“绿水”与节水：中国水资源内涵问题讨论，本文主要内容关键词为：绿水论文,水资源论文,中国论文,内涵论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
一、概述
粮食安全与生态安全在很大的程度上与供水安全有关。特别是我国北方地区，水资源短缺，加之年际变化很大，春季十年九旱。在全球气候变暖的情况下，多数地区旱情明显增加，而且出现连旱的年份增多。粮食作物的产量有一种说法“有收无收”在于水。显然，水是保证粮食安全生产的重要因素。实际上，我国粮食生产的总量约2／3来自灌溉率不过1／2的灌溉农田。我国人口仍在增长，预计本世纪中期，人口可由现在的13亿人口增长到15亿以上。人口对粮食的需求还要日益增长，由此带来的水资源需求态势仍为严峻。我国工业化、城市化的高速发展对水资源的需要更加高涨。作者曾预计，到本世纪中叶实现小康，全国水资源的需求将会由目前的5600多亿m[3]的总用水量增加到6000亿m[3]以上。水资源是有限的，自然禀赋的限制，使供水不可能无限增长，加之城市、工农业生产带来的污染物排放又使仅有的水源遭受污染，形成水质型缺水。有限的水资源为人类的生活与生产及自然生态系统，即“三生”所共享。在我国北方各个流域，生产与生活挤占了生态系统的用水，引起生态系统的退化屡见不鲜[1]，特别是“有河则干，有水则污”，不仅破坏生态系统，危及生态安全，而且损害人民生命健康。因此，如何解决水问题是我们面临的严重挑战。
从数量上看，农业用水与天然生态系统的耗水要占水资源利用量的绝大比例，如何从粮食安全与生态安全的角度研究水资源显然是我国“三生”用水合理配置首先要讨论的问题。
二、关于“绿水”
考虑到干旱缺水的非洲的农业与粮食安全，瑞典科学家于1993年在世界粮农组织（FAO）召开的大会上，针对雨养农业提出了“绿水”的概念[2]。全球水系统计划（GWSP）为国际四大科学计划（DIVERSTAS,HIDP,IGBPS与WCRP）联合建立，其科学指导委员会（SSC）委员、瑞典著名水文学家玛琳·福克马克在2005年2月德国波恩的SSC会议上再次阐述了绿水的内涵及其意义[3]，把土壤水称为陆地生态系统的核心资源，与本文作者1988年发表的论文《土壤水的资源评价》[4] 具有相同的概念。
1.广义的水资源与“绿水”
众所周知，常谓的水资源是指流动与赋存在地表和地中的水（地表水和地下水），也就是“蓝水”[3]，他们是水利工程开发的对象，因此， 可称其为“工程水资源”。但这两种水从水循环的全过程和水量平衡的全要素来看，仅是其有限的两部分。流域水循环全过程可以从降水开始经过植（作）物截留、下渗、产流与汇流等水文过程，最终形成液态水，包括河湖中的水、非饱和带水含土壤水以及饱和带的潜水与下层地下水。由上述可见，由地表水与地下水组成的工程水资源应是降水的派生水。由于降水不断的发生（全球平均降水周期为10天）形成地表径流与地下水的补给，从而赋予它们不断发生。成为对人类利用最为宝贵的可再生资源。因此，按照地球水圈中的水分运动的全过程来分析，我们可以把不断快速再生的降水作为流域天然水资源的总来源。作者在1989年发表的《华北平原农业水文与水资源》一书中曾称其为区域水资源总量[5]，其中包含土壤水或有效降水。从水文循环过程追根溯源来看：把地表水与地下水相加减去地表水与地下水转化的重复量作为水资源总量是不完全的。
实际上，对人类来说，天然水的利用是多方面的。早在人类利用灌溉之前，农业种植只是靠天吃饭的雨养农业。显然，雨水的利用就意味着人类间接地利用了天然水资源，如果仅把地表水与地下水当作水资源，则局限了人类对水资源的全面而广泛的利用。其实，广义的水资源理念就是要对能积极更新的降水及其所转化而来的地表水与地下水和其他各种水分加以开发利用，包括人类对天然水的直接利用和间接利用。
