（农业水土工程专业论文）黑龙江省西部半干旱区水资源发展态势与粮食增产潜力耦合分析.pdf

摘要 摘要 中国是目前最大的发展中国家，中国能否保障自身稳定的粮食生产对于中国乃至全球经 济和社会稳定具有重要影响。黑龙江省西部半干旱区是国家重要商品粮和畜牧业生产基地， 该区的粮食生产对保障我国粮食安全发挥了重要作用。水资源是半干旱地区农业及经济发展 的一个限制因素，水资源可持续利用既是半干旱区农业可持续发展的重要保证，也是促进生 态经济发展的关键因素。 黑龙江省西部半干旱区地处大兴安岭东南麓丘陵与嫩江平原的过渡地带，属中温带大陆 性季风气候，“十年九春旱”是该区最显著的气候特点，农作物在生长的关键期供水不足， 严重抑制了作物的正常生长发育。随着近些年灌溉事业的发展，一些地区的旱情得以控制， 粮食单产成倍增长，据预测，灌溉小麦平均单产达到3 0 0 k g ，玉米平均单产7 0 0 k g ，大豆单 产达到2 0 0 k g ，农民收入将成倍增长。可见，农业灌溉用水对于该区的农业生产和粮食安全 具有更为重要的地位，大力提升灌溉水资源的保障程度既是提高粮食生产水平的前提和基 础，也是推进现代化农业建设的要求。因此，研究黑龙江省西部半干旱地区甘南县水资源发 展态势、评价其水资源开发利用情况、地下水承载力情况、预测灌溉水资源及耕地资源的发 展趋势、研究半干旱粮食增产潜力和节水农业对粮食生产的保障作用，可为半干旱区水资源 与农业生产可持续提供有力依据，对保障该地区粮食生产具有重要意义。 本文结合黑龙江省科技攻关项目，对于甘南地区水资源发展态势及粮食增产潜力进行系 统分析研究，主要研究内容及成果如下： ( 1 ) 分别利用模糊综合评判法和利用集对分析法( s p a ) 对水资源开发利用程度和地下 水承载力情况进行分析评价，结果表明：地表水资源开发利用程度仍属于初始阶段。该阶段 水资源开发规模小，开发利用程度低。发展缓慢，经济处于耗水型阶段，开发潜力巨大。地 下水承载力属于i 级，仍有很大开发利用潜力。 ( 2 ) 从灌溉可用水资源量和灌溉水资源需求量两个方面入手建立农业灌溉水资源保障 模型，结合甘南地区2 0 0 2 年实测资料，对农业灌溉用水保障程度进行测算，求得甘南地区 水资源保障程度仍为i 级，灌溉水资源可以满足农业灌溉需要，灌溉耕地能够得到用水保障。 通过回归分析模型和黑龙江省灌溉面积递增率分别对2 0 1 0 年和2 0 3 0 年甘南地区的耕地资源 和灌溉面积进行预测。 ( 3 ) 从调整农业种植结构、农村产业结构、土地资源、水资源等几个方面对甘南县粮 食增产潜力进行分析。利用迈阿密模型结合逻辑斯蒂曲线模型预测法对甘南县粮食增产潜力 进行预测，至2 0 1 0 年、2 0 3 0 年，甘南县粮食增产潜力分别为9 2 0 2 2 t 和3 4 7 1 2 9 t 。发展节水 农业既是甘南县缓解水资源危机的有效途径，又是粮食增产的重要途径。分别利用模糊综合 评判法和集对分析法对其节水灌溉模式进行评价优选，并对节水农业条件下的粮食生产潜力 进行分析。 关键词： 半干旱地区：甘南县；水资源开发利用；灌溉水保障度：粮食增产潜力 a b s t a c t c o u p l i n ga n a l y z ea b o u tc o r np r o d u c t i o na n dw a t e r r e s o u r c e si nw e s ts e m i a r i da r e ao f h e i l o n g ji a n g p r o v i n c e a bs t r a c t c h i n ai st h eg r e a t e s t d e v e l o p i n gc o u n t r ya tp r e s e n t ，i fc h i n ac a ns a f e g u a r ds t e a d yg r a i n p r o d u c t i o nh a sg r e a ti n f l u e n c et oe c o n o m i c a la n ds o c i a ls t a b i l i z a t i o no fc h i n aa n dt h ew h o l eg l o b a l t h es e m i a r i dz o n ei nt h ew e s to fh e i l o n g ii a n gi st h ei m p o r t a n tp r o d u c t i v eb a s e m e n to f m a r k e t a b l e g r a i na n ds t o c kr a i s i n g ，g r a i np r o d u c t i o ni nt h i sz o n eh a sg r e a ts a f e g u a r dt og r a i ns e c u r i t y w a t e r r e s o u r c ei sl i m i t i n gf a c t o rt ot h ea g r i c u l t u r a la n de c o n o m i c a ld e v e l o p m e