随着用水部门及其用水量的增加，未来农业用水将逐渐减少。同时，在气候变化的影响下，旱涝等农业自然灾害的发生频率将增加，水资源的时空分布不稳定性加大，对农业生产将会造成极大的影响。

气候变化下，如何保障我国农业用水，保障国家的粮食生产安全，是我们面临的一个巨大挑战。正值冬春兴修农田水利之时，本刊邀请西北农林科技大学副校长、国家节水灌溉杨凌工程技术研究中心主任、教授吴普特，河海大学水文水资源与水利工程科学国家重点实验室主任、教授彭世彰一起就此问题进行探讨。

吴普特 西北农林科技大学副校长、国家节水灌溉杨凌工程技术研究中心主任、教授

彭世彰 河海大学水文水资源与水利工程科学国家重点实验室主任、教授

气候变化对未来农业水资源的影响表现为，降水时空分布不均匀性加大，降水的利用率降低，同时增大了旱涝灾害的威胁。因此，未来农业用水面临严重的短缺

现代水利周刊：气候变化影响水文循环进而影响了农业水资源。就您了解，气候变化将会给农业用水带来哪些影响？

彭世彰：一是降水总量基本不变，但时空分布更不均匀。气候变化国家评估报告（2007）指出，近100年来，中国的年降水量有微弱的减少，近50年来降水量呈现小幅度增加趋势。但降水的时空分布上却趋于更大的不均匀性。在降水的时间分布上，不仅有明显的季节差异，同时单次降水的时间也在发生变化。全国大部分地区降雨日也显著减少，这就意味着降水过程可能强化，我国微量降水(毛毛雨)事件普遍减少，特别是北方很多地区毛毛雨日数减少更多。在降水的空间分布上，近50年的全国平均降水量存在着显著的区域差异。受全球气候变化的影响，自上世纪80年代以来，我国降水南多北少的趋势加大，特别是上世纪90年代后期以后，大致以长江、淮河为界，我国南北降水量变化方向相反，北方各流域降水量都在减少，其中，黄河流域降水量减少最明显，减少15%以上。

二是蒸发总体减少，近期有增加趋势。国内外研究都表明，水面蒸发量并不是简单地随着气温的升高而增大，存在“蒸发悖论”。过去50年间，我国蒸发皿年蒸发量平均每10年下降了18.4毫米，但是在近20年蒸发皿蒸发量的变化发生了改变，由下降变为上升趋势，总体上符合“蒸发悖论”。关于“蒸发悖论”的机理，目前尚无定论，但蒸发量的变化趋势对农业水资源的供应影响不大。

三是河川径流几乎普遍减少。河川径流是气候条件与流域下垫面综合作用的产物，径流不仅受人类活动强度影响显著，而且对气候变幅响应敏感。总的来说，受气候条件和人类活动的影响，我国除长江外的河流基本上都处于径流明显减少的状况，且各江河的径流都表现出了极大的不稳定性，不同河段实测径流量减少幅度差异大。这种情况的出现，除与气候条件的变化有关外，同时表明人类活动对淡水资源的需求量越来越大，也就是未来河川径流分配给农业用水将会越来越少。

总的来说，气候变化对未来农业水资源的影响表现为：降水时空分布不均匀性加大，降水的利用率降低，同时增大了旱涝灾害的威胁，未来农业用水面临严重的短缺。

现代水利周刊：气候变化对农业需水方面又有哪些影响？

彭世彰：一是气候变暖对作物水分利用与灌溉需求会产生影响。温度升高条件下，作物需水量加大，直接导致农业单位面积用水量增加。有研究认为，气温每上升1℃，农业灌溉用水量将增加6%~10%。作物需水量随气候变化的响应比较明显，在干旱、半干旱地区表现尤为突出，越是干旱的地区作物需水量越大。有试验表明，气候变暖对不同作物需水量的影响程度不同，当生长期内温度上升1~4℃时，冬小麦需水量将增加2.6%~28.2%，夏玉米需水量将增加1.7%~18.1%，棉花需水量将增加1.7%~18.3%。在增量气候情景下，作物的需水量与升温幅度呈线性正比例关系。

