基于重心模型的粮食生产与水资源时空耦合分析

刘楚杰，李晓云，聂媛

（华中农业大学经济管理学院，湖北 武汉 430070）

粮食安全始终是关乎国计民生与社会政治稳定的重大战略问题。我国人口总量和粮食总需求量巨大，但粮食生产高度依赖的淡水资源极为有限，人均水资源量仅占世界平均水平的28%，生态环境的不断恶化以及农业用水效率低下的现状，也使得粮食生产面临的水资源约束越来越突出[1-3]。除此以外，我国水资源和土地资源空间分布不均衡,水土资源匹配错位,且近年来中国粮食生产的地域重心逐渐转向水资源相对缺乏的北方，传统的“南粮北调”格局正逐渐被“北粮南运”格局所取代，这也意味着粮食生产布局与水资源分布的失衡进一步加剧[4-5]。 区域间水资源分布不均及区域水资源相对短缺已 经成为农业生产乃至国家粮食供给安全的瓶颈之 一[6]，研究水资源禀赋与粮食生产之间的关系显得尤为重要。

现有关于水资源约束视角下粮食生产的国内外文献比较丰富。不少学者从新时期我国粮食安全保障的层面出发，指出水资源约束下如何有效保障国家粮食供给安全是当前亟待解决的重要问题，必须树立可持续粮食安全观、推动粮食生产与资源环境承载力相匹配[7-9]。部分学者探究了我国水资源与粮食生产之间的耦合关系，采用基尼系数、不平衡系数揭示了我国粮食生产与水资源量空间匹配状态不断恶化的现状[10-11]，以及运用耦合协调度模型 分析了我国省际层面水-能源-粮食系统的耦合协调程度，并探究了种植制度、农林水支出等因素对其耦合协调度的影响[12-13]。也有学者探讨了气候变化背景下我国北方多个流域水资源短缺问题加剧的态势[14]，并提出为应对趋紧的水资源约束，应通过优化种植结构、调整饮食模式等途径缓解水资源 压力[15-17]。

基于现实情景与已有研究，本文认为从全国、区域两个层面分析粮食生产与水资源的耦合程度或矛盾程度，有利于针对性地充分发挥区域水资源优势，通过调整粮食生产布局，促进农业生产可持续发展，保障国家粮食与生态安全。因此本文拟通过重心模型研究我国粮食生产与水资源两要素的时空耦合状况，该模型在经济学、社会学、地理学等领域已有广泛地应用[18-20]。在农业领域，已有学者开展了关于粮食生产单要素重心变化趋势，以及粮食重心与经济重心耦合程度的研究[21-23]，但关注粮食生产与水资源双要素重心的耦合态势的文献还较少，且对区域层面的分析也较为不足。本文拟先从1999—2000年、2017—2018年粮食产量与水资源量的空间分布入手，对两者的时空变化格局进行动态分析；而后采用重心模型从全国和区域层面对1999—2018年的粮食生产和水资源重心演变趋势进行剖析，并通过双要素重心耦合态势模型探究粮食生产和水资源重心的时空耦合程度。

本文的边际贡献在于，将双要素重心模型运用到粮食生产与水资源的时空耦合分析中，揭示近二十年来粮食生产重心与水资源重心的演变趋势、时空耦合态势以及两要素的矛盾程度，探索如何缓解水资源约束下粮食产需之间的紧张形势；同时从水资源禀赋角度分区域探讨粮食生产与水资源的区域特性，深入区域层面分析两要素的耦合态势及匹配状况，从而针对性地对进一步促进水资源合理利用与粮食生产可持续发展提供有效信息。

1 模型方法与数据来源

1.1 模型方法

1.1.1 重心模型 重心模型假设研究区域由n个单元组成，第i（i=1, 2, …,n）单元重心坐标为（xi，yi），即要素所在的经度和纬度，则考察要素重心坐标可表示为：

1.1.2 重心移动趋势 为探究某单一要素在一段时期内的重心变动趋势，我们通过重心移动距离与移动方向的测算来进行描绘。

1）重心移动距离。假定t期考察要素重心坐标为则t+1期相对t期移动平面距离公式为：

式中：D表示平面移动距离；C为常数，取值为111.111 km/（°）。

2）重心移动方向。假定考察要素t+1期相对t期的移动夹角用θ表示，则：

式中：k= 0, 1, 2；θ∈（-180°，180°），界定正东方向为0°，逆时针方向为正，二维坐标系中，第1象限为东北方向（0°，90°）。

1.1.3 耦合态势模型 通过计算两要素重心的空间重叠性和变动一致性，对两要素的时空耦合程度进行分析。其中重心距离指标即空间重叠性代表重心耦合的静态视角分析，重心方向变动一致性指标代表重心耦合的动态视角分析。

