水资源胁迫下基于粮食安全的现代农业技术创新趋势及策略

苏小姗，祁春节，田建民

（1.华中农业大学经济管理学院，湖北 武汉430070；2.河南省农业科学院，河南郑州450002）

水资源是人类社会生存与发展不可或缺的重要物质，也是保障国家粮食生产与粮食安全不可替代的基本要素。在水资源日益短缺，严重威胁粮食生产的新形势下，2011年中共中央国务院一号文件明确指出：加快农田水利基础设施建设，大力发展节水高效灌溉技术，增加农田有效灌溉面积和提高农田灌溉有效利用率是新时期我国农业发展的重要任务之一，其目的在于从长远发展的角度，保证我国的粮食生产和保障国家粮食安全。从大力发展节水灌溉和农村污水环境治理的角度，依靠水资源节约增效型农业技术创新对于缓解农业用水资源供给与粮食生产及安全之间的矛盾具有十分重要的指导意义。

1 新形势下水资源对粮食安全的约束分析

1.1 粮食安全本身存在潜在危机，供需矛盾十分突出

“十一·五”期间，国家高度重视粮食安全问题，通过加大农业投入、加快品种更新和技术升级、深化粮食流通市场改革、实行粮种和农机具购买补贴等优惠政策支持，使我国粮食生产能力不断提升，实现了连续5年增产。2010年，我国粮食总产量达到54641万t，预计2011年粮食总产量将再创历史新高，突破5.5亿t，在一定程度上将缓解我国的粮食安全压力。但是，也应该看到粮食需求的刚性增长和粮食供给的相对疲软使得供需矛盾十分突出，粮食安全问题的潜在危机重重。

从粮食供给方面来看，耕地面积的不断减少是制约粮食生产的首要因素，2010年全国耕地面积约为1.22亿hm2，比1997年的总耕地面积1.30亿hm2减少了0.08亿hm2，并且1997-2010年间，全国耕地面积呈逐年递减趋势，而且受社会经济转型、结构调整和土地改革流转等因素的影响，各地耕地抛荒现象时有发生，无疑大大降低了粮食的综合生产能力。其次，城镇化进程的加快和农村劳动力的大量转移，特别是轻壮劳力的流失，给粮食生产带来了不可忽视的负面影响。另外，近年来受全球气候变化影响，我国自然灾害频繁发生，农田基础设施和抗灾救灾配套设施建设的相对滞后，也加大了粮食生产的风险和产出的不确定性。尽管超级杂交水稻亩产近年有望突破1000kg，加上其他高产优质粮食品种的更新换代能有力促进粮食增产，但是常规杂交育种和地貌改进相结合的传统育种模式在现有产量基数较高和追求产品高品质的情况下继续挖掘增产潜力难度极大，而且极具潜力的转基因粮食作物商业化种植步履维艰，在短期内还不能发挥其增产的巨大作用。同时，粮食危机也是当今世界范围的首要难题，作为战略性产业各国对于粮食出口都会纷纷设置不同程度的贸易壁垒和政府管制等，而且相关数据表明我国每年的粮食消费量约为世界粮食贸易总量的两倍[1]，因此，依靠世界粮食市场来大大增加国内粮食供给，缓解供求矛盾也不是十分现实。

从粮食需求方面来看，人口基数的不断增长、城镇化人口比重的不断加大和工业、饲料以及生物质能源用粮的不断增加使得我国的粮食需求呈现刚性增长。据《中国粮食问题》白皮书预测，到2020年我国的人口将增至14.7亿-15.4亿，而同期粮食的生产量只有达到6.38亿t才能满足国民的口粮需求[2]。与此同时，受农业结构调整和养殖业稳步发展的影响，饲料用粮需求加大，用粮量约以每年3%的速度递增[3]，而且随着粮食加工能力的提升和生物质能源产业的发展，工业用粮和新能源生产用粮也会持续较快增长，加大粮食供需平衡压力。除此之外，由于消费结构的升级和消费水平的提高，人们对粮食需求呈现高品质和多样化趋势，还会造成粮食的选择性消费需求紧缺和不足。因此，我国粮食供不应求的局面在一定时期内还将长期存在，粮食安全问题十分堪忧。

