
明晰这一关系之后，结合国家粮食安全与食物安全需求，根据有限水资源约束条件，即可进一步确定我国农业生产结构。由此，采用粮、经、饲结合发展模式还是大力提倡农牧结合，现有农业生产结构如何调整等问题均可以得到回答。
加强农业用水与农业生产结构间的关系研究，不仅有助于我国节水农业发展，而且对我国农业生产结构调整也有积极促进作用。
5 “北粮南运”引发的“北水南调”问题
20世纪90年代以来，基于国家区域经济发展格局的转变，我国出现了“北粮南运”现象，打破了“湖广熟，天下足”的古训。“北粮南运”现象伴生了农业虚拟水“北水南调工程”。据研究，上世纪90年代北方向南方年均调运粮食约1860万吨，折合虚拟水量（包括绿水与蓝水，以下同）约为238亿立方米；本世纪前10年，北方向南方年均调运粮食4361万吨，折合虚拟水量530亿立方米。
“北水南调工程”的形成与运行，不仅加剧了北方水资源危机，危及国家粮食安全，而且拉大了南北方经济差距。据统计，1980年南北方GDP仅相差588亿元，1990年南北方GDP相差2597亿元，10年时间这一差距仅增加了4倍。自1990年“北水南调工程”运行以来，这一差距不断增大，2000年南北方GDP差距达到16 783亿元，2010年更增加到62 877亿元，20年时间这一差距增加了24倍。“北水南调”无疑是拉大这一差距的重要原因之一。
我们必须高度重视这一自然经济社会现象。一是进一步强化政府宏观调控职能。尽快启动研究实施国家粮食生产用水补偿奖惩制度，充分调动多方节水积极性，缓解北方地区粮食生产水资源压力。二是引入市场机制大力发展现代节水农业。尽快研究出台相关政策，鼓励并支持节水企业投资建设和经营管理节水农业工程，充分调动多方资源，促进节水农业发展，保障国家粮食安全。
6 气候变化对农业用水的影响
全球气候变化已成为不争的事实。气候变化不仅会引起区域温度、降水、太阳辐射的变化，而且对区域水文过程、植物需水等均会产生一定的影响，未来气候变化如何影响区域农业用水过程与用水总量，仍是一个没有很好解决的重大问题。
据初步研究，自上世纪90年代以来，由于受气候变化的影响，我国灌溉用水量年均增加1 000亿立方米左右，之所以实际灌溉用水量并没有增加，主要归功于节水农业技术进步，以及国家加强节水农业技术应用推广的相关政策。这说明，我国还是有能力依靠技术进步与技术政策来应对气候变化。
目前急需要研究气候变化与农业用水的关系，以及气候变化如何影响农业用水，进一步明晰应对气候变化的节水农业技术体系与区域发展模式，为构建应对气候变化的农业生产体系提供相关理论依据与技术支撑。其次，要深入研究未来气候变化条件下农业用水的需求，并对未来状况做出科学预测，提出相应的应对技术体系与策略。同时，要重视区域干旱过程与演变趋势研究，在明晰干旱化过程演变规律的基础上，建立科学合理的区域干旱评价技术体系，对未来干旱化过程演变趋势进行预测与评估。
7 节水技术区域适应性与发展模式
任何一项节水技术都有其优点与不足，更有其适应的气候、土壤、作物、水源、规模和经济条件等。节水农业技术具有鲜明的区域性特征，并与作物种类密切关联。
以往研究对技术本身相对比较重视，对技术的区域适应性也做过一些研究，如众多科研项目均有技术示范内容与课题，国家也实施了节水灌溉、旱作节水等工程建设项目。但总体来看，对技术的区域适应性与区域发展模式研究还重视不够。在节水农业实践过程中，尤其是在节水农业工程建设过程中，技术与技术模式的选择仍需要加强科学论证，有限投资的回报率仍有提升空间。
不同区域、不同作物到底适应哪种节水技术？不同区域适合的节水发展模式又是什么？是否都要发展滴灌？或者发展喷灌等，这些问题均需要认真研究与总结。现在时机已经成熟。我国经过了几十年的工作与实践，已经积累了一定的经验，也有一定的教训，对过去工作的总结、分析与反思，有助于今后节水农业的科学发展。
目前急需进一步明确不同区域节水农业的发展方向，包括节水灌溉技术的发展方向是什么？旱作农业节水技术的发展方向是什么？区域节水农业发展的突破口在哪里？如何建立适合中国国情与特色的节水技术体系与区域发展模式。
8 发展节水农业的相关政策与产业问题
发展节水农业的重要性、紧迫性国人皆知，国家也十分重视，但现状是农民、地方政府，以及灌区管理机构的节水积极性不够高。原因是什么？
国家实施了若干节水农业工程计划，地方政府争取项目积极性非常之高，但工程建成后，其运行与管理仍存在许多问题，有些工程并未发挥预期效益。原因又是什么？
自从“要将节水灌溉当作一项革命性措施来抓”提出后，我国节水灌溉产业取得了长足发展，经历了从无到有、从小到大的发展历程，对抵御国外产品对国内市场的冲击发挥了重要作用。但我们的民族节水企业并不强，在国际上还缺乏应有的竞争力，与国内相关行业相比，尽管市场需求很大，前景很好，但发展速度不是很理想。原因又是什么？
农民之所以节水积极性不高，是因为节水并未给其带来效益，节约的水所产生的效益与其无关；地方政府节水积极性不高，是因为节水后会降低GDP，影响地方政绩；灌区节水积极性不高，是因为收取水费是其主要经济来源，少用水则会降低其经济效益，影响其生存与发展。
国家投资建设的若干节水农业工程为什么运行不是十分理想，有些并未发挥其预期效益，是因为工程运行管理出了问题。工程建设有人管，工程运行管理责任不清晰，工程产权也不十分明晰，工程维护缺失，以及基层服务组织建设不完善等，是重要原因。
为什么国内节水市场很大，甚至国外许多企业看好中国节水市场，但民族节水企业并不强，发展较慢，国际竞争力较弱？一个很重要的原因在于，我们对国内节水农业市场培育重视不够，缺乏相应市场机制。
发展节水农业所产生的效益不能简单地用生产的农产品价值去评估，水也是经济资源，节约的农业用水量用于其他行业也会产生新的效益。我们是否应该转变观念，对发展节水农业的效益进行重新认识与评估，据此制定相关政策，来充分调动农民、地方政府以及灌区管理机构节水积极性呢？这一问题还没有完全解决。
节水农业固然是一项公益性事业，但公益性事业发展也需要相应的产业去支撑。节水农业产业到底应该如何发展，民族节水企业应该如何发展，如何利用好政府与市场两只手，如何充分调动企业发展节水产业的积极性，如何培育节水市场等，都是我们急需研究解决的重要问题。
国家实施退耕还林（草）工程的经验是否可以借鉴？信息产业发展的经验是否可以借鉴？如何解决节水工程的配套投入问题？甚至是否可以让企业投资、建设与管理节水农业工程等重大政策急需研究出台，这对发展节水农业至关重要，对保障国家粮食安全与战略水安全，以及经济社会可持续发展均具有重要意义。