SN05 | 农业用水与约束发展

原创 PICCUD 中国城市中心规划院 收录于话题#SN | 三农笔记（系列原创）5个

姜鹏，城市和小城镇改革发展中心规划院信息室主任，原文刊载于《北京规划建设》2020年04期，图文有删改。（部分图片引自外文文献，请批判性审视和使用标准地图）

【全文约7200字】

01

不确定性

疫情对全球经济的负面影响超出预期。6月底，IMF进一步下调2020年全球经济增长预期至-4.9%，作出自20世纪30年代大萧条以来的最悲观预测。IMF预计，中国是唯一能在今年保持经济正增长的主要经济体，世界经济复苏存在很大不确定性。

无独有偶，联合国粮农组织（FAQ）《粮食展望（June 2020）》报告也指出，2020/2021年全球粮食市场仍需做好准备，应对疫情带来的不确定性。疫情可能间接引发食物获取问题，即便粮食资源丰富的国家，相关产业链也面临断裂危机。

图1， 1961年和2018年全球谷物产量对比，来源：Our World in Data，数据源引FAQ

世界谷物产量在最近半个多世纪里大幅提高，为应对疫情打下坚实基础（图1）。相对于2007/2008年，2020/2021年的全球粮食库存非常充盈。但高库存无法提供绝对缓冲能力，全球粮食进口依存度存在明显离散（图2），一些国家高达98%，存在巨大风险，如位于撒哈拉以南非洲和南亚的国家及小岛屿发展中国家。

图2， 2015-2017年全球粮食进口依存度，来源：FAQ《Food Outlook》June 2020

FAQ另一份《作物前景与粮食形势（2020年一季度）》报告列出了全球44个需要外部粮食援助的国家，非洲34个、亚洲8个、拉美和加勒比地区2个（图3）。7月发布的二季度报告进一步指出，疫情造成广泛而严重的影响，全球粮食援助需求增加。疫情隔离措施和整体经济衰退造成的收入降低可能加剧全球粮食不安全的严重性和普遍性。

图3， 需要外部粮食援助的国家，来源：FAQ《Crop Prospects and Food Situation》No.1&2，2020

02

胡焕庸线

庆幸的是，2020年气温略高，农作物生长季热量高于常年，降水量充足，整体而言有利于我国农业生产和粮食产量保持（图4）。

图4， 全球农业干旱胁迫指数（ASI，耕地，2020年6月），来源：FAQ

图5， 全球农业干旱胁迫指数（ASI，草场，2020年6月），来源：FAQ

对比FAQ官网对全球耕地和草场的农业干旱胁迫指数速览（图4、图5）可发现，我国耕地和草场的分布大致以胡焕庸线（Hu Line）为界。该线为胡焕庸先生1935年在论文《中国人口之分布》中首次提出，线东南区域以36%的土地供养了全国96%的人口（图6）。

图6， 青年时期的胡焕庸先生和《地理学报》1935年02期《中国人口之分布》，来源：中国社会科学网

中国人口格局自汉代以来不断变动，胡焕庸线穿越400-800毫米降水量等值线，与农牧交错带基本平行，反映了气象-地形-生产要素共同作用下，农业大国中国的人口密度分布规律。六次人口普查数据都印证，人口分布密度变化较小，仍呈现胡焕庸线分布特征（图7）。

图7， 中国人口密度突变分界线变化轨迹，来源：中科院《中国可持续发展遥感监测报告（2016）》

胡焕庸线是20世纪中国地理最重要的发现之一，至今发挥着神奇的作用。线东南以平原、水网、丘陵为主，水资源丰富，为传统农耕区；线西北多为草原、沙漠和雪域高原，人口密度低，自古是游牧文明的天下。胡焕庸线既是地理区划线，也是人地关系线，还越来越显现为社会经济发展很多方面的分界线，如文化资源和科技创新等（图8）。

图8， 神奇的胡焕庸线，来源：http://www.vehcamp.com/data/attachment/portal/201811/25/082525hkt20qh8t2q2j220.jpg；http://www.cistds.org/Upload/image/20170928/20170928161931_2628.png