二是气候变暖使我国耕地复种指数可能提高，多熟制面积增加。1986—1995年的10年间，全国耕地复种指数增加了9.5%，东北地区耕地复种指数达102%，假设到2030年全球二氧化碳浓度倍增和我国平均气温上升1℃的情况下，预计三熟制的北界将从目前的长江流域移至黄河流域，二熟制北界从秦淮地区北移至内蒙古和东北的南部。到2050年，我国一熟制区的面积将由现在的62.3%缩小到39.2%，三熟制区的面积将由目前的13.5%扩大到35.9%,二熟制区的面积基本不变。

三是气候变化使高纬地区热量资源改善，喜温作物界限北移，促进了作物种植结构调整。在我国东北地区，上世纪90年代以来气候增暖明显，水稻种植面积得到北扩，以前是水稻禁区的伊春、黑河，如今也可以种植水稻，2000年黑龙江省的水稻种植面积是1980年的7倍。气候变暖将使长江以北地区，特别是中纬度和高原地区的适宜生长季开始日期提早，终止日期延后，农业生产潜在生长季有所延长。同时也使作物种植带北移。

由此可见，气候变化引起的作物需水量加大、作物种植结构和作物种植制度的转变会使农业水资源的需求量明显增加。

气候变化从水资源可利用量、农产品的产量与质量、农业用水的安全保障等方面，会对我国未来的农业生产和粮食安全带来威胁

现代水利周刊：气候变化将会对我国未来的农业生产和粮食安全带来哪些威胁？

吴普特：农业是最易遭受气候变化影响、最脆弱的产业之一。由于气候变暖，农业热量有所提高，作物生育期延长，喜温作物界限北移，促进了作物种植结构调整，但农业生产不稳定性增加，气象灾害损失进一步加大；同时气候变暖也使作物病虫害增多，投入增加，管理和生产成本增加。另外，气候变暖使农业生产条件发生改变，农业成本和投资大幅度增加，同时灾害造成经济损失加大。

根据统计，我国每年由于气象灾害造成的农业直接经济损失达1000多亿元，约占国民生产总值3%~6%，其中影响最大的是旱灾，其次是洪涝和风雹灾害。我国年均受旱面积2000多万公顷，其中成灾930万公顷，全国每年因旱灾损失粮食1400多万公顷。受涝灾害农田面积平均每年为956.1万公顷，严重雨涝年份，农田受灾面积达1500万公顷以上。根据“气候变化国家评估报告的关键科学问题”研究结果，如果不采取措施，到2030年，我国粮食生产能力在总体上因气候变暖可能会下降5%~10%，小麦、水稻和玉米三大作物均以减产为主。到21世纪后半期，小麦、水稻、玉米几种作物的产量将最多下降24%~37%，今后20~50年间农业生产将受到气候变化严重冲击。

彭世彰：农业水资源供应量逐步减少，而农业需水量趋于增大，供需矛盾日益突出，热量条件的改善将会由于水资源的限制而得不到充分的发挥。水资源时空分布趋于更不均匀，洪旱灾害发生频率增加，极端气候严重影响农业生产，农作物受灾和成灾面积增加趋势明显，损失日益严重。

气候变化会造成我国大多数主要作物水分亏缺、生育期缩短，产量和品质下降，给不断增长的粮食需要带来威胁。因此，气候变化从水资源可利用量、农产品的产量与质量、农业用水的安全保障等方面，会对我国未来的农业生产和粮食安全带来威胁。

现代水利周刊：面对气候变化将对农业用水以及粮食安全带来的威胁，您认为国家应该制定怎样的应对政策？

彭世彰：我们应该充分认识到水资源的制约将成为气候变化对我国农业水资源及粮食安全的最主要威胁，全方位、全过程、多层次地制定科学的应对政策，以进一步提高水资源的利用效率，建设节水型社会，应对和减少气候变化带来的影响。全方位，即从经济、政治、教育、管理、法规、工程、技术等各个方面入手，制定完备的应对策略；全过程，即从资源性节水到效率性节水，水资源开源节流的整个过程制定详细的应对策略；多层次，即从主干到枝叶，制定自上而下金字塔式逐步细化的应对政策。

