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康绍忠院士:藏粮于水 藏水于技——发展高水效农业 保障国家食物安全
1“悠悠万事,吃饭为大。”在极端天气事件频发、新冠肺炎疫情影响持续、国际形势错综复杂的背景下,把中国人的饭碗牢牢端在自己手中成为重中之重。“吃饭”问题不仅是粮食安全问题。早在2017年中央农村工作会议上,习近平总书记就深刻指出,“现在讲粮食安全,实际上是食物安全”。2022年全国“两会”期间的政协联组会上,习近平总书记再次指出,“要树立大食物观”“在确保粮食供给的同时,保障肉类、蔬菜、水果、水产品等各类食物有效供给”,“大食物观”拓展了传统的粮食边界,指导我们从更广的维度认识和把握粮食安全。食物安全是国家安全的基本保证,水安全是食物安全的基础。当前,水资源短缺已成为我国食物安全和农业可持续发展的刚性约束。如何应对新形势下的新挑战?中国工程院院士、中国农业大学中国农业水问题研究中心主任康绍忠就我国水资源与食物安全形势进行分析,并从“藏粮于水,夯实国家食物安全的农业用水保障”和“藏水于技,促进高水效农业快速健康发展”两方面提出对策建议。水资源短缺对我国食物安全的严峻挑战水安全与食物安全是人类社会可持续发展的最基本支撑点。日益严峻的气候危机、水土资源短缺、干旱洪涝灾害等极端事件带来的粮食减产,正在影响全球的农业生产。确保水和食物安全,已成为人类面临的重大挑战。2016年美国发布的《2016—2045年新兴科技趋势报告》指出,到2045年,全球将有超过40%的人口面临水资源短缺。在未来几十年,最乐观的预测主食谷物的价格将会提高30%。如果全球气候变化、需求增长以及资源管理的失败按照目前的趋势继续下去,价格可能会提高100%。在错综复杂的国际形势下,食物安全是国家安全的基本保证,中国人的饭碗要牢牢端在自己手中。从1999年到2021年,我国粮食产量由5.08亿t增长到6.84亿t,21年增长了34.6%。但从2015年到2021年,我国的粮食产量只增长了2389万t,增速变缓,粮食增产进入瓶颈期。我国是世界最大粮食进口国,2021年进口粮食1.6454亿t,接近国内产量的1/4。保持谷物基本自给、口粮绝对安全形势依然十分严峻。▲2011—2021年我国粮食进口量/海关总署数据习近平总书记指出,“解决好十几亿人口的吃饭问题,始终是我们党治国理政的头等大事”“粮食生产根本在耕地,命脉在水利,出路在科技”,为新形势下如何保障国家食物安全指明了方向。水安全是食物安全的基础,水资源短缺将直接导致食物生产的波动,从而在源头上导致真正的食物危机。我国多年平均水资源总量2.8万亿m3,居世界第6位;但人均水资源量仅1983m3,不足世界人均水平的1/3;单位耕地面积的水资源量仅为世界平均水平的1/2。特别是我国水资源与其他社会资源的空间分布不匹配,国土、耕地面积、人口、GDP分别占全国64%、46%、60%、44%的北方地区,水资源量仅占全国的18.6%。我国北方的海河、黄河、西北内陆诸河、西辽河等流域的缺水状况更为严峻。我国在水资源短缺背景下,为了发展灌溉农业,先后建成多种类型的蓄、引、提水灌溉工程,有效灌溉面积从新中国成立时的2.4亿亩扩大到11.18亿亩,位居世界第一。从全球来看,占总耕地面积20%的灌溉地生产了40%的农产品,80%的雨养农业生产了60%的农产品,灌溉地的产量大约是雨养农业的2.5倍。就我国来说,灌溉对粮食增产的直接贡献率约为36.27%。灌溉农业成为我国农业生产的主力军和保障国家食物安全的基石,为把饭碗牢牢端在自己手里和促进农村经济发展作出了巨大贡献。▲我国最大灌区——淠史杭灌区但是,我国的农业发展与区域水资源承载力不相适应。例如,一方面国家花巨资建设南水北调工程,以缓解北方的水资源短缺,另一方面又通过“北粮南运”把水资源运回南方。而且,在一些水资源短缺地区,农业的过度开发导致农业用水量大,加之用水效率低,进一步加重了区域水资源短缺,引发了突出的生态环境问题。