研究发现，胡焕庸线可能是在1240年（南宋嘉熙四年）左右的气候突变后显现的，自此锁定了中国农业经济发展格局。如今，在工业化和城镇化发展的粮食依赖和水资源约束下，胡焕庸线可能继续在较长时期内锁定中国经济地理结构和空间发展格局。还有专家建议在“胡焕庸线”附近划定300-500公里宽的缓冲区，以顾及人口密度突变线的变迁和更好保持行政区划的完整性（图9）。

图9， 1980s和2015年胡焕庸线缓冲区土地利用，来源：《中国可持续发展遥感监测报告（2016）》

03

河套地区

胡焕庸先生开创了中国人口地理研究先河，带动了整个人文地理学科发展。先生当时在论文《中国人口之分布》第15-16页特别提及“今西北各地，其现有相当人口之区域，如河套附近、如宁夏东南……均属局部之平原或盆地”。此两地均位于胡焕庸线中段西北侧的缓冲区内，自古有塞外江南之称。

图10， 河套地区的区位示意，来源http://baijiahao.baidu.com/s?id=1656164447980899746

历史上，河套地区包括三个小区块，西套平原、后套平原和前套平原（图10）。西套平原即宁夏平原，后套平原和前套平原共同构成河套平原。河套地区位于黄河“几字形”上游，由泥沙长期冲积而成，却是整个流域中唯一免受黄河水患肆虐之地。“黄河百害，惟富一套”，昭示了河套地区神奇之处。

河套地区的历史可追溯至夏朝。秦统一六国后，蒙恬率军驱逐匈奴，迁秦人3万户戍守河套，设云中、九原两郡，后历经朝代变迁数易其主。明土木堡之变后，汉人大量涌入河套地区谋生。农耕文明与游牧文明交融碰撞，造就了独特的区域生活生产方式，农业发展也颇具水平。史料记载：“春夏则耕牧，秋冬围猎”“其耕具有牛、有犁，其种子有麦、有谷、有豆、有黍”。

狭义的河套平原，系指位于阴山山脉和鄂尔多斯台地之间、平均海拔1000米左右的后套平原。1869-1925年，民间水利专家王同春开创八大干渠引黄灌溉后套万亩良田，造就了如今我国西北重要的农业灌区。河套灌区也得以入选2019年度世界灌溉工程遗产名录（图11）。

图11， 后套灌区（左）及其八大干渠（右），来源：https://img.mianfeiwendang.com/pic/2d01836682dd618adc9116d7/1-752-png_6_0_0_135_443_622_406_892.979_1262.879-1152-0-0-1152.jpg，http://img2.imgtn.bdimg.com/it/u=64214633,989211651&fm=26&gp=0.jpg

溯源而上，就是宁夏平原，这里的引黄古灌区入选2017年度世界灌溉工程遗产名录（图12）。宁夏平原乃黄河上游第一大平原，平均海拔1100-1200米，多年平均降水量180-220毫米，蒸发量高达1000-1550毫米，属干旱、半干旱气候。光热资源丰富加之土壤肥沃，为引黄灌溉发展农业创造了条件。

图12， 宁夏引黄古灌区，来源：http://5b0988e595225.cdn.sohucs.com/images/20180131/e06f4a8c2b264e269dbc8ca461005368.jpeg

“秦时明月汉时关”，青铜峡见证了“天堑分流引作渠”的千年传奇。秦时屯垦，拉开引黄灌溉序幕；汉代初见雏形，50万亩耕地“谷稼殷实”；唐代南北干渠贯通，灌溉面积超过100万亩，始成“塞上江南”；元代郭守敬主持修建唐正闸；至清代，宁夏引黄灌区已接近220万亩。康熙远征噶尔丹时曾亲临巡视并赋诗：“汤汤南去劳疏筑，唯此分渠利赖多”。

由此看来，黄河是名副其实的中华民族的母亲河，而“胡焕庸线”也并非仅是万年不变的冰冷界线，更像一条书写历史的传奇飘带。

04

水利灌溉

“以地称人谱一线”的胡焕庸先生还首创我国近代地理学界的农业区划研究，参与了新中国成立后第一项重点工程——淮河治理，参加了苏北灌溉总渠定线工作，编写了《淮河志》初稿、《两淮水利盐垦实录》等书籍。

图13， 都江堰水利工程，来源：http://sc3n.com/data/upload/ueditor/20180312/5aa632d2598ce.jpg

粮食生产需要大量水来灌溉，水利自古乃农业发展之命脉。如世界文化遗产都江堰，就是一座2276年来经久不衰的综合水利工程。李冰当年充分利用地形和水势，中流作堰，无坝引水，自流灌溉了300万亩良田，使得成都平原成为“胡焕庸线”附近又一旱涝保收的“天府之国”（图13）。