1）空间重叠性。重心距离指标的计算公式为：

式中：下标p、q分别代表水资源与粮食生产这两种不同要素的属性。l值越小，两要素空间距离越近，则两者空间重叠性越高，耦合性越好；反之，则表示重叠性越弱，耦合性越差。

2）变动一致性。重心方向变动一致性用每一年不同属性重心相对于前一年度产生位移的矢量夹角ω衡量。设定变动一致性指标cosω，当0≤ cosω≤0.5时，匹配度较高，耦合性较好；当0.5＜ cosω＜1时，匹配度高，耦合性好；当cosω= 1时，呈完全匹配关系，两个属性重心完全同向移动；当-0.5≤cosω＜0时，匹配度较低，耦合性较差；当-1＜cosω＜-0.5时，匹配度低，耦合性差；当cosω=-1时，呈完全不匹配关系，两个属性重心完全反向移动。

1.2 数据来源

本文运用了全国（除港澳台）以外的31个行政省区1999—2018年的粮食生产与水资源数据，其中，粮食生产数据主要来源于《中国农村统计年鉴》，水资源数据主要包括降雨量以及水资源总量，来源于各省统计年鉴、中国水资源公报、各省水资源公报，缺失的2001年青海省水资源总量数据由前后两年的数据取平均值所得。由于本文考虑的是自然资源禀赋与粮食生产之间的时空耦合情况，故选取粮食产量作为粮食生产要素的指标，水资源总量（特定区域在一定时段内地表水资源与地下水源补给的有效数量总和，即扣除河川径流与地下水重复计算部分）作为水资源要素的指标，而未使用农业用水量指标。

在具体到区域层面分析时，我们参照Kaneko等[24]、杨骞等[25]采用的六大区域划分方法,即东北地区（辽宁、吉林、黑龙江），黄河流域（北京、天津、河北、山西、山东、河南、陕西），长江流域（上海、江苏、浙江、安徽、江西、湖北、湖南），南部沿海（福建、广东、海南、广西），西南地区（重庆、四川、贵州、云南），西北地区（内蒙古、西藏、甘肃、青海、宁夏、新疆）。该区域划分方法考虑了农业生产活动尤其是农业用水的相似性，并从水资源禀赋视角考虑到了流域的分布，有助于本文从区域层面进行分析。

2 粮食生产与水资源的时空分布分析

2.1 全国粮食生产与水资源的时空分布分析

囿于篇幅有限，本文仅绘制1999—2000年、2017—2018年两个时间段的全国粮食产量的空间分布，如图1所示。自2003年起，全国粮食产量呈持续上升趋势，近几年增速有所变缓。从图1粮食产量分布格局来看，产量最多的为黄淮海平原，其次是长江中下游平原以及东北地区；从时间变化来看，研究期间内，由于机械化水平、技术水平提高等原因，大部分地区粮食产量有了较大幅度的增加，产量为2 500～7 600万t之间的省份数量由1999—2000年阶段的7个增至2017—2018年的11个，其中，代表东北平原与黄淮海平原粮食产量的板块颜色变深，而同时南方地区粮食产量在1 500万t以下的省份增多，这也在一定程度上反映了粮食生产重心的北移。

图2为1999—2000年、2017—2018年全国水资源总量分布图。由图2可以看出我国水资源总量变化不大，整体上呈现由西南地区及东南地区向内陆地区逐渐减少的规律，其中，黄淮海平原为水资源量最为匮乏的地区。由于南方有西南季风和东南季风带来的丰富降雨及分布的众多江河湖泊，使得南方地区大部分省份水资源量均在700亿m3以上。而处于干旱半干旱地区的西北内陆及黄淮海平原，常年总降雨量少，地表径流少，加之早期对植被的破坏加剧了水土流失，以及过度抽取地下水形成严重漏斗区，进而使地表蓄水能力不足，水资源量极为短缺；同时，黄淮海平原作为我国重要的粮食主产区之一，农业用水需求量大，这与该区水资源不足的现实构成了严峻且急需解决的矛盾。

