我国水资源人均占有量少，时空分布不均，粮 食安全对灌溉水的依赖性大，粮食产量与灌溉面 积同步增长。2015 年我国农田有效灌溉面积达到 9.88×108 亩 (1 亩≈ 666.667 m2 ) [1]，占耕地面积的 48.8%，有效保障了粮食产量“十二连增”佳绩。
一、我国农业用水态势及面临的问题
2001 年以来全国农业用水量基本维持在 3.86×1011 m3 左右，呈现“零”增长，占国民经济 用水量比例下降到 2015 年的 63.1%。灌溉面积不 断北移，在 1996 年由南方大于北方逆转为北方大 于南方，水土资源持续向非农产业转移。在现状多 年平均情形下灌溉缺水量超过 3×1010 m3 ，灌溉农 业面临严峻挑战。
（一）农业干旱缺水态势进一步增加，北方农业水 资源胁迫度增加
我国多年平均水资源量为 2.8×1012 m3 （1956— 2000 年，北方 18.8%，南方 81.2%），2000 年以来 减少 5.5%，但南北方分布变化不大，同期耕地向 北方集中，由 2000 年的 55.5% 增加到 2015 年的 59.6%，2015 年亩均水资源占有量北方约为南方的 1/6。未来 50 年我国仍将面临普遍升温，农业干旱 缺水态势将进一步加剧。
（二）粮作种植布局与降水分布不匹配，对灌溉的 依赖性增加
全国七大农业主产区中的五大区（东北平原、 黄淮海平原、汾渭平原、河套灌区和甘肃新疆主产 区）集中分布在常年灌溉区和补充灌溉区。全国 800 多个粮食主产县，60% 集中在常年灌溉区和补 充灌溉区。2001—2015 年全国水稻播种面积增加了 2.105×107 亩，其中北方增加了 2.725×107 亩；小 麦播种面积尽管减少了 7.85×106 亩，北方仍占全 国的 67.6%，其中黄淮海地区占全国的 48.4%。玉 米播种面积增长了 3.73×108 亩，88% 的增加在北 方。粮食生产区及三大粮食作物播种面积逐渐向常 年灌溉区和补充灌溉区集中，增加了灌溉用水需求。
（三）灌溉开采量不断增加，华北浅层地下水位持 续下降
根据《中国水资源公报 2015》[4]，除松花江 区外，我国北方地区水资源开发利用率均超过国际 警戒线（40%），其中华北地区最高，达到 118.6%。 地下水资源开发利用率，除西北诸河区外，其他分 区均在增加，华北地区达到 105.2%，黄淮海平原、 松辽平原及西北内陆盆地山前平原等地区地下水位 持续下降。
华北平原由于冬小麦和夏玉米种植，农业地 下水用水量不断增加，形成了冀枣衡、沧州、南 宫三大深层地下水漏斗区。据有关统计，京津冀地区年超采地下水约 6.8×109 m3 ，地下水累计超 采量超过 1×1011 m3 ，地下水超采面积占平原区的 70% 以上 [5]。
（四）高效节水工程和信息化建设滞后，农业用水 效率偏低
长期土地分散经营模式下形成的分散用水模 式，使现状节水灌溉方式简单、规模小，高效节水 灌溉面积占比低，节水灌溉制度推行难，水资源 利用效率偏低。2015 年我国高效节水灌溉面积达 2.69×108 亩 [1]，占有效灌溉面积的 27.2%；节水 率较高的喷微灌面积仅占有效灌溉面积的 13.7%， 远不及发达国家 2000 年水平。农业灌溉用水有效 利用系数为 0.536，仅为发达国家的 75%。目前， 灌区监测体系尚未建立，用水计量缺位，农田水利 信息化建设处于试点、探索阶段。农业水价偏低， 水费实收率不足 70%，超过 40% 的灌区管理单位的 运行经费得不到保障。灌区信息化建设滞后，管理 制度缺失，制约着节水灌溉技术的推广和节水效果。
二、我国粮食生产安全需水阈值分析