n ti nt h es e m i a r i dz o n e t h ep e r s i s t e n tu s eo fw a t e rr e s o u r c ei st h e i m p o r t a n tg u a r a n t e eo fa g r i c u l t u r a lp e r s i s t e n t d e v e l o p m e n ti nt h es e m i a r i dz o n e ，a n dt h ek e yf a c t o ro fa c c e l e r a t i n gt h ed e v e l o p m e n to fe c o t y p i c e c o n o m y t h es e m i a r i dz o n ei nt h ew e s to fh e i l o n g j i a n gi sl i e da tt h et r a n s i t e db e l tb e t w e e nt h e s o u t h e a s to fd a x i n g a n l i n ga n dn e i j i a n gp l a i n ，i tb e l o n g st oc o n t i n e n t a lm o n s o o na i ri nt h em i d d l e o ft e m p e r a t ez o n e ，d r o u g h ti nn i n e so ft e ny e a r si st h em o s tp r o m i n e n tc l i m a t et r a i t ，t h a tt h ec r o p h a sd e f i c i e n tw a t e rs u p p l yi nt h ek e yp e r i o do f g r o w t hd e e p l yr e s t r a i n st h en a t u r a lg r o w t ho ft h e c r o p s w i t ht h ed e v e l o p m e n to fi r r i g a t i o ni nt h i sy e a r s ，t h es i t u a t i o no fd r o u g h ti ns o m ez o n e sw e r e c o n t r o l l e d ，t h eg r a i ns i n g l ep r o d u c t i o nf o l di n c r e a s e d a c c o r d i n gt ot h ef o r e c a s t ，t h ea v e r a g es i n g l e p r o d u c t i o no fi r r i g a t e dw h e a tc a nr e a c h3 0 0 k g ，t h ec o i nc a nr e a r h7 0 0 k g ，t h es o y b e a nc a nr e a r h 2 0 0 k g ，a n dt h ee a r n i n go ff a r m e r sw i l lf o l di n c r e a s e i ti so b v i o u st h a ta g r i c u l t u r a li r r i g a t e dw a t e r h a si m p o r t a n ts t a t i o nt ot h ea g r i c u l t u r a l p r o d u c t i o na n dg r a i ns e c u c i t y , s od e e p l ya d v a n c et h e s a f e g u a r dd e g r e eo ff l o o d i n gw a t e rr e s o u r c ei st h ep r e m i s ea n db a s e m e n to fa d v a n c i n gt h el e v e lo f g r a i np r o d u c t i o n ，a n dt h ed e m a n do fa d v a n c i n gt h e t h ec o n s t r u c to fm o d e ma g r i c u l t u r e s oi tc a n p r o v i d ee f f e c t i v eg i s t st ow a t e rr e s o u r c ea n dt h ep e r s i s to fa g r i c u l t u r a lp r o d u c t i o ni nt h es e m i a r i d a n dh a sg r e a tm e a n i n g so fs a f e g u a r d i n gg r a i np r o d u c t i o nt h a tr e s e a r c h