2.2 区域粮食生产与水资源的时空变化分析

为进一步具体了解区域层面粮食产量和水资源禀赋的现实情况，本文参照上文提到的六大区域划分方法，选取以下四个在我国粮食生产中占有重要地位的区域，即东北地区、黄河流域、长江流域、西南地区，并按照粮食主产区和非粮食主产区分类呈现了1999—2000年、2017—2018年四个区域的粮食产量和水资源总量。

如表1所示，研究期间内四个区域的粮食产量均有所增加，尤其是东北地区粮食产量增长幅度最大，由1999—2000年的6 177.5万t增至2017—2018年的13 613.5万t，约占全国粮食产量的20.7%。但另一方面东北地区水资源总量仅占全国的5.4%，用于农业生产的水资源有限，且松花江流域的西部春旱严重，辽河流域上游及干流西侧多黄土沙丘、水土流失严重，该区在稳粮的同时应通过发展高水效农业、促进农艺抗旱节水措施的应用等途径推动灌溉农业可持续发展。

另外，由表1可知，2017—2018年黄河流域的粮食产量已超过长江流域，且仅由河北、河南、山东三个粮食主产省份贡献了全国23.5%的粮食产量，而三省水资源总量仅占全国的2.1%，加之由于地下水超采导致的大规模漏斗区，使得该区域水资源极度短缺、水粮矛盾极为突出，必须进一步优化种植结构、加强水资源尤其是地下水的有效管理。

表1 区域粮食产量与水资源总量变化Table 1 Changes in grain production and total water resources in the regional level

相比于其他区域，长江流域粮食主产区与非粮食主产区的水土资源比例合理，在推动本区域粮食稳定生产的同时，应推进跨流域调水工程以缓解华北平原水资源紧张局面。西南地区粮食产量与水资源总量变化不大，降水量及水资源禀赋虽较充足，但由于该地区多为高原山地地形，喀斯特地貌分布较广，导致该地区石漠化严重、土壤贫瘠，水资源难以留在地表，工程性缺水严重且农业灌溉比例低（2017年重庆、云南、贵州灌溉比例分别为29%、24%、29%，均远低于全国平均值），该地区应在加强水利基础设施建设、依靠技术进步发展节水型农业的同时，重视该区域生态保护，提高水资源承载能力。

3 粮食生产与水资源的重心演变分析

3.1 粮食生产重心演变趋势

3.1.1 全国层面粮食生产重心演变趋势分析 利用式（1）～（3）测算并绘制了1999—2018年我国粮食生产重心轨迹变化趋势图，如图3所示。从粮食生产重心空间位置及所在地级市我们可以看到，1999—2018年间我国粮食生产重心地理坐标介于113.73°～115.40°E和33.16°～35.61°N之 间，2011年以前全国粮食生产重心均在河南省境内移动，具体由河南省中东地区转移至东北地区；2011年之后粮食生产重心主要位于河南省东北地区与山东省西南地区。河南省和山东省均是我国粮食主产省份之一，2018年两省粮食产量分别占全国粮食总产量的10.11%与8.09%，为保障国家粮食安全做出了重要贡献。从粮食生产重心的移动距离与移动方向看，粮食生产重心整体上向东北方向移动了238.78 km，这一结果与“粮食生产地域重心正由南向北逐渐转移”的观点一致[26-27]。

同时，由图3可以发现，粮食生产重心迁移路径大致可分为以下两个阶段：

第一阶段：1999—2015年间，粮食生产重心总体上向东北方向转移，由河南省驻马店市转移至河南省濮阳市，且南北向移动幅度大于东西向；粮食生产重心整体移动的距离为246.29 km，年均转移速度为15.39 km/a。粮食生产重心之所以在这一阶段呈现较明显的向东北方向移动的情形，主要源于该时期内水稻、小麦最低收购价政策、玉米临时收储价格政策等一系列价格支持政策的施行，调动了主产区农民的种粮积极性。粮食播种面积和粮食产量逐年攀升，尤其是玉米相比于其他粮食作物受到了更为强劲的影响，播种面积与产量增速最快，为粮食增产做出了巨大贡献[28-29]。

