农业用水危机及粮食安全探析
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我国人多、地少、水缺,全国人均占有水量为世界的1/4,华北地区仅为世界的1/24。为世界13个贫水国之一。有限的水资源在时空分布上又很不均匀,南多北少、东多西少,夏秋多、冬春少,季节性、区域性干旱缺水问题十分严重,我国水资源的供需矛盾已十分突出。我国目前农田有效灌溉面积为7.5亿亩,但由于缺水,每年实际灌溉面积只有6.5亿亩左右。全国灌区年缺水约300亿米3,因缺水而少收粮食350—400亿公斤。由于水资源不足且不科学引用,近十多年来黄河连续断流,且断流时间和断流河段越来越长,1997年黄河下游利津站断流时间累计达226天,295天无水入海,断流上延到开封柳园口,长达704公里,是历史上没有的。而且,黄河中游各主要支流沁河、伊河、汾河、大汶河、延河、渭河等相继出现断流,影响了沿黄两岸工农业生产和人民生活,导致油田缩小生产的规模,居民供水紧张,粮食大幅度减产,加剧了主河槽的泥沙淤积,使下游防汛日益艰难,断流也加剧了河流水质污染。华北平原地区由于地下水超采致使地下水位平均每年下降1米多,渤海湾地区因地下水位下降,已有1450平方公里的地区受海水入侵,一些地区已出现井水量减少的趋势。
全国50%的城市地下水受到污染,131个大中型湖泊中,富营养化的达65个,78%的城市河段已不适合做饮用水源;情况还在继续恶化,水体污染使有限的水资源更加短缺。21世纪将是我国从发展中国家转变为世界中等发达国家,也是我国人口增到16亿高峰时代,工、农业和城市生活用水将与日俱增,工业、生活用水将挤占农业用水,农业用水危机将更为严峻。如何认真科学地解决水资源问题,将影响中国粮食安全,我们必须有清醒的认识,采取果断有力的措施,对水资源实施科学管理和有效利用。
(一)21世纪中国粮食安全的内涵及评价
1.粮食安全。联合国粮农组织于1974年在世界粮食大会上定义为:粮食安全即“保证任何人在任何地方都得到为了生存和健康所需要的足够食品”。经济学家阿尔伯托.瓦尔德斯定义的粮食安全是“缺粮国家或这些国家的某些地区或家庭逐年满足标准粮食消费水平的能力”。
2.粮食安全的变量指标体系。粮食安全状况用什么指标来衡量,目前FAO、世界银行及各国学者所采用的计算方法和标准比较一致。(1)粮食贸易依从度:α=(D-S)/D×100%粮食自给率:β=S/D=1-α式中:D——粮食总需求量;S——一国的粮食供给量α≤5%表明一国已经基本上实现了粮食自给。α≤10%即达到可以接受的粮食安全水平。(2)粮食储备水平。粮食储备是在新的作物年度开始时可以从上一年收获的作物中得到(包括进口)的粮食储备量。(3)粮食产量波动系数。粮食生产受气候、投入、价格政策等不确定因素影响,年际间往往有较大波动,波动幅度大小在一定程度上反映了一个国家的粮食安全程度。亚洲国家的不稳定指数大都比较低,中国位于较低国家之列。(4)人均粮食占有量。每个国民粮食占有量越大,表示粮食安全水平越高。(5)低收入阶层的粮食保障水平。一个国家总体上粮食供给有余,而一部分低收入者可能吃不饱饭或者营养不足,增加低收入阶层的粮食供给,可以显著地提高一个国家粮食安全水平,扶贫计划与此有关。
3.中国粮食安全的评价。根据上述五个粮食安全度量指标对中国和世界主要粮食生产和消费国的粮食安全状况进行评估结果:目前中国粮食安全水平低于美国、加拿大、澳大利亚和法国,但高于日本、印度和俄罗斯,并且高于世界平均水平。然而如果因人口增长和不测事件,未来粮食自给率下降,外贸依从度提高,以及人均占有量增大缓慢,预示着我国粮食安全水平有可能下降。
(二)21世纪中国粮食供需的变动趋势