1.2 水资源短缺形势日趋严峻，加剧对粮食安全的威胁

水是粮食作物生产过程中不可或缺和不可替代的必要元素之一，在其生长发育和生理生化活动中发挥着关键作用。合理的水分吸收决定着粮食的产量和品质。

从水资源占有量来看，我国的水资源总量相对丰富，2005年全国水资源总量为2.81万亿m3，居世界第四位，但由于人口基数大，水资源人均占有量仅为2200 m3，只有世界平均水平的1/4，属于世界范围内13个公认的严重缺水国家之一。2005-2009年间，除2008年由于长江流域特大洪水灾害导致水量回升外，我国水资源总量呈现明显下降趋势（表1）。而且地下水资源与地表水资源的重复率较高，在现有的水资源总量中，地表水资源约占水资源总量的96%以上，而地下水资源总量则不足4%。尽管与其他国家相比，我国可利用的水资源总量相对丰富，但水资源合理利用程度较低，多数地区尤其是乡、村一级的农田排水灌溉沟渠、农村中小型水库等设施老化、渠系不配套[4]或建设滞后，不同程度的存在季节性干旱、工程性缺水和泄洪排涝和蓄水抗旱能力弱的问题，农作物受灾成灾严重。2009年，全国农作物受灾面积总计874.8万hm2，成灾面积379.6万hm2，受灾成灾率达到43.4%，全国农田因旱受灾面积2925.8万hm2，直接经济损失高达1206.6亿元[5]。尤其是近年来多次发生比较反常的较大洪涝灾害和干旱灾害，比如2011年属于干旱半干旱地区的陕西省局部地区7、8月份遭遇持续暴雨，引发严重洪涝灾害，农作物严重受灾而雨量充沛的长江流域比如浙江、湖北、湖南等地则遭遇特大干旱，灾情严重，在很大程度上影响了粮食增产。

在水资源总量日益紧缺的同时，我国的总用水量和人均用水量却在不断增加。其中，生活用水和工业用水持续增加，5年间其用水量占当期总用水量百分比分别增长了0.7%和0.6%，而农业用水量占当期总用水量百分比则由63.6%下降到62.1%。数据结果表明，随着我国城镇化进程的加快，城镇人口的大量增加和工业以及制造业的不断发展，生活用水与工业用水等非农用水与农业用水的矛盾日益加剧，非农业用水在挤占农业用水的同时也越发挤占生态用水，为提高我国粮食综合生产能力和实现农业可持续发展增添了不少压力。同时，地上水的合理利用率不高和地下水大量开采出现水位逐渐降低甚至断层的现象也加重了水资源危机，为多数采用深层地下水灌溉的北方地区和西部地区未来的粮食生产埋下了较大的隐患。

表1 2005 年-2009年我国水资源占有量及使用状况

另外，我国农业生产格局和水资源分布不均的矛盾、农业生产用水需求增大与水资源利用效率低下及水质污染严重的矛盾也加剧了水资源约束对粮食安全的威胁。目前，我国的基本国情是水资源充沛的南方地区，由于经济发达、交通便利，多以制造加工业和服务业为主，劳动力大量脱离农业生产，导致粮食生产能力急剧下降；而水资源紧缺，仅占全国总量19%的长江流域以北地区则耕地面积占全国总量的65%，承担着我国“天下粮仓”的重担。在水资源日益紧缺和农业用水不断被挤占而用水需求持续加大的条件下，提高水资源利用效率对于保障农业生产至关重要。截至2009年底，我国农田有效灌溉面积达到5926.1万hm2，几乎占全国耕地总面积的一半，其中43.5%来源于工程节水灌溉。这与以往相比，取得了较大的进步，但是与美国、日本、以色列等农业发达国家相比还存在较大差距。主要体现在我国的工程节水灌溉比例较低并且还主要依赖于渠道防渗节灌和低压管灌，而节水灌溉效率较高的喷灌和微灌面积则仅占总工程节水灌溉面积的17.85%和总有效灌溉面积的7.76%。与此同时，工业排污、农药化肥残留和农村生活废物污染等使得水污染问题也十分突出，进一步制约了农业灌溉用水能力。因此，必须清醒的认识到我国水资源短缺的形势日趋严峻，对粮食安全的威胁日益加剧，中共中央提出的粮食增产千亿公斤的目标任务十分巨大。

