农业用水占到全球可利用水资源的70%-86%，农业水稀缺不仅关乎国家的粮食安全与生态安全，也是联合国可持续发展目标（SDGs）中目标2和6重点关注的命题。由于农业生产空间的北移，中国农业稀缺水资源利用（SWU）对于中国粮食安全以及农业可持续发展的影响日益突出。地海学院漆信贤、黄贤金等作为主要作者在ONE EARTH发表的研究成果，揭示了2004-2010年（P1）、2011-2017年（P2）两个时期中国耕地政策对于水土资源关系的影响机理。
研究表明，在2004-2010年间尽管中国消费和人口增长等因素驱动的土地需求增加贡献了SWU 17.4%的增长,但是由于节水灌溉技术的推广使得灌溉强度减弱贡献了SWU 13.8%的减少，主要分布在黄河流域、海河流域和内陆河流域。在2011年以后，尽管由于集约农业导致的生产供给效率提升（-13.5%）使得土地需求有所减少，此外，在保证自给率的情况下，由于农产品进口的进一步扩大还贡献了农业稀缺水2.6%的减少，表明中国在2004年成为粮食净进口国，耗水型农作物的进口在一定程度上缓解了中国水资源稀缺。但是由于稀缺用水比例的增加（+6.1%）以及节水灌溉优势的减弱（+4.0%）导致了中国整体稀缺用水的由减变增（图1）。据统计，水压力指数大于0.5的水稀缺地区的灌溉用水增加了17.0%，全国国土调查数据显示，在缺水的北方内陆河流域（主要由于农田开发）、松辽河流域（旱改水）、海河流域和黄河流域（农田整理）的灌溉农田（包括水田和水浇地）净增加，而丰水的南方长江流域、珠江流域（生态退耕、建设占用和水田变旱地）灌溉农田净减少（图2A）。
图1 中国农业稀缺水变化的国家和地级市尺度的驱动因素分解
为了进一步揭示灌溉农田北增南减的空间转移趋势对中国稀缺农业用水的生态影响，本研究运用30m高分辨率全国土地资源调查格网数据和GEPIC模型模拟的总耗水量格网数据，在地级市和流域尺度构建了稀缺水利用（SWU）和灌溉农田（IRC）的水土关联耦合分析模型。结果表明， 2004-2010年中国保持低水平耦合趋势，有利于生态系统的发展；而2011年以后转变为高水平耦合关系加剧了生态环境影响，这其中全国有17.3%的城市处于高水平耦合关系，高水平耦合城市中81.4%位于北方的海河、松辽河流域和内陆河流域等水稀缺流域（图2B）。这一结果表明，北方水稀缺地区的灌溉农田扩张加剧了地区水资源短缺，对生态系统产生了负面影响。该项结果为中国的耕地保护制度特别是耕地占补平衡制度的完善提供了重要的支撑，占补平衡政策不仅要注重数量及质量平衡，还需要重视补充耕地利用的生态可持续性。建议将补充耕地的水资源短缺风险和可持续性纳入到其生态影响评估中“以水定耕、以水定补”，并将稀缺水指标作为种植结构优化、耕地利用和国土空间管制的重要手段之一。
图2 中国地级市灌溉耕地扩张与农业稀缺水变化的耦合分析
这项成果以Rising agriculture water scarcity in China is driven by expansion of irrigated cropland in water scarce regions为题，于2022年10月21日在线发表。成果由来自中国及美国、芬兰有关大学及机构科学家的合作取得。南京大学地理与海洋科学学院漆信贤博士为该论文第一作者，南京大学黄贤金教授和美国马里兰大学冯奎双教授、孙来祥教授为共同通讯作者，南京大学博士生刘泽淼、芬兰阿尔托大学赵丹丹博士、中国国土勘测规划院张定祥研究员和美国马里兰大学Giovanni Baiocchi教授共同参与了该项研究。
该研究得到了国家自然科学基金创新群体项目、国家自然科学基金项目以及国家留学基金委公派联合培养博士生项目的资助。
论文信息与链接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2590332222004869