1.中国人口的发展。中国人口从1980年的9.87亿,增到1995年的12.11亿。15年平均每年增加近1500万人,年平均增长率1.28%。到2000、2010、2020、2030年,根据国内外权威机构预测,中国人口将由1995年的12.11亿先后增加到13亿人,14.0—14.3亿人,14.7—15.4亿人和15.3—16.3亿人,需要严格地控制人口的增长。2.中国对粮食的需求。到2000年,主要动物性食物的消费水平提高,居民的食物消费结构将达到或超过小康水平,人均每日供给热能基本维持在2660大卡,蛋白质72克,其中优质蛋白质超过30%,粮食总需求量5.20亿吨,人均需求量400公斤,人均消费量(口粮)213公斤。到2010年,居民的食物消费结构和水平将进入水康水平中期阶段,人民的食物质量显著改善。粮食总需求量5.6—5.9亿吨,人均需求量400—420公斤,人均消费量(口粮)193公斤。到2020年居民的膳食营养结构将可能接近亚洲发达国家和发达地区的膳食营养结构和水平。粮食总需求量6.0—6.4亿吨,人均需求量410—430公斤,人均消费量(口粮)173公斤。到2030年由于先进技术推广和管理工作的改善,提高畜禽出栏率、出肉率,人均粮食消费可能接近日本80年代的水平。粮食总需求6.15—7.2亿吨,人均需求量420—450公斤,人均消费量(口粮)140公斤。
(三)粮食增长对水的需求
从1995年我国粮食总产4.65亿吨,相应的灌溉面积7.5亿亩,到2000年粮食增长到5.2亿吨,灌溉面积需要发展到8.0亿亩。2010年粮食增长到5.4—5.6亿吨,灌溉面积需要发展到8.5亿亩。2020年粮食增长到5.8—6.2亿吨,灌溉面积要发展到9亿亩。2030年粮食增长到6.2—6.9亿吨,则需要灌溉面积发展到9.5亿亩。用水量将从现状的4000亿米3增长到6650亿米3。
二、21世纪中国粮食安全和水问题的对策
(一)全面节水的重点是农业节水
1.提高农业水的利用率和利用效率。我国是农业大国,农业用水量占总用水量的73.4%,加上农村生活用水占81.7%。长期以来,由于技术和管理水平落后,灌溉设施老化失修等方面原因,当前灌溉水的利用率只有0.3—0.4,与发达国家0.7—0.9的利用率相差甚远,农作物水分利用率(WUE)不足1公斤/米3(0.87公斤/米3)、以色列为2.32公斤/米3。如果科学地发展节水农业,到2030年使我国灌溉水的利用率达到0.6—0.7,水分生产率达到1.5公斤/米3。即在30年内,灌溉水的利用率提高0.3,按现状4000亿米3农业用水计算,则可节水1200亿米3,如果其中2/3用来生产粮食,按1.5公斤/米3计,可增产1.2亿吨粮食。因此搞好农业节水,提高水的利用率和利用效率,是可以解决21世纪粮食安全重要途径之一。
2.农业节水技术体系。提高水的利用率和水的利用效率不是靠一项或几项工程措施能实现的,而是要建立包括合理利用水资源,节水灌溉工程,节水管理和节水农艺措施相结合的技术体系。举两个实例说明,通过努力,上述指标是可以达到的。例如:(1)山东省恒台县是老井灌区。水资源不足,地下水位连续下降,该县采取充分利用降水,引黄河水补源,开发利用土壤水,降低灌溉定额,以提高用水效率,降低地下水开采量,调控地下水位,三年来达到基本平衡并略有回升。节水灌溉工程狠抓平地配套,渠道防渗和低压管道输水,短窄畦灌,喷灌和低压管喷灌溉,该县把节水灌溉管理做为关键,建立县、乡、村三级管理体系,以法管水,按方收费,三年来办培训班1038期,受训人员25万人次。在节水农艺方面实行节水高产栽培措施,促控结合科学用水,该县实现了节水吨粮县,灌溉水的利用率达0.9,水的利用效率粮食达到2.43公斤/米3。成为我国节水农业高效用水典范。(2)陕西省泾惠渠灌区是我国古老的大型河水灌区。耕地135万亩,每年引泾河水4亿米3,灌区内有机井1.3万眼,每年提取地下水1.2—2亿米3。实现渠井结合,渠系配套,渠道防渗,平整土地,长畦改短等措施,并在用水管理上,实行水权集中,统一管理,三级调配,以斗渠量水为基础,水费按量计算,按成本核收,使全灌区平均灌溉水的利用率达0.505,接近国家大型灌区节水标准。结合节水农艺措施,从1981年以来灌区粮食亩产连续超过500公斤。1994年灌区的高陵县成为西北地区第一个吨粮县,水的利用效率超过1.5公斤/米3。若能在引黄灌区广泛推广,可使灌溉水的利用率和利用效率有大幅度提高。