如华北平原,由于灌溉发展和农业熟制变化,在农业产能大幅度提高的同时,出现了严重的地下水水位下降,形成世界上面积最大的地下水漏斗区;西北内陆干旱区塔里木河、石羊河、黑河等流域,农业开发规模超过了水资源承载力,导致流域下游土地沙化、沙进人退、绿洲萎缩;东北西辽河流域大规模抽取地下水发展浅埋滴灌,引起地下水水位大幅下降、草地退化和土地沙化;东北三江平原大面积改种水稻,导致地下水水位下降和湿地萎缩。这些都对农业可持续发展和人类生存环境形成了严峻的挑战。灌区是我国重大的公益性基础设施工程,是国家食物安全的压舱石。但是,现有大中型灌区工程设施大多建于20世纪50年代至70年代,标准低、配套差、管理不畅,由于长期投入不足,呈现“先天不足、后天失调、周身是病、发展艰难”的严峻局面。2021年我国灌溉水利用系数仅为0.568,单方灌溉水的产粮数大约是1.58kg,远低于发达国家的水平。“十四五”期间,全国456处大型灌区,列入国家更新改造规划的仅124处,不到全部大型灌区的1/3;而且资金投入强度远远不能满足灌区续建配套和现代化改造的实际需求。灌区发展滞后已成为保障国家食物安全和农业可持续发展的短板。藏粮于水夯实国家食物安全的农业用水保障我国水资源紧缺,水土不适配,“水缺”比“地少”更为严重。水资源短缺已成为食物安全和农业可持续发展的刚性约束,挑战日益严峻。缓解水资源短缺和灌溉用水增加导致的生态环境问题,迫切需要降低灌溉用水量,然而盲目减少灌溉用水量将导致农业产能下降,威胁国家食物安全和农产品有效供给。水安全是食物安全的基础,在当前错综复杂的国际环境、不稳定性不确定性明显增加的背景下,必须绷紧食物安全这根弦,藏粮于水,夯实国家食物安全的农业用水保障。1.确立农业用水安全红线,为国家食物安全提供用水保障我国粮食作物种植布局不断向北方缺水地区转移,“北粮南运”已成为我国粮食产销布局的新特征,这种生产格局的变化会进一步导致北方农业需水的增加。大量研究表明,未来气候变化不会导致水资源明显增加、改变我国南多北少的水资源分布格局。我国后备耕地资源主要在黄淮海、东北、新疆和甘肃,未来利用这些后备耕地资源必将进一步加剧北方农业用水的紧缺态势。为此,需要未雨绸缪,确立和牢牢守住保障国家食物安全的农业用水安全红线。农业用水安全红线是保障国家食物安全和农产品有效供给所需要的净耗水量、农业用水量、单位粮食产量净耗水量和灌溉水利用系数红线。影响农业用水安全红线划定的因素很多,包括未来人口增长与生活水平提高对粮食和其他农产品的需求、作物种植结构和耗水特征、灌区现代化、节水灌溉技术应用、科技对节水的贡献等。▲大型平移式喷灌系统我国农业用水量从20世纪90年代开始缓慢下降,到2003年降到最低值3431.4亿m3;然后又缓慢增加,2013年达到3920.3亿m3;其后再次缓慢下降,近几年基本维持在3640亿m3左右。灌溉水利用系数从2000年的0.43持续提高到2021年的0.568。农业净耗水由2001年的1652.2亿m3下降到2003年的1509.8亿m3,然后持续上升到2017年的2050.3亿m3,近几年维持在2050亿~2070亿m3;单位粮食生产的净耗水量由0.469m3/kg降到0.404m3/kg,年均下降0.003m3/kg。21年间,由于灌溉水利用系数增加,年节约农业用水量达到1169.57亿m3。其中,由于单位粮食生产的净耗水量减少,即通过作物水分利用效率提升而节约的年净耗水量达到375.53亿m3,相当于年节约农业用水量661.14亿m3;灌区工程配套与改造等节约农业用水量508.43亿m3。农艺节水与工程节水的比例分别为56.53%和43.47%。从上述分析可知,目前我国农业用水总量基本稳定的根本原因是作物水分利用效率和灌溉水利用系数逐年增加的结果,如果我国的灌溉水利用系数和单位粮食生产的净耗水量仍然处于2000年的水平,目前灌溉面积和粮食产量下的农业用水量会达到4810亿m3,农业节水和高效用水无疑对控制农业用水大幅度增加作出了巨大的贡献。统计数据表明,2021年我国粮食年消费量8.1亿t,粮食自给率为82.6%。预计粮食需求峰值可能在2035年到来,约为9.4亿t。若保持粮食自给率不变,到时我国的粮食产量需达到7.8亿t。