我国北方多数地区地表水资源开发程度已超上 限，地下水严重超采，黄河以北主产区地下水利用 濒临危机，难以持续。到 2030 年基本实现灌溉现 代化，全国灌溉用水量控制在 3.73×1011 m3 ，农田 有效灌溉面积达到 1.035×109 亩，节水灌溉率达到 74%，农田灌溉水有效利用系数提高到 0.60 以上， 单方灌溉水粮食产量超过 1.60 kg。强化节水、建设 现代灌溉农业和现代旱作农业体系是当前和今后一 个时期提高农业水资源效率，保障 1×109 亩高标准 农田建设的重要任务。
（一）我国粮食生产与消费现状
根据《中国统计年鉴》[2]，2001—2015 年全 国粮食总产量增长了 37.3%；其中北方粮食产量占 全国的比例达到 56.1%。稻谷、小麦、玉米三大口 粮作物播种面积集中于北方，其中，冬小麦集中分 布于黄淮海平原、陕西关中平原、湖北、四川盆地 和新疆，且以山东、河南、安徽、河北分布面积较 大，四省产量达 8.413×107 t，占全国产量的 70%。 水稻（中季稻）主要分布在黑龙江、江苏、四川、安徽、湖北、湖南和云南，七省产量为 9.434×107 t， 占全国的 69.7%。玉米主要分布于东北三省、内蒙 古、山西、河北、山东和河南，辽吉黑蒙常年播种 面积维持在 1.35×104 ~1.5×104 亩，占全国玉米生 产量的 40% 左右。
结合消费变化，我国粮食产消关系呈现三个 特征：①粮食生产大于消费但区域发展不均衡。 2015 年我国的水稻、小麦、玉米、薯类四大类粮 食作物生产总量达到 6.06×108 t，相应消费总量为 5.82×108 t，自给度达到 104%。区域上表现为北方 产量大于消费量，南方反之。②以粮食生产消费平 衡率（生产和消费之差与消费之比）为衡量指标， 我国现状主产省区减少并向北方集中，南方主销省 区增多。若以生产消费平衡率 >10% 且生产贡献率 >3% 为主产区，生产消费平衡率 < –10% 为主销区， 生产消费平衡率 –10% ~10% 为平衡区，与 2007 年 相比，2015 年粮食主产区集中在黑龙江、吉林、内 蒙古、河南、安徽、河北、山东 7 个省（区），原 为主产区的湖北、江西、辽宁、江苏、湖南、四川 6 省滑入平衡区；粮食主销区包括北京、上海、广 东、天津、浙江、福建、青海、海南、西藏、广西、 贵州、重庆、云南 13 个省（市、区），增加了青海、 西藏、广西、贵州、重庆、云南 6 省（市、区）。 粮食平衡区包括宁夏、新疆、甘肃、江苏、江西、 湖北、辽宁、山西、湖南、陕西、四川 11 省（区）， 其中辽宁、江西、湖北、湖南、四川原属于主产区， 而原属于平衡区的广西、重庆、贵州、云南、西藏、 青海 6 省（市、区）已变为主销区。③南方粮食缺 口扩大，以缺少饲料粮和工业用粮为主。
总之，现阶段全国粮食生产可划归为 3 大生产 区，即东北平原、华北平原和长江中下游平原，其 中黑龙江、吉林、内蒙古、河南、安徽、河北、江苏、 山东 8 省（区）为净调出区，成为我国南方粮食需 求的重要支撑，东南区是北粮南运的重点输入区域。
（二）灌溉水量（蓝水）需求的空间分布与区域 转移
采用 Local Moran’s I 指数 [6] 对各省水稻、小 麦、玉米三种主要作物总需水量、灌溉面积上需 要的蓝水量、灌溉面积上生产 1 kg 粮食需要的灌 溉水量（蓝水）进行空间分析，并采用生产单位 i 种粮食作物需要的蓝水量与全国平均值之比，辨识主要粮食作物的适水种植区域。
水稻，蓝水需求低值区位于四川、重庆、贵州、 湖北、江西、浙江 6 省（市），生产单位水稻的蓝 水需求量小于等于全国平均值的 60%；其次是东北 三省以及湖南、福建、云南、广西、广东和海南， 小于等于全国平均值。
小麦，蓝水需求低值区位于江苏、安徽、河南、 湖北、陕西、四川等省，生产单位小麦蓝水的需求 量小于全国平均值的一半；山东、河北、青海等省， 蓝水需求量不足全国平均值。