水利事业发展和农田灌溉技术进步，不断夯实粮食保障的基石，我国对维护世界粮食安全作出重大贡献。新中国成立之初，农田水利设施薄弱，全国仅22座大中型灌溉水库，灌溉面积2.4亿亩，无法抵御频发的自然灾害。如今已累计实施400多处大型灌区和1200多处重点中型灌区的续建配套与节水改造，凸显了水利对粮食安全不可或缺的保障作用。2018年底，我国农田有效灌溉面积增加到10.2亿亩，增长了325%，居世界首位。灌溉面积占全国耕地面积50%，生产的粮食占全国75%，经济作物占全国90%（图14）。

图14， 全国农田有效灌溉面积（单位：千公顷），数据来源：国家统计局等

以内蒙古河套灌区为例，通过70年来实施续建配套与节水改造等综合措施，实现了从无坝引水到有坝引水、从有灌无排到灌排相宜、从粗放灌溉到节水建设的三大历史跨越。灌溉面积由解放初期不足300万亩发展到现在的1000多万亩；引黄水量由1997年的52亿立方米减少到现在的47亿立方米；粮食产量由1998年的15亿千克提高到2018年的51亿千克，被誉为“北国粮仓”。

在宁夏，引黄灌区面积增加到828万亩，拥有25条干渠。贺兰山麓万亩葡萄园成为世界最好的酿酒葡萄产地之一。1978年启动的中南部固海扬黄灌区，从根本上改变了当地农业“靠天吃饭”的被动局面。1998年开工的宁夏扶贫扬黄灌溉工程，历经20年发展实现灌溉面积76.35万亩，让当年仅6000多人的红寺堡，人口增加到29.8万人。

图15， 北方七个粮食主产省区与全国的供水来源构成，数据来源：2018年中国水资源公报

水利设施改善和灌溉技术发展，大力推动了粮食种植区域变化，北方粮食生产供给能力不断增强，形成了“北粮南运”的新局面。然而，“北粮南运”却引发新的问题，进一步绷紧了北方粮食主产省区的资源约束本底（图15），一定程度上加剧了这些“粮食大省、经济弱省、财政穷省”的发展困难。

05

农业用水

究其原因，用水量与人口和产业发展密切相关，农业是传统用水大户，农业用水占全球淡水抽取量七成，世界部分地区的比例甚至高达八九成。过去半个多世纪，全球用水需求快速增长，水资源的过度开采、分配效率低下和供需脱节一直恶化，水资源短缺成为全球性问题（图16）。各国政府都试图通过庞大昂贵的灌溉来保障农业增产，水成为影响地区发展和稳定的重要战略资源。

图16， 全球各地区取水量占全部可用水的比重（中东北非最高，超过40%），来源：http://image.thepaper.cn/wap/image/6/107/991.jpg（标注来源Development Updates）

图17， 2015年农业用水占可再生内陆淡水资源总量的百分比，来源：世界银行网站

就农业用水占可再生内陆淡水资源总量的比重来看，中高等收入国家平均为65.575%，世界平均水平是65.455%。中国农业用水占比低于前两者，为64.4%，但仍高于东亚与太平洋地区64.306%的平均值（图17）。同时，我国水资源利用效率长期不高，农田灌溉水有效利用系数远低于0.7-0.8的世界先进水平（图18）。水利灌溉设施建设由此备受重视，但也不得不面对一些困扰，如过度筑坝蓄水灌溉可能消耗相当数量未被估算的蓝水和绿水。

图18， 近年来我国耕地灌溉用水效率不断提升，数据来源：中国水资源公报

农作物用水主要通过蒸腾作用及土壤和灌溉设施的蒸发来消耗。在世界许多干旱缺水地区，发展节水高效农业被认为是发展经济、节约用水和保护环境的有效方法。但节水也会减少灌溉回归水量，可能对下游的生态环境和水资源可利用量造成一定不利影响。2018年发表在WRR期刊的一项研究显示，如果缺乏有效治理措施，灌溉效率大大提高后，总用水量还可能继续增加。因为节省的水常被重新分配用于扩大灌溉面积、种植经济作物或支持工业和城镇发展。