吴普特：为了保障气候变化条件下我国的粮食安全和战略水安全，我们需要重视并制定有利于适应和减缓气候变化的相应对策。将适应气候变化影响对策纳入我国农业与水利发展规划，有计划进行农业结构调整，优化水资源配置，增强农业适应气候变化能力；加强气候变化对农业生产和水资源影响监测预警，建立温室气体和农业、水资源等重要环境影响观测网，客观及时掌握气候变化动态，发展与气候变化相关的科学研究基础数据平台，实现数据资源共享；加强气候变化科学研究，开展适应技术推广与应用；积极参与气候变化领域国际合作与交流，提高参与气候变化能力和水平。

现代水利周刊：我们应该开展哪些方面的研究及制定哪些具体政策？

吴普特：一是加强气候变化对农业用水和粮食生产影响的科学研究。

二是继续加强节水农业先进技术研究与应用。

三是重视作物生境过程控制和农业水足迹与虚拟水贸易的研究。

四是增加农业基础设施投入，建设高产稳产农田，不断提高农业生产对气候变化的应变能力和抗灾减灾水平。

五是制定和完善农业适应气候变化的系列政策法规体系。建立多部门参与的决策协调机制，增强社会和公众的气候变化意识、节水意识，普及和传播气候变化和节水科学知识，培养公众减缓和适应气候变化的能力。

彭世彰：将增强农田防灾、抗灾、减灾和综合生产能力作为民生水利的重要目标之一。努力建立和完善农业领域适应气候变化的水利政策法规体系。加强农田水利基本建设，扩大农业灌溉面积，提高灌溉效率和农田整体排灌能力，推广先进的节水灌溉技术，完善田间工程设施配套，提高灌溉水利用效率。

实行最严格的水资源管理，优化水资源配置格局，提高特殊干旱情况下应急供水保障能力。加强水资源统一管理和统一调度，建立国家初始水权分配制度、水权转让制度以及水资源节约和保护制度。加强大江大河防洪工程建设，进一步完善国家防汛抗旱指挥系统，建立洪水风险管理制度，提高抵御洪涝灾害的能力和洪水资源化利用的能力。进一步加强气候变化对中国水资源的影响研究，加强大气水、地表水、土壤水和地下水的转化机制和优化配置技术研究，加强废污水安全再生利用技术、海水淡化技术的研究、开发与推广。

加大科研力度，提供资金保障，重视人才培养和机构设置，科学应对气候变化对农业水资源和农业生产带来的不利影响，同时加强该领域的国际交流与合作。增强全社会应对气候变化的意识，营造全民应对气候变化的良好环境。

在水资源极为有限且气候干旱化趋势更加明显前提下，只能依靠科学技术，大力发展现代节水农业，走扩大资源内涵式的发展道路

现代水利周刊：众所周知，提高灌溉效率、发展高效农业是保障我国粮食安全的基础。请您谈一下，在气候变化的前提下，如何才能更好地做好这项工作？

吴普特：从国家水安全战略角度考虑，我国农业用水量未来将不能超过现状用水量或小于现状用水量。根据国家粮食安全中长期规划纲要，到2020年我国粮食需在现状基础上增加500亿公斤，按照目前农业用水水平，尚需增加农业用水约500亿立方米。这两个现实需求形成了一对难以调和的矛盾，即满足国家战略水安全必须确保农业用水量零增长或负增长，但要满足国家粮食安全需求须增加农业用水约500亿立方米。在水资源极为有限且气候干旱化趋势更加明显前提下，解决这一矛盾唯一出路只能是依靠科学技术，大力发展现代节水农业，走扩大资源内涵式的发展道路。