2 水资源胁迫下保障粮食安全的路径选择——现代农业技术创新

2011年，中共中央国务院专门出台《关于加快水利改革发展的决定》的一号文件，首次将国家水利建设从以往7个关于系统部署农村改革发展的中央一号文件中单独剥离出来，着重强调新形势下水利建设在国家发展层面上的重要战略地位，其目的在于通过完善农村水利基础设施建设，新建和整治农田沟渠、农村小型蓄水工程，提高蓄水排涝能力，合理利用自然雨水资源，基本改变农村靠天吃饭的被动局面[6]。但是，这一策略对于雨水量较少的我国西北地区还具有一定的局限性。因此，需要从其他方面着手，积极寻找缓解水资源对粮食生产的胁迫、增加粮食有效供给能力的新路径。而依靠现代农业技术创新，合理调整农业种植结构，加强节水、保水和污水防治技术及设施研发则是有效解决这一问题的突破口。

2.1 加快抗性优质粮食品种选育，依据水资源分布合理调整农业种植结构

要加强抗旱和耐涝粮食品种种质资源的挖掘和创制，运用现代生物技术加快高产、优质、抗旱或耐涝粮食作物新品种的育种进程，大力开展抗旱和耐涝新品种的选育和已有品种的品质改良，从源头上解决水资源紧缺与作物生产用水的矛盾。

同时，依据我国的水资源分布格局和不同粮食作物需水量与需水时期及规律的不同，统筹规划、合理布局，因地制宜地积极调整我国的农业种植结构，优化水资源配置。一是要在较干旱地区引进和推广优质、耐旱粮食作物品种，同时将粮食作物与保水蓄水能力较强作物进行合理套种，依靠其他作物增强保水蓄水和抵抗干旱的能力，从源头上实现保水节水；二是对需水规律相近的粮食作物实行区域集中种植和管理，统一灌溉，减少灌溉水在长距离运输中的损失；三是根据不同地区雨期和雨量的特征，结合不同粮食作物的生长规律，选取合适的粮食作物实现适时适地耕种，实现雨量大雨期长的地区种植生育期需水量大粮食作物如水稻，雨量小雨期短的地区种植生育期需水量较小粮食作物如玉米的人为选择，有效利用自然水资源；四是将以往开垦的一些不适宜耕种的土地，退耕还林或者种植有效保水保土植物，通过地下土壤渗漏，一方面避免自然水资源的低效浪费，另一方面起到防治水土流失的作用。

2.2 重点推进节水灌溉技术创新，提高农田灌溉用水使用效率

继续加大灌区田间节水改造力度和合理利用地下水与地表水灌溉力度，增加政府资金投入，改变传统的灌溉方式，大力开展节水灌溉尤其是喷、微灌技术的示范和推广，提高农业节水灌溉系数，增加农田有效灌溉面积，力争达到国家“十二·五”发展规划提出的“农业灌溉用水有效系数达到0.53”的目标。

着眼于“节水与高效”，重点推进节水技术创新。首先，要加强粮食作物种植对水分与气候变化的适应性研究，研究不同粮食作物其不同生育期、不同灌水量处理对粮食产量及品质的影响，开展适时的间控灌溉技术研发与创新。确定不同粮食作物在其不同生育期在不影响品质与产量条件下的需水时间段和最低需水量，按照需水时间段和最低需水量实施定期和定量灌溉，在保障产量与品质的基础上，实现最大限度的节约灌溉用水。其次，研究不同粮食作物品种避开用水高峰期，延迟种植对产量及品质的影响，选择适宜品种适当开展延迟种植。同时，在大力推广微灌和喷灌技术的基础上，还要大力开展新型高效节水灌溉技术创新及灌溉设施研发，致力于提高灌溉效率、减少设施成本。另外，要注重现代信息和遥感技术在农业生产中的应用，加快水肥监管智能化设施的完善和优化。

2.3 大力开展保水保肥技术创新，提高粮食作物产量和品质

合理的水肥吸收与利用，是保证粮食作物高产和优质的关键。因此，要重点加强作物大田水肥耦合的生物效应及作用机理研究，揭示水肥利用规律，完善水肥高效利用措施，大力开展粮食作物保水保肥技术创新。