所谓的“绿水”正是广义水资源内涵的一部分，将绿水引入到水资源的范畴中意味着对水资源全面而更真实的理解。
根据玛琳·福克马克的表述[3]，在某一流域中， 水资源可分为“蓝水”和“绿水”两部分，“绿水”（气态水、土壤水）的循环供给陆生生态系统，主要是绿色的植物、作物等，故形象称之为绿水；“蓝水”（液态水）的循环供给水生生态系统和人类的用水需求，如图1所示。“绿水”的循环反映了自然界“土壤—植物”生态系统的用水消耗。“蓝水”在地表和地下流动，从山顶到山脚，从陆地到海洋。
图1 蓝水只占总水资源（陆地降水）的1／3，大部分雨水以绿水（例如被植物消耗的水）的形式返回到大气中（引自文献[3]）
2.中国的“绿水”量估算
根据上节所述的“蓝水”和“绿水”概念并进行计算，可得出中国全国及其主要流域的蓝、绿水的水量，从全国范围来看，“绿水”所占降水总量的比例高于“蓝水”，多年平均在60％以上，数量十分可观。
由“蓝水”和“绿水”的分布，如图2所示， 各流域每平方公里水资源量分布极不均衡。北方各流域，如黄河流域、海河流域、西北诸河流域等，绿水所占比重较大，水资源总量利用潜力已很小，“三生”用水矛盾突出；而南方流域，如长江流域、西南诸河流域，蓝水、绿水均较丰富，蓝水所占比例较大，“三生”用水矛盾相对北方流域要小得多，依水生存的生态系统比较稳定。
图2 中国各大流域每平方公里年平均“绿水—蓝水”水量
3.“绿水”的利用与管理
在讨论如何平衡人类和自然的水需求中，四种不同的水利用方式被区别出来，如表1所示，即绿水和蓝水的直接与间接利用。蓝水的直接使用包括社会经济用水，如城乡生活与工农业生产用水。蓝水的间接利用包括水生物与绿化环境用水；绿水的直接利用，主要是经济生物量生长的用水，包括雨养农业的有效雨量，木材、纤维、牧业等的生产用水，绿水的间接利用则包括天然森林、草地与湿地等陆生生态系统用水。
表1 人类对水资源的利用方式[3]
水资源利用方式 绿水蓝水
直接利用经济生物量生长：人类社会经济用水：
雨养农业，木材生产、纤维制造、 灌溉、工业用水、居民用水
燃料用木材生产、牧场等
间接利用生态系统生物量生长：社会系统服务：
湿地、草地、森林及其他陆生生境 水生生态系统所用淡水
其他生境
以上的划分，可以看出绿水利用在人类生存及其环境中的重要意义。我们已经熟知液态蓝水（地表与地下水）开发利用的工程技术，而对绿水利用与管理则相对知之甚少。
不言而喻，绿水的研究具有十分重要的意义，对绿水的利用包括经济生物量生长（雨养农业）等的直接利用和湿地、草地等陆生生境的间接利用。对绿水的管理也就是对绿水这些利用方式的管理，如通过减少植（作）物蒸散发、提高土壤水分利用效率来减少绿水的消耗等。另一方面，因为土地覆被利用变化影响了作为蓝水的地表、地下径流的形成，也就改变了绿水和蓝水的比例，这就需要对他们的利用进行有效的综合管理，全面提高水资源利用水平。
三、“绿水”与生态系统用水