e st h ed e v e l o p i n gt r e n do f w a t e rr e s o u r c e ，e s t i m a t e st h e e x p l o i t a t i o na n d u s eo f w a t e rr e s o u r c e 、b e a r i n gc a p a c i t yo f g r o u n d w a t e r , f o r e c a s t st h ed e v e l o p i n gt r e n do fi r r i g a t i o nw a t e ra n di n f i e l dr e s o u r c e ，r e s e a r c h e st h e p o t e n t i a lo fs e m i a r i dg r a i n i n c r e a s i n gp r o d u c t i o na n ds a f e g u a r d i n go fs a v i n gw a t e rt o g r a i n p r o d u c t i o ni nt h es e m i a r i dz o n ei nt h ew e s to fh e i l o n g i i a n g c o m b i n e dw i t ht h ei t e m si n h e i l o n g j i a n g ，i tw a sr e s e a r c h e db yt h en u m b e r st h a tt h e d e v e l o p i n gs i t u a t i o no fw a t e rr e s o u r c ea n dt h ep o t e n t i a lo fg r a i ni n c r e a s i n gp r o d u c t i o n ，t h em a i n i i i 东北农业大学t 学顶十学位论文 c o m e n t sa r t st h ec o n c l u s i o n sa r ea sf o l l o w s ： ( 1 ) s e p a r a t e l yu s i n gf u z z yc o m p o s i t ee s t i m a t i n g m e t h o da n ds p at oe s t i m a t et h ee x p l o i t a t i o n a n du s ed e g r e eo f w a t e rr e s o u r c ea n dt h es i t u a t i o no fb e a r i n gc a p a c i t yo fg r o u n d w a t e r t h er e s u l t s s h o w e d ：t h ed e g r e eo fe x p l o i t a t i o na n du s eo f w a t e rr e s o u r c eb e l o n g e dt ot h eo r i g i n a lp h a s e i nt h e p h a s e ，t h es c a l eo fe x p l o i t a t i o no f w a t e rr e s o u r c ew a ss m a l l ，t h ed e g r e ei sl o w , t h ed e v e l o p m e n tw a s s l o w n e s s ，e c o n o m yw a si nt h ep h a s eo fw a s t i n gw a t e r , a n dt h ep o t e n t i a lo fe x p l o i t a t i o nw a sg r e a t - t h eb e a r i n gc a p a c i t yo fg r o u n d w a t e rb e l o n g e dt oid e g r e e ，a n di th a dg r e a tp o t e n t i a lo fe x p l o i t a t i o n a n d u s e ( 2 ) s t a r t e dw i t ht h eq u a n t i t yo fi r r i g a t e dp e r s i s t e n tw a t e rr e s o u r c ea n dt h ed e m a n d i n gq u a n t i t y o fi r r i g a t e dw a t e rr e s o u r c e t h es a f e g u a r d i n gm o d e lo ff l o o d i n gw a t e rr e s o u r c e w a sf o u n d c o m b i n e dw i t ht h ed a t ao fy e a r 2 0 0 2 i no a n n a n ，t h es a f e g u a r d i n gd e g r e eo ff l o o d i n gw a t e r r e s o u r c ew 觚c a l u c a t e d ，a n di ti sk n o w nt h a tt h es a f e g u a r d i n gd e g r e eo fw a t e rr e s o u r c ew a sid e g r e e i ng a n n a n 。