节水高效农业技术ppt课件.ppt

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1、梅旭荣梅旭荣 研究员研究员一一中国农业主题与战略中国农业主题与战略二二粮食安全与短缺资源替代粮食安全与短缺资源替代三三水土资源保障重大技术策略水土资源保障重大技术策略2022-7-302粮食安全与水资源保障2022-7-303粮食安全与水资源保障中国农业发展形势中国农业发展形势中国农业战略任务中国农业战略任务农业发展主题与战略农业发展主题与战略 19% 谷物 9% 耕地 30% 肉类 6% 可再生水资源 38% 水果蔬菜32% 化学肥料 20% 人口4粮食安全与水资源保障中国农业取得举世瞩目的成就中国农业取得举世瞩目的成就也付出了沉重的资源环境代价也付出了沉重的资源环境代价2022-7-30

2、保障粮食安全(food sustainability) 保护农业生态系统(environment sustainability) 消除贫困(economic sustainability) 促进城镇化，建设新农村 (social sustainability)5粮食安全与水资源保障历史赋予了中国农业多重功能与任务历史赋予了中国农业多重功能与任务2022-7-302022-7-306粮食安全与水资源保障2022-7-307粮食安全与水资源保障我国粮食安全形势我国粮食安全形势水土资源短缺态势水土资源短缺态势短缺资源替代战略短缺资源替代战略 世界粮食形势极不乐观世界粮食形势极不乐观 资源依赖型粮食增

3、速放缓。世界粮食年增长速度：1960s3%；1980s2%；最新预测2010s0.8% 全球粮食贸易总量不足3亿吨，粮食备降到30年来的最低水平（4亿吨左右），并呈下滑趋势 生物质能源“挟持农业”， “富人车轮子”抢“穷人米袋子” ；粮食生产遭遇“效益洼地”，短缺水资源“挤出效应”明显。2022-7-308粮食安全与水资源保障 全球粮食市场求大于供，国际粮食市场交易量难有增加 气候变化、灾害、贫困、国际资本操控导致欠发达国家粮食短缺，饥饿困扰全球稳定2022-7-309粮食安全与水资源保障 粮食需求刚性增长粮食需求刚性增长 根据根据国家粮食中长期发展规划纲要国家粮食中长期发展规划纲要2020年

4、粮食需求达到11450亿斤2030年粮食需求达到12600亿斤 按照按照95%自给率计算自给率计算2020年粮食产能达到10900亿斤2030年粮食产能达到12000亿2022-7-3010粮食安全与水资源保障194919781979199819992008粮食总产年均增长率粮食总产年均增长率(%)3.472.630.31粮食单产年均增长率粮食单产年均增长率(%)3.152.930.96耕地年均增长率耕地年均增长率(%)0.97-0.19-0.63粮食播种面积年均增长率粮食播种面积年均增长率(%)0.32-0.29-0.64化肥用量化肥用量(纯量纯量)年均增长率年均增长率(%)37.307.9

5、52.40灌溉面积年均增长率灌溉面积年均增长率(%)3.951.370.33主要增长驱动因素主要增长驱动因素农田和水利建设农田和水利建设土地经营与化肥土地经营与化肥政策与科技政策与科技 我国不同时期粮食生产各要素变动情况（我国不同时期粮食生产各要素变动情况（19492008）2022-7-3011粮食安全与水资源保障 耕地资源刚性制约耕地资源刚性制约 耕地面积净减：耕地面积净减：到2020年减少10，人均耕地面积由1.5亩减少到1.2亩（李元，2000） 粮食用地不减：粮食用地不减：2020和2030年粮食用地不低于12亿亩（其中谷物11亿亩），播种面积不低于15.8亿亩，复种指数不低于130

6、%，粮食单产分别达到350和385公斤/亩2022-7-3012粮食安全与水资源保障13粮食安全与水资源保障29%39%32%2022-7-30土壤有机养分逐年下降土壤有机养分逐年下降土壤障碍因素增多土壤障碍因素增多粮食安全与水资源保障142022-7-3015粮食安全与水资源保障y = -0.0018x2 + 15.219x + 16984R2 = 0.974950001000015000200002500030000350004000045000500005500005001000150020002500300035004000450050005500趋势产量（万吨）趋势产量（万吨）化肥用

7、量（纯量，万吨）化肥用量（纯量，万吨）A.19492007B.Max=4228化肥增产化肥增产“拐点拐点”出现！出现！2022-7-30 农业水资源刚性制约农业水资源刚性制约 农业用水无增：农业用水无增：未来农业用水4000亿m3 （ 钱正英，2002）， 19992008农业用水由3900亿m3下降到3600亿m3 灌溉用水减少灌溉用水减少：灌溉用水约占农业用水90%，约3240m3，比10年前下降300m3（节水、非农化）2022-7-3016粮食安全与水资源保障 未来农业缺水加剧未来农业缺水加剧我国粮食生产耗水约5700亿m3，其中1700亿m3来自灌溉水，其余约4000亿m3来自降水。