3.节水灌溉的重点在渠灌区。我国实现农业节水的难点在渠灌区,也是灌溉面积最大,浪费水最多,节水潜力最大的灌区。但由于量大、面广、欠帐多、基础差,在抓节水灌溉的力度上,远不如井灌区。近十多年来,在井灌区发展低压管道输水,提倡喷灌、滴灌都做出了成绩,甚至有的项目计划过于超前;而在渠灌区仅进行了大中型灌区调查,对中小灌区以及田间节水抓得很少,有些不敢问津之势。为了我国农业可持续发展和21世纪粮食安全,节水灌溉的重点应适当地向渠灌区节水转移。像泾惠渠灌区那样狠抓渠井结合、渠系配套、渠道防渗、平整土地、接方按成本收费,农民自动灌关键水,改变大水漫灌的习惯,大型渠灌区通过努力农业节水也可达标。
(二)全面节水和增援工业及生活用水,减轻农业用水的压力
1.工业和生活节约用水。提高工业和生活用水的重复利用率是关系到21世纪我国粮食安全的因素之一,布朗先生提出:在1995—2030年的35年间,中国生活和工业需水之和将要比现在净增加3200亿立方米,并提到在北方缺水地区无其他水源可用,只有挤占农业用水,构成农业用水最大的威胁之一。因此,非要十分重视工业和生活节水不可。我国工业节水潜力很大,工业用水的重复利用率不高,大部分城市在30%—40%,中小城市更低,只有青岛、大连、北京、天津等城市达到70%,而日本、美国工业用水重复利用率在75%以上。1978年到1984年,北京、天津工业总产值分别增长了1.8倍和1.6倍,但由于采取了措施,使水的重复利用率从30%、40%提高到72%,73%。从而万元产值耗水量却减少了。如果全国能达到北京、天津的用水水平,每年可在现在用水量中节水150多亿米3。城市生活用水现人均161升/日水平虽然不高,但浪费仍比较严重,关键是缺少节水意识。到21世纪城市人口达8亿,生活水平提高,如果采取节水措施,可节水1/2或1/3。另外,对工业和生活用水排出的污水进行处理,实现污水资源化,做为灌溉用水,返为农用,也是减少对农业用水压力的重要措施。
2.修建南水北调工程,增加对北方工业和城市生活的供水量。从我国北方地多水少和南方地少水多的国情出发,从长远工、农业发展着眼,南水北调是必需的,应积极地作好前期工作,选择适宜的时机兴建。东线、中线明确为工业和城市生活供水是正确的。调来的水农民用不起,增加了工业、生活用水,可少挤占农业用水,对粮食安全有重要关系。调水增加工业、生活用水,也增加排出水量,可供农业利用。西线调水是解决黄河断流先天不足的问题,黄河横贯我国北方九省,是今后我国工农业发展的重要基地,关键问题是缺水,因此应加快和加强西线的前期工作。
(三)充分利用降水,发展节水增产高效的旱地农业
1.加大推广旱地农业增产技术力度。我国耕地面积19.5亿亩,其中灌溉面积7.5亿亩,旱地农业12亿亩,旱地农业是非灌溉农业,是充分利用降水的农业,因此它是节水农业的组成部分,和节水灌溉农业一样都有提高用水有效性的内涵。旱地农业在国际上受到许多国家重视,美国、澳大利亚和加拿大粮食出口大国,粮食生产主要和全部靠旱地农业。我国黄淮海平原建国初期灌溉农业只占8%,92%为旱地农业。80年代初开始重视旱地农业,从“六五”开始国家列为攻关项目,在不同类型区建立了八个试验示范区。经过十多年试验研究取得许多成果。