f l o o d i n gw a t e rr e s o u r c ec a nm e e tt h ed e m a n do fa g r i c u l t u r a li r r i g a t i o n ，i r r i g a t e di n f i e l d c a r lg a i nt h es a f e g u a r do fu s i n gw a t e r t h r o u g ht h er e g r e s sm o d e la n di n c r e a s i n gr a t i ob yd e g r e e so f f l o o d i n ga r e a s i n f i e l dr e s o u r c ea n di r r i g a t e da r e a sw e r ef o r e c a s t e di n2 0 1 0a n d2 0 3 0i ng a n n a n ( 3 ) t h ep o t e n t i a lo fg r a i ni n c r e a s i n gp r o d u c t i o nw a sa n a l y z e d f r o ma d j u s t e da g r i c u l t u r a l p l a n t i n gs t r u c t u r e 、i n d u s t r ys t r u c t u r e 、s o i lr e s o u r c ea n dw a t e r r e s o u r c ea n ds oo n c o m b i n e dm i a m i m o d e lw i t hl o g i s t i cc u r v em o d e l ，t h ep o t e n t i a lo fg r a i ni n c r e a s i n gp r o d u c t i o nw a sf o r e c a s t e di n g a n n a n t oy e a r2 010a n d2 0 3 0 ，t h ep o t e n t i a lo fg r a i ni n c r e a s i n gp r o d u c t i o nw e r e9 2 0 2 2 ta n d 3 4 712 9 ti ng a n n a n d e v e l o p i n gs a v i n gw a t e ra g r i c u l t u r ei st h ee f f e t i c ea p p r o a c ho fr e l e a s i n gw a t e r r e s o u r c e a n dt h e i m p r i n ta p p r o a c ho fg r a i n i n c r e a s i n gp r o d u c t i o n u s i n gs e p a r a t e l yf u z z y c o m p o s i t ee s t i m a t i n gm e t h o da n ds p a e s t i m a t e da n dc h o o s e dt h em o d eo fs a v i n gw a t e ri r r i g a t i o n ， a n da n a l y z e dt h ep o t e n t i a lo fg r a i np r o d u c t i o no nt h ec o n d i t i o no fs a v i n gw a t e ra g r i c u l t u r e k e yw o r d s ：s e m i a r i dz o n e ；g a r m a n ；e x p l o i t a t i o na n du s eo f w a t e rr e s o u r c e ；s a f e g u a r dd e g r e eo f i r r i g a t i o nw a t e r ；p o t e n t i a lo fg r a i ni n c r e a s i n gp r o d u c t i o n c a n d i d a t e ：q iy i n g s p e c i a l i t y ：w a t e ra n ds o i le n g i n e e r i n gi na g r i c u l t u r e s u p e r v i s o r ：f uq i a n g i v 研究生学位论文独创声明和使用授权 独创声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含未获得 ( 逵! 