玉米，蓝水需求呈区块分布。生产单位玉米蓝 水需求量小于等于全国平均值的有三块，一是黑龙 江、吉林和辽宁；二是云贵川、广西、湖南地区； 三是山东、山西、安徽等地，且尤以前两个区域的 蓝水需求量小于全国平均值的一半。
总体上看，我国粮食作物生产的总需水量北方 大于南方，对灌溉水（蓝水）的依赖度北方大于南方； 但单位粮食生产蓝水需求量北方小于南方，且主产 区小于平衡区、小于主销区（见图 1）。可见，在当 前粮食生产条件下，粮食生产水分利用效率呈现北 方高于南方，主产区最高、平衡区次之、主销区相 对较小的特点。
图 1 2015 年省级行政区粮食生产需水量及单位粮食生产虚拟水量
按粮食生产量与消费量之差乘以其生产单位公 斤粮食所需的灌溉水量（蓝水）计算，2015 年主产 省区余粮中附着（消耗）的灌溉水量（虚拟水量） 达到 2.079×1010 m3 ，主销省区缺粮中附着的灌溉 水量约为 2.862×1010 m3 ，平衡省区粮食略有剩余， 附着的灌溉水量约为 5.41×109 m3 。2015 年河北、山西、内蒙古、辽宁、吉林、黑龙江、山东、河南、 宁夏、甘肃、新疆北方 11 个省（区）的余粮共计 1.23×108 t，占全国余粮的比例高达 91.2%，附着 在其中的灌溉水量达到 2.29×1010 m³，通过粮食流 通由北方流向南方，加剧了北方水资源的短缺。分 省虚拟水运移量如图 2 所示。
图 2 2015 年南北方虚拟水运移量分析
（三）保障未来我国粮食生产的需水阈值分析
在水土资源不匹配、水资源供需矛盾突出，北 粮南运进一步加剧了北方水资源压力，充分挖掘天 然降水（绿水）的利用潜力，减少灌溉水量（蓝 水）的利用量，成为全面提高水资源利用效率的努 力方向，保障粮食安全基本用水须遵循三项基本原 则：①守住农业基本用水底线，坚持“以水定灌”； ②坚持开源与节流并重，节水为先；③突出用水效 率和效益，优化粮作布局，预测了保障粮食安全的 有关灌溉面积和农田灌溉需水阈值。
1. 灌溉面积发展规模
以满足未来粮食需求、不逾越用水总量控制红 线为目标，结合《全国现代灌溉发展规划（2012— 2020 年）》[7] 和主要粮食作物适水种植区域，采用 定额法分析预测了农田灌溉面积：
到2025年，全国农田有效灌溉面积为1.02×109 亩， 北方约占 56.1%，主要集中在黑龙江、山东、河南、 新疆、河北和内蒙古 6 省（区），其中黑龙江最大， 约占全国的 10%。
到 2030 年，全国灌溉面积达到 1.145×109 亩， 农田有效灌溉面积为 1.035×109 亩，增加面积主要分布在黑龙江、吉林、内蒙古、四川、山东、湖北。 各省区农田有效灌溉面积分布如图 3 所示。
图 3 2015 年、2025 年、2030 年省级行政区农田有效灌溉面积分布
2. 农田灌溉需水量阈值
综合考虑农田灌溉需水量和农田灌溉可用水量， 要保障未来 10×109 亩高标准农田用水需求，需进一 步采用强化节水、适水种植、优化种植结构等综合 “节流”措施，届时，农田灌溉水有效利用系数由现 状的 0.536 提高到 2025 年的 0.575 和 2030 年的 0.600； 按有效灌溉面积计算，2025 年、2030 年农田灌溉 需水量将分别达到 3.705×1011 m3 和 3.604×1011 m3 ； 按现状实灌面积占有效灌溉面积比例折算的灌溉面 积计算，2025 年、2030 年农田灌溉需水量将分别达 到 3.12×1011 m3 和 3.031×1011 m3 ，缺水省份合计缺水量分别为 1.096×1010 m3 和 6.44×109 m3 。
综上所述，为了保障未来 1×109 亩高标准 农田用水需求，需要保障农田灌溉基本用水底线 3.23×1011 m3 ，开发利用非常规水源约 6.44×109 m3 。