如前所述，“蓝水”是指为水利工程开发利用的工程水资源，主要供给城乡生活与工农业生产用水。而“绿水”是蓝水以外的天然生态系统用水的水源即土壤水，而另有一部分生态系统如水生生物（动、植物），生存于水体之中或其周围，则直接与蓝水休戚相关。研究生态需水必须识别生态系统赖以生存的不同水源。作者在生态需水的研究中已把生态耗水水源划分为降水（转化为土壤水即绿水）供应与地表水及地下水即蓝水的供应（干旱区的植被因降水少而利用地下潜水）。我国西北广大的干旱地区生态需水的研究业已表明：有大量的绿水与蓝水被各种不同的天然生态系统所利用。例如西北地区的年平均降水量达到6900亿m[3]左右，而由其形成的蓝水（包括冰雪融水径流）只有1800亿m[3]左右，有可能成为绿水的潜在数量可以达到5100亿m[3]左右。显然，后者要占年降水量的3／4，而前者只占1／4。绿水潜在量与蓝水的比例为2.8∶1.0。这里大量潜在绿水形成的原因主要是干旱内陆区的降水不足以产生蓝水，而被干旱的下垫面所截留，成为当地土壤水，用在当地。
我国北方干旱地区生态退化问题多与水有关，城镇生活与工农业生产及生态用水的协调需要综合研究蓝水与绿水的合理利用。维系生态系统功能的生态需水量是保护生态与环境的重要问题，生态需水量按生态系统所处的位置，可以分为河道外生态需水与河道内生态需水。河道外生态用水主要是靠绿水，而河道内的生态需水、湿地生态系统需水则主要靠蓝水，同时也利用一部分绿水。后者显然与蓝水（工程水资源）的开发利用程度与效率有关，判别河道内（与河流相联系的生态系统）的可利用量（W[,e]）有以下关系：W[,e]＝W［1－μk］，其中W为水资源量，μ为河流水资源开发利用（取水）率，k为水资源的消耗率，可以用取水后的回归水量来计算，如回归率为r，则k＝1－r，因此W[,e]＝W［1－μ（1－r）］，。如生态需水量（W[,ea]）已知，则可比较W[,e]与W[,ea]，并使W[,e]＝W[,ea]来确定水资源开发利用的μ与r值，只有在W[,e]＝W[,ea]的条件下，生态系统才不会退化。
四、“绿水”与节水农业
我国现有耕地面积约为18.5亿亩，灌溉面积约为8.7亿亩，因此，有近10 亿亩（一半以上）的耕地依赖绿水雨养。另外我国的草地约有60亿亩，很少灌溉，牧草也靠绿水生长。因此，绿水的利用与管理具有十分重要意义。从绿水可供粮食与畜产品生产直接利用的观点看，如何加强对土壤水分的管理也是一个值得研究的科学问题。采用绿水耕作与合理载牧措施，提高雨养农业与牧草地土壤水分利用效率或绿水利用效率极为关键。
对于节水农业（灌溉节水）来说，绿水的作用主要体现在土壤水分的利用与调控上。我国对节水农业的定义有不同的观点[6]，但是，从绿水的作用来看，作者认为，节水农业是以节水为中心的农业类型，在充分利用降水（绿水）的基础上，采用农业节水措施，合理利用开发与管理农业水资源，提高水利用效率和效益；同时，通过治水，改水，调整农业生态结构，改革耕作制度与种植制度，发展节水高产优质高效农业，最终实现可持续发展。农业节水措施包括极其丰富的内容，但节水农业（包括灌溉节水农业）的中心问题是提高绿水或由降水形成的土壤水和蓝水而来的灌溉水的利用效率。绿水利用的有效性无疑成为判断节水措施的效果与潜力的指标，包括所有绿水与蓝水的利用率与水分利用效率。
由于水资源的珍稀性，对于耗水大户的灌溉农业来说，节约蓝水的意义是十分深远的。灌溉水不是灌地而是应灌作物，一种对灌溉的科学的理念是从降水开始的，即以降水（绿水）为主体，把蓝水看作补充水，即所谓的“以地表水补降水的不足，以地下水补地表水的不足”，以满足作物增产的需水。显然，上面提到的蓝水（地表水与地下水）是围绕降水配置的，这就保证了蓝水灌溉作物的科学性。
五、结论
本文基于作者1988年提出的土壤水的资源评价研究，结合1993年以来从瑞典学者提出的蓝水与绿水理论，进一步解析了当前涉及我国粮食安全与生态安全的水资源问题。这些问题的探讨无疑是初步的，但是，对水资源广泛内涵的思考具有意义。绿水与蓝水的统一观应是广义水资源内涵的延伸，绿水的深入研究将有助于我国水资源的合理利用和生态与环境的有效保护。