如逡直墓丝盂要缱型主明的! 奎拦亘窒2 或其他教育机构的学位或证 书使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作 了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者獬2 瓜袖 日期：扣年月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，学校有权保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。 本人授权学校可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以 采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解 密后适用本授权书) 学位论文作者签名： a 卒扣 日切g 年夕形殆 导师签名：伺季灵日期彻瞄咖 引言 曼! ! 詈! 曼詈皇詈詈詈詈! ! ! ! 皇! 曼! 曼! ! ! 皇曼鼍孽i i _ i 喜皇皇詈皇詈曼皇詈皇曼詈皇! 詈! 皇苎! 皇! 鼍! 鼍詈 1 引言 1 1 立题依据 ( 1 ) 国家“8 6 3 ”高新技术研究项目“东北半干旱抗旱灌溉区节水农业综合技术体系集 成与示范”第九专题“东北半干旱抗旱灌溉区节水农业效果评估方法与评价指标体系研究” ( n o 2 0 0 2 a a 2 2 4 2 51 ) ( 2 ) 黑龙江省科技攻关项目( n o g b 0 6 8 1 0 6 7 ) 1 2 研究的目的和意义 干旱缺水是影响中国农业生产与粮食安全和社会经济可持续发展的一个制约性因素，随 着人口的增长、经济发展速度的加快和生态环境建设规模的扩大，需水量必然持续增加，缺水 矛盾将更加凸显出来。中国是世界上人口最多的发展中国家，中国的粮食安全不仅对于保障 中国自身国民经济的可持续发展和社会的稳定具有重大的意义，同时，对于保障世界粮食安 全和稳定世界粮食市场也具有举足轻重的作用。中国是一个灌溉大国，灌溉在农业生产及粮 食安全保障中具有特殊的意义。近年来，伴随着中国经济的持续发展，支撑粮食生产的水土 资源逐渐向非农部门转移，中国的水资源能否在支持国民经济高速发展的同时实现国家粮食 安全成为社会各界关注的焦点。如何在农业用水基本保持不增加的条件下实现灌溉事业的可 持续发展，为实现粮食安全提供保障已成为近年来国内灌排领域研究的重点问题。 1 2 1 半干旱区水资源现状 水是生命存活的基础，既是生态环境的控制要素，又是战略性经济资源，是综合国力的 有机组成部分。水资源与生态环境之间的相互联系和相互影响，很大程度上决定了干旱地区 环境动态和环境状况。我国是一个干早严重的国家，多年平均降水总量为6 2 万亿m 3 ，除通 过土壤水直接利用天然生态系统和人工生态系统外，可通过水循环更新的地表水和地下水的 多年平均水资源量为2 7 4 6 万亿m 3 ，据世界第6 位，供水总量为5 3 2 0 亿m 3 ，人均占有水资 源量为2 1 3 lm 3 ，仅为世界平均水平的1 4 ，被列为1 3 个贫水国家之一。水资源紧缺已经对 我国经济社会发展构成严重威胁，甚至成为经济发展的“瓶颈”。从南北地区来看，分布极 不均匀，北方水资源短缺，南方水资源相对丰富，南北差距悬殊，水资源地区分布与人口、 耕地和经济发展的分布不相适应。长江以南地区，耕地面积占全国耕地面积的3 8 ，河川径 流却占全国的8 3 ，长江以北地区拥有全国6 2 的土地，却仅占全国径流量的1 7 ，西北内 东北农业大学工学硕七学位论文 陆河地区以及东北西部地区水资源尤为紧缺。 干旱、半干旱地区自东北向西南斜挎1 3 个省和自治区，总土地面积约占国土面积的4 0 ， 水资源总量约为2 0 4 7 亿m 3 ，仅占全国总量的7 左右，其耕地面积占全国的1 8 5 ，人口占 全国的1 0 3 ，而地表水资源只有1 8 2 5 亿r n 3 ，占全国的5 4 ，分别比耕地和人口少1 3 1 和4 9 。水资源成为干旱、半干旱地区经济发展和社会进步最大制约因素。因此我国在中 国2 1 世纪议程中，把解决水问题放在首要地位。东北半干旱区位于大兴安岭西麓、东北 西部丘陵和平原一带，该地区自然降水年际变化率大，季节分布不均，年降水量平均为 2 5 0 5 0 0 m m ，旱灾一直是影响该区农业生产的主要自然灾害之一，并伴随严重的风蚀、水蚀 和土壤侵蚀现象，为我国生态环境中最为脆弱的区域。按照国际上界定的可能发生水资源危 机的用水标准，半干旱地区又成为我国水资源危机紧缺地区的重中之重。 水资源短缺加之气候干旱和水土流失的双重作用，致使半干旱地区农业用水更加紧张。我 国是农业大国，半干旱地区农业用水已经占总用水量的8 0 左右，随着社会经济持续稳定的 发展，城市化进程不断加快，工业用水和生活用水将会出现大幅上升，在水资源总量有限的 条件下，农业用水势必减少，即农业水资源出现负增长，我国半干旱地区农业发展将面临严 重的水资源短缺问题，因此，研究半干旱地区水资源承载能力，探求如何能在变动的环境中 持续利j h j 水资源具有重要意义。 