8、利用灌溉水（蓝水）3500亿m3（实际3200亿m3），降水（绿水）7300亿m32030年粮食生产需要6600亿方m3（假定水分利用率和效率不变，即灌溉水利用率48%，降水利用率55%，水分利用效率1100m3/t）2022-7-3017粮食安全与水资源保障2022-7-3018100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 10203040506070809010019491952195519581961196419671970197319761979198219851988199119941997200020032006Gross Cereal Produ

9、ction Gross Cereal Production （Million tonnesMillion tonnes）Effective Irrigation Area (Million Effective Irrigation Area (Million hactares hactares) )YearComparison Between GGP and EIA in China (19492008）Effective Irrigation Area (EIA)Gross Cereal Production (GGP)粮食灌溉面积难以扩大粮食安全与水资源保障未来农业增产只能依靠：未来农业增

10、产只能依靠：提高降水利用提高降水利用+ +提高单方水产出提高单方水产出 增水能力有限，灌溉增产贡献下降增水能力有限，灌溉增产贡献下降19491978：总产 vs 灌溉面积 = 169% vs 183%19792008：总产 vs 灌溉面积 = 73% vs 26%20082030：总产 vs 灌溉面积 = 15% vs 0%?!2022-7-3019粮食安全与水资源保障灌溉增产作用下降，保障作用上升灌溉增产作用下降，保障作用上升全国2000多个县调查数据（2007年）显示，旱地粮食总产占的比例近5年来每年提高一个百分点，达到45%耕地非农化，灌溉非粮化。短缺条件下，水权转换与交易总是向高效益方

11、向发展，国家粮食安全的资源基础受到挑战。2022-7-3020粮食安全与水资源保障区域性和结构性缺水问题突出区域性和结构性缺水问题突出 50%的灌溉农田为水田，主要集中在水资源丰富的南方地区 “北粮南运”与“南水北调”，约150200亿方水“南运”，1/3黄河流量 缺水地区更缺水，节水潜力最大的地区不缺水2022-7-3021粮食安全与水资源保障 按现状水土资源生产力水平测算：按现状水土资源生产力水平测算：实现2030年粮食增产1亿吨目标（达到6亿吨），需增加农业用水约900亿m3（缺1200亿m3），增加耕地3.5亿亩。2022-7-3022粮食安全与水资源保障农业缺水少土！农业缺水少土！2

12、3气候变化事实：气候变化事实：19512004 全国气温变化全国气温变化粮食安全与水资源保障2022-7-30 气候变化情景气候变化情景24SRES A2情景下，情景下，20712100年气候变化响应年气候变化响应（相对于（相对于 19611990背景背景)左图：温度右图：降水(a)全年(b)冬季(c)夏季粮食安全与水资源保障2022-7-30 气候变化农业影响气候变化农业影响25如果不采取气候变化如果不采取气候变化适应对策适应对策 2030年全国粮食综合年全国粮食综合生产能力生产能力 将下降将下降510% 21世纪后半叶，水稻、世纪后半叶，水稻、小麦、玉米等作物产小麦、玉米等作物产量将下降量

13、将下降 37%上图：上图：2080水稻产量水稻产量下图：下图：2080可耕地可耕地: -13%粮食安全与水资源保障2022-7-3026粮食安全与水资源保障2022-7-30 经济活动目标影响农业水资源配置经济活动目标影响农业水资源配置 粮食安全国家目标与农民增收目标争夺资源 农业用水非农化：生活、工业用水 农业用水非粮化：水果蔬菜和经济作物用水增加 经济活动方式影响农业发展经济活动方式影响农业发展 农产品与农资价格偏低 小农户与大市场 小农户规模与大面积技术应用2022-7-3027粮食安全与水资源保障 资源替代战略资源替代战略：通过科技和人力资本的集约化投入，提高农业资源的生产率，大幅度缓

14、解水土资源紧缺对农业增长的约束。 以质量替代数量以质量替代数量（提高耕地质量） 以效率替代规模以效率替代规模（提高水肥利用效率） 以循环替代浪费以循环替代浪费（农业废弃C再利用）2022-7-3028粮食安全与水资源保障 1200亿方水资源替代潜力亿方水资源替代潜力灌溉节水15% 450500亿m3提高雨水利用10% 350450亿m3生物节水（WUE提高）15% 500600亿m3非常规水利用 80120亿m3粮食贸易替代 100亿m3 14801770亿亿m32022-7-3029粮食安全与水资源保障 3.5亿亩耕地替代潜力亿亩耕地替代潜力 通过提高耕地质量、水分养分利用率，可实现的最佳经