图19， 生产一千克食物需要消耗的淡水抽取量（单位：升），来源：Our World in Data

食物生产耗水量取决于食物类型和生产方式，生产1千克粮食需消耗数百乃至上千升水，生产肉类、奶制品则需消耗更多的水（图19）。随着人口增长及饮食结构转变（图20、图21），农业需水增长旺盛。牲畜产量增长，尤其是种植饲养作物，大量增加了水量需求，生物燃料推广进一步加剧了用水压力。

图20， 三大洲13个国家儿童（左）和青少年（右）的液体摄入调查，中国的水摄入量为67%和69%，来源：https://doi.org/10.1007/s00394-015-0955-5

图21， 1961-2013年间的世界饮食构成和人均肉类消费构成变化，来源：Our World in Data

考虑到生产耗水和健康因素，肉类消费和生产格局的变化亟需引起重视。1961-2017年，全球人均肉类消费量增加了20千克。高收入国家的肉类消费量最高，但变化不明显，发展中国家增长最明显。中国人均肉类消费量增长了15倍。一个例外是印度，基本一直保持人均不到4千克（图22）。

图22， 1961年和2017年的人均肉类消费量（不含海鲜，单位：千克），来源：Our World in Data

图23， 1961-2018年的世界各大洲和主要国家肉类产量（单位：百万吨），来源：Our World in Data

更严重的是，1961-2018年间的全球肉类（包括牛、羊、猪、家禽和野味）总产量增长了三倍多，增速远快于人口增长，肉类生产格局剧变。亚洲的产量占比从12％增加到40%-45％，替代欧洲和北美成为全球肉类主要生产地，而中国在亚洲年产量中的贡献值已经超过了60%（图23）。令人担忧！

06

资源瓶颈

地下水一度是人类用水主要来源，但日益严重的超采不断加剧地面沉降、海水倒灌和环境污染等恶果。《世界水资源发展报告2019》显示，2016年亚太地区48个国家有29个因缺水和地下水超采导致水资源不安全。全球水资源威胁持续升高，预计2050年有超过20亿人生活在水资源严重短缺的国家，约40亿人每年至少有一个月遭受严重缺水困扰，22个国家面临严重水资源威胁。

图24， 全球水资源脆弱地图，来源：WWDR 2020

《世界水资源发展报告2020》进一步警告，气候变化、供水不稳和不确定性，正加剧全球水资源压力。具体测算方法是以总取水量（生活、工业、灌溉和牲畜等）占可利用水资源（地表水和地下水）量的比重，考量上游用水大户和大型水坝对下游水资源可用性的影响得出，数值越高则压力越大（图24）。

考虑到地下水的窘迫程度，国际上使用可再生内陆淡水资源总量，即内陆河流及降雨产生的地表水资源总量，来衡量一个国家地区的水资源状况。数据显示，2014年中国可再生内陆淡水资源总量为28130亿立方米，占世界总量（428100亿立方米）6.57%，而同期中国人口占世界总人口比重约为18.8%。

图25， 2014年世界可再生内陆淡水资源总量排名前20位（单位：亿立方米），数据来源：AQUASTAT

中国可再生内陆淡水资源总量大、人均少。总量居世界第五位（图25）、东亚与太平洋地区第一位（图26左）；人均值排东亚与太平洋地区倒数第三（图26右），仅2061.909立方米/人，是世界平均水平（5932.851立方米/人）的34.75%，排在世界100名之外，水资源压力较大。

图26， 2014年中国可再生内陆淡水资源总量及人均在东亚与太平洋地区的排位，来源：世界银行网站

按照相关标准，一个国家或地区每年的人均淡水资源拥有量如果低于1000立方米是“水资源短缺”，介于1000-1700立方米存在“水资源压力”，介于1700-2500立方米就是“水资源脆弱”。中国年度可再生内陆淡水资源量为2061.909立方米/人，属第三类，为水资源脆弱国家（图27）。

图27， 基于人均淡水资源拥有量的三类区间划分，来源：https://www.glo-be.be/sites/default/files/inline-images/S%C3%A9cheresse-carte_mondiale_EN.jpeg

图28， 2007年淡水抽取量占可再生内陆淡水资源总量百分比的区域比较，来源：世界银行网站

就年度淡水抽取量占可再生内陆淡水资源总量的比重来看，2014年中国为21.322%，明显高于中高等收入国家6.703%的平均水平。在2014年、2012年和2007年（图28）的东亚和太平洋地区可见数据比较中的情况也不理想。