1 2 2 半干旱区粮食生产的重要地位 中国是目前最大的发展中国家，中国是否保障自身稳定的粮食生产对于中国乃至全球经 济和社会稳定具有重要影响。因此中国的粮食安全问题始终得到全球经济学家和政治家的关 注。据预测，到到2 0 3 0 年我国人口将达到1 6 亿，庞大的人口基数增加了粮食的需求量。按 人均消费4 0 0 4 5 0 k g 粮食计算，2 0 3 0 年中国粮食需求量将达到6 4 亿8 亿t 。而目前中国粮 食总产量不到5 亿t ，如不采取有效措施，未来的中国粮食供求将会失衡，粮食安全得不到 保证。为了不至于对世界粮食市场造成太大的冲击和依赖，达到我国粮食自给率在9 5 这一 目标，我国粮食综合生产能力应达到6 6 亿t 左右，比现状增加5 3 ，平均每5 年递增约9 。 发展中国家消除宏观食物不安全风险首先要提高国家整体食物获得能力( 即粮食的生产 能力) 。东北地区既是我国最大也是未来最有潜力的商品粮供应基地，而东北半干旱区是其 粮食生产的重要组成部分，在我国旱区农业中占有重要地位。随着节水高效农业和旱地农业 的不断发展，半干旱地区无论是从产量还是从水分利用效率看，都有很大的潜力有待发掘， 该地区的粮食增产同样对保障国家粮食安全具有重要的意义。 1 2 3 灌溉水资源对粮食生产的保障作用 粮食生产对于灌溉水资源存在很大程度的依赖性，在农作物生长发育的整个过程中，任 何一个阶段产生水分逆境，就会出现水分胁迫，使正常的生命活动受阻，有效及时地保证作 2 引言 詈! ! ! ! 曼! 曼! 曼詈! 皇詈鼍曼量詈詈鼍曼皇詈鼍皇鼍。iii； ；。 z z z 一 一一曼 一一 一；z 量- - 鼍曼詈曼! ! ! 皇鼍詈鼍! 鼍! 物需水是农业生产活动中的重要环节。 中国以人均占世界l 4 的耕地面积养活了占世界l 5 的人口，灌溉水资源发挥了重要的 作用，受地形气候影响，灌溉对于农业生产和粮食安全的保障具有比其他国家更为重要的地 位，是提高粮食生产水平的前提和基础。近5 0 年的资料表明，我国粮食总产量与灌溉用水 的变化趋于一致。从5 0 年代初到8 0 年代初的3 4 年间，农业灌溉用水量增加了2 5 倍，粮食 总产量增加了2 倍：1 9 8 0 1 9 9 3 年的1 4 年间，农业灌溉用水量增加了1 0 ，粮食总产量则增 加了8 。通过水利部对2 0 世纪8 0 年代中国灌溉农田和非灌溉农田粮食产量的调查结果分 析认为，灌溉农田水稻平均亩产4 8 6 k g ，干旱作物平均亩产3 0 0 k g ，而非灌溉农田平均亩产仅 为1 4 0 k g ，一般灌溉农田的粮食产量要比非灌溉农田的产量高1 3 倍，而且越干旱的地区， 灌溉增产幅度越大，不难看出，灌溉是高产稳产的保证，为了满足粮食需求，灌溉面积应有 所增长。 中国的粮食生产对灌溉水资源存在很大程度的依赖性，但受水资源总量限制和工业、居 民用水快速增长的限制，灌溉水资源面临严重危机。正是从水资源角度出发，美国世界观察 研究所所长莱斯特r 布朗先生曾在谁来养活中国中断言“中国的水资源短缺将严重动摇 世界的粮食安全”。根据我国学者沈振荣等对未来水资源的研究，中国农业用水在2 0 2 0 - - 2 0 3 0 年处于发展的最紧迫阶段，2 0 2 0 - - 2 0 3 0 年期间是中国工业、城市持续高速发展而挤占农业水 资源最严重的时期，该阶段的农业高效用水不仅肩负着中国粮食安全的重任，而且肩负着支 持工业、城市持续发展、生态环境改善的使命。因此，从传统的粗放灌溉农业和旱地雨养农 业转变为节水高效的现代灌溉农业和现代旱地农业，提高水的利用效率，实施水旱并举是未 来中国粮食安全保障和水资源可持续利用的根本，也就是我国农业可持续发展必须走节水高 效的道路。 因此，研究半干旱区降水变化趋势、水资源开发利用情况、地下水承载力状况、灌溉水 资源保障程度、粮食增产潜力及其影响因素等问题是十分重要的，可以为黑龙江省西部半干 旱地区水资源可持续利用、农业水土资源优化利用及水资源与粮食生产协调发展提供科学依 据，对于保障我国的粮食安全具有重要意义。 1 3 国内外研究动态 1 3 1 水资源可持续利用 水资源是半干旱地区农业及经济发展的一个限制因素，水资源可持续利用既是半干旱区 农业可持续发展的重要保证，也是促进生态经济发展的关键因素。 国外发达国家水资源开发利用进程大致可分为几个阶段：2 0 世纪以前，以单目标开发为 主的水利建设时期；2 0 世纪初至2 0 世界6 0 年代前，以多目标开发为主的大规模水利建设时 期；2 0 世纪6 0 年代至2 0 世纪7 0 年代，以现代水管理为中心的综合治理时期：2 0 世纪7 0 年代以后，人与水资源可持续发展时期。上个世纪6 0 年代以前，世界各国对水资源的利用 3 东北农业大学工学硕士学位论文 研究很少考虑对社会生态环境等方面的影响，6 0 年代末期由于生态环境恶化的原因，才逐渐 把环境保护变成政治议程上的一个重要条款。 1 9 9 2 年爱尔兰的“国际水和环境大会一2 l 世纪的发展与展望”提出水资源系统可持续 性研究问题。 1 9 9 5 年在美国波尔召开“流域尺度可持续水资源系统的模拟和管理”的学术讨论会，对 可持续流域水系统的建模和管理进行了系统研究。 