15、济产量为潜力的 70%75% 目前潜力开发程度：东部地区60%65%；中部地区45%55%；西部地区35%40% 全国50%，潜力10%即1亿吨产量，按现有生产水平计算，相当于3.5亿亩耕地2022-7-3030粮食安全与水资源保障进一步挖掘和提高农作物遗传潜力恢复和培育土壤生物肥力，合理平衡施肥，协调C/N关系，实施合理轮作，提高耕地产出效能大力发展节水高效农业，提高农业单方水产出以环境替代资源，推动以设施农业、植物工厂的增效、节能、减排、降耗2022-7-3031粮食安全与水资源保障节水农业节水农业 为粮食安全提供资源保障为粮食安全提供资源保障 集水集水：土壤水库田间根域集雨集雨补灌 保水

16、保水：保护耕作覆盖制剂 用水用水：优化栽培节水灌溉水肥一体化 节水节水：品种节水制度生理节水2022-7-3032粮食安全与水资源保障2022-7-3033粮食安全与水资源保障加强农业土壤碳管理加强农业土壤碳管理重视旱作农业战略地位重视旱作农业战略地位科学管理农业水资源科学管理农业水资源 应对全球气候变化应对全球气候变化农业减源增汇农业减源增汇 治理农田生态退化治理农田生态退化提高土壤生物肥力提高土壤生物肥力 培育农田土壤水库培育农田土壤水库改善土壤水文特性改善土壤水文特性 削减氮磷污染负荷削减氮磷污染负荷减少化学肥料投入减少化学肥料投入2022-7-3034粮食安全与水资源保障是是N多多了了

17、？还还是是C少少了了？2022-7-3035粮食安全与水资源保障C与与N肥肥利利用用率率低低图4 旱地农田玉米的N肥利用率(15N示踪,19971999)Y(straw-in) = 71.745e-1.0666xR2 = 0.9971Y(straw-off) = 53.364e-1.0977xR2 = 0.99440510152025012345年份肥料N利用率%秸秆未还田秸秆还田指数 (秸秆还田)指数 (秸秆未还田)2022-7-3036粮食安全与水资源保障CNW与与系系统统生生产产力力图5 不同施肥培肥产量与耗水量关系(1997年)10015020025030035005101520施肥培

18、肥处理号产量(公斤/亩)和耗水量(mm)产量耗水量2022-7-3037粮食安全与水资源保障图 例干旱区半干旱偏旱区半干旱区半湿润偏旱区半湿润区省界02,0001,000Km2022-7-3038粮食安全与水资源保障 粮食安全的粮食安全的“稳压器稳压器” 我国粮食总量中，旱地粮食比例提高至45% 提高旱作区粮食单产，稳定自给能力，腾出资源空间，优化农业结构，提高农业效益2022-7-3039粮食安全与水资源保障 生态安全的生态安全的“大屏障大屏障” 沙源 草地碳汇 生物多样性保护2022-7-3040粮食安全与水资源保障2.562.5611.9411.9430.3730.3751.8651.8

19、60 0101020203030404050506060% %沙漠沙地沙漠沙地 沙漠边缘沙漠边缘农田农田退化草地退化草地 消除贫困的消除贫困的“最前线最前线” 贫困人口聚集 气候、生物等资源多样性丰富 优质特色农产品的产地 市场瓶颈（如运输等）逐步消除 相对丰富的土地资源2022-7-3041粮食安全与水资源保障? 兼顾生产和生态的适水种植结构兼顾生产和生态的适水种植结构以节水促进产业结构升级，以增收激活节水以节水促进产业结构升级，以增收激活节水水土资源承载力和水环境容量粮食安全目标和区域节水潜力可行的适水种植结构和种植模式2022-7-30粮食安全与水资源保障42? 生物性节水潜力及机理生物

20、性节水潜力及机理以最少的耗水实现最大的产出以最少的耗水实现最大的产出真正的节水真正的节水作物节水抗旱的生物多样性及其利用作物需水系数、水分亏缺产量响应系数的分子生物学遗传改良2022-7-30粮食安全与水资源保障43? 土壤水库土壤水库集雨、产水、保墒集雨、产水、保墒C/N关系与土壤水库容量低效水的有效化集雨保墒一体化2022-7-30粮食安全与水资源保障44? 水分养分精准化水分养分精准化节水增效节水增效灌溉施肥节水灌溉与农艺节水技术的有机集成适用模式 2022-7-30粮食安全与水资源保障45? 小流域管理小流域管理从田间走向控制单元从田间走向控制单元流域水土资源承载力与生产能力流域控制单

21、元与水土流失关系农业生物多样性配置与利用2022-7-30粮食安全与水资源保障46? 农业用水与生态用水农业用水与生态用水农业自身多功能农业自身多功能 PK 现实功能单一化现实功能单一化农业本身的生态功能灌溉节水与生态用水农业生态用水节约2022-7-30粮食安全与水资源保障47农业结构高级化农业结构高级化：节水增效降污节水增效降污生产与生产与生态生态“双赢双赢”生物性节水曙光生物性节水曙光：Kc、Ky降低降低1520%技术集成化技术集成化：模式和方式更有效：模式和方式更有效从技术到政策从技术到政策：得失平衡才和谐得失平衡才和谐2022-7-3048粮食安全与水资源保障2022-7-3049粮食安全与水资源保障