基于上述思路，我们提出发展现代农业节水技术理念是“一个基础，两个对策”。所谓“一个基础”就是要依据植物生命健康需水过程来给作物进行供水。植物是有生命的，它也有生命周期，既然植物有生命就有一个健康需水过程。“两个措施”指：一是要充分利用自然降水，因为自然降水是最廉价的水资源。但现在恰恰我国自然降水的利用率不高，根据统计，目前农业生产降水利用率只有56%，其中还有26%由于田间蒸发而损失，作物真正利用降水只有30%，大部分以径流和无效蒸发形式浪费。如果我们能采用有效措施，通过集雨工程、覆盖技术、土壤水库扩蓄增容等技术，减少休闲期和生育期蒸发失水10%，降水利用率达到40%，按旱作区平均400毫米降水量计算，我国旱作地区耕地就相当于新增300亿立方米农业水资源。二是要尽量减少灌溉用水，提高灌溉水利用效率。我国灌溉水利用效率只有47%，剩余53%在输水和田间蒸发过程中损失了。如果仅在保障现有有效灌溉面积及其作物种植结构不变的情况下，将目前灌溉水利用率由47%提高到57%，即可实现农业节水300亿立方米以上。仅上述两项措施就能在农业用水零增长或负增长前提下，满足我国新增500亿公斤粮食的用水需求，这还尚未考虑生活污水、微咸水等利用所增加的农业用水量。

彭世彰：我认为应该从以下几个方面来进行：一是重视基础研究。进一步研究我国农业水资源的状况及发展趋势；加深研究气候变化对水文循环过程以及对农业水资源状况的影响；揭示气候变化条件下作物灌溉需水变化规律；通过农业气象灾害、探讨作物水分利用、灌溉需求、作物种植制度和农业结构等对气候变化的响应，构建农业水危机应对策略。

二是坚持理论创新。探讨作物高效用水机理及其时空耦合尺度效应，包括节水灌溉条件下作物需水规律及其尺度效应模拟；亏缺灌溉条件下作物高效用水生理调控指标及其群体生长补偿效应的研究；研究节水灌溉条件下SPAC（土壤—植物—大气连续体）系统水分运移与调控指标；节水灌溉条件下水、肥、环境—作物产量模拟及其空间变异，预测节水灌溉和植被生产力提高对水土环境的中长期影响；实施农业精量灌溉技术及最佳控制模式，研究不同灌溉技术要素组合对作物根区水分养分利用效率的影响。

三是加强管理和信息化建设。探究生态环保型节水高效灌溉技术模式；建设数字化灌区灌溉系统水量水质实时监控与水管理闭环自动控制系统；实现灌区尺度墒情测报与实时灌溉决策支持系统，注重遥感等高新技术的运用；建立节水农业补偿机制及其经济、社会、环境响应模型。

农户要增强自己的认识，尽量在农业生产过程中减少浪费；政府要起到导向的作用，通过各种手段，积极应对气候变化对农业用水尤其是粮食安全带来的挑战

现代水利周刊：政府和群众应该承担哪些义务和责任？

吴普特：农户应自觉地增强气候变化危机意识，增强资源节约型与环境友好型农业生产意识，接受适应气候变化的农业生产新技术，提高农业生产及管理水平；自觉调整农业生产方式，尽量减少在农业生产过程中的无效资源浪费现象，以最大限度地避免气候变化所带来的损失。

从政府层面上，应积极制定应对气候变化的各种政策法规体系；开展气候变化影响的教育培训和宣传指导，增强农户保护农业生产环境和水环境意识，引导农户应用先进技术；建立应对气候变化的相对稳定的资金渠道，利用多种融资手段调动农户参与气候变化积极性；加大适应气候变化的农业新技术研发投入，加大适应和减缓气候变化对农业用水和粮食生产影响的各种适宜技术的补贴力度，增强农业防灾抗灾减灾和综合生产能力。

彭世彰：政府在这过程中主要起一个导向作用，主要包括通过利用现代信息传播技术和手段，加强气候变化方面的宣传、教育和培训，鼓励公众参与，增强公民基本意识，养成良好习惯；通过完善多部门参与的决策协调机制，逐步形成与应对气候变化工作相适应的、高效的组织机构和管理团队，同时编制相应的法律法规和政策体系；加大资金投入，保障基础设施建设，推广高新技术和完善配套工程，做好开源节流，从整体上提高水资源利用效率，抵御气候变化带来的威胁；坚持科技创新，注重人才培养，扩大同领域内的交流和合作。

群众应该转变观念，养成珍惜水资源的良好习惯；学习科学知识，放远目光，借鉴成功的经验，推动农业机械化和信息化建设；勇于摒弃以往粗放型的生产方式，参与广泛的合作与交流，配合土地和水资源的集约化管理，提高水资源利用率与土地生产效率。