一是应用现代农业信息技术，通过作物生长发育模型模拟作物生长发育，开展根系生长与土壤水分、养分吸收的机理性模型研究，建立农田水肥优化和调控体系。二是基于保水、增产的宗旨，合理进行不同作物的套种与轮作效应研究，选择最适宜和保水保肥增产效果最好的配套作物，开展套种与轮作。三是加强耕地土壤水肥培育，一方面推广深翻回填、整地及中耕技术等，提高土壤透水蓄水保墒能力；另一方面进一步开展微生物肥料的创制和研发，通过土壤微生物的作用起到增加土壤肥力，提高作物吸收利用微量元素能力，产生植物激素类物质调节作物生长，拮抗有害病原微生物提高作物抗逆性，减轻作物病害的作用。同时，研究不同覆盖材料覆盖作用下其土壤环境和作物增产效应的互作机制，选择应用合适的覆盖材料达到保温保水、促进粮食增产的目的。

2.4 着重加强污水防治技术创新，提高水资源再生高效利用能力

针对水污染日趋严重的问题，要注重“防”与“治”两手同抓同管。一方面完善污水排放管理措施，加强污水排放监管，同时加大对农村居住户生态环保和保护水质相关科技知识的宣传力度，减少对农村水体的污染，保障农业灌溉用水的水质。另一方面积极治理农业面源污染，加大农村污水治理力度，升级防污治污技术，改善农村水质，同时积极开展污水治理后的再利用，制定污水治理后再利用的水质标准，加强对污水治理后水质的检测和再利用的监管，严格把关，从另一个角度增加农业灌溉用水来源，缓解农业用水与非农用水日益紧张的争水抢水局面。

在具体的农村水资源污染防治技术创新方面，一方面开展生态种养技术创新，减少水体污染；另一方面强化水污染治理关键技术攻关，提高污染治理后高效再利用能力。在防止水体污染方面，要创新水产、水禽、畜牧业规模化健康养殖技术，减少畜禽废弃物的乱排放；积极推进科学配方施肥，大力发展生物肥料，提高肥料利用率，减少化肥残留；加强农作物病虫害生物防治技术创新，加快绿色农用微生物农药、植物源生物农药研制与开发，减少化学农药的使用，降低农田水的有害物质残留；同时，加强水污染快速检测技术创新。在污水治理方面，重点培育抗重金属污染、超富集有害物质的水生植物新品种，充分发挥水生植物的水质净化功能；加强土壤与水体污染物微生物修复、植物与微生物协同修复机理研究，加快农田灌溉水化学污染物降解的生物制剂研发，全面改善农田水生环境；进一步创新污染水的化学治理技术和治理设施与设备研发，保证污染水治理后的农田灌溉安全，提高水资源再生利用能力。

3 依靠农业技术创新缓解水资源压迫，保障粮食安全的对策建议

3.1 依托我国现代农业产业技术体系，加强水资源节约增效型农业技术的研发

在应对水资源日益短缺，保证粮食稳步增产上，水资源节约和增效型农业技术研发是关键，有效的技术创新主体是核心。2008年建立的国家现代农业产业技术体系针对水稻、玉米、小麦、大麦、高粱、谷子、燕麦、马铃薯等粮食作物分别构建一个产业技术研发中心和若干个综合试验站，通过整合中央和地方的优势农业科技创新资源，以产业为主线，用以解决公益性技术创新问题、产业共性技术平台建设问题和区域间产业均衡发展等问题，达到缓解资源与市场双重约束，提高粮食综合生产能力，保障国家粮食安全的目的。因此，可以依托现代农业产业技术体系，充分利用其优势科研力量，鼓励和支持体系人员加强国际技术合作和交流，借鉴美国、日本、以色列等先进的节水灌溉和污水循环利用等技术，开展节水、保水和污水治理等方面的共性技术研发以及相应的配套设施设备研发，并以此带动体系外的相关科研队伍，共同做好相关技术创新工作，积极应对水资源约束粮食安全的难题。