三、农业水资源高效利用战略举措
在新形势下，我国粮食生产的主要矛盾已由总 量不足转变为结构性矛盾，粮食生产向北方转移， 南北方水资源与粮食生产错位加剧，保障粮食安全 须因地制宜采取综合节水措施。北方地区，推行土 地集约化利用和适产高效型限水灌溉（调亏灌溉） 制度相结合，同时考虑小麦南移、农牧交错带以草业为主的种植结构调整。在南方地区，稳定基本农 田和控制排水型适宜灌溉相结合，果草结合，发展 绿肥种植。
（一）建设节水高效的现代灌溉农业
按照现状种植结构和农田灌溉用水水平，支 撑 1×109 亩农田灌溉用水，2030 年粮食主产区需 因地制宜采取如下综合节水措施，实现亩均节水 60~80 m3 。
1. 推广高效灌溉技术和渠道防渗技术
发展以喷灌、微灌为主的高效节水灌溉技术， 提高灌水效率，争取到 2025 年，节水灌溉面积达到 7.75×108 亩，其中喷灌、微灌和管道输水灌溉的高 效节水灌溉面积达到 4.2×108 亩。到 2030 年，节水 灌溉面积达到 8.5×108 亩，其中喷灌、微灌和管道 输水灌溉高效节水灌溉面积达到 5.0×108 亩。严重 缺水的华北地区全面推广灌溉输水灌溉和喷微灌。
2. 适水种植，小麦南移抑制灌溉需求量增长
按照作物需水和灌溉水量的地区规律特征，坚 持有保有压，适水种植优化粮食作物布局，通过小 麦南移、适水种植，以水限产、调亏灌溉，稳定我 国冬小麦优势区生产。适度调减华北地下水严重超 采区小麦，发展旱作冬油菜 + 青贮玉米、耐旱耐盐 碱的棉花、油葵和马铃薯，以最小的灌溉用水需求 保障水稻、小麦口粮生产安全，抑制华北冬小麦需 水量。北方广大半干旱、干旱地区，压缩灌溉玉米 的种植面积，恢复谷子、高粱、牧草等耐旱作物面 积。南方重点推进云贵和广西结构调整，从粮食作 物种植向饲草料种植方向转变，促进玉米资源从跨 区域销售转向就地利用、有效利用天然降水；减少 地下水开采量和化肥施用量，减缓北方地区地下水 超采和面源污染；增加南北方饲料粮自给，减少北 粮南运的压力。
3. 调亏灌溉，挖掘作物高效用水潜力
结合作物生育期水分敏感特点，大力推广调亏 灌溉制度。与常规灌溉相比，华北平原多年平均条 件下，实行冬小麦调亏（或亏缺）灌溉与夏玉米雨 养制度，小麦、玉米两熟制每亩节水 50~100 m3 ， 小麦亩均减产小于 13%。在稳产（约 1 000 kg/ 亩） 前提下，较传统灌溉制度可提高作物水分利用效率 约 10%；结合可供水量，华北地区可保证灌溉麦田 1.04×108 亩。坚持量水发展，非灌溉地发展粮草轮作，推进种养结合和其他旱作农业模式，逐步退减 地下水超采量，有序实现地下水的休养生息。
东北地区采取水稻控制灌溉措施，灌溉量可由 335 m3 / 亩降低到 210 m3 / 亩，亩均增产约 5%。长 江中下游与四川盆地，采取水稻“浅薄湿晒（或 湿晒浅间）”措施，灌溉量可由 520 m3 / 亩降低到 310 m3 / 亩，亩均增产约 13%。
4. 加强农艺节水，减少农田无效耗水
合理安排耕作和栽培制度，选育节水、高产品 种，大力推广深松整地、中耕除草、镇压耙耱、覆 盖保墒、增施有机肥，以及合理施用生物抗旱剂、 土壤保水剂等技术，提高土壤吸纳和保持水分的能 力，减少农田无效耗水。
在华北地区，加大推广冬小麦节水稳产配套技 术模式（节水抗旱品种 + 土壤深松 / 秸秆还田 / 播后 镇压 + 拔节孕穗水）、冬小麦保护性耕作节水技术模 式（免耕 / 少耕 + 秸秆还田 + 小麦免耕播种机复式作 业）。利用玉米种植与降雨同季，加强中耕、麦秸还 田等措施，促进雨季降水储蓄，实现节水增产与增收。
在东北地区，推广应用秸秆覆盖和地膜覆盖技 术、深松整地技术、秸秆还田技术、坐水种技术、 有机肥技术。