第二阶段：2016—2018年间，粮食生产重心主要在东西方向上移动，南北向移动的幅度非常小，且重心移动距离也较小。本文推测这一结果主要源于以下两方面：一是自2016年起，我国水稻小麦种植面积基本稳定，而北方玉米产区受临时收储政策取消和农业部关于“镰刀弯”地区玉米结构调整指导意见的影响明显，使得玉米播种面积及产量呈现较显著的下降趋势，比如东北三省玉米播种面积及产量分别由2016年的1.36×107hm2、9 009万t下降至2018年的1.33×107hm2、8 445万t；二是近年来学者和政府决策者越来越意识到粮食生产重心北移的潜在危机，越发重视资源和生态环境问题，在生态脆弱区采取了退耕还林等一系列节约资源、保护环境等政策。

3.1.2 区域层面粮食生产重心演变趋势分析 图4展现了区域层面1999—2018年间粮食生产重心的迁移路径，为使移动轨迹更清晰，将1999—2005、2006—2012、2013—2018三个时间段用不同颜色呈现。根据重心的经纬度变化可知，东北地区粮食生产重心主要在吉林省中西部移动，黄河流域粮食生产重心主要在河南省北部地区移动，长江流域粮食生产重心主要由安徽省西南部转移至湖北省东部地区，南部沿海粮食生产重心主要在广西省梧州市内移动，西南地区粮食生产重心主要由四川省东南部转移至重庆西部再转移至四川省东南部，西北地区粮食生产重心主要在内蒙古自治区中西部移动。

除东北地区、长江流域及南部沿海地区以外，其余地区并未呈现较明显的阶段性特征。其中，东北地区粮食生产重心总体上向东北地区移动了54.21 km，1999—2004年间，粮食生产重心主要向西南地区移动；2005—2015年间，粮食生产重心主要向东北方向移动，这在一定程度上得益于农业抗寒品种选育与耕作技术的进步，加之气候变暖使得东北地区粮食作物的种植范围向北推移以及复 种指数的提高，使得东北地区寒冷区域粮食产量增加[30-31]；2016—2018年间，重心又转向西南地区移动，这可能与全国粮食生产重心在这一阶段的变化原因相同，即受到了“镰刀弯”地区玉米结构调整政策的较大影响。另外，本文发现除南部沿海和西南地区以外，其余区域的粮食重心在纬度上均呈现由南向北转移的趋势，一定程度上说明在区域层面上也存在粮食生产重心由南向北的移动态势。从移动范围来看，西北地区移动范围最大，其余地区移动范围均较小，研究期间西北地区粮食生产重心地理 坐 标 介 于104.23°E～109.04°E，39.49°N～41.41°N之间。

3.2 水资源重心演变趋势

3.2.1 全国层面水资源重心演变趋势分析 同样，利用式（1）～（3）测算并绘制了1999—2018年我国水资源重心轨迹移动趋势图，如图5所示。1999—2018年间我国水资源重心地理坐标介于106.36°～118.71°E，29.54°～30.72°N之间，东西方向上的移动幅度大于南北方向上的移动幅度。我国水资源重心在近20年间位置变化不强烈，主要在四川省东北部、重庆市中西部以及湖北省西部地区移动。四川省、湖北省以及重庆市均是我国水资源较丰富的地区，全年降水量充足且河流湖泊众多，是社会经济发展的重要支撑。从移动的空间距离与方向来看，水资源重心几乎在各年份间移动的距离远大于粮食生产重心，最大距离出现在2010—2011年，转移距离为191.55 km；水资源重心的移动主要体现在东西方向上的不断交替变化，南北向的移动幅度较小，且其移动路径并无明显阶段性特征，这是由于每年西南季风及东南季风的强弱不稳定带来了西南地区与长江流域降水量的波动，从而导致水资源量变化的不均匀与异常性较强。

3.2.2 区域层面水资源重心演变趋势分析 图6展现了六区域1999—2018年间水资源重心的迁移路径。根据经纬度变化可知，东北地区和黄河流域的水资源重心分别主要在吉林省中西部及山西省中东部地区移动，长江流域水资源重心主要由江西省西北部转移至湖北省东部地区，再移至江西省西北部，南部沿海和西南地区水资源重心分别主要在广西省中西部及四川省东南部移动，西北地区水资源重心主要在青海省玉树州内移动。区域层面的水资源重心移动轨迹并无明显阶段性特征，同样说明由于降雨量的年际变化波动大、空间分布不均导致水资源量变化的不稳定性。但对比六区域内粮食生产重心的移动轨迹，可以看出东北地区及西南地区粮食生产与水资源双要素重心的移动范围几乎重叠，因此推测这两区域内粮食生产与水资源重心的时空耦合程度是比较高的，粮食生产与水资源之间呈现较为良性的耦合关系。

