经典文献 | PNAS 滴灌的利弊与有待改进的水权制度

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本期导读：

本期介绍的文章将目光从美国的西堪萨斯投向新墨西哥州的Rio Grande 盆地。同样基于数学规划模型，该文作者将生物物理（biophysical）、水文地理（hydrological）、农学、经济学及政策与制度等多方面因素纳入了一个综合评价体系。上一篇文章强调滴灌对减少农业用水的作用，而下文作者则指出，减少灌溉用水未必就能减少水资源的损耗总量。其中的原理和“回归流”这个概念紧密相关。

专题分类：资源与环境 | 节水技术与灌溉

本专题其它文章：

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Water Conservation in Irrigation Can Increase Water Use. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2008, 105(47): 18215–18220

Frank A Ward and Manuel Pulido-Velazquez

人类在21世纪面临的一个重大调整是为近百亿的人口提供充足的食物。要达成这个目标，水的供给至关重要，因为食物的生产依赖水的滋养。人们需要按时为各个地区的作物和牲畜保质保量地提供用水。

水资源是相当有限的。许多国家已经遭遇水的供给短缺。一方面，生产更多的食物要求增加农业用水。另一方面，城市生活用水，工业用水，和环境用水（water for environmental use）也在增加。

为了缓解这种矛盾，不少公共政策致力于节省灌溉区的农业用水（water conservation in irrigated agriculture）。这些政策都从提高农业用水使用效率的角度出发，设法改进灌溉设施，提高灌溉效率。

推广滴灌（drip irrigation）技术就是一个典型的例子。与传统的漫灌（flood irrigation）相比，滴灌常常可以将用水效率提高一倍以上，且提高亩产。当然，滴灌的成本高出不少，但仍然可以提高农场的净利润率。

不少人直觉地认为，效率提高了，自然就可以减少水的消耗了。但这个看上去很合理的节水逻辑并不一定能真的减少水资源的消耗量（water depletion）。其中的科学原理不难理解。更高效的灌溉设施减少了回归流（return flows，即土壤中水径流派生出的水流），从而使地下水补给（aquifer recharge）受阻，这可能导致总的水耗损增加。

以美国新墨西哥州一带的Rio Grande 盆地为例，作者构造了一个可以用数学优化模型求解的综合性模型。这个模型最大化20年的折现净收益。而净收益由农业收益和环境收益两个部分组成。环境的收益是由居民对于游览水库风景区的支付意愿（willingness to pay）计算出来的。

作者发现，如果政府增加对于滴灌的补贴，滴灌的面积就会增加，而总的农作面积也会增加。虽然总的用水量（total water applied）减少了，但是回归流的减少要大得多，地下水的补给量也相应的锐减（下降超过50%）。这些变化最终会使水的总损耗量增大。

那么，要怎么做才能真正地减少水的损耗呢？作者指出，第一步是准确的度量水在各个环节的使用效率和回报。接下来，政府需要从改进水权制度的角度入手。现有的水权没有给农户，即实际的灌溉者（irrigator）足够的激励去降低水的消耗量。

目前的情况是，农户采用了更高效的灌溉设施只是为了提高农场的利润。如果农户发现他们减少了总的用水量，他们反而可能认为自己没有充分享受法定的用水权（believe their water right is not fully used）。他们会因此把节省下来的水也用掉，以创造新的利润。或者，他们会耕种更大的面积，耕种高耗水-高收益的作物。更合理的水权应该是基于水的总体消耗量来制定的。

与灌溉有关的往期推文：

AEJ-AE 水泵动力提升、地下水灌溉普及与农业变迁AEJ-EP 技术推动下的农业发展对非农部门的溢出效应JDE 降雨量、水利系统与社会冲突

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