在西北地区，积极发展膜下滴灌水肥一体化 技术，合理使用抗旱剂、保水剂等措施，减少农 田无效耗水。
5. 强化管理，保护地下水资源
合理开发利用浅层地下水，限制开采深层地下 水，通过总量控制、强化管理，实现采补平衡。在 浅层地下水资源丰富地区，采取井渠结合方式，高 效利用水资源。在地下水严重超采区，从严管控地 下水开采使用，节约当地水，引调外来水，将深层 地下水资源作为战略储备资源；着力发展现代节水 农业，增加地下水替代水源，通过综合治理，压减 地下水开采，修复地下水生态。
在华北平原地下水严重超采区要加大压采力 度。对于划属压采地区，农地利用的调整要因地制 宜，或改为饲草料，发展畜牧业，或改为休闲观光、 旅游等，发展低耗水农业，逐渐恢复地下水位。
（二）发展集雨增效的现代旱作农业
我国多年平均降水量约为 6.19×1012 m3 ，其中 56% 消耗于陆面蒸发与植被蒸腾，结合区域降水特点修筑各种集雨设施，提高降水的积蓄与利用。以 工程、农艺、化控和生物四大措施为基础，依托集 雨农业工程，应用现代补灌技术，结合生物、农艺 和化控措施，发展高效旱作特色农业。
在黄土高原区，针对西北旱塬区粮食产量低而 不稳、生产效益低等问题，以提高旱塬粮食优质稳 产水平和生产效益为目标，以梯田、淤地坝建设为 主，建立粮食稳产高效型旱作农业综合发展模式与 技术体系，如“适水种植 + 集雨节灌 + 农艺措施 + 生态措施”模式。
在西北半干旱偏旱区，针对气候干旱和冬春季 节风多风大等问题，以保护旱地环境和提高种植业 生产能力为主攻方向，建立聚水保土型旱作农业发 展模式和技术体系。
在华北地区西北部半干旱区，针对人均水资源 严重不足、粮经饲结构不尽合理、秸秆转化利用率 低等问题，以提高水资源产出效益为主攻方向，建 立农牧结合型旱作农业发展模式与技术体系，如“结 构调整 + 覆盖保墒培肥 + 集雨补灌 + 保护性耕作 + 化学调控”模式。
在东北西部半干旱区，针对东北风沙半干旱区 粮食产量不稳、经济效益低等问题，以提高旱作农 业生产效益为主攻方向，改顺坡为横坡种植为主， 建立草粮、林粮结合型旱作农业综合发展模式与技 术体系，推广“增施有机肥 + 机械深松 + 机械化一 条龙抗旱坐水种”模式。
（三）加强非常规水源利用
加强农业非常规水灌溉区划、污染识别、合理 灌水、监测评价、集成应用技术等综合利用，保障 非常规水开发利用过程及后效应的安全；制定合理 的保障机制和激励政策，因地制宜推广非常规水利 用模式。
（1）再生水利用。预计到 2030 年，我国再生 水量约为 1.365×1010 m3 ，在严格控制处理后水质 达标条件下，因地制宜地开展不同模式利用，扣 除现状利用量（2014 年约为 4.63×109 m3 ）后约有 9.02×109 m3 可利用。
（2）微咸水利用。我国矿化度 2~5 g/L 地下微 咸水灌溉量达到 2.26×105 m3 ，主要分布在海河流 域、吉林西部、内蒙古中部、新疆等地。在充分 了解土壤缓冲能力和植物的耐盐性基础上，因地制宜地选取灌溉方式，也可有效缓解农业水资源 的短缺。
四、结语
我国农业栽培模式、生产方式和经营主体正发 生着深刻变化，农田灌溉发展正逐渐步入适度规模 化、全程机械化、高度集约化和资源环境硬约束等 新常态；未来农业用水量将基本保持稳定，农业灌 溉必须由低效粗放型向适产高效型转变，将传统的 节水灌溉工程措施与 3S 技术、物联网技术、人工 智能技术以及作物用水调控技术等现代科技结合， 发展以高效、精准、智能以及环境友好型为特征的 现代农业灌溉体系。要按照水资源承载能力倒逼灌 溉规模和灌溉方式调整，适水种植，开展农田集雨、 集雨窖等设施建设，发展现代旱作农业，构建与新 型农业经营体系相适应的现代灌溉农业和现代旱作 农业体系。