这些试区是:辽西风沙半干旱区(阜新),辽西低山丘陵半干旱区(喀左),陕西渭北半湿润偏旱区(合阳),晋东豫西旱农地区(寿阳),内蒙古后山半干旱偏旱区(武川),冀西北高寒半干旱区(张北),陇东高原半湿润偏旱区(镇原),宁南半干旱偏旱区(海源)。根据各试区的成果中国农科院归纳如下表的内容,随着雨量增加,增产的幅度增大,各试区增产都在每亩60公斤以上,高者增产235.8公斤。当前的问题是缺乏有力的组织领导和推广投入。旱地农业增产技术我国有悠久的历史和丰富的经验,目前又有不同类型地区发展现代旱地农业的试验成果,如将这些成果在6亿亩的旱农地区推广应用,按每亩增产粮食25—50公斤估算,则可增产1.5—3.0亿吨粮食,将对我国21世纪粮食安全做出更大贡献。
2.旱地农业加抗旱灌溉。旱地农业基本经验:蓄水保墒建立土壤水库,选用耐旱作物和品种,提高作物自身抗逆能力,培肥施肥增加土壤水分利用效率,加上抗旱灌溉,增产防大旱。利用集雨蓄水工程或有限的水源发展抗旱灌溉,是投资少、实施快,节水增产明显的有效途径。如华北地区推行的打吊管井提取浅层淡水,以塑料软管(小白龙)直接灌溉到作物根部,每亩次灌水18立方米。东北地区推行的“坐水种”,从车拉人担发展到半机械化,已发展坐水种面积约5000万亩。在西北丘陵旱农地区近年发展迅速的集雨、窖水、微灌工程。如甘肃采取坡地铺地膜半亩,集雨约80米3,分蓄2—3个窖内,用手压泵,提水灌溉4亩地的模式,使粮食成倍增长。在宁夏半干旱地区也在大规模修建集雨水窖,如能和旱地农业采用的等高耕作、垄作、坑田、丰产沟种植等聚水保肥提高水分利用率功效的旱地农业增产措施结合起来,则增产效果更为明显,每亩可增产50公斤以上。
(四)加强管理和科技投入
1.加强管理是使水资源发挥最大效益的关键。针对黄河断流问题的讨论,钱正英院士认为黄河断流的直接原因是缺乏有效的管理,表现在:(1)没有修改和进一步具体规定各地的分水指标,并指导各地根据压缩后的指标制定长期和分年的节水计划和相应措施。(2)没有相应地提高水价或制定超额加价和丰枯差价。(3)没有建立起有权威的黄河水资源的统一调度机构,并赋以执法的必要权限,这充分说明了水管理的重要。目前由于水费过低,不少灌区经费短缺,靠多种经营维持,灌区管理却成了副业。还有一些管理机构由于多种经营难度大,水费又很低,为了创收,反而鼓励农民多用水。因此现有的灌区管理制度急待改革,管理技术落后带来的损失远高于某单项技术落后所造成的损失。但在制订科研攻关计划中,都认为管理在区域治理和节水农业研究中很重要,但在研究内容中却列不上。如水费问题是推行节水农业的关键,关系到提高全民节水意识,灌区改造,维修更新和发展。提高水价又牵连到增加农民负担,因此提价要和节水结合起来,水价高,用水少,农民也易接受。国家和地方在农田基本建设上,给予投入,改善生产条件,推广节水措施,增加产量和收入,逐步作到按方按成本收费,各地如何做好,国家和地方应立项进行系统的研究。
2.加大科技投入,提高技术创新能力。技术进步是我国过去粮食增产的原动力,也是现在粮食增产的动力。还将是我国未来粮食增长的第一推动力。粮食问题的解决,关键在科技,而科技发展又取决于国家科技投资政策。要使农业科研能持续增长,要提高中国粮食的自给水平,必须增加对农业科研的投入。要保证国家粮食安全和持续发展,只能靠提高单产,这对粮食的科技发展提出更高的要求。我国农业科技水平和先进国家差距很大,如小麦单产我国平均236公斤,不足先进国家500公斤的一半。水的利用率和利用效率也只不足人家的一半,更不用说新技术的利用如生物技术在节水农业中应用,灌溉新技术与精细农业,非充分灌溉和调亏灌溉技术的发展,水管理自动化的提高,和化学节水,将对促进粮食节水增产发挥重要作用。为了我国农业可持续发展,在水危机中保护粮食安全,必须在科技上取得新的突破。这就需要国家对包括农业高效用水技术在内的农业科学研究有一个稳定增加投入的机制,不断出新成果、大成果,并促使迅速转化为生产力。