按照过去21年间的年均用水下降速率,预计2035年我国灌区单位粮食产量的净耗水量为0.362m3/kg;根据国民经济与社会发展规划的刚性约束指标,到2030年我国的灌溉水利用系数将达到0.60,预计2035年提高到0.625;假定未来75%的粮食增加量仍由灌溉地生产。按此计算,则粮食需求高峰期2035年前后的农业净耗水量需要增加到2421.64亿m3,农业用水需增加到3874.62亿m3。因此,在粮食需求高峰期2035年前后的农业用水安全红线宜定为:农业净耗水2422亿m3,农业用水3875亿m3,单位粮食产量的净耗水0.362m3/kg,灌溉水利用系数0.625。2.加快建设国家农业水网,提高食物安全供水保证率面对我国“北粮南运”的粮食产销格局,以及耕地后备资源主要集中在黄淮海、东北、新疆和甘肃,且这些区域大多受水资源制约的状况,在大力发展适水农业的同时,为了保障国家食物安全,迫切需要加快国家水网工程建设,实现水资源南北调配、东西互济的配置格局,促进水土资源有效匹配,为耕地后备资源的合理开发利用提供必要的用水保障,同时也可有效缓解现有耕地的缺水限制,提升产能。农业水网是国家水网的毛细血管和重要组成部分,而灌区灌溉渠(管)网则是农业水网的主要载体。应把农业水网纳入国家水网建设规划,做好顶层设计,研究制定国家水网框架下系统畅通的农业水网格局,以利于全国各省、各地区的灌区现代化改造、高标准农田建设和山水林田湖草沙系统治理的有序稳步推进,避免重复投入和低效建设。▲江苏太仓田间水网管护在北方水资源紧缺区,特别是新疆和河西走廊等地势落差较大、水源水质良好的区域,以及华北井灌区,应适度推进灌溉供水自来水管网化,采用大口径聚乙烯、聚氯乙烯管材或加筋聚乙烯复合管材建设管道输水系统不会显著增加工程成本,但可以减少输水损失、少占耕地。在建设农业水网的过程中,还应加强计量监测设施、信息化工程等建设,使农业水网系统管控逐渐向信息化与智慧化方向发展,加速智慧农业水网构建的进程,提高灌溉供水保证率、农业用水效率和效益。3.充分挖掘南水北调工程给粮食生产供水的潜力,开发利用西北内陆干旱区咸水资源在全球气候变化导致水文情势改变、未来仍有较大不确定性的背景下,保障国家食物安全用水的形势依然严峻,需要在深度节水前提下,适度增加跨流域调水,开发和安全利用非常规水源,提高农业用水保障能力。(1)充分利用南水北调东、中线工程的外调水,提高华北地区口粮生产用水保障能力华北地区在我国粮食生产特别是优质小麦等口粮生产中具有不可替代的重要作用,同时也是我国水资源最紧缺地区之一和南水北调东、中线工程的主要受水区。在国家粮食安全紧平衡的背景下,需要继续利用好华北地区良好的耕地条件,稳定甚至适度扩大粮食生产,通过较大规模调整种植结构和压缩农业用水难度很大。充分利用南水北调工程的外调水,提高粮食生产用水保证率,对确保国家口粮绝对安全意义重大。南水北调东、中线工程贯穿黄淮海地区,在沿线引黄灌区范围内一定程度上具备向农业供水的工程条件。据调查,河北农业水价的承受上限约为0.65元/m3,山东、河南也大体相当。河北全省亩均灌溉用水165m3/亩。据有关推算,南水北调东线二期工程向农业终端供水水价大约为2.14元/m3,大约每亩需补贴245.85元。▲南水北调中线穿越河北正定农田近年来国家投入京津冀地下水超采区治理的小麦休耕补贴是500元/亩,但由于休耕项目区之外的种植面积增加,节水数量有限。由于南水北调工程水价高于当地直接开采利用地下水的水价,加之工程配套不完善,导致计划供给河北的南水北调水源没有充分利用。因此,建议把每亩500元的休耕补贴直接用于南水北调工程水价补贴,把目前河北没有用足的南水北调水直接用于水资源极度紧缺的衡水、沧州等地下水严重超采区的粮食生产,特别是小麦等口粮生产用水;对于经济作物和蔬菜生产用水仍需考虑市场对水价的调节作用。(2)加快实施南水北调西线工程,充分挖掘河西走廊等地的后备耕地资源潜力南水北调西线工程是从根本上解决黄河流域及西北地区水资源短缺的战略性工程。西北地区生态区位重要,光照充足、气候适宜,是我国最大的玉米、蔬菜、瓜类、花卉等对外制种基地,
2022年7月26日