从移动范围来看，所有区域水资源重心在东西向的移动幅度均大于在南北向的移动幅度，这与我国降雨主要受海洋性季风气候影响，由东向西逐渐减弱有关；另外，与粮食生产情况一致，西北地区水资源重心移动范围最大，该区域内部的粮食产量与水资源总量较不稳定。

4 时空耦合分析

为进一步探究粮食生产与水资源双要素重心的时空耦合态势，本文分别从静态和动态视角利用空间距离、变动一致性指数来进行分析。

4.1 全国层面时空耦合分析

全国粮食生产重心始终位于水资源重心的东北方向。从静态视角看图7，1999—2018年间双要素重心的空间距离曲线平稳上升，由1999年的887.56 km上升到2018年的1 067.21 km，空间重叠性整体下降。其中2000年双要素重心的空间距离达到最小值828.88 km，2017年达到最大值1 099.08 km。虽然空间距离值在波动中呈上升趋势，但近几年该值的上升趋势变缓，波动幅度变小。1999—2018年间粮食生产与水资源重心的空间距离变大、重叠性减弱，粮食生产与水资源的耦合程度呈下降趋势，一定程度上说明粮食生产的水资源利用愈发不合理，两者之间的矛盾更加紧张，我国粮食生产重心不断北移和水资源重心变化不明显也证实了二者矛盾的加剧；但同时，近几年粮食生产与水资源双要素重心的空间距离上升速度下降，说明北方粮食增长速度趋缓，在保证粮食产量稳定的同时也越发重视水资源合理利用与农业可持续发展的理念。

其次，从动态视角看，由图8呈现的1999—2018年间双要素重心的变动一致性指数在正负值之间来回波动，耦合过程呈现出多个波峰和波谷的特征，说明双要素重心的移动方向具有较大差异。具体来看，双要素重心的变动一致性指数大于0的有9年，其中处于0.5 ～ 1之间的有6年，而小于0值的有10年，其中处于-0.5 ～-1之间的有8年，平均匹配度为-0.06，呈较不匹配状态，整体上耦合性较差。但2014—2018年间，平均匹配度为0.14，一致性指数略有上升。之所以如此，本文认为可能由于近年来北方灌溉农业的可持续发展理念受到重视，北方粮食产量增长速度变缓，粮食生产重心由南北向移动转变为小范围的东西向移动，与水资源重心变动方向更加一致，粮食生产与水资源双要素重心的耦合性略有增强。

另外，结合上述内容可以发现，水资源量的变化主要源于降雨量的变化，但又由于季风气候导致的降雨量年际变化波动大、空间分布不均匀，加上每年极端天气的不可抗性，水资源重心移动轨迹并无明显阶段性特征。而双要素重心的空间距离增加主要源于粮食生产重心的东北向移动，变动一致性指数波动主要源于水资源重心移动的不规律性。这也从侧面印证了农业生产与粮食生产布局是由长时间人类活动形成的，最初依赖自然资源进行生产，随着社会经济和技术发展，自然资源的限制力量逐渐减弱，于是出现了资源利用与社会经济发展区域不平衡的问题。若要加强粮食生产与水资源的耦合程度，缓解两者之间的矛盾，必须推动水资源的高效合理利用，进一步统筹协调粮食生产布局。

4.2 区域层面时空耦合分析

从静态视角看，由图9可知，六区域中，1999— 2018年间双要素重心的空间距离最小即重叠性最强的是东北地区，空间距离始终在80 km以内变化，其次是西南地区，空间距离几乎在100 km以内波动，这与之前由重心地理位置推测出的结果一致。相比之下，西北地区粮食生产与水资源双要素重心的空间距离最大，其值在小幅度波动中缓缓上升，由1999年的1 491.41 km升至2018年的1 863.40 km，空间重叠性减弱。西北地区粮食生产与水资源重心分别在内蒙古自治区和青海省内移动，作为粮食主产区之一的内蒙古干旱少雨，荒漠化、水土流失严重，青海水资源丰富但粮食生产受地形及温度因素限制，应更加重视该区域粮食生产与水资源之间的矛盾，通过加大植被保护力度、优化粮食生产布局、推广农业节水生产技术等途径促使两者关系更加良性。另外，由空间距离变化趋势可以看出，其在长江流域和西北地区整体上呈现上升态势。其中，长江流域粮食生产重心整体上呈现西北方向的移动，而水资源重心呈现东北方向的移动，但2012—2018年间，双要素重心的空间距离值正由2012年的峰值177.34 km波动下降，重叠性逐渐加强，这或许得益于近年来长江流域退耕还湖、完善水利基础设施等政策的实施，一定程度上克服了季风气候导致的降水量季节性变化大、水资源量不稳定的不利因素，保障了粮食生产的稳定。