3.2 继续加强农民科技教育与培训，提高节水型农业技术采用率

针对我国农民教育与技能培训整体相对滞后，地域差异明显，大多数农民较低的文化水平和职业技能使得新型农业技术难以得到有效的采纳和应用的现状，为了切实提高节水型农业技术采用率，一是要继续扩大农民职业教育和技术培训与指导的范围，加强边远山区、经济水平较落后地区尤其是缺水较为严重的西部地区的农民基础教育与技术培训，提高农民的科技知识水平，减少技术推广的难度。二是要充分考虑到不同地区农民的经济条件和文化差异，因地制宜地选择农民听得懂、学得会、易掌握和易操作的推广方法和实用技术加以广泛推广，发挥农村人际关系在技术辐射应用中的作用，提高技术采用率，力争用规模化和标准化的节水灌溉完全代替传统的粗放灌溉。三是应该加强农村信息服务及技术服务等服务体系建设，加快建立高效快捷的农业技术指导与服务渠道，完善农业专家大院、技术服务热线等农业科技公共服务平台建设，及时解决当地农民在节水生产过程中遇到的技术及设施使用方面的难题。

3.3 充分发挥政府在节水型农业技术推广中的作用

从长远来看，仅仅依靠农民自发采用节水型农业技术，提高农田水资源利用效率，实现节水增产增效的目标并非易事，还应该充分发挥政府在节水型农业技术推广中的作用。首先，政府要加大对农业技术推广队伍的资金投入力度和人员监管及绩效评估力度，使节水型农业技术推广做到实处，保证新技术及时有效地应用到田间地头。其次，政府要考虑到地域差异和经济文化差异，在不同地区的节水型农业技术推广中要扮演不同的角色。对于缺水问题较为突出，经济文化水平比较落后的西北地区，如新疆、甘肃、青海、陕西、宁夏等省份，政府在节水型农业技术推广中应该行使投资主体的职能，通过政府财政投入的方式做好节水灌溉设施的整体铺设、定期检修和及时更新。而对于其他省份，政府在节水型农业技术推广中则应该发挥积极引导的作用，在经济水平较好的地区加大节水技术宣传，通过适当奖励的方式鼓励当地农民采用节水技术，购买节水设施；在经济水平相对较差的地区通过借贷和补贴的方式积极引导农民采用节灌技术与配套设备，从而推动节水型创新技术的推广与应用。

3.4 加大农村水资源节约与水质保护的宣传力度，建立有效的奖惩机制

对于农村水资源浪费与污染日益严重的问题，除了开展节水治水与改善水质技术研发与推广外，还应该加大水资源节约与水质保护的宣传力度，从水资源影响民众的切身利益的宣传角度出发加深民众对节约和保护水源的认识，减少农村水源污染。同时，也要清醒地认识到道德约束在节约用水和保护水质问题上的效力有限性[7]，建立有效的监督与奖惩机制。对优先实行农产品生态种养、病虫害生物防治、农村废弃物分类处理与回收等降低水质污染风险和优先采用新型高效节水灌溉技术的行为，予以适当的表扬和物质奖励，激发民众水资源节约和水质保护的积极性。对随意向水源丢弃与堆积生活垃圾、排放未受处理过的牲畜养殖污水或高毒性农药残留的农田灌溉水等破坏环境、污染水质的村民要给予说服教育，对情节较为严重者还要给予严厉的处罚，抑制此类行为的再发生。

[1]王雨濛,吴娟.基于粮食安全的资源高效配置问题探讨[J].农业经济问题,2010(4):58-63.

[2]中国国务院新闻办公室.中国粮食问题白皮书.2005.

[3]颜加勇.水资源约束下我国粮食安全的路径选择[J].生态经济,2010(12):151-154.

[4]彭 玮.加强农村水利基础设施建设,破解三农五大难题[J].农业现代化研究,2011,32(5):522-524.

[5]水利部.中国水资源公报,2005-2009.

[6]彭敬东,汪金敖.夯实农业基础设施,推进现代农业建设[J].农业现代化研究,2009,30(1):40-42.

[7]刘建芳,祁春节.关于资源节约与环境友好“两型”园艺产业生产体系的探讨[J].农业现代化研究,2011,32(3):376-379.