图29， 世界主要流域水资源开采状况，来源：http://i0.sinaimg.cn/dy/green/2012-07-17/U7105P1T1D24791413F23DT20120717183612.jpg

图30， 中国主要流域（上中下游用红绿黄标识），来源：https://doi.org/10.5194/hess-23-2491-2019

更加不利的是，全球500条大河，很多已严重枯竭。联合国环境规划署数据显示，世界部分流域的水资源开采已经过度，包括中国黄河流域（图29）。2019年发表在HESS期刊上的一项研究也显示，过去50年我国地表水资源消耗增量的65%发生在黄河以北流域；干旱流域的地表水资源开发利用率从70%上升到90%左右，并在2000年之后小幅下降；半湿润半干旱流域的地表水资源开发利用率增幅最大，如松花江从14%增至55%，黄河从30%增至70%（图30）。

07

约束发展

既然水资源自有储量不济，开采程度也较高，那么尝试“开源”行不行？好像也很困难。相对而言，“节流”更加具有现实意义。

一是我国“可再生水资源依赖率”极低。全球共有流经两个及以上国家的跨国河流263条，蕴含着60%的可利用淡水资源，涉及45%的人口和145个国家地区。我国是全球重要的上游水道国，拥有110多条（个）国际河流（湖泊），涉及境外18个流域国家（图31）。但中国出境水量多，入境和过境水量极少，不到多年平均径流总量的1%。联合国环境规划署使用“可再生水资源依赖率”来表述境外流入量占各国水资源的比重，中国仅为0.96%，在大国中较低。

图31， 中国主要跨境流域分布，来源：何大明 等. 中国国际河流研究进展及展望[J]. 地理学报.

二是海水淡化短期难解中国“近渴”。资料显示，七成海水淡化集中在中东地区。沙特“有钱任性”，2015年的水价为0.08美元/立方米，而生产水的成本是1.09美元/立方米。以色列“技术挂帅”，拥有全球规模最大、技术最先进的海水工厂，淡化成本降至0.58美元/立方米，成为中东地区唯一不受水资源严重威胁的国家。以色列67%是沙漠，人均水资源不足400立方米。海水淡化不仅支撑了以色列55%的用水量，还孵化出改变了全世界农业灌溉方式的以色列现代农业（图32）。我国相关发展基础弱，加上海水淡化潜在的健康影响和环保处置难题尚待破解，短期内大规模支撑经济社会发展尚不现实。

图32， 小说《蓝山》的农业定居点（来源：https://www.bookdao.com/UploadFile/Article/2012/7-29/641c96ea-36fd-48a9-820d-e2abc60d4c0e.jpg）；以色列各行业用水比例（来源：https://5b0988e595225.cdn.sohucs.com/images/20170907/482b7055a6ea47fe9a5e7edb0e265bf0.jpeg）

同时，水生态受损、水环境污染，进一步加剧了全球很多地区的水资源短缺，降低了水体为社会经济发展提供资源和清除污染物的能力，即水环境承载力（WECC）。在印度，全国一半以上的水井水位下降，80%的河流、湖泊、池塘和溪流被人类的废物和污水污染，成为制约可持续发展的严重瓶颈。

令人欣慰的是，2018年发表在RCR期刊的一项研究表明，中国整体水环境承载能力正在恢复和提升，但西部和东部地区的水环境开发利用潜力仍在下降，北部省份超载程度较高，西部地区的水环境脆弱性高于中部和东部省份（图33）。

图33， 左：中国水环境压力分区；（左）与右：承载力分区（右），来源：https://doi.org/10.1016/j.resconrec.2018.03.030

我国人多水少开源难，水资源时空分布不均且与社会经济要素布局不匹配，水资源短缺、水环境污染和水生态受损三大问题长期显现。如何更加科学地的“量水而行、因水而宜”，坚持“以水定城、以水定地、以水定人、以水定产”，突出节水优先，抑制不合理用水需求，推动形成绿色生产生活方式，促进我国人口、经济与资源环境协调发展，成为刻不容缓的时代命题。

然而

更大的危机与考验正接踵而来

… …

It will continue.

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原标题：《SN05 | 农业用水与约束发展》

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