从动态视角看，由图9呈现的1999—2018年间六区域粮食生产与水资源双要素重心的变动一致性指数在正负之间来回波动，均有多个波峰与波谷。由计算得出六区域平均匹配度分别为0.14、0.04、 -0.14、0.07、0.21、0.12，由此看出总体上西南地区耦合性最强，其次是东北地区，这与上文区域层面重心迁移路径图得出的结果一致，但关注双要素重心耦合态势的同时不能忽视东北地区较严重的春旱问题及西南地区工程性缺水问题，两区域降水量受季风气候影响主要集中在夏季，春季少雨且作物蒸散量大，抗旱保春耕仍是重大任务。另外，长江流域的平均匹配度为负值，这是由于受夏季风带来的梅雨、西南暖湿气流等自然因素影响，长江流域雨季时间长，粮食生产受暴雨洪涝灾害的影响较重[32]，一定程度上使得水资源重心与粮食生产重心呈反方向变动，匹配度较低。另外，黄河流域与南部沿海两区域的双要素重心的变动一致性指数在2011—2018年间大多为负值，耦合程度较之前一阶段1999—2011年变差，且黄河流域水资源量较为匮乏，受温带季风气候影响春季干旱少雨，水粮比例极不匹配，必须加强水资源管理与合理利用、优化农业生产布局以推动该区域农业可持续发展。

5 研究结论与对策建议

5.1 研究结论

本文分析了全国粮食产量与水资源总量的空间分布格局，以及粮食生产与水资源双要素重心时空耦合程度，得到以下研究结论：

1）全国各地区粮食产量均有所增长，东北地区增幅最大，黄河流域及长江流域为我国粮食产量最大的区域；全国水资源总量变化不大，且与降水量的变化波动一致，水资源总量整体上由西南地区及东南地区向内陆地区减少。

2）我国粮食生产重心于河南省和山东省内移动，1999—2018年间整体上向东北方向移动了238.78 km；从区域层面看，几乎所有区域的粮食生产重心均呈现北移的趋势。我国水资源重心相对稳定，主要在四川省东北部、重庆市中西部及湖北省西部地区移动，但其在东西方向上各年份间摆动 明显。

3）我国粮食生产与水资源双要素重心的空间距离呈上升趋势，空间重叠性下降，但2011—2018年间的空间距离相对稳定；双要素重心的变动一致性指数在正负之间来回波动，指数均值为-0.06，呈较不匹配状态，但2014—2018年间指数均值为0.14，耦合性略有增强。区域层面上，西南地区和东北地区双要素重心的时空耦合程度较强，西北地区和黄河流域较弱，同时也要关注到西南地区工程性缺水与东北地区季节性缺水的问题。

5.2 对策建议

在保障粮食安全与水资源利用的可持续性上，需要在时间和空间上把握粮食生产与水资源的主要矛盾，从全国粮食安全与资源可持续利用的高度，针对不同区域的水资源变化特征，提出政策措施，促进粮食生产与水资源利用之间的良性关系：

1）全国层面上，粮食生产与水资源的时空耦合程度在近年来有所增强，但两者之间的矛盾仍较严峻，应重点关注水资源约束趋紧的粮食主产省份，通过推广良种良法、提高科技水平以提高粮食单产的同时推动水资源的合理利用、增强农民节水意识，其次通过统筹优化粮食生产布局促使水资源与粮食生产关系的协调发展。

2）区域层面上，需因地制宜采取具体措施，对于时空耦合程度较高但水资源相对有限的东北地区，在稳粮的同时应发展高效节水农业、提高水资源利用效率；对于时空耦合程度较高但工程性缺水严重的西南地区，应在推动水利基础设施不断完善的同时注重生态保护；对于水资源匮乏且时空耦合程度较差的西北地区、黄河流域，应进一步统筹协调粮食生产布局，从生态脆弱性出发适当减少脆弱区农业生产带来的压力；对于洪涝灾害多发且耦合程度较低的长江流域，应加强防范异常气候，并通过退耕还湖、水利设施建设等措施减小洪涝灾害对粮食生产带来的影响。