1 9 9 6 年日本京都的“国际水资源及环境研讨大会”专门讨论了流域尺度可持续水资源系 统管理的应用实践、水资源开发利用、水库水质水量监测的科学管理方法、水量水质的可持 续模拟，水库开发中的风险和不确定性等问题。 1 9 9 7 年摩洛哥的“不确定性增加下的水资源可持续性管理学术大会”专门讨论了洪水 与干旱管理、水资源开发对环境的影响，水文、生态模拟和环境风险评价等问题。 我国政府和水资源研究管理部门对水资源可持续发展问题一直都比较关注。中国工程院 针对“水是人类生存的生命线，也是农业和整个经济建设的生命线”这个国计民生的大问题， 成立中国可持续发展水资源战略研究重大咨询项目，分别从水资源评价和供需平衡问题、 防洪减灾对策研究、农业用水与节水高效农业建设、城市水资源可持续开发利用等8 个方面 对于我国水资源的现状和面体问题提出了总体发展战略。 冯尚友等学者较早的介绍了水资源系统等概念，并开展了一系列研究工作。 夏军、姜意等把提出可持续水资源管理的热点问题和研究方向，把可持续水资源管理应 用到流域水资源管理中。 牛文元、张坤民等也对可持续水资源发展进行了相关的研究。 孙兆敏、杨世琦等通过对西北地区水资源利用现状和承载能力以及影响水资源承载能力 的主要因素进行分析，提出了西北地区水资源可持续发展对策。 周维博，李佩成基于水资源可持续发展的观点，认为灌区水资源优化配置必须考虑经济 效益、生态效益和社会效益的协调和综合影响，并建立了灌区水资源综合效益评价的数学模 型。在分析该区水资源利用特点基础上，提出了综合效益评价的经济效益、社会效益和生态 效益等4 4 项评价指标。 可持续发展思想形成后，水资源可持续利用及其评价方法得到了国内外广大水资源专家 学者的重视并对此进行了有益的探索和研究，并取得了一定的成果。目前水资源可持续利用 的评价方法主要有：综合评分法、人工神经网络评价模型、层次分析法、模糊综合评价法、 因子分析法、灰色聚类评价法等等。研究方法的基本思路是：建立评价指标，通过一定的 方法对指标量化，通过指标量化值与可持续评价等级标准的关系进行水资源可持续利用分析 评价。 1 3 2 粮食安全及增产潜力 国以民为本，民以食为天，食以粮为源。粮食安全将是2 l 世纪人类面临的最严峻的挑 战。中国以占世界7 的耕地养活占世界2 2 的人口，这在中国和世界都是了不起的成就。 4 引言 皇! ! 量詈詈! 詈! 詈! 鼍詈鼍! 鼍! 詈曼曼! ! ! ! ! ! 曼皇! ! ! ! 詈! 詈! 詈曼鼍詈毫皇詈! ! 鼍! 詈! 鼍! 皇詈詈鼍鼍n n n l 。m。 。詈詈皇! 皇! 鼍 尽管过去取得了成就，但中国将来能否养活自己，中国的粮食增产潜力究竟如何，一直成为 国内甚至国际关注的一大热点。9 0 年代以来，许多国际、国内的学者致力于这方面的研究。 从理论上看，粮食增产潜力是变量而非常量，有两层含义：( 1 ) 一定的粮食理论生产能 力与现实生产能力的差距，( 2 ) 粮食理论生产能力由于技术进步，投入增长或粮食生产组织 的变革而提高到一个新的水平，这一增幅为增产潜力( 朱希刚，1 9 9 7 ) 。 对于中国的粮食增产潜力，国外的学者多持悲观态度，其中以布朗为代表，他认为中国 现在与日本、台湾的六七十年代一样都处于工业化进程中，耕地面积、水资源等农业资源处 于递减趋势，在未来的时间内，预计中国粮食总需求的增长会比人口增长的速度快，据此提 出2 1 世纪谁来养活中国的问题( 布朗，1 9 9 4 ) 。最近布朗先生再次对中国的粮食增产潜力提出 了质疑。除了上面所说的人口和自然享赋因素外，这次又强调了技术原因。本世纪以来世界 粮食生产的增长主要依靠技术进步所导致的单产提高，中国也是这样。他认为世界粮食最高 单产难以再有大的提高，而中国的粮食单产已接近世界高产国家水平，技术进步的潜力已不 大( 林毅夫，2 0 0 1 ) 。 在研究中，国内不少专家认为中国粮食增产还是大有潜力的。 林毅夫在中国的粮食经济：过去成就和未来前景一文中，比较中国实际单产和试验田 单产之间的差距，发现水稻、小麦、玉米等作物的单产潜力相当于现有实际水平的2 3 倍， 若把这些单产潜力挖掘出来，将可满足我国5 0 年的粮食需求增长的需要。 夏英认为我国拥有9 亿亩中低产田，改造中低产田的粮食增产潜力在1 0 0 0 亿蝇以上， 同时综合各种技术因素，可使单产提高8 0 1 0 0 。 朱希刚从历史角度判断我们没理由对中国粮食的增产潜力过于乐观。从影响因素上看， 朱希刚认为粮食增产主要取决于农业生产要素供给的数量和质量，农业技术进步和经济组 织、体制和政策三方面因素。 郭庆海对吉林省商品粮基地的粮食产量与粮食增产因素( 耕地面积、有效灌溉面积、机耕 面积、机播面积、化肥施用量和粮食播种面积) 作以相关分析，得出在产量增长到一个较高的 水平时，粮食的继续增长主要依赖于多种因素的共同作用，而这其中以机播面积、化肥施用 量和有效灌溉面积三方面因素作用较为突出。 严瑞珍、程漱兰在以c d 生产函数的扩展型模型对中国粮食增产要素贡献率进行阶段性 测算，得出对我国粮食增长影响最大的因素是有形要素( 土地、化肥、劳力、灌溉和资本品等) 的投入，而制度等各项“软”的要素，在农村改革开放初期对粮食增产影响较大，随着各项 农业制度的进一步完善，未来对粮食增产的贡献的潜力已不大。 1 3 3 水资源对粮食生产的影响 灌溉作为古文明的发源因素对人类的影响可以追溯到公元前几个世纪，但形成- f u 学科 却是近代的事情，2 0 0 年前作物需水量作为农田灌溉学的基础理论被提出，许多国内外科学 家在此取得卓有成效的研究成果。近些年随着全球气候变暖、土地荒漠化水资源短缺等问题 的出现，现有水资源能否满足粮食生产和人口的食物供应逐渐被全世界研究关注。总体看， 5 东北农业大学工学硕十学位论文 源于各种假设和方法的不同，已有对中国的灌溉用水与粮食安全问题的国内外学者研究结论 差异较大。 从水资源角度出发，美国世界观察研究所所长l e s t e r r b r o w n 先生曾在谁来养活中国 中断言“中国的水资源短缺将严重动摇世界的粮食安全”( b r o w n , 1 9 9 8 ，2 0 0 0 ) 。b r o w n 先生的这 些文章表明以他为代表的悲观者对中国水和粮食问题的看法。以国际水资源研究所( i w m i ) 和国际食物政策研究所( i f p r i ) 为代表的科学家和经济学家们虽然对世界粮食问题持相对乐 观的观点，但前提是政府必须增加对农业科技和水利等基础设施的投入。 国际粮食政策研究所和国际水资源研究所联合发布了( ( 2 0 2 5 年全球水资源展望报告。 报告警告，全球水危机不仅存在，而且还会进一步恶化，如果各国不采取切实行动，日益严 重的水危机将威胁世界粮食安全。 专家们利用计算机模拟方式，对未来全球水资源和粮食供求趋势进行分析后指出，如果 按照目前状况发展下去，到2 0 2 5 年，全球由于缺水而造成的粮食减产可能达到3 5 亿吨，相 当于目前美国谷物产量的两倍多。 h e i l g 等通过一个农业气象模型对灌溉和雨养条件下中国最大的粮食生产能力进行估算， 结论是中国南方和东北地区不灌溉也能生产数量巨大的粮食。 r e s e n z w e i g 等在( ( n a t u r e ) ) 上发表文章，讨论全球气候变化下的水资源与粮食安全问题。 r o s e g r a n t 等利用以流域为分析单元的i m p a c t - w a t e r 模型，将全球的粮食、消费、生 产和贸易与水资源约束问题结合起来研究。 廖永松，黄季妮针对2 1 世纪水资源不足可能对中国粮食安全的影响，将原有的研究常 将粮食安全保障与灌溉需水之间的内在关系割裂开来。利用开发的c a p s i m p o d i u m 模型 为工具，以全国九大流域片为研究尺度，对2 0 2 0 年我国粮食需求、供给和灌溉需水进行了 多方案预测分析。 程国栋，根据中国水资源与粮食生产供需矛盾，提出虚拟水是中国水资源安全战略的新 思路。在阐述虚拟水概念的同时，将水资源管理分为供给管理、需求管理、内部结构性管理 和社会化管理四个层次，从理论角度分析了水资源社会化管理与水资源恢复重建的关系。并 以我国西北干旱地区为例，初步计算了2 0 0 0 年西北各省( 区) 虚拟水消费量，表明虚拟水 是不可忽视的水资源形式。 罗其友，针对缺水对旱区农业的影响，构建了区域农业资源持续利用决策分析模型，并 据此推算，建立了北方早区农业1 4 种作物的可持续配置优势顺序。 王国重，齐学斌针对商丘地区水资源匮乏对粮食成产的影响，在考虑人口增加、城市化 影响、耕地面积逐年递减和经济发展的前提下，对当前和未来商丘地区需水做了全年预测， 对不同水平年的粮食安全进行了分析，探讨水资源和粮食安全的发展战略。 石玉林、卢良恕等针对中国水资源能否支持1 6 亿人口对粮食和主要农产品的需要，分 2 0 1 0 年和2 0 3 0 年两个时间段，以3 0 个省和1 0 个地区为单元，通过人口及主要农产品需求 预测、种植结构优化、主要农作物单产预测、农田灌溉状况与主要农作物灌溉定额分析、耕 地资源与趋势预测等进行多方案的农业需水量研究，探究节水高效农业建设途径。 王铮，郑一萍等结合全球气候变化给水资源供给条件、作物生长积温的影响，利用分析 6 引言 全球气候变化各因子对粮食需求和供给影响得量化模型( s e i 模型) ，对全球气候变化条件下， 各因素可能引起的2 0 2 5 年中国粮食产量的变化量进行了计算。分析了中国粮食安全问题， 并用投入产出平衡的方法对中国水安全问题进行了模拟计算。 1 4 主要研究内容、方法与技术路线 1 4 1 主要研究内容包括 ( 1 ) 半干旱区水资源发展态势及开发利用潜力研究 研究甘南地区水资源时空分布情况及其发展态势，评价水资源开发利用程度，在此基础 上分析其可利用潜力，为实现半干旱区灌溉水资源优化配置、合理开发利用提供重要依据。 ( 2 ) 半干旱区灌溉水资源及耕地资源发展趋势研究 研究灌溉用水量与粮食产量的关系，预测甘南地区农业灌溉水资源保障程度；在灌溉水 资源短缺的条件，粮食产量的提高只能依靠农业节水措施下，节约的水量来扩大有效灌溉面 积，分析有效灌溉面积与粮食产量的关系，预测有效灌溉面积的发展趋势。为实现半干旱地 区农业用水与粮食生产可持续发展提供有利依据。 ( 3 ) 半干旱区粮食生产潜力分析与预测研究 从调整农业种植结构、农村产业结构、土地资源、水资源、种植业物质投入、科技投入 等几个